Гидратированные фуллерены (CnHyFn) могут быть получены только в виде их водных растворов (CnFWS – “Fullerene Water Solutions”, а n – количество атомов углерода в молекуле фуллерена).

 

Общий принцип получения CnFWS (а именно, раствора гидратированного фуллерена Cn) заключается в следующем.

Раствор фуллерена (например, C60) в органическом растворителе, в котором он способен существовать в виде отдельных молекул, добавляется в воду и обрабатывается ультразвуком в специальных условиях. В выбранных условиях обработки происходит мгновенное замещение сольватной оболочки, состоящей из молекул органического растворителя и первоначально окружающих молекулу С60, на сферическую гидратную (водную). В такой оболочке 6 молекул воды участвуют в образовании донорно–акцепторных контактов с симметрично расположенными электрон-акцепторными центрами на поверхности фуллерена, а еще 18 молекул воды, посредством объединенных водородных связей и совместно с 6-ю молекулами на поверхности, образуют вокруг C60 единую сферическую сетку (= гидратированный C60 фуллерен, C60HyFn). Другими словами, происходит «схлопывание» объемной воды вокруг сферической молекулы C60 с образованием прочной водной оболочки, из которой фуллерену уже не выбраться. Теперь уже и сама вода (6+18=24 молекулы) обладает отличными от объемной свойствами. Фуллерен из такой водной сетки уже практически ничем не извлечь. Например, он не экстрагируется из C60FWS неполярными органическими растворителями, а его водная оболочка не разрушается ни при нагревании (по крайней мере, до 125oС), ни под воздействием неорганических и органических коагулянтов.

Интересно отметить, что в тяжелой воде, в D2O, раствор, подобный C60FWS, не может быть получен, поскольку тяжелая вода не способна образовать вокруг молекулы C60 устойчивых и прочных гидратных оболочек.

 

Как указывалось выше, для производства C60HyFn используется метод переноса молекул фуллерена из органической фазы в водную. В условиях ультразвуковой кавитации и разогрева реакционной смеси выше температуры кипения азеотропной смеси органического растворителя с водой происходит замещение органических молекул, окружающих молекулы фуллеренов, молекулами воды.

 

Органическая фаза удаляется из водного раствора в виде азеотропной смеси с водой. Полученный раствор подвергается многостадийной дополнительной очистке от остатков органического растворителя и иных технологических примесей. После завершения всех необходимых технологических процедур получают водный концентрат С60HyFn, содержащий только фуллерен С60, воду и небольшое количество неорганических катионов.

 

В процессе производства гидратированных фуллеренов особое внимание уделяется чистоте получаемых растворов. В качестве сырья используется фуллерен C60 с чистотой не менее 99,9%. Вода и другие компоненты, участвующие в технологическом процессе, предварительно подвергается дополнительной глубокой очистке. Концентрация C60HyFn определяется по спектру поглощения его водного раствора (C60FWS). Значение коэффициента молярной экстинкции в максимуме полосы поглощения при 343 нм равно 68 000 L x М-1x сm-1.

К настоящему времени удалось достичь значения концентрации гидратированного С60 в водном растворе порядка 4 мг/мл, что превышает растворимость C60 в органическом растворителе, толуоле, который считается хорошим растворителем для фуллеренов.

 

Для биологических целей растворы гидратированного C60 подвергаются стерилизации при 100-120 оС.