- Funzionalizzazione,caratterizzazione e purificazione di nanostrutture del carbonio.
- Brunetti, Fulvio Giacomo
Subject
- Funzionalizzazione, nanotubi di carbonio, purificazione, sintesi chimica, caratterizzazione
- SCIENZE DEL FARMACO
- CHIM/08 CHIMICA FARMACEUTICA
Description
- 2006/2007
- I nanotubi di carbonio sono stati scoperti nel 1991 da Iijima, che osservò la loro presenza come prodotto secondario durante la produzione dei fullereni. Questi derivati sono considerati forme allotropiche del carbonio e hanno trovato un considerevole impiego nel campo dei materiali grazie alle loro proprietà meccaniche ed elettroniche ma anche in campo biologico per la loro capacità di attraversare agevolmente la membrana cellulare secondo un meccanismo non ancora perfettamente identificato e agire da nanosiringhe per l’introduzione di molecole terapeutiche, farmaci, proteine, geni e antigeni all’interno delle cellule. I CNTs “pristine” contengono particelle di catalizzatore o di carbone amorfo derivanti dal processo industriale di produzione e i loro derivati funzionalizzati presentano a volte sottoprodotti di reazione. Tutte queste impurità potrebbero alterare le proprietà del derivato sintetizzato durante l’analisi o lo studio delle loro applicazioni. Risulta evidente la necessità di ricercare una metodologia adeguata sia per la purificazione che per la funzionalizzazione dei CNTs e poter utilizzare questi composti più agevolmente. La reazione di cicloaddizione 1,3-dipolare si è dimostrata una buona tecnica per l’introduzione di gruppi funzionali sui nanotubi. Derivati delle clorossime e differenti ilidi azometiniche sono state utilizzate in questo processo sintetico. In particolare l’utilizzo di paraformaldeide e dell’α-amminoacido a catena polietilenglicolica, ha portato a un buon grado di funzionalizzazione con la separazione di due frazioni di CNT, i s-CNT e i l-CNT denominati così a seconda della loro lunghezza media. Queste due frazioni sono state completamente caratterizzate mediante microscopia elettronica, spettroscopia Raman, analisi termogravimetrica TGA e spettroscopia UV-Vis-NIR. I s-CNT hanno mostrato un’elevata solubilità e dimensioni ridotte che vanno da 50 nm a un massimo di 300 nm. Grazie al loro elevato grado di funzionalizzazione risultano essere i più interessante a livello biologico ma contengono un’elevata concentrazione di impurità dovute principalmente ai sottoprodotti di reazione della cicloaddizione. In letteratura non esiste un protocollo universale per la purificazione di derivati funzionalizzati dei nanotubi e per questo motivo sono state utilizzate varie metodologie per ricercare la procedura più appropriata. L’inconveniente principale è stato l’interazione irreversibile dei CNTs con la fase stazionaria o il mancato raggiungimento di un accettabile grado di purezza. Tali problematiche sono state superate grazie all’utilizzo di un nuovo tipo di cromatografia liquido-liquido, la Counter Current Chromatography (CCC). Nella CCC sia la fase mobile che la stazionaria sono costituite da un liquido e consente di recuperare completamente il campione iniettato risolvendo il problema dell’adsorbimento irreversibile dell’analita. Inoltre tale tecnica è molto versatile poiché dispone di una vasta gamma di miscela di solventi permettendo il conseguimento di una buona purificazione del campione iniettato. Un secondo aspetto preso in considerazione nell’ambito della presente tesi è stato lo sviluppo di una metodologia sintetica per la funzionalizzazione di CNT “pristine” mediante cicloaddizione 1,3-dipolare con l’impiego delle microonde. L’utilizzo di queste radiazioni elettromagnetiche ha portato a un aumento della resa di reazione, una riduzione dei tempi normalmente richiesti in condizioni classiche e la possibilità di evitare l’impiego di solventi di reazione rendendo tale protocollo non solo ecocompatibile ma risolvendo soprattutto il problema della limitata solubilità del materiale “pristine” nei comuni solventi organici al momento della funzionalizzazione. Inoltre il perfezionamento di questa tecnica ha permesso lo scaling-up che ha portato alla funzionalizzazione, in una sola ora di reazione e senza l’utilizzo di solvente, di un grammo di nanotubi aumentando di 100 volte la quantità di CNT che si è soliti utilizzare durante la funzionalizzazione. Questi risultati, accompagnati da ulteriori studi per la derivatizzazione di una quantità maggiore di CNT, sono promettenti per una possibile applicazione su scala industriale. E’ stato eseguito uno studio preliminare dell’effetto delle microonde sui nanotubi metallici e semiconduttori. Infatti a seconda di come il piano di grafite si avvolge su se stesso è possibile ottenere nanotubi di carbonio con differenti proprietà elettroniche. E’ stata studiata l’influenza di tale radiazione elettromagnetica su questi due tipi di CNT tramite spettroscopia Raman al fine di ottenere una separazione in base alle loro proprietà elettroniche. Si è utilizzato un metodo indiretto per verificare la presenza dell’anello pirrolidinico sulle pareti dei CNT mediante prove chimiche. Si è infatti indotta una retrocicloaddizione dei nanotubi funzionalizzati, intrappolando il dipolo generato con il fullerene. E’ stata inoltre studiata un doppia funzionalizzazione di CNT utilizzando la cicloaddizione 1,3-dipolare e una reazione radicalica detta di “Tour”. Inizialmente sono stati introdotti anelli pirrolidinici mediante cicloaddizione che dovrebbero funzionalizzare principalmente le teste dei nanotubi; successivamente il derivato così ottenuto è stato trattato con p-toluidina nelle condizioni della “Tour” per completare la funzionalizzazione anche della restante parte del tubo. Sono al momento in corso studi di STM per confermare questa ipotesi di distribuzione dei gruppi funzionali. A seguito della cicloaddizione ci si attende le immagini STM mostrino una maggiore densità elettronica concentrata principalmente sulle teste mentre a seguito della “Tour” si suppone ci sia una distribuzione più uniforme lungo tutta la superficie del tubo.
- 1980
Date
- 2008-04-22T14:59:17Z
- 2008-04-22T14:59:17Z
- 2008-03-10
Type
- Doctoral Thesis
Format
- application/pdf
Identifier
urn:nbn:it:units-5795