Способ получения растворов фуллеренов

 

Изобретение предназначено для химической промышленности и может быть использовано при получении косметических и лекарственных средств, биологически активных препаратов, в нанотехнологии. Навеску фуллерена вводят в растворитель - ненасыщенную жирную кислоту, например олеиновую, арахидоновую или их смесь, натуральное масло, например облепиховое, кедровое или их смесь, натуральный жир, например рыбий, животный или их смесь, минеральное и/или синтетическое масло. В процессе растворения на смесь воздействуют ультразвуковым излучением прямоугольной формы с частотой 25-40 кГц, максимальной удельной мощностью 50-100 мВт/см³ и электромагнитным микроволновым излучением с длиной волны 9,4 мм, максимальной вводимой удельной мощностью до 1 Вт/см³. Давление в реакционном объеме 50-74 бар, температура 80-150^oС, время экспозиции - 10-30 мин. Изобретение позволяет получить стабильные, не дающие осадка растворы в нетоксичных растворителях с сохранением высокого уровня их биологической активности. 4 з.п.ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к способам получения растворов фуллеренов в различных жидкостях, содержащих преимущественно в своем составе ненасыщенные жирные кислоты, масла, жиры и т.п. вещества.

Известно, что фуллерены обладают высокой аффинностью по отношению к биологическим структурам. Однако до настоящего времени исследования медицинских и косметических применений фуллеренов сдерживалось отсутствием эффективных методов целевой доставки молекул фуллеренов к клеткам живой материи, поскольку не было найдено биологически толерантных растворителей фуллеренов.

Известные методы получения фуллереновых производных, например, путем присоединения к молекулам фуллеренов гидрофильных групп [Chiang et al. US patent 5994410] значительно снижали активность фуллеренов вследствие образования сильных ковалентных связей. Способ получения водорастворимых полимерных комплексов, например, с поливинилпирролидоном (ПВП), хотя и основан на образовании обратимых донорно-акцепторных связей, дает низкие концентрации фуллеренов по отношению к комплексанту - ПВП (1:100) и, помимо этого, сложен в осуществлении.

Наиболее перспективным способом получения композиций, содержащих фуллерены в максимально диспергированном виде, является их растворение в органических растворителях. Однако все известные до сих пор органические растворители являются высокотоксичными веществами (например, бензол, толуол и др.) [RU 2000110684, 12.07.2000; SU 1623967, 24.06.1987].

Задачей настоящего изобретения является разработка эффективного способа получения растворов фуллеренов в нетоксичных биологически совместимых растворителях, используемых или которые могут быть использованы в качестве ингредиентов при синтезе лекарственных препаратов и косметических композиций.

Эта задача решается заявленным способом, включающим смешивание исходных компонентов с фуллереном и растворение фуллеренов в моно- и полиненасыщенных жирных (карбоновых) кислотах, выбранных из ряда, содержащего, например, малеиновую, олеиновую, линолевую, линоленовую, арахидоновую кислоты или их смеси, а также в натуральных маслах, содержащих эти кислоты, - кедровом, облепиховом, касторовом, оливковом, подсолнечном, рыбьем жире или других животных и минеральных маслах, а также в их смесях. Процесс растворения осуществлялся введением фуллеренов в растворитель с последующим воздействием на образец ультразвукового и электромагнитного микроволнового излучений. Параметры ультразвукового воздействия: частота 25-40 кГц, форма волны прямоугольная, максимальная вводимая удельная мощность - 100 мВт/см³. Параметры электромагнитного воздействия: длина волны излучения - 9,4 мм, максимальная вводимая удельная мощность - 1 Вт/см³. Давление в реакционном объеме до 74 бар, температура до 150^oС. Время экспозиции - до 30 мин.

Полученные растворы содержат фуллерены в количестве от 21 до 54 мг/мл и прекрасно смешиваются в косметических и лекарственных композициях с остальными ингредиентами, не давая осадка и сохраняя высокий уровень биологической активности. При этом доказано, что диспергирование и растворение не сопровождаются процессами деструкции молекул фуллерена.

Пример 1. Исследовали растворимость экстрагированной толуолом из фуллереновой сажи смеси фуллеренов в олеиновой кислоте. Образец олеиновой кислоты (марки ОСЧ) объемом 5 мл помещался в кварцевом герметизированном контейнере в реакционную камеру дигестера. Затем к нему добавляли навеску фуллерена с дискретностью 25мГ (погрешность взвешивания составляла 0,1 мГ). После каждого добавления образец подвергали ультразвуковому воздействию и микроволновому облучению в течение 10 мин. Частота ультразвукового воздействия составляла 35 кГц, вводимая мощность - 50 мВт/см³, давление - 50 бар. Удельная мощность электромагнитного поля была 500 мВт/см³, температура - 80^oС. После каждого 10-минутного цикла образец вынимали из реакционной камеры и фильтровали через мембранный, предварительно взвешенный в сухом состоянии белый фильтр с порами 0,2 мкМ (фирмы Millipore, USA). Если на мембране не обнаруживали следов черного фильтрата, то после добавления следующей навески фуллерена (250,1 мГ) цикл воздействия повторяли. При обнаружении на поверхности мембраны темного фильтрата (осадка) процесс прекращали. Мембрану высушивали до постоянного веса и определяли весовое количество непрореагировавшего фуллерена, вычитая из веса мембраны с осадком ее исходный вес. Предварительно были проведены измерения значений постоянных весов аналогичных мембран после фильтрования через них чистой (марки ОСЧ) олеиновой кислоты. Эти измерения показали, что значения весов исходных мембран в серии из пяти опытов совпадали с аналогичными значениями после высушивания до постоянного веса в пределах 0,4 мГ. В результате было получено значение растворимости фуллеренов в олеиновой кислоте 210,6 мГ.

Для того чтобы убедиться в том, что действительно произошло взаимодействие компонентов фуллеренов с олеиновой кислотой, была снята хроматограмма полученного сольвата (фиг.1) и проведено ее сравнение с хроматограммой раствора исходного фуллерена в толуоле (фиг.2). Для анализа использовался метод обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ).

Условия анализа: Колонка: 4 мм25 см, Hypersil C18, 5 mem; Элюент: 44% ацетонитрил в толуоле, режим - изократический; Проба: 50 мкл (для образца 1 - насыщенный раствор в толуоле); Поток: 0,6 мл/мин; Детектирование: фотометрия на 350 нм; Сбор и обработка данных: программа Мультихром.

Результаты анализа позволяют сделать следующие заключения.

Реакция с обеими кислотами прошла со 100%-ным выходом по фуллеренам. Все присутствующие в исходном образце фуллерены дали соответствующие результаты. Результаты анализа позволяют сделать следующие заключения: аддукты с непредельной жирной кислотой. Благодаря наличию карбоксильной группы, полярность аддукта существенно больше, чем у исходного фуллерена. Это проявляется в резком уменьшении времени удерживания. Примеси непрореагировавших фуллеренов в пределах чувствительности метода (0.5%) не обнаружены.

Пример 2. В условиях примера 1 исследовали растворимость фуллерена в линолевой кислоте. Изменили лишь следующие параметры воздействия: частота ультразвукового поля - 30 кГц, вводимая удельная мощность 80 мВт/см³, время экспозиции - 15 мин. Остальные параметры были идентичны параметрам примера 1. Измеренное значение растворимости составило 360,5 мГ/см³. Хроматограмма полученного сольвата приведена на фиг.3. и относительно нее можно сделать выводы, аналогичные выводам в примере 1.

Пример 3. Для эксперимента взят фуллерен и натуральное облепиховое масло. Процесс ведут, как указано в примере 1. Полученные характеристики растворимости фуллеренов в среде облепихового масла приведены в сводной таблице.

Пример 4. Для экспериментов были взяты фуллерены и натуральный рыбий жир. Процесс растворения фуллеренов вели так же, как в примере 1. Показатели растворимости фуллеренов в рыбьем жире приведены в сводной таблице.

Пример 5. Для экспериментов были взяты фуллерены и минеральное масло. Смешивание этих компонентов вели, как в примере 1. Полученные данные приведены в сводной таблице.

Таким образом, разработанный способ существенно расширяет функциональные и технологические возможности использования фуллеренов за счет открытия нового класса его соединений с указанными веществами (ненасыщенными жирными кислотами, природными и минеральными маслами и жирами и их композициями), проявляющими высокие физико-биохимические свойства, что позволяет реализовать новые высокоэффективные процессы в различных областях человеческой деятельности.

Формула изобретения

1. Способ получения растворов фуллеренов, включающий смешивание исходных компонентов путем введения фуллеренов в объем растворителя, отличающийся тем, что в качестве растворителя выбирают ненасыщенную жирную кислоту или смесь таких кислот, натуральное масло, или натуральный жир, минеральное масло и готовят смесь из указанных компонентов до получения гомогенной массы, а в процессе растворения на композицию осуществляют воздействие ультразвуком и электромагнитным микроволновым излучением, при этом выбирают параметры ультразвукового излучения с частотой 25-40 кГц и прямоугольной формой волны с максимальной вводимой удельной мощностью 50-100 мВт/см³, а параметры электромагнитного микроволнового излучения выбирают с длиной волны 9,4 мм, максимальной вводимой удельной мощностью до 1 Вт/см³ при давлении в реакционном объеме 50-74 бар и температурой в этом объеме 80-150^oС и временем экспозиции от 10 до 30 мин.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве ненасыщенной жирной кислоты берут олеиновую кислоту, а смесь кислот готовят из олеиновой и арахидоновой кислот.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве масла берут облепиховое, а смесь готовят при добавлении к нему кедрового масла.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве жира берут рыбий, а смесь готовят при добавлении к нему животного жира.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что минеральное масло смешивают с синтетическим маслом перед введением в эту смесь фуллеренов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4