مهندسی جذب رادیکال‌های آزاد مختلف بر روی سطح نیتروفولرن‌ها با تنظیم آرایش هترواتم‌های نیتروژن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی (نظری)

نویسندگان

1 گروه صنایع شیمیایی، دانشگاه فنی و حرفه‌ای، تهران، ایران

2 استادیار گروه مهندسی شیمی، نفت و گاز، دانشگاه فنی و حرفه ای، تهران، ایران

10.48301/kssa.2023.394545.2532

چکیده

امروزه استنشاق رادیکال‌ها و اکسیدان‌های سمی موجود در محیط مسئله‌ای اجتناب ناپذیر است. فولرن C60 توانایی زیادی در جذب رادیکال‌های آزاد دارد، اما فعالیت آنتی‌اکسیدانی آن به‌ علت تمایل بسیار پایین در برهمکنش با رادیکال‌های پروکسیل محدود شده و دستیابی به مشتقات آنتی‌اکسیدانی فولرن، با کارایی بهتر، همچنان مورد نیاز است. انتقالات بار بین کربن و هترواتم‌هایی مثل نیتروژن در ساختارهای نیتروفولرنی موجب شده که این ساختارها کاندیدای بالقوه‌ای برای واکنش‌هایی باشند که می‌تواند کاملاً متفاوت از فولرن اولیه C60 باشند. برای بررسی این که تعداد و نحوه چیدمان نیتروژن‌ها چگونه فعالیت‌های آنتی-رادیکالی و آنتی‌اکسیدانی نیتروفولرن‌ها را تحت تأثیر قرار می‌دهند؛ دو ساختار C42N18 و C40N20 (هرکدام) با ایزومرهای دارای اتم‌های نیتروژن جدا شده (SN) و ایزومرهای متشکل از یک کمربند نیتروژنی (NB) در نظر گرفته شده‌اند. برهمکنش این ساختارها با چندین رادیکال آلکیل و پروکسیل به صورت تئوری بررسی شده است. تمامی محاسبات با استفاده از برنامه Gaussian 09 در سطح نظری B3LYP/6-31G(d) انجام شده‌اند. نتایج حاصل از محاسبات نشان می‌دهند که با تنظیم آرایش هترواتمهای نیتروژن می‌توان جذب رادیکالهای آلکیل یا پروکسیل برروی سطح ساختارهای نیتروفولرنی را بخوبی کنترل کرد. داده‌های بدست آمده نشان می‌دهند با اینکه ایزومرهای SN هر دو نیتروفولرن رادیکال‌های آلکیلی را بهتر از C60 جذب کرده، اما رادیکال‌های پروکسیل را چندین بار قوی‌تر از آن جذب می‌کنند. مطابق با محاسبات انجام شده پیش‌بینی می‌شود که ایزومرهای NB به‌علت برهمکنش‌های مؤثری که با رادیکال‌های آلکیلی دارند، در شرایطی که کمبود اکسیژن وجود دارد، نسبت به C60 فعالیت‌های آنتی‌رادیکالی بیشتری داشته باشند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Engineering of adsorption of various free radicals on the nitrofullerenes surface by adjusting the nitrogen heteroatoms arrangement

نویسندگان [English]

  • sanaz haghgoo 1
  • maryam barati 2
1 Department of Chemical Industry, Technical and Vocational University, Tehran, Iran
2 Department of Chemical, Petroleum and Gas Engineering, Technical and Vocational University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Today, inhalation of toxic radicals and oxidants in the environment is an unavoidable problem. Fullerene C60 has a great ability to adsorb free radicals, but its antioxidant activity is limited due to its very low tendency to interact with proxyl radicals, and obtaining fullerene antioxidant derivatives with better efficiency is still needed. Charge transfers between carbon and heteroatoms such as nitrogen in nitrofullerenes make these structures potential candidates for various reactions that can be completely different from the principal C60 fullerene. To investigate how the number and arrangement of nitrogen atoms affect the antiradical and antioxidant activities of nitrofullerenes; two structures C42N18 and C40N20 have been considered, each with isomers containing separated nitrogen atoms (SN), and isomers with a nitrogen belt (NB). The interaction of these structures with several alkyl and proxyl radicals has been theoretically investigated. All calculations have been done using Gaussian 09 program at B3LYP/6-31G(d) level of theory. The results of calculations show that the adsorption of alkyl or proxyl radicals on the surface of nitrofullerene structures could be well controlled by adjusting the nitrogen arrangement. The obtained data show that although SN isomers of both nitrofullerenes adsorb alkyl radicals better than the C60 fullerene, they adsorb proxyl radicals several times more strongly in comparison with the C60. According to the calculations, it is predicted that NB isomers will have more antiradical activities than the C60 fullerene, due to their effective interactions with the alkyl radicals, in the lack of oxygen conditions.

کلیدواژه‌ها [English]

  • fullerene
  • Heteroatom
  • radical
  • bond energy

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 31 شهریور 1402
  • تاریخ دریافت: 05 اردیبهشت 1402
  • تاریخ بازنگری: 18 مرداد 1402
  • تاریخ پذیرش: 20 شهریور 1402