一种顺磁性钆基金属富勒醇的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种水溶性的顺磁性钆基金属富勒醇的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：(1)将溶解于有机溶剂的顺磁性钆基金属富勒烯、强碱水溶液、双氧水以及用作相转移催化剂的四丁基氢氧化铵分别投料于反应容器，分层，上层为水相，下层为有机溶剂相；所述的有机溶剂选自相对密度高于水相溶液且不互溶的有机物；(2)将步骤(1)的反应体系在惰性气体保护下，于30‑70℃条件下连续搅拌10‑72小时后停止反应；(3)分液，取水相去除溶剂，得粗产品，再经精制，得纯净的顺磁性金属富勒醇固态产品。本发明专利技术提供的制备方法工艺简捷，后续纯化方式简单，操作方便，易实现高效、规模化生产；所获得顺磁性钆基金属富勒醇具备良好的顺磁增强效果。

【技术实现步骤摘要】
一种顺磁性钆基金属富勒醇的制备方法
本专利技术属于碳纳米材料领域，涉及一种制备用作磁共振成像(MRI)造影剂的顺磁性钆基金属富勒醇的液相反应方法。
技术介绍
富勒烯分子的笼型结构内部包含金属钆的顺磁性金属富勒烯是继“明星分子”C60之后又一类具有典型代表性的碳纳米材料。顺磁性钆基金属富勒烯可与羟基化试剂反应生成顺磁性金属富勒烯多羟基水溶性衍生物，即顺磁性钆基金属富勒醇。顺磁性钆基金属富勒醇具备良好生物相容性，还能保留原有钆基金属富勒烯分子的顺磁特性。目前，其在纳米医学领域用作诊断与/或治疗试剂方面已经展现出诱人的应用价值，如：作纳米影像探针用于造影增强MRI成像；标记细胞作分子探针应用于细胞MRI成像；作抗氧化剂清除ROS类自由基，具备肿瘤抑制潜力。迄今为止，文献报道顺磁性钆基金属富勒醇的主要制备方法，如：金属钾处理法、相转移催化剂作用下的强碱处理法、H2O2氧化法等。上述各种方法所形成的顺磁性钆基金属富勒醇分子中羟基数目变化幅度大，而且不同研究者所报道的顺磁性钆基金属富勒醇碳笼表面存在杂原子团，结构差异巨大。本专利技术的目的就在于为了通过简便的制造技术获得结构更明确、性质更稳定的水溶性的顺磁性钆基金属富勒醇，重点针对羟基化试剂的协同增效并优化能改善溶解钆基金属富勒烯的有机溶剂，从而专利技术出一种碱-氧化处理制备顺磁性钆基金属富勒醇的液相反应方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种能简便、量产地制备水溶性的顺磁性钆基金属富勒醇的碱-氧化处理的液相反应方法。本专利技术提供了一种水溶性的顺磁性钆基金属富勒醇的制备方法，包括如下步骤：(1)将溶解于有机溶剂的顺磁性钆基金属富勒烯、强碱水溶液、双氧水以及用作相转移催化剂的四丁基氢氧化铵分别投料于反应容器，分层，上层为水相，下层为有机溶剂相；所述的有机溶剂选自相对密度高于水相溶液且不互溶的有机物；所述的强碱是氢氧化钠或氢氧化钾，其在强碱水溶液中的物质的量浓度为>1mol/L且≤10mol/L，并且强碱与顺磁性钆基金属富勒烯的物质的量之比介于200:1-2000:1之间；所述的双氧水为15-30％水溶液，并且H2O2与顺磁性钆基金属富勒烯的物质的量之比介于10:1-100:1之间；所述的四丁基氢氧化铵与顺磁性钆基金属富勒烯的物质的量之比介于0.1:1-0.5:1之间；(2)将步骤(1)的反应体系在惰性气体保护下，于30-70℃条件下连续搅拌10-72小时后停止反应；(3)分液，取水相去除溶剂，得粗产品，再经精制，得纯净的顺磁性金属富勒醇固态产品。本专利技术所述的顺磁性钆基金属富勒烯的碱-氧化处理法反应结合强碱处理与双氧水氧化，突出强调双氧水分子对于该羟基化反应发生及其协同增效的关键作用，所制得水溶性的顺磁性钆基金属富勒醇分子以顺磁性钆基金属富勒烯碳笼为核心，碳笼上直接键联若干个羟基官能团。进一步，本专利技术所述的顺磁性钆基金属富勒烯为Gd@C82、Gd@C60、Gd2@C80、Gd3N@C80或Gd3N@C84，优选Gd@C82、Gd3N@C80或Gd3N@C84，并以Gd@C82为最优。进一步，所述的有机溶剂优选相对密度高于所述水相溶液且不互溶的有机物，更优选为氯苯、邻二氯苯、对二氯苯、间二氯苯或1,2,4-三氯苯，再进一步优选为邻二氯苯、对二氯苯或间二氯苯，以邻二氯苯为最优。有机溶剂的最少用量以能溶解顺磁性钆基金属富勒烯形成饱和溶液计。进一步，所述的强碱优选氢氧化钠。进一步，强碱水溶液的浓度优选5～10mol/L。进一步，强碱与顺磁性钆基金属富勒烯的物质的量之比介于500:1-1000:1之间。进一步，双氧水与顺磁性钆基金属富勒烯的物质的量之比介于10:1-50:1之间，优选为20:1-30:1之间，更优选为25:1。进一步，四丁基氢氧化铵与顺磁性钆基金属富勒烯的物质的量之比介于0.2:1-0.5:1之间，优选0.3:1。进一步，步骤(2)中，所述惰性气氛为氮气气氛或氦气气氛。进一步，步骤(2)中，反应温度优选45-60℃，反应时间优选48-72小时。进一步，步骤(3)中，水相去除溶剂的方法可采用减压蒸馏，得到粗产品。进一步，步骤(3)中，精制方法可以是将粗产品用甲醇反复洗涤，复溶于水，透析，冷冻干燥得到纯净顺磁性钆基金属富勒醇；透析使用截留分子量为500-10000道尔顿的透析袋。本专利技术根据上述方法制备出来的顺磁性钆基金属富勒醇具有良好水溶性，羟基数可在极窄范围内分布且平均加成数目可控制在16～40个之间。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：①本专利技术提供的碱-氧化处理法制备水溶性的顺磁性钆基金属富勒醇方法特点：合成工艺简捷，后续纯化方式简单，操作方便，易实现高效、规模化生产。②本专利技术提供的碱-氧化处理法，首先，相较于传统的强碱处理法降低强碱溶液的浓度，这将大大降低后续纯化处理时消除体系中强碱的难度；其次，反应体系温度需高于室温且小于双氧水分解温度，如此，体系中双氧水在强碱加热作用下快速分解释放出氧分子，并迅速氧化金属碳笼产生氧化的中间体，进而强碱作羟基化试剂又水解该类氧化的中间体，如此设计专利技术的反应体系中碱-双氧水分子协同作用，最终形成高加成数的水溶性的顺磁性钆基金属富勒醇；再次，所选用的氯代苯类有机溶剂相对密度高于用作羟基化试剂的碱性溶液且不互溶，相较于传统方法中采用甲苯作溶剂的方法其优势在于：既增加金属富勒烯的溶解度，又使得水相处于反应体系上层，随着反应进程，利于分散于反应容器下层有机溶剂相的顺磁性钆基金属富勒烯逐渐生成水溶性产物而不断进入上层水相，同时非水溶性中间体保留于下层有机相或直接沉淀于反应容器底部，这将极其便利于反应后的纯化处理操作。③本专利技术所获得的顺磁性钆基金属富勒醇其碳笼表面修饰的平均羟基数及分布范围，可通过控制羟基化试剂即强碱水溶液的浓度、调节其与顺磁性钆基金属富勒烯的反应计量比、反应温度与时间等因素而实现。④本专利技术所获得顺磁性钆基金属富勒醇具备良好的顺磁增强效果，可作为潜在的磁共振成像造影剂，在医学影像学领域中具有重要的应用前景。附图说明图1.实施例1中顺磁性金属富勒醇1水溶液的MALDI-TOFMS谱图。图2.实施例1中顺磁性金属富勒醇1粉末的FT-IR谱图。图3.实施例1中顺磁性金属富勒醇1粉末的热重分析谱图。图4.实施例4中顺磁性金属富勒醇Gd@C82(OH)34的质子纵向弛豫率。具体实施方式以下实施例有助于进一步理解本专利技术，但本专利技术保护范围并不限于列举的实施例。以下实施例中所述实验方法均为常规方法；所述试剂和材料均可从商业途径获得。其中，Gd@C82来源于厦门福纳新材料科技有限公司，纯度高于99.0％。氢氧化钠、氯苯、邻二氯苯、质量浓度30％H2O2水溶液、40％四丁基氢氧化铵水溶液(TBAH)溶液均为分析纯。实施例1、将11.4mgGd@C82充分溶解于5mL邻二氯苯，2mL5mol/LNaOH溶液、25μL30％H2O2以及2μL40％TBAH分别投料于25ml单口反应瓶，分层，碱液在上层，邻二氯苯相在下层；反应体系N2保护，45℃加热条件下连续搅拌48小时后停止反应；分液，减压旋蒸去除水相；甲醇洗涤残留物后，去离子水复溶，使用截留分子量为500-10000道尔顿的透析袋透析，冷冻干燥，得到固态的纯净产品顺磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水溶性的顺磁性钆基金属富勒醇的制备方法，包括如下步骤：(1)将溶解于有机溶剂的顺磁性钆基金属富勒烯、强碱水溶液、双氧水以及用作相转移催化剂的四丁基氢氧化铵分别投料于反应容器，分层，上层为水相，下层为有机溶剂相；所述的有机溶剂选自相对密度高于水相溶液且不互溶的有机物；所述的强碱是氢氧化钠或氢氧化钾，其在强碱水溶液中的物质的量浓度为>1mol/L且≤10mol/L，并且强碱与顺磁性钆基金属富勒烯的物质的量之比介于200:1‑2000:1之间；所述的双氧水的质量百分比浓度为15‑30％，并且H2O2与顺磁性钆基金属富勒烯的物质的量之比介于10:1‑100:1之间；所述的四丁基氢氧化铵与顺磁性钆基金属富勒烯的物质的量之比介于0.1:1‑0.5:1之间；(2)将步骤(1)的反应体系在惰性气体保护下，于30‑70℃条件下连续搅拌10‑72小时后停止反应；(3)分液，取水相去除溶剂，得粗产品，再经精制，得纯净的顺磁性金属富勒醇固态产品。

【技术特征摘要】
1.一种水溶性的顺磁性钆基金属富勒醇的制备方法，包括如下步骤：(1)将溶解于有机溶剂的顺磁性钆基金属富勒烯、强碱水溶液、双氧水以及用作相转移催化剂的四丁基氢氧化铵分别投料于反应容器，分层，上层为水相，下层为有机溶剂相；所述的有机溶剂选自相对密度高于水相溶液且不互溶的有机物；所述的强碱是氢氧化钠或氢氧化钾，其在强碱水溶液中的物质的量浓度为>1mol/L且≤10mol/L，并且强碱与顺磁性钆基金属富勒烯的物质的量之比介于200:1-2000:1之间；所述的双氧水的质量百分比浓度为15-30％，并且H2O2与顺磁性钆基金属富勒烯的物质的量之比介于10:1-100:1之间；所述的四丁基氢氧化铵与顺磁性钆基金属富勒烯的物质的量之比介于0.1:1-0.5:1之间；(2)将步骤(1)的反应体系在惰性气体保护下，于30-70℃条件下连续搅拌10-72小时后停止反应；(3)分液，取水相去除溶剂，得粗产品，再经精制，得纯净的顺磁性金属富勒醇固态产品。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的顺磁性钆基金属富勒烯为Gd@C82、Gd@C60、Gd2@C80、Gd3N@C80或Gd3N@C84，优选Gd@C82、Gd3N@C80或Gd3N@C84，并以Gd@C82为最优。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的有机溶剂为氯苯、邻二氯苯、对二氯苯、间二氯苯或1,2,4-三氯...

【专利技术属性】
技术研发人员：何睿，刘艳杰，臧振峰，毋青男，王合中，范宜康，李爽，
申请(专利权)人：河南农业大学，
类型：发明
国别省市：河南,41