RU2659972C1 - Method for producing water-soluble hydroxylated derivatives of endometallofullerenes of lanthanides - Google Patents

Method for producing water-soluble hydroxylated derivatives of endometallofullerenes of lanthanides Download PDF

Info

Publication number
RU2659972C1
RU2659972C1 RU2016151106A RU2016151106A RU2659972C1 RU 2659972 C1 RU2659972 C1 RU 2659972C1 RU 2016151106 A RU2016151106 A RU 2016151106A RU 2016151106 A RU2016151106 A RU 2016151106A RU 2659972 C1 RU2659972 C1 RU 2659972C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lanthanides
endometallofullerenes
fullerene
hydroxylated
lanthanide
Prior art date
Application number
RU2016151106A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Петрович Седов
Алина Александровна Сжогина
Марина Вадимовна Суясова
Василий Андреевич Шилин
Василий Тимофеевич Лебедев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова" (ФГБУ "ПИЯФ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение "Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова" (ФГБУ "ПИЯФ") filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение "Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова" (ФГБУ "ПИЯФ")
Priority to RU2016151106A priority Critical patent/RU2659972C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2659972C1 publication Critical patent/RU2659972C1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15Nano-sized carbon materials
    • C01B32/152Fullerenes
    • C01B32/156After-treatment
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82BNANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • B82B3/0009Forming specific nanostructures
    • B82B3/0038Manufacturing processes for forming specific nanostructures not provided for in groups B82B3/0014 - B82B3/0033
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00Manufacture or treatment of nanostructures

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

FIELD: technological processes.
SUBSTANCE: invention can be used in manufacturing of contrast agents for magnetic resonance imaging in the diagnosis of diseases. First, the endometallofullerenes of lanthanides are produced by electric arc evaporation of a lanthanide-containing graphite electrode. Then, a weakly polar aromatic solvent, o-kyl, is extracted, after which the endometallofullerenes of the lanthanides and the hollow fullerenes are separated by centrifugation and the carbon black is dried to remove the solvent. After that, endometallofullerenes of the lanthanides are extracted as a solution above the solid phase of the unreacted fullerene-containing soot with a strongly polar solvent, dimethylformamide, supplemented with 0.1–0.2 % by volume hydrazine hydrate. Resulting extract of endometallofullerenes of lanthanides is converted to a solid phase which is hydroxylated with a dilute 15–22 % aqueous solution of hydrogen peroxide until a homogeneous phase of the desired product is formed. Water-soluble hydroxylated endometallofullerenes of lanthanides are precipitated with an alcohol-containing precipitation mixture.
EFFECT: yield of the desired product is increased and the method for obtaining it is simplified.
1 cl, 3 tbl

Description

Изобретение относится к методам получения водорастворимых гидроксилированных производных эндометаллофуллеренов лантаноидов, которые могут быть использованы в диагностике различных заболеваний в качестве контрастирующих агентов для магнитно-резонансной томографии, повышающих контрастность получаемых изображений [Seung-gu Kang, Raul Araya-Secchi, Deqiang Wang, Bo Wang, Tien Huynh, and Ruhong Zhou Dual Inhibitory Pathways of Metallofullerenol Gd@C82(OH)22 on Matrix Metalloproteinase-2: Molecular insight into drug-like nanomedicine Sci Rep. 2014; 4: 4775] [1].The invention relates to methods for producing water-soluble hydroxylated derivatives of lanthanide endometallofullerenes, which can be used in the diagnosis of various diseases as contrast agents for magnetic resonance imaging, which increase the contrast of the images [Seung-gu Kang, Raul Araya-Secchi, Deqiang Wang, Bo Wang, Tien Huynh, and Ruhong Zhou Dual Inhibitory Pathways of Metallofullerenol Gd @ C 82 (OH) 22 on Matrix Metalloproteinase-2: Molecular insight into drug-like nanomedicine Sci Rep. 2014; 4: 4775] [1].

Процесс получения водорастворимых гидроксилированных производных эндометаллофуллеренов лантаноидов состоит из следующих стадий.The process of obtaining water-soluble hydroxylated derivatives of endometallofullerenes of lanthanides consists of the following stages.

1. Получение фуллеренсодержащей сажи с эндометаллфуллеренами лантаноидов электродуговым испарением. На продуктивность процесса в этой стадии оказывает влияние содержание металла в испаряемом электроде, ток дуги, электродуговой зазор и давление инертного газа.1. Obtaining fullerene-containing soot with endometallic fullerenes of lanthanides by electric arc evaporation. The productivity of the process at this stage is influenced by the metal content in the evaporated electrode, arc current, arc gap and inert gas pressure.

2. Экстрагирование эндометаллофуллеренов лантаноидов из фуллеренсодержащей сажи. На продуктивность этой стадии оказывает влияние выбор растворителей и условия проведения разделения эндометаллофуллеренов лантаноидов от пустотелых фуллеренов.2. Extraction of endometallofullerenes of lanthanides from fullerene-containing soot. The productivity of this stage is influenced by the choice of solvents and the conditions for the separation of lanthanide endometallofullerenes from hollow fullerenes.

3. Гидроксилирование полученного кристаллического экстракта эндометаллофуллеренов лантаноидов. На продуктивность этой стадии оказывают влияние условия перевода эндометаллофуллеренов в водорастворимое состояние.3. Hydroxylation of the obtained crystalline extract of endometallofullerenes of lanthanides. The productivity of this stage is influenced by the conditions for the conversion of endometallofullerenes to a water-soluble state.

4. Осаждение водорастворимых гидроксилированных эндометаллофуллеренов лантаноидов.4. Precipitation of water-soluble hydroxylated endometallofullerenes of lanthanides.

Любая из этих стадий вносит существенный вклад в общую производительность способа получения водорастворимых гидроксилированных производных эндометаллофуллеренов лантаноидов.Any of these stages makes a significant contribution to the overall performance of the method for producing water-soluble hydroxylated derivatives of endometallofullerenes of lanthanides.

В работе [Zhao Y., Chen С, Xing G. Metallofullerenols and its application in preparation of medicines for inhibiting the growth of tumor. Patent EP №1941887 B1, 2012 г.] предложен синтез металлофуллеренолов общей формулы М@C2n(ОН)x, где М - La или Gd, m=41 или 30, х=10-50 [2].In [Zhao Y., Chen C, Xing G. Metallofullerenols and its application in preparation of medicines for inhibiting the growth of tumor. Patent EP No. 1941887 B1, 2012] proposed the synthesis of metallofullerenols of the general formula M @ C 2n (OH) x , where M is La or Gd, m = 41 or 30, x = 10-50 [2].

В этом способе фуллеренсодержащую сажу, содержащую эндометаллофуллерены лантаноидов, получают электродуговым испарением с использованием смеси оксидов металлов лантаноидов с углеродсодержащим материалом - графитом.In this method, fullerene-containing soot containing endometallofullerenes of lanthanides is obtained by electric arc evaporation using a mixture of metal oxides of lanthanides with a carbon-containing material - graphite.

Электродуговая сажа сначала растворялась в слабополярном растворителе (толуоле) при 100-200°С в течение 12-24 часов (метод высокотемпературной экстракции под высоким давлением) для выделения пустотелых фуллеренов, а затем экстрагировалась диметилформамидом (ДМФА) сильнополярным растворителем при 100-200°С и давлении 50-100 МРа в течение 12-24 часов для выделения эндометаллофуллеренов лантаноидов. Такие жесткие условия проведения процесса принято называть бомбовым методом. Проведение способа бомбовым методом позволяет получать только миллиграммовые количества ЭМФ лантаноидов.The carbon black was first dissolved in a weakly polar solvent (toluene) at 100-200 ° C for 12-24 hours (high-temperature extraction under high pressure) to isolate hollow fullerenes, and then was extracted with dimethylformamide (DMF) with a strongly polar solvent at 100-200 ° C and a pressure of 50-100 MPa for 12-24 hours to isolate the endometallofullerenes of lanthanides. Such stringent process conditions are commonly called the bomb method. The carrying out of the method by the bomb method allows to obtain only milligram quantities of EMF of lanthanides.

Известен способ получения водорастворимых гидроксилированных производных эндометаллофуллеренов лантаноидов, описанный в работе [D. Sun, Z. Liu, W. Xu and S. Liu. High-yield extraction of endohedral rare-earth fullerenes. J. Phys. Chem. B, 1997, 101, p. 3927-3930] [3]. В этом способе фуллеренсодержащую сажу получали также путем электродугового испарения смеси оксидов металлов лантаноидов с углеродсодержащим материалом - графитом. Экстракция лантаноидсодержащей фуллереновой сажи проводилась по методу Сокслета толуолом для выделения пустотелых фуллеренов, затем бомбовым методом пиридином для выделения эндометаллофуллеренов посредством проведения более эффективной операции их экстрагирования, за счет сочетания сильнополярного (пиридина) растворителя и бомбового метода. Однако и этот способ отличается низким выходом ЭМФ лантаноидов.A known method of producing water-soluble hydroxylated derivatives of endometallofullerenes of lanthanides described in [D. Sun, Z. Liu, W. Xu and S. Liu. High-yield extraction of endohedral rare-earth fullerenes. J. Phys. Chem. B, 1997, 101, p. 3927-3930] [3]. In this method, fullerene-containing soot was also obtained by electric arc evaporation of a mixture of metal oxides of lanthanides with a carbon-containing material - graphite. Extraction of lanthanide-containing fullerene soot was carried out according to the Soxhlet method with toluene to isolate hollow fullerenes, then with the pyridine bombardment method to isolate endometallofullerenes by means of a more efficient extraction operation by combining a strongly polar (pyridine) solvent and bomb method. However, this method also has a low yield of EMF of lanthanides.

Известен способ, предложенный в работе [V.P. Bubnov, I.E. Kareev, V.K. Koltover, T.G. Prokhorova, E.B. Yagubskii and Y.P Kozmin. Endohedral metallofullerenes: a convenient gram-scale preparation/ Chem. Mater., 2002, 14, p. 1004-1008] [4]. ЭМФ лантаноидов получали электродуговым испарением лантаноидсодержащих графитовых электродов. Экстракцию пустотелых фуллеренов из фуллеренсодержащей сажи проводили о-ксилолом при кипении растворителя под аргоном за 5 циклов. Каждый цикл длился 3 часа. Затем проводили экстракцию ЭМФ лантаноидов из фуллеренсодержащей сажи сильно полярным диметилформамидом (6-7 циклов) при кипении растворителя также под аргоном для более полного выделения эндометаллофуллеренов лантаноидов. Каждый цикл также длился 3 часа. Общий выход экстракта, содержащего пустотелые фуллерены, экстрагированием о-ксилолом составил 2,5-3% от веса сажи, а при экстрагировании ДМФА удалось извлечь еще 6-8% вес. экстракта, содержащего ЭМФ лантнаоидов.A known method proposed in the work of [V.P. Bubnov, I.E. Kareev, V.K. Koltover, T.G. Prokhorova, E.B. Yagubskii and Y.P Kozmin. Endohedral metallofullerenes: a convenient gram-scale preparation / Chem. Mater., 2002, 14, p. 1004-1008] [4]. EMF of lanthanides was obtained by electric arc evaporation of lanthanide-containing graphite electrodes. The extraction of hollow fullerenes from fullerene-containing soot was carried out with o-xylene while boiling the solvent under argon for 5 cycles. Each cycle lasted 3 hours. Then, the EMF of lanthanides from fullerene-containing soot was extracted with strongly polar dimethylformamide (6–7 cycles) while the solvent was also boiled under argon to more fully isolate lanthanide endometallofullerenes. Each cycle also lasted 3 hours. The total yield of the extract containing hollow fullerenes by extraction with o-xylene was 2.5-3% by weight of carbon black, and another 6-8% by weight was extracted by extraction with DMF. extract containing lantnaoid EMF.

Недостатки данного способа: низкий выход экстракта, содержащего ЭМФ лантаноидов (несколько сотен миллиграмм), и длительное экстрагирование при температуре кипения растворителей. Использование кипящего растворителя является одним из наиболее существенных недостатков данного способа, так как все используемые растворители относятся к легковоспламеняющимся, при этом в значительной степени усложняются условия работы.The disadvantages of this method: low yield of the extract containing EMF of lanthanides (several hundred milligrams), and prolonged extraction at the boiling point of the solvents. The use of a boiling solvent is one of the most significant drawbacks of this method, since all the solvents used are flammable, and the working conditions are greatly complicated.

Наиболее близким к заявляемому является способ получения водорастворимых гидроксилированных эндометаллофуллеренов лантаноидов, описанный в патенте РФ 2396207 /Способ получения MRI-контрастирующего агента [5]. Способ заключается в следующем. Фуллеренсодержащую сажу, содержащую ЭМФ лантаноидов, получали электродуговым испарением графитовых электродов. Из фуллеренсодержащей сажи экстрагировали большую часть пустотелых фуллеренов кипящим слабо полярным ароматическим растворителем (о-ксилолом) в аппарате Сокслета не менее 5 часов. Далее проводили экстрагирование фуллеренсодержащей сажи, содержащей ЭМФ лантаноидов, сильно полярным растворителем ДМФА также в аппарате Сокслета и получали экстракт, состоящий из смеси ЭМФ лантаноидов и пустотелых фуллеренов. Далее проводили фильтрацию экстракта фуллеренов в ДМФА через фильтр зеленая лента и PTFE-фильтр 0.22 мкм. Затем осуществляли перевод этого экстракта в твердую фазу на роторном испарителе при пониженном давлении.Closest to the claimed is a method for producing water-soluble hydroxylated endometallofullerenes of lanthanides described in RF patent 2396207 / Method for producing MRI-contrasting agent [5]. The method is as follows. Fullerene-containing carbon black containing EMF of lanthanides was obtained by electric arc evaporation of graphite electrodes. Most of the hollow fullerenes were extracted from fullerene-containing soot with a boiling weakly polar aromatic solvent (o-xylene) in the Soxhlet apparatus for at least 5 hours. Next, extraction of fullerene-containing soot containing EMF of lanthanides was carried out with a strongly polar solvent of DMF also in the Soxhlet apparatus and an extract was obtained consisting of a mixture of EMF of lanthanides and hollow fullerenes. Next, the fullerene extract in DMF was filtered through a green ribbon filter and a 0.22 μm PTFE filter. Then, this extract was transferred to the solid phase on a rotary evaporator under reduced pressure.

Гидроксилирование фуллеренсодержащего экстракта проводили концентрированной перекисью водорода при температуре ≥ 60°С в течение ~ 20 часов (до образования практически прозрачного окрашенного раствора). Раствор целевого продукта выливали в 20-кратный избыток изопропилового спирта для очистки от непрореагировавшей перекиси водорода, осадок гидроксилированных производных эндометаллофуллеренолов лантаноидов отделялся центрифугированием, промывался спиртом для удаления следов перекиси, сушился под разрежением при Т=40°С.Hydroxylation of the fullerene-containing extract was carried out with concentrated hydrogen peroxide at a temperature of ≥ 60 ° С for ~ 20 hours (until an almost transparent colored solution was formed). A solution of the target product was poured into a 20-fold excess of isopropyl alcohol to purify unreacted hydrogen peroxide, the precipitate of hydroxylated derivatives of endometallofullerenols of lanthanides was separated by centrifugation, washed with alcohol to remove traces of peroxide, and dried under vacuum at T = 40 ° C.

Однако этот способ также малопроизводителен, поскольку нет полноты извлечения эндофуллеренов лантаноидов на стадии экстракции ДМФА в аппарате Сокслета. Такое проведение экстрагирования позволяет выделить из сажи за один цикл не более 5-6% вес. экстракта фуллеренов лантаноидов, направляемого на гидроксилирование.However, this method is also inefficient, since there is no completeness of extraction of lanthanide endofullerenes at the DMF extraction stage in the Soxhlet apparatus. This extraction allows you to select from soot in one cycle no more than 5-6% weight. lanthanide fullerene extract, directed to hydroxylation.

Количество получаемого целевого продукта (водорастворимых гидроксилированных ЭМФ лантаноидов) составляет несколько десятков миллиграмм относительно веса лантаноидсодержащего графитового электрода (~20 гр) за один цикл испарение-экстрагирование-гидроксилирование при длительных затратах времени.The amount of the target product obtained (water-soluble hydroxylated EMF of lanthanides) is several tens of milligrams relative to the weight of the lanthanide-containing graphite electrode (~ 20 g) per one evaporation-extraction-hydroxylation cycle for a long time.

Также экстракция эндофуллеренов лантаноидов по методу Сокслета требует проведения стадий в сложных условиях - длительное кипячение растворителей, что вредно и приводит к образованию нежелательных аддуктов эндофуллеренов лантаноидов с растворителем.Also, the extraction of lanthanide endofullerenes according to the Soxhlet method requires stages in difficult conditions — prolonged boiling of the solvents, which is harmful and leads to the formation of undesired adducts of lanthanide endofullerenes with a solvent.

Таким образом, на данный момент времени еще не разработан способ получения эндометаллофуллеренолов лантаноидов в граммовом масштабе.Thus, at this point in time, a method for producing endometallofullerenols of lanthanides on a gram scale has not yet been developed.

Технический результат заключается в создании способа, обеспечивающего повышение выхода эндометаллофуллеренолов лантаноидов (водорастворимых гидроксилированных производных ЭМФ лантаноидов), упрощение способа и снижение затрат для его реализации.The technical result consists in creating a method for increasing the yield of endometallofullerenols of lanthanides (water-soluble hydroxylated derivatives of EMF of lanthanides), simplifying the method and reducing costs for its implementation.

Задача данного способа - обеспечить более высокую полноту извлечения ЭМФ лантаноидов из фуллеренсодержащей сажи на стадиях экстракции и гидроксилирования и проведение способа в мягких условиях.The objective of this method is to provide a higher completeness of the extraction of EMF of lanthanides from fullerene-containing soot at the stages of extraction and hydroxylation and carrying out the method under mild conditions.

Технический результат достигается тем, что в известном способе получения водорастворимых гидроксилированных производных эндометаллофуллеренов лантаноидов, заключающемся в том, что из фуллеренсодержащей сажи, содержащей эндометаллофуллерены лантаноидов, полученной электродуговым испарением лантаноидсодержащего графитового электрода, отделяют пустотелые фуллерены слабополярным ароматическим растворителем, затем экстрагируют эндометаллофуллерены лантаноидов сильно полярным растворителем - диметилформамидом в виде раствора над твердой фазой (фракцией) непрореагировавшей фуллеренсодержащей сажи, из полученного раствора кристаллизуют эндометаллофуллерены лантаноидов, которые затем гидроксилируют раствором перекиси водорода до образования гомогенной фазы целевого продукта, и осаждение водорастворимых гидроксилированных эндометаллофуллеренов лантаноидов осуществляют спиртосодержащей осадительной смесью, новым является то, что эндометаллофуллерены лантаноидов и пустотелые фуллерены разделяют центрифугированием после экстракции слабополярным ароматическим растворителем - о-килолом, сажу сушат для удаления растворителя и затем из нее экстрагируют эндометаллофуллерены лантаноидов сильно полярным растворителем диметилформамидом с добавкой 0,1-0,2% об. гидразин-гидрата в виде раствора над твердой фазой непрореагировавшей фуллеренсодержащей сажи, а гидроксилирование эндометаллофуллеренов лантаноидов осуществляют разбавленным водным раствором перекиси водорода концентрацией 15-22% вес.The technical result is achieved by the fact that in the known method for producing water-soluble hydroxylated derivatives of lanthanide endometallofullerenes, which consists in the fact that from fullerene-containing soot containing lanthanide endometallofluents obtained by electric arc evaporation of lanthanide-containing graphite electrode, the solute is weakly separated by - dimethylformamide in the form of a solution over solid phase (fraction) of unreacted fullerene-containing soot, endometallofullerenes of lanthanides are crystallized from the resulting solution, which are then hydroxylated with a solution of hydrogen peroxide to form a homogeneous phase of the target product, and water-soluble hydroxylated endometallofullerenes are precipitated with separated by centrifugation after extraction with slightly polar aromatic o-kilol solvent, the soot is dried to remove the solvent, and then the endometallofullerenes of lanthanides are extracted from it with a strongly polar solvent dimethylformamide with the addition of 0.1-0.2% vol. hydrazine hydrate in the form of a solution over the solid phase of unreacted fullerene-containing soot, and the hydroxylation of endometallofullerenes of lanthanides is carried out with a dilute aqueous solution of hydrogen peroxide with a concentration of 15-22% by weight.

Технический результат заявляемого способа основан на экспериментальных данных, которые получены авторами и направлены на выявление реагентов, которые обеспечивают при определенных условиях более полную экстракцию эндометаллофуллеренов лантаноидов и более эффективное их гидроксилирование по сравнению с прототипом и аналогами. По сравнению с прототипом, который дает невысокий процент выхода целевого продукта, заявляемый способ обеспечивает более эффективную экстракцию ЭМФ лантаноидов, приводящую к более высокому выходу целевого продукта (на порядок), снижению затрат и проведение вышеуказанных операций в мягких условиях (отказ от высоких температур).The technical result of the proposed method is based on experimental data obtained by the authors and aimed at identifying reagents that provide, under certain conditions, a more complete extraction of endometallofullerenes of lanthanides and their more efficient hydroxylation in comparison with the prototype and analogues. Compared with the prototype, which gives a low percentage of the yield of the target product, the inventive method provides a more efficient extraction of EMF of lanthanides, leading to a higher yield of the target product (an order of magnitude), lower costs and the above operations in mild conditions (rejection of high temperatures).

В табл. 1 представлены показатели экстрагирования ЭМФ лантаноидов по способу-прототипу (ДМФА) и по заявляемому способу (ДМФА + 0,1% об. гидразин-гидрата).In the table. 1 presents indicators of the extraction of EMF of lanthanides by the prototype method (DMF) and by the present method (DMF + 0.1% vol. Hydrazine hydrate).

Figure 00000001
Figure 00000001

Как видно из таблицы 1, добавка 0,1% об. гидразин-гидрата к ДМФА в заявляемом способе позволяет не только повысить продуктивность экстрагирования ЭМФ из лантаноидфуллеренсодержащей сажи, но также позволяет исключить нежелательную стадию длительного нагрева раствора фуллеренов (прототип) и, следовательно, упростить условия процедуры.As can be seen from table 1, the addition of 0.1% vol. hydrazine hydrate for DMF in the claimed method allows not only to increase the productivity of extraction of EMF from lanthanide fullerene-containing soot, but also to eliminate the undesirable stage of prolonged heating of a solution of fullerenes (prototype) and, therefore, to simplify the procedure.

В табл. 1 для заявляемого способа приведены данные для однократной экстракции ДМФА. Повторное экстрагирование еще 3-4 раза позволяет извлечь из электродуговой сажи приблизительно 60 -70% вес. экстракта, содержащего ЭМФ лантаноидов.In the table. 1 for the proposed method provides data for a single extraction of DMF. Repeated extraction an additional 3-4 times allows you to remove from the electric carbon black about 60 -70% of the weight. extract containing EMF lanthanides.

В табл. 2 приведено обоснование выбранного интервала добавки гидразин-гидрата к сильнополярному растворителю диметилформамиду (при комнатной температуре) для повышения эффективности экстрагирования ЭМФ лантаноидов из фуллеренсодержащей сажи.In the table. Figure 2 shows the rationale for the selected interval for the addition of hydrazine hydrate to a highly polar solvent dimethylformamide (at room temperature) to increase the efficiency of extraction of EMF of lanthanides from fullerene-containing soot.

Figure 00000002
Figure 00000002

Как следует из таблицы 2, увеличение добавки гидразин-гидрата к ДМФА приводит к резкому возрастанию эффективности экстрагирования фуллеренов. Однако при добавке более 0,2% об. раствор приобретает мутный черный цвет, что, по-видимому, свидетельствует об экстрагировании высокомолекулярных углеродных образований с неопределенной структурой. В дальнейшем экспериментально установлено, что эти образования практически не подвергаются гидроксилированию. Кроме того, повышенная добавка гидразин-гидрата может привести к нежелательному изменению свойств растворителя, а также к образованию побочных продуктов его взаимодействия с фуллеренами. Поэтому заявляемый интервал 0,1-0,2% об. добавки гидразин-гидрата к ДМФА является необходимым и достаточным для достижения технического результата.As follows from table 2, an increase in the addition of hydrazine hydrate to DMF leads to a sharp increase in the efficiency of extraction of fullerenes. However, with the addition of more than 0.2% vol. the solution becomes cloudy black, which, apparently, indicates the extraction of high molecular weight carbon formations with an indefinite structure. Later it was experimentally established that these formations practically do not undergo hydroxylation. In addition, an increased addition of hydrazine hydrate can lead to an undesirable change in the properties of the solvent, as well as to the formation of by-products of its interaction with fullerenes. Therefore, the claimed range of 0.1-0.2% vol. the addition of hydrazine hydrate to DMF is necessary and sufficient to achieve a technical result.

Технический результат достигается также тем, что гидроксилирование проводится в разбавленном растворе перекиси водорода, а не в концентрированном, как в способе-прототипе. Это позволяет сократить потери ЭМФ экстракта лантаноидов и предотвратить загрязнение гидроксилированного продукта перекисными примесями при сохранении длительности процедуры и приемлемого выхода водорастворимого продукта.The technical result is also achieved by the fact that hydroxylation is carried out in a dilute solution of hydrogen peroxide, and not in concentrated, as in the prototype method. This allows you to reduce the loss of EMF of the extract of lanthanides and prevent contamination of the hydroxylated product with peroxide impurities while maintaining the duration of the procedure and an acceptable yield of water-soluble product.

В табл. 3 приведены показатели процесса гидроксилирования по заявляемому способу (температура гидроксилирования 60-65°С).In the table. 3 shows the performance of the hydroxylation process according to the claimed method (hydroxylation temperature of 60-65 ° C).

Figure 00000003
Figure 00000003

Представленные в табл. 3 результаты показывают, что выход водорастворимого продукта сильно зависит от концентрации перекиси водорода в растворе и длительности процесса гидроксилирования. Наибольшие выходы достигнуты для концентрации перекиси водорода 15-22,0% при длительности 5-20 часов. Низкий выход гидроксилированных эндометаллофуллеренов лантаноидов при использовании концентрированной перекиси водорода и при больших длительностях процедуры можно объяснить тем, что в реакционных условиях происходит разрушение фуллеренов за счет их окисления.Presented in the table. 3 results show that the yield of a water-soluble product strongly depends on the concentration of hydrogen peroxide in the solution and the duration of the hydroxylation process. The highest yields were achieved for a concentration of hydrogen peroxide of 15-22.0% with a duration of 5-20 hours. The low yield of hydroxylated endometallofullerenes of lanthanides when using concentrated hydrogen peroxide and at long durations of the procedure can be explained by the fact that under the reaction conditions, the destruction of fullerenes occurs due to their oxidation.

Пример конкретной реализации заявляемого способа.An example of a specific implementation of the proposed method.

Для проведения электродугового испарения был изготовлен лантаноидсодержащий графитовый электрод путем прессования 8-9 г порошкообразной смеси оксида лантаноида Ln (например, Gd) и графита в трубчатый графитовый стержень внешним диаметром 10 мм и внутренним диаметром 6 мм. Атомное соотношение Ln:C в смеси равно (0,8÷1):100. Электрод отжигали в вакууме при температуре 1100-1200°С в течение 1,5-3 часов, помещали в испарительную камеру генератора фуллеренов и испаряли в электрической дуге постоянного тока 140 А при начальном давлении гелия 380-684 мм рт. ст. Исходный вес электрода - 38,0 г.To conduct electric arc evaporation, a lanthanide-containing graphite electrode was manufactured by pressing 8-9 g of a powder mixture of lanthanide oxide Ln (e.g., Gd) and graphite into a graphite tube with an outer diameter of 10 mm and an inner diameter of 6 mm. The atomic ratio Ln: C in the mixture is (0.8 ÷ 1): 100. The electrode was annealed in vacuum at a temperature of 1100-1200 ° C for 1.5-3 hours, placed in the evaporation chamber of the fullerene generator and evaporated in a direct current electric arc of 140 A at an initial helium pressure of 380-684 mm Hg. Art. The initial weight of the electrode is 38.0 g.

После электродугового испарения было получено 23,56 г (выход 62,0% масс.) ЭМФ-содержащей сажи, содержащей 12,3% масс.Gd. Из фуллеренсодержащей сажи, содержащей эндометаллофуллерены лантаноида, проводили экстракцию пустотелых фуллеренов слабополярным растворителем - о-ксилолом C8H10 (920 мл) при комнатной температуре в течение 1 часа на магнитной мешалке для удаления пустотелых фуллеренов. Смесь фуллеренсодержащей сажи с эндометаллофуллеренами лантаноидов и раствор пустотелых фуллеренов разделяли центрифугированием и сушили сажу в вакууме при 80°С в течение 3 часов для удаления неполярного растворителя.After electric arc evaporation, 23.56 g (yield 62.0% by weight) of EMF-containing carbon black containing 12.3% by weight of Gd were obtained. Hollow fullerenes were extracted from fullerene-containing soot containing lanthanide endometallofullerenes with a weakly polar solvent, o-xylene C 8 H 10 (920 ml) at room temperature for 1 hour on a magnetic stirrer to remove hollow fullerenes. A mixture of fullerene-containing soot with endometallofullerenes of lanthanides and a solution of hollow fullerenes were separated by centrifugation and dried soot in vacuum at 80 ° C for 3 hours to remove a non-polar solvent.

Затем из фуллеренсодержащей сажи экстрагировали ЭМФ лантаноидов сильно полярным растворителем - ДМФА с добавкой гидразин-гидрата - в виде раствора над твердой фазой (фракцией) непрореагировавшей фуллеренсодержащей сажи. Экстракцию проводили путем перемешивания на магнитной мешалке в течение 0,5-1 часа ДМФА при соотношении Ж/Т=40:1 мл/г, с добавлением 0,1-0,2% об. водного раствора гидразин-гидрата. Смесь фуллеренсодержащей сажи с ЭМФ лантаноидов и раствор ЭМФ лантаноидов разделяли центрифугированием, дополнительно фильтруя раствор ЭМФ лантаноидов через бумажный фильтр «синяя лента», упаривали досуха, промывали полученный кристаллический экстракт дистиллированной водой и сушили в вакууме при температуре 80°С в течение 3 часов. Получали 5,82 г (выход 24,7% вес.) экстракта, содержащего смесь эндометаллофуллеренов лантаноидов и примесь пустотелых фуллеренов. Содержание металла (Gd) в экстракте 7,8% масс.Then, EMF of lanthanides was extracted from fullerene-containing soot with a strongly polar solvent - DMF with the addition of hydrazine hydrate - in the form of a solution over the solid phase (fraction) of unreacted fullerene-containing soot. The extraction was carried out by stirring on a magnetic stirrer for 0.5-1 hours DMF at a ratio of W / T = 40: 1 ml / g, with the addition of 0.1-0.2% vol. an aqueous solution of hydrazine hydrate. A mixture of fullerene-containing carbon black with EMF of lanthanides and a solution of EMF of lanthanides were separated by centrifugation, additionally filtering the solution of EMF of lanthanides through a blue ribbon paper, evaporated to dryness, the resulting crystalline extract was washed with distilled water and dried in vacuum at 80 ° C for 3 hours. Received 5.82 g (yield 24.7% by weight) of an extract containing a mixture of endometallofullerenes of lanthanides and an admixture of hollow fullerenes. The metal content (Gd) in the extract of 7.8% of the mass.

Полученные 5,0 г экстракта эндометаллофуллеренов лантаноидов помещали в колбу емкостью 250-500 мл, добавляли 15-22% раствор перекиси водорода, взятый из расчета 1 мл на 20-25 мг экстракта, и гидроксилировали при температуре 60-65°С в течение 5-20 часов. Процесс гидроксилирования перекисью водорода вели до образования коричневого раствора целевого продукта - гидроксилированных производных эндометаллофуллеренов лантаноидов. Раствор гидроксилированных производных эндометаллофуллеренов лантаноидов охлаждали до комнатной температуры и выливали в спиртосодержащую осадительную смесь (ИПС : гептан = 90:10). Выпавший осадок гидроксилированных производных эндометаллофуллеренов лантаноидов отделяли центрифугированием, промывали еще 1-2 раза чистой осадительной смесью для удаления оставшейся непрореагировавшей перекиси водорода и сушили при температуре 60°С в течение 2-3 часов. Получили 1,5 г водорастворимого производного Gd@C2n(OH)38-40.The obtained 5.0 g of the extract of endometallofullerenes of lanthanides was placed in a flask with a capacity of 250-500 ml, a 15-22% hydrogen peroxide solution, taken at the rate of 1 ml per 20-25 mg of the extract, was added, and hydroxylated at a temperature of 60-65 ° C for 5 -20 hours. The process of hydroxylation with hydrogen peroxide was carried out until the formation of a brown solution of the target product - hydroxylated derivatives of endometallofullerenes of lanthanides. A solution of hydroxylated lanthanide endometallofullerene derivatives was cooled to room temperature and poured into an alcohol-containing precipitation mixture (IPA: heptane = 90:10). The precipitated precipitate of hydroxylated derivatives of lanthanide endometallofullerenes was separated by centrifugation, washed another 1-2 times with a clean precipitation mixture to remove the remaining unreacted hydrogen peroxide, and dried at a temperature of 60 ° C for 2-3 hours. Received 1.5 g of a water-soluble derivative of Gd @ C 2n (OH) 38-40 .

Число гидроксильных групп определяли по методу термической оценки числа заместителей [Т.Н. Goswami, R. Singh, S.Alam, G.N. Mathur. Thermal analysis: a unique method to estimate the number of substituents in fullerene derivatives. Thermochimica Acta 419 (2004) 97-104], содержание металла термогравиметрическим методом [7].The number of hydroxyl groups was determined by the method of thermal evaluation of the number of substituents [T.N. Goswami, R. Singh, S. Alam, G.N. Mathur. Thermal analysis: a unique method to estimate the number of substituents in fullerene derivatives. Thermochimica Acta 419 (2004) 97-104], the metal content by the thermogravimetric method [7].

Растворимость продукта в воде составила 40 мг/мл.The solubility of the product in water was 40 mg / ml.

По такому способу были получены гидроксилированные водорастворимые ЭМФ лантаноидов: Gd, Dy, Pr, Но, Tb, Sm, Eu, Tm.By this method, hydroxylated water-soluble EMFs of lanthanides were obtained: Gd, Dy, Pr, But, Tb, Sm, Eu, Tm.

Claims (1)

Способ получения водорастворимых гидроксилированных эндометаллофуллеренов лантаноидов, заключающийся в том, что из фуллеренсодержащей сажи, содержащей эндометаллофуллерены лантаноидов, полученные электродуговым испарением лантаноидсодержащего графитового электрода, отделяют пустотелые фуллерены слабополярным ароматическим растворителем, затем экстрагируют эндометаллофуллерены лантаноидов сильнополярным растворителем - диметилформамидом, полученный экстракт эндометаллофуллеренов лантаноидов переводят в твердую фазу, которую затем гидроксилируют раствором перекиси водорода до образования гомогенной фазы целевого продукта, и осаждение водорастворимых гидроксилированных эндометаллофуллеренов лантаноидов осуществляют спиртосодержащей осадительной смесью, отличающийся тем, что эндометаллофуллерены лантаноидов и пустотелые фуллерены разделяют центрифугированием после экстракции слабополярным ароматическим растворителем - о-килолом, сажу сушат для удаления растворителя и затем из нее экстрагируют эндометаллофуллерены лантаноидов сильнополярным растворителем диметилформамидом с добавкой 0,1-0,2% об. гидразин-гидрата в виде раствора над твердой фазой непрореагировавшей фуллеренсодержащей сажи, а гидроксилирование эндометаллофуллеренов лантаноидов осуществляют разбавленным водным раствором перекиси водорода концентрацией 15-22% вес.A process for preparing water-soluble hydroxylated endohedral lanthanides, consisting in that, of the fullerene-containing soot comprising endometallofullereny lanthanides, obtained by arc evaporation lanthanide graphite electrode separated hollow fullerenes weakly polar aromatic solvent and then extracted endometallofullereny lanthanide strongly polar solvents - dimethylformamide, resulting extract endohedral lanthanides converted into a solid phase which They are then hydroxylated with a solution of hydrogen peroxide until a homogeneous phase of the target product is formed, and water-soluble hydroxylated endometallofullerenes of lanthanides are precipitated with an alcohol-containing precipitation mixture, characterized in that the endometallofullerenes of lanthanides and hollow fullerenes are separated by centrifugation after extraction with a weak solvent and then the endometallofullerenes of lanthanides are extracted from it with a strongly polar race voritelem dimethylformamide with the addition of 0.1-0.2%. hydrazine hydrate in the form of a solution over the solid phase of unreacted fullerene-containing soot, and the hydroxylation of endometallofullerenes of lanthanides is carried out with a dilute aqueous solution of hydrogen peroxide with a concentration of 15-22% by weight.
RU2016151106A 2016-12-23 2016-12-23 Method for producing water-soluble hydroxylated derivatives of endometallofullerenes of lanthanides RU2659972C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016151106A RU2659972C1 (en) 2016-12-23 2016-12-23 Method for producing water-soluble hydroxylated derivatives of endometallofullerenes of lanthanides

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016151106A RU2659972C1 (en) 2016-12-23 2016-12-23 Method for producing water-soluble hydroxylated derivatives of endometallofullerenes of lanthanides

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2659972C1 true RU2659972C1 (en) 2018-07-04

Family

ID=62815964

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016151106A RU2659972C1 (en) 2016-12-23 2016-12-23 Method for producing water-soluble hydroxylated derivatives of endometallofullerenes of lanthanides

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2659972C1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1941887A1 (en) * 2005-09-19 2008-07-09 Inst. of High Energy Phys., Chinese Acad. of Sc. Metallo-fullerenols and its application in preparation of medicines for inhibiting the growth of tumour
RU2396207C2 (en) * 2008-10-27 2010-08-10 Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова РАН Method of obtaining mri-contrasting agent

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1941887A1 (en) * 2005-09-19 2008-07-09 Inst. of High Energy Phys., Chinese Acad. of Sc. Metallo-fullerenols and its application in preparation of medicines for inhibiting the growth of tumour
RU2396207C2 (en) * 2008-10-27 2010-08-10 Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова РАН Method of obtaining mri-contrasting agent

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BUBNOV V.P. et al. Endohedral Metallofullerenes: A Convenient Gram-Scale Preparation, Chem. Mater., 2002, v. 14, no. 3, p. 1004-1008. *
DAYONG SUN et al. High-Yield Extraction of Endohedral Rare-Earth Fullerenes, J. Phys. Chem., B, 1997, v. 101, no. 20, p. 3927-3930. *
DAYONG SUN et al. High-Yield Extraction of Endohedral Rare-Earth Fullerenes, J. Phys. Chem., B, 1997, v. 101, no. 20, p. 3927-3930. BUBNOV V.P. et al. Endohedral Metallofullerenes: A Convenient Gram-Scale Preparation, Chem. Mater., 2002, v. 14, no. 3, p. 1004-1008. YU. S. GRUSHKO et al. MRI-contrasting system based on water-soluble fullerene/Gd-metallofullerene mixture, Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanosrtuctures, 2010, v. 18, no. 4-6, p. 417-421. *
YU. S. GRUSHKO et al. MRI-contrasting system based on water-soluble fullerene/Gd-metallofullerene mixture, Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanosrtuctures, 2010, v. 18, no. 4-6, p. 417-421. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6877431B2 (en) Methods for producing graphene quantum dots with different oxygen contents, graphene quantum dots, and fluorescent materials
RU2762826C2 (en) METHOD FOR PRODUCING 3,7-BIS-(DIMETHYLAMINO)-PHENOTHIAZINE-5ii CHLORIDE OR BROMIDE
CN107522190B (en) Synthesis method of carbon quantum dots
JP2896224B2 (en) Method for producing hypericin
Alves et al. Synthesis of C60 (OH) 18-20 in aqueous alkaline solution under O2-atmosphere
WO2016150349A1 (en) Preparation method of pci-32765 crystal form a
RU2659972C1 (en) Method for producing water-soluble hydroxylated derivatives of endometallofullerenes of lanthanides
WO2013069563A1 (en) Cobalt extraction method
JP2005053782A (en) New crystal of cyclic lipopeptide compound
TW202304931A (en) Method for preparing biotin, l-lysine salt of biotin, and method for preparing same
WO2005097676A2 (en) Method of making multiple carbonaceous nanomaterials
CN107337668B (en) Metal fullerene derivative, preparation method thereof and energy storage and conversion method
CN104098509B (en) A kind of method for preparing A type atazanavir sulfate
JP4998264B2 (en) (-)-Method for producing alkaline earth metal salt of hydroxycitric acid
KR102432094B1 (en) Process for making indigo carmine
JPWO2016035405A1 (en) Azo dye composition and method for producing the same
Robinson et al. CXXIII.—Experiments on the constitution of the aloins. Part I
WO2008122988A1 (en) Process for preparation of atovaquone and the conversion of cis-isomer to trans- isomer
Forster XXV.—Studies in the camphane series. Part I. Nitrocamphane
CN108483426B (en) Method for preparing low-toxicity multi-mode luminescent carbon dots based on functional polypeptide
WO2017037296A1 (en) Stable adducts of 2-iodoxybenzoic acid
RU2199524C2 (en) Method of purification of 2-(3,4-dihydroxyphenyl)-ethylamine hydrochloride
SU525318A1 (en) Method of obtaining lanthanide diphthalocyanines
WO2019200501A1 (en) Water-soluble inlaid thorium fullerene, preparation method therefor and application thereof
Cong et al. Synthesis and aggregation study of optically active tetra-β-[(S)-2-octanyloxy]-substituted copper and nickel phthalocyanines

Legal Events

Date Code Title Description
QA4A Patent open for licensing

Effective date: 20210812