CN102849717B

CN102849717B - 一种富勒醇及其制备方法

Info

Publication number: CN102849717B
Application number: CN201210335488.4A
Authority: CN
Inventors: 陈寿; 王春儒; 李慧; 蒋礼
Original assignee: Shenzhen Beauty Star Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Lihe Technology Innovation Co.,Ltd.
Priority date: 2012-09-12
Filing date: 2012-09-12
Publication date: 2014-12-10
Anticipated expiration: 2032-09-12
Also published as: CN102849717A

Abstract

本发明提供了一种富勒醇的制备方法，其包括如下步骤：步骤一、将富勒烯的芳香烃溶液在氧化试剂里进行充分的氧化处理，得富勒烯氧化物悬浊液；步骤二、将富勒烯氧化物悬浊液离心洗涤，干燥后得到富勒烯氧化物粉末；步骤三、将富勒烯氧化物粉末分散或溶解到溶剂中，干燥后得到富勒烯氧化物粉末；步骤四、将富勒烯氧化物粉末进行水解，产物干燥后得到富勒醇粉末；步骤五、将富勒醇粉末重结晶，干燥后得到纯净富勒醇。本发明的制备方法制得的富勒醇能够实现量产且去除自由基抗氧化方面性能优异。

Description

一种富勒醇及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种具有抗氧化性、抗癌等生理活性的富勒醇及其制备方法。

背景技术

自从1985年被发现以来，富勒烯就因其特殊的物理和化学性能而倍受关注。近些年，富勒烯分子及其衍生物、复合物、包合物，更是被发现具有优异的抗氧化活性、抗菌性和抗癌性等生理活性。

在诸多水溶性富勒烯类中，由于富勒醇（C₆₀(OH)_n）优异的生理活性和稳定性而备受关注。有关富勒醇的制备方案，也已经发展了不少，包括：1、四丁基氢氧化铵（TBAH）催化碱法合成（J.Chem.Soc.Chem.Commun.,1993，(23)：1784-1785）；2、聚乙二醇（PEG）催化合成([J]．J．Cent．SouthUniv．T．，1999，6(1)：35-3)；3、酸法（浓硫酸或浓硝酸）([J]．Chin．J．Chem．，2004，22(9)：1000-1011)合成；4、富勒烯氯化物强碱水解法（如中国发明专利申请号：01109496.6，发明人：陈滇宝，陈红蕾，刘青，章裕华）；5、富勒烯水悬液水解法（辐射研究与辐射工艺学报，2010.28（1），张晓敏等）。6、低羟基数富勒醇深度水解法（ACSNANO，2008，vol（2），327-333）。但是，以上方法尚存在以下不足：

1、以上方法1、2、3及4的制备过程均较复杂，并且都涉及大量高浓度氢氧化钠溶液的使用，因此后续必须将过量氢氧化钠去除，但是这一过程十分繁琐，并且在用水进行氢氧化钠的洗涤去除时会造成所得水溶性富勒烯的大量损失；氢氧化钠去除后，产物中还会存在游离的Na⁺，它的存在会影响产物生物性能的发挥，一般采用多次透析的方式将游离的钠离子尽量去除完全，这一过程极其费时；因此对于批量生产来说，该四种方法均不合适。

2、方法5虽然在制备过程中避免了氢氧化钠的使用，但是前期富勒烯纳米颗粒水悬液（富勒烯的甲苯溶液与去离子水混合，通过较长时间超声至甲苯完全挥发，得到微纳米富勒烯颗粒的水相悬浮液）的准备过程用时超长（时间为7天左右）；同时所用甲苯完全挥发到空气中，极易造成环境污染和人体伤害；该种方法后续提纯过程复杂，需要大量有机试剂的辅助（异丙醇，正己烷，乙醚等有机溶剂进行多步萃取），因此增加了其生物应用的安全隐患，并且产率低，不适合大量生产。

3、方法6是针对低羟基数的富勒醇（C₆₀(OH)₁₂）进行深度氧化水解处理得到更高羟基数的富勒醇。首先获得低羟基数的富勒醇（C₆₀(OH)₁₂）就存在困难，并且，针对低羟基数富勒醇的深度水解耗时过长，甚至可长达14天，极其不适合量产应用。

实际上，要想实际应用富勒烯类时，情况是，既要保持富勒烯类的优良的生理活性，又要保证所用富勒烯类良好的稳定性是困难的，并且具体的形成生物相容性良好的水溶性富勒烯类衍生物、复合物等也是非常困难的，更重要的是，寻求适合水溶性富勒烯类量产的制备方案尤为困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种改进的制备具有优异的生理活性的富勒醇的方法，以真正实现富勒醇的量产应用。

解决本发明的技术问题所采用的技术方案是：提供一种富勒醇的制备方法，其包括如下步骤：一种富勒醇的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：

步骤一、将富勒烯的芳香烃溶液在氧化试剂里进行充分的氧化处理，得富勒烯氧化物悬浊液；

步骤二、将富勒烯氧化物悬浊液离心洗涤，干燥后得到富勒烯氧化物粉末；

步骤三、将富勒烯氧化物粉末分散或溶解到溶剂中，干燥后得到富勒烯氧化物粉末；

步骤四、将富勒烯氧化物粉末进行水解，产物干燥后得到富勒醇粉末；

步骤五、将富勒醇粉末重结晶，干燥后得到纯净富勒醇。

较佳地，在步骤一中，所述富勒烯选自空心富勒烯或内嵌富勒烯，所述富勒烯的芳香烃溶液选自饱和溶液。所述富勒烯选自C₆₀、C₇₀或两者混合物，所述富勒烯的芳香烃溶液选自甲苯溶液。所述氧化试剂为强氧化剂，所述氧化试剂优选为臭氧。

较佳地，在步骤二中，将富勒烯氧化物悬浊液离心洗涤时所采用的洗涤剂为芳香族溶剂，所述芳香族溶剂优选为甲苯。

较佳地，在步骤三中，所述溶剂为水、乙醇或丙酮。在步骤四中，分两步对富勒烯粉末进行水解处理；首先，富勒烯氧化物粉末的双氧水悬浊液进行一定程度的光反应，得到浅红色溶液；然后加热浅红色溶液变为浅黄色溶液，得到富勒醇溶液；光反应中所用光源选多种光源；加热温度为50℃～100℃，所用富勒烯氧化物与双氧水的摩尔比为1∶1～1∶50。光反应中所用光源优选为白光；加热温度优选为60℃-70℃，所用富勒烯氧化物与双氧水的摩尔比优选为1∶20～1∶40。

较佳地，在步骤四中，将富勒醇溶液浓缩至一定浓度，然后利用冷冻干燥机进行干燥，得到富勒醇粉末。在步骤五中，用水作为溶剂，将富勒醇粉末重结晶。

本发明还提供一种通过以上富勒醇的制备方法制备出来的富勒醇。

与其它现有技术比较，本发明具有以下优点：1、本发明提供的制备方法，整个过程中没有强碱、强酸的使用，不仅极大地降低了制备过程中的安全隐患；同时也避免了后续复杂的去除过量碱、酸以及游离金属离子的过程，即产物中不存在影响其性能发挥的游离离子，如，钠离子，因此确保了产物性能的正常发挥。

2、本发明提供的制备方法，通过在富勒烯氧化物粉末水解过程中将光照和加热两种反应条件的合理结合，在时间成本上实现了最优化，实现整个方法耗时不会超过一个工作日。

3、本发明提供的制备方法，整体方案包括以下几步：氧化-纯化-水解-重结晶，方法中所涉及到的设备及操作均清晰明确，非常利于生产者集合成全套设备，实现批量生产。

4、本发明提供的制备方法中，采用离心洗涤的方式对富勒烯氧化物进行纯化处理，用甲苯作为溶剂可以将氧化过程中产生的微量苯甲酸或苯甲醛完全去除；同时又不会造成富勒烯氧化物的流失，保证了较高的产率。

5、本发明提供的制备方法中，分两步进行水解，不仅极大的降低了水解时间，并且也降低了长时间加热双氧水体系可能存在的安全隐患。

6、本发明提供的制备方法，所得富勒醇在去除自由基方面性能优异，因此在化妆品工业、生物医学领域中具有重要应用价值。

附图说明

图1是C₆₀、C₆₀(OH)₁₀、C₆₀(OH)₃₀的红外谱图。

图2是未加入任何活性物质的空白试验的DMPO-OH的ESR信号图。

图3是加入C₆₀(OH)₁₀后DMPO-OH的ESR信号图。

图4是加入C₆₀(OH)₃₀后DMPO-OH的ESR信号图。

图5是加入葡萄糖后的DMPO-OH的ESR信号图。

图6是加入β-环糊精后的DMPO-OH的ESR信号图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述反应物如无特别说明均能从公开商业途径而得。

本发明提供一种简单、高效、高产率、并易于进行大量生产的富勒醇的制备方法，其包括如下步骤：

步骤一、将富勒烯的芳香烃溶液进行充分的氧化处理，得富勒烯氧化物的悬浊液；

步骤二、将富勒烯氧化物悬浊液离心洗涤、干燥，得到富勒烯氧化物粉末；

步骤三、将富勒烯氧化物粉末分散或溶解到溶剂中，干燥，得到富勒烯氧化物粉末；

步骤四、将富勒烯氧化物粉末进行水解，干燥后得到富勒醇粉末；

步骤五、将富勒醇粉末重结晶，干燥后得到纯净富勒醇。

其中：富勒烯可选自空心富勒烯或内嵌富勒烯，优选C₆₀、C₇₀或两者混合物。所述富勒烯的芳香烃溶液，优选为饱和溶液，更优选为甲苯溶液。所用氧化试剂为强氧化剂，优选臭氧。

步骤二中对富勒烯氧化物粉末采用离心洗涤的方式进行纯化处理。步骤二中所用洗涤剂首选芳香族溶剂，优选甲苯。

步骤三中将富勒烯氧化物粉末分散或溶解到水、乙醇或丙酮中，优选水或乙醇。

步骤四中分两步对富勒烯粉末进行水解处理；首先，富勒烯氧化物粉末的双氧水悬浊液进行一定程度的光反应，得到浅红色溶液；然后加热浅红色溶液变为浅黄色溶液，得到富勒醇溶液。其中，光反应中所用光源可选多种光源，优选白光；加热温度为50℃～100℃，优选60-70℃。其中，所用富勒烯氧化物与双氧水的摩尔比为1∶1～1∶50，所用富勒烯氧化物与双氧水的摩尔比为1∶20～1∶40。步骤四中浓缩富勒醇溶液至一定浓度，然后利用冷冻干燥机进行干燥，得到富勒醇粉末。

步骤五中以水作为溶剂，将富勒醇粉末重结晶，干燥后的产物即为纯净的富勒醇。

为了长期使用，需要进一步将所得富勒醇固体粉末于避光干燥处，密封保存。

本发明方法中，首先获得富勒烯的氧化物粉末，然后针对富勒烯的氧化物粉末进行羟基化水解。例如，步骤二是针对步骤一中所得固体粉末进行的纯化处理，目的是去除反应中产生的微量杂质，如苯甲酸，苯甲醛；同时采用高速离心的方式对富勒烯氧化物进行收集，可以避免富勒烯氧化物的损失。步骤三是为了将富勒烯氧化物粉末中残留的溶剂甲苯完全去除。在步骤四中，将富勒烯氧化物粉末分散到双氧水中，通过光照和加热的方式诱导双氧水与富勒烯氧化物之间发生羟基取代反应，实现富勒烯氧化物的水解。富勒烯氧化物粉末的水解过程所用光源可以为白光光源、紫外光光源；水解反应的温度为60-70℃。

实施例一：富勒烯碳笼外所修饰的羟基数量的可控制备

步骤一、称取1.5g C₆₀粉末，置于1L的烧杯中，向其中加入500ml甲苯，充分搅拌，使C₆₀粉末完全溶解；

步骤二、接通臭氧导出管至C₆₀的甲苯溶液中，打开臭氧发生器，调节臭氧产率为10g/h；持续向C₆₀甲苯溶液中通入臭氧约10分钟；

步骤三、将反应后的溶液以甲苯为溶剂进行离心洗涤，反复三次，后将沉淀干燥，得富勒烯氧化物粉末；

步骤四、将富勒烯氧化物粉末分散到乙醇中，充分搅拌30分钟后，蒸干溶剂，反复三次，最终得到富勒烯氧化物粉末约1.3g；

步骤五、将1.3g富勒烯氧化物粉末分散到20ml双氧水中（双氧水质量浓度约为30％），设定反应温度为50℃，用白光光源照射反应溶液至粉末完全溶解且整体溶液呈浅黄色；

步骤六、将得到的富勒醇溶液加热浓缩后，置于冷冻干燥机中干燥成粉末。通过X射线光电子能谱分析，最终产物中羟基的数量约为10。

整体实验过程同上述步骤一至步骤五，不同的是，通臭氧的时间由10分钟延长至20分钟。富勒烯氧化物粉末分散到60ml双氧水中。通过X射线光电子能谱分析，最终产物中含有羟基数量约为30。

图1为本发明方法所制备的富勒醇的红外谱图，从图1中可以看出，在3300cm^-1处有明显的羟基特征峰；在1000cm^-1~1500cm^-1处本发明方法所制备的富勒醇和纯净的C₆₀的特征峰匹配；1620cm^-1处为C=C的震动吸收峰；在1720cm^-1处较弱的峰与文献报道的匹配，可以归结为C-OH在进一步氧化过程中生成的羰基峰。

实施例二：

步骤四、将富勒烯氧化物粉末分散到乙醇中，充分搅拌30分钟后，蒸干溶剂，反复三次；

步骤五、将1.3g富勒烯氧化物粉末分散到20ml双氧水中（双氧水质量浓度约为30％），设定反应温度为100℃，用白光光源照射反应溶液至粉末完全溶解且整体溶液呈浅黄色；

实施例三：

步骤一、称取1.0g C₆₀粉末，置于1L的烧杯中，向其中加入500ml甲苯，充分搅拌，使C₆₀粉末完全溶解；

步骤二、接通臭氧导出管至C₆₀的甲苯溶液中，打开臭氧发生器，调节臭氧产率为10g/h；持续向C₆₀甲苯溶液中通入臭氧约15分钟；

步骤四、将富勒烯氧化物粉末分散到乙醇中，充分搅拌30分钟后，蒸干溶剂，反复三次。

步骤五、将1.1g富勒烯氧化物粉末分散到30ml双氧水中（双氧水质量浓度约为30％），设定反应温度为70℃，用白光光源照射反应溶液至粉末完全溶解且整体溶液呈浅黄色

步骤六、将得到的富勒醇溶液加热浓缩后，置于冷冻干燥机中干燥成粉末。通过X射线光电子能谱分析，最终产物中羟基的数量约为20。

本发明方法所制备富勒醇除去自由基性能测试：

对于采用本发明方法所得到的修饰了不同羟基数的富勒醇，采用自旋捕获法（ESR）测定自由基去除效果。具体操作为：对于过氧化氢与亚铁离子反应产生的自由基，利用DMPO(5，5-二甲基-1-吡咯啉-N-氧化物)作为自旋捕获剂，检测DMPO与羟基自由基反应生成的产物DMPO-OH的信号。

空白试验：七水合硫酸亚铁的浓度为0.4mmol/L，PBS的pH值为7.4，DMPO的浓度为0.4mol/L，双氧水的质量浓度为5％，分别取以上四种溶液各50μL混合均匀（为叙述方便，此四种溶液的混合体系定为溶液A），最后向溶液A中加入50μl去离子水，然后进行ESR测试，得到未添加任何活性物质的空白试验的DMPO-OH的ESR信号，图2为空白试验DMPO-OH的ESR信号图。

实际测试中：七水合硫酸亚铁PBS，DMPO，双氧水的浓度和用量均和上述“空白试验”相同，只是在每次测试中加入相应的活性物质。

1、不同羟基数富勒醇的去除羟基自由基的能力对比。

取溶液A两份，分别向其中加入50μl浓度为15mmol/L的C₆₀(OH)₁₀、C₆₀(OH)₃₀，然后进行ESR测试。图3为C₆₀(OH)₁₀作用后的DMPO-OH的ESR信号，可以看出，对比空白试验的DMPO-OH的ESR信号强度相比，有了明显的减弱；图4为C₆₀(OH)₃₀作用后的DMPO-OH的ESR信号，可以看出，与空白试验的DMPO-OH的ESR信号强度相比，有了更加明显的减弱，同时也比添加C₆₀(OH)₁₀的测试体系中所得DMPO-OH的ESR信号强度明显减弱。也就是说在相同的测试条件下，随着C₆₀外所修饰上的羟基数的增加，去除自由基的能力也随之增强。

本发明方法所制备的富勒醇与其它多羟基的物质在去除自由基性能方面的对比。

取溶液A三份，分别向其中加入50μl浓度为15mmol/L的C₆₀(OH)₃₀、浓度为22.5mmol/L的β-环糊精、浓度为75mmol/L的葡萄糖（三种物质在最终测试时起作用的羟基数量基本相同）；然后进行ESR测试。图4、图5及图6分别为C₆₀(OH)₃₀、葡萄糖、β-环糊精作用后的DMPO-OH的ESR信号图。从这些图中可以看出，C₆₀(OH)₃₀作用后的DMPO-OH的ESR信号强度最弱，即清除自由基的能力最强，其次是葡萄糖，对自由基的清除效果最差的是β-环糊精。通过分析可以得知，虽然最终测试体系中存在的羟基数相同，但是对于自由基的清除效果来说，本发明方法所制备的富勒醇的性能最好。也就是说，对于自由基的清除效果，不仅和活性基团的浓度有关，同时也和活性分子的结构有关，本发明方法所制备的富勒醇不仅富含羟基，并且其保持的碳笼的特殊的球形结构，也对于其最终性能的发挥起到了很大的促进作用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种富勒醇的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：

步骤四、将富勒烯氧化物粉末分两步进行水解，富勒烯氧化物粉末的双氧水悬浊液进行一定程度的光反应，得到浅红色溶液；然后加热浅红色溶液变为浅黄色溶液，得到富勒醇溶液，产物干燥后得到富勒醇粉末；

步骤五、将富勒醇粉末重结晶，干燥后得到纯净富勒醇。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤一中，所述富勒烯选自空心富勒烯或内嵌富勒烯，所述富勒烯的芳香烃溶液选自饱和溶液。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述富勒烯选自C₆₀、C₇₀或两者混合物，所述富勒烯的芳香烃溶液选自甲苯溶液。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤一中，所述氧化试剂为强氧化剂。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述氧化试剂为臭氧。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤二中，将富勒烯氧化物悬浊液离心洗涤时所采用的洗涤剂为芳香族溶剂。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述芳香族溶剂为甲苯。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤三中，所述溶剂选自水、乙醇或丙酮。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：光反应中所用光源选白光或紫外光；加热温度为50℃～100℃，所用富勒烯氧化物与双氧水的摩尔比为1:1～1:50。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：光反应中所用光源为白光；加热温度为60℃-70℃，所用富勒烯氧化物与双氧水的摩尔比为1:20～1:40。

11.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤四中，将富勒醇溶液浓缩至一定浓度，然后利用冷冻干燥机进行干燥，得到富勒醇粉末。

12.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤五中，用水作为溶剂，将富勒醇粉末重结晶。