Водорастворимые комплексы фуллерена с поли-n-винилпирролидоном и способ получения этих комплексов

Водорастворимые комплексы фуллерена с поли-n-винилпирролидоном и способ получения этих комплексов

Реферат

Изобретение относится к химии полимеров, точнее к комплексам поли-N-винилпирролидона с повышенным содержанием фуллерена C₆₀, а также к способу получения этих комплексов.

Исследования структуры и свойств фуллеренов показали необычность пространственной и электронной структуры, которая обеспечивает возможность использования фуллеренов в различных областях науки, техники, медицины. Показана перспективность использования фуллеренов в составе медицинских препаратов со значительным усилением их антивирусной активности, в оптоэлектронных устройствах, в составе регистрирующих сред для голографии и др.

Во многих случаях перспективно применение фуллеренов как компонента полимерных систем, среди которых особый интерес представляют комплексы "полимер - фуллерен". Именно в этом случае в отличие от ковалентного присоединения нативная электронная структура и, следовательно, свойства фуллереновых молекул искажаются в наименьшей мере.

В области медицины и биологии использование фуллеренов затруднено из-за их практически полной нерастворимости в водных растворах. Это препятствие преодолевается созданием водорастворимых комплексов фуллеренов с водорастворимыми полимерами, разрешенными к использованию в медицине, например с поли-N-винилпирролидоном. Очевидно, что удельная активность таких комплексов определяется количественными соотношениями в комплексе фуллерена и полимера.

Изобретение может быть использовано при создании водорастворимых лекарственных форм, содержащих фуллерен в форме, близкой к нативной. Изобретение может также использоваться для получения из водных растворов полимерных фуллеренсодержащих пленок, которые могут найти применение в качестве фотоактивных элементов оптических устройств различного назначения.

Известны водорастворимые комплексы фуллерена С₆₀ с поли-N-винилпирролидоном и способ их получения (Y.N.Yamakoshi, N.Yagami, К.Fukuhara, S.Sueyoshi, N. Miata / Solubilization of Fullerenes into Water with Polyvinylpyrrolidone Applicable to Biological Tests // J.Chem.Soc., Chem. Commun., 1994. - P.517-518).

Способ реализуется следующей совокупностью существенных признаков:

1. Раствор 0,8 мг фуллерена С₆₀ в 1 мл толуола (концентрация 0,093 мас.%) добавляют к 2 мл раствора хлороформа, содержащего 100 мг поли-N-винилпирролидона с ММ 42000 Да (концентрация 3,33 масс.%).

2. Полученную смесь перемешивают, растворители удаляют в вакууме.

3. Остаток растворяют в 2 мл воды при действии ультразвука и получают прозрачный раствор.

Основной недостаток известных водорастворимых комплексов и способа их получения состоит в том, что они содержат малые количества фуллерена, не превышающие 0,5-0,8% от массы взятого полимера.

Задачей заявленного изобретения является получение водорастворимых комплексов фуллерена С₆₀ с поли-N-винилпирролидоном с повышенным количеством фуллерена. Эта задача была решена, во-первых, водорастворимыми комплексами фуллерена С₆₀ с поли-N-винилпирролидоном с содержанием фуллерена 1,1-2,7 масс.% и, во-вторых, способом получения таких комплексов, которые характеризуются следующей совокупностью существенных признаков:

1. К раствору поли-N-винилпирролидона в хлороформе прибавляют раствор фуллерена С₆₀ в орто-дихлорбензоле, полученную смесь перемешивают до полной гомогенизации.

2. При этом берут концентрацию поли-N-винилпирролидона 3,33 масс.%, концентрацию фуллерена С₆₀ - 0,10-0,23 масс.% при соотношении в масс.% фуллерен: поли-N-винилпирролидон = 1,3:3,0.

3. Из полученной смеси в вакууме при нагревании от 35 до 60°С отгоняют растворители.

4. К остатку добавляют воду и перемешивают, фильтрат упаривают в вакууме при 30-35°С досуха.

Выход по фуллерену 85-90% при содержании фуллерена в водорастворимом комплексе с поли-N-винилпирролидоном 1,1-2,7 масс.%. В решении-прототипе выход по фуллерену 38-76% при содержании фуллерена в водорастворимом комплексе с поли-N-винилпирролидоном 0,49-0,61 масс.%. Анализ научно-технического уровня не позволил найти решение, совпадающее по совокупности существенных признаков с заявленным решением. Это свидетельствует о соответствии предлагаемого изобретения такому условию патентоспособности как новизна. Отличие от решения-прототипа состоит в использовании в качестве растворителя для фуллерена С₆₀ орто-дихлорбензола. Из известных свойств орто-дихлорбензола нельзя было с очевидностью сделать вывод о том, что его использование позволит увеличить содержание фуллерена в водорастворимом комплексе с поли-N-винилпирролидоном в несколько раз и при этом существенно увеличить выход комплекса по фуллерену. Эта найденная впервые неочевидная функция растворителя - орто-дихлорбензола позволяет утверждать о соответствии заявленного решения такому условию патентоспособности как изобретательский уровень.

Для доказательства соответствия заявленного решения такому условию патентоспособности как промышленная применимость и для лучшего понимания сущности изобретения приводим примеры его конкретной реализации, которые не исчерпывают сущность решения.

Структура полученных комплексов подтверждена схемой синтеза, а также спектрофотометрическими и люминесцентными методами. Содержание фуллерена С₆₀ в полученных комплексах с поли-N-винилпирролидоном определяют специально разработанным методом, основанным на полном разрушении комплекса, выделении содержавшегося в комплексе фуллерена С₆₀ в виде толуольного раствора и количественного определения его спектрофотометрией.

Пример 1. Проведен в условиях решения-прототипа (без использования ультразвуковой обработки).

К раствору 100 мг поли-N-винилпирролидона с молекулярной массой (ММ) 24 000 Да в 2 мл хлороформа (концентрация раствора 3,33 масс.%) при комнатной температуре добавляют раствор 0,8 мг фуллерена С₆₀ в 1 мл толуола (концентрация раствора 0,093 масс.% ). Смесь перемешивают до полной гомогенизации. В вакууме при температуре бани 35°С отгоняют органические растворители до постоянного веса. К сухому остатку прибавляют 2 мл воды и перемешивают в течение 20 часов. Фильтрат упаривают в вакууме при температуре бани 35°С. Полученный комплекс сушат до постоянного веса в вакуум-эксикаторе с ловушкой, охлаждаемой жидким азотом. Все данные приведены в Таблице.

Примеры 2 и 3 проведены в условиях примера 1, но ММ поли-N-винилпирролидона составляет 40000 Да. Все данные приведены в Таблице.

Пример 5.

К раствору 100 мг поли-N-винилпирролидона с ММ 40000 Да в 2 мл хлороформа ( концентрация раствора 3,33 масс.% ) добавляют раствор 1,3 мг фуллерена С₆₀ в 1 мл орто-дихлорбензола (концентрация раствора 0,1 масс.%) и перемешивают при комнатной температуре до полной гомогенизации. Затем в вакууме при постепенном повышении температуры бани от 35 до 60°С отгоняют растворители. К остатку добавляют 30 мл воды. Перемешивают 25 часов водный раствор. Фильтрат упаривают в вакууме при температуре бани 35°С. Полученный комплекс сушат в вакуум-эксикаторе до постоянного веса с ловушкой, охлаждаемой жидким азотом. Все характеристики полученного комплекса приведены в Таблице.

Примеры 4, 6-9 выполнены в условиях примера 5. Все данные приведены в Таблице.

№№ примеров	растворитель	Массовый % С60 в исходной смеси по отношению к ПВП	MM ПВП, Да	Массовый % С60 в комплексе по отношению к ПВП
1	толуол	0,8	24000	0.52
2	толуол	0,8	40000	0.61
3	толуол	1,3	40000	0.49
4	ОДХБ	0,8	24000	0.7
5	ОДХБ	1,3	40000	1.1
6	ОДХБ	2,0	24000	1.5
7	ОДХБ	3,0	40000	2.2
8	ОДХБ	3,0	67000	2.7
9	ОДХБ	6,0	67000	0.9

Примечание: ПВП - поли-N-винилпирролидон; ОДХБ - орто-дихлорбензол.

Данные примеров конкретного выполнения подтверждают решение заявленной задачи. Примеры подтверждают возможность использования поли-N-винилпирролидона в широком интервале ММ. Увеличение количества фуллерена С₆₀ по отношению к поли-N-винилпирролидону в условиях решения-прототипа приводит к снижению количества фуллерена в комплексе (пример 3). Увеличение концентрации толуола в его смеси с хлороформом приводит к осаждению поли-N-винилпирролидона. Увеличение количества фуллерена С₆₀ в условиях заявленного решения (пример 9) также приводит к снижению количества связанного в комплексе фуллерена.

1. Водорастворимые комплексы поли-N-винилпирролидона молекулярной массы 24000-67000 Да с фуллереном С₆₀ при содержании фуллерена С₆₀ 1,1-2,7 мас.%.

2. Способ получения водорастворимых комплексов поли-N-винилпирролидона молекулярной массы 24000-67000 Да с фуллереном С₆₀ при содержании фуллерена С₆₀ 1,1-2,7 мас.% путем взаимодействия поли-N-винилпирролидона молекулярной массы 24000-67000 Да с фуллереном С₆₀ в органических растворителях при смешении раствора поли-N-винилпирролидона молекулярной массы 24000-67000 Да в хлороформе с раствором фуллерена С₆₀ в орто-дихлорбензоле при соотношении фуллерен С₆₀: поли-N-винилпирролидон молекулярной массы 24000-67000 Да, равном 1,3:3,0 мас.%, с последующим удалением растворителей и растворением сухого остатка в воде.