Groene bekwaamheid in de synthese en stabilisatie van kopernanodeeltjes:katalytische, antibacteriële, cytotoxiciteits- en antioxidantactiviteiten

Toepassingen van kopernanodeeltjes

Vanwege hun uitstekende chemische en fysische eigenschappen, grote oppervlakte-tot-volumeverhouding, constant vernieuwbaar oppervlak, lage kosten en niet-toxische voorbereiding, zijn CuNP's van groot belang geweest voor toepassingen op verschillende gebieden. Kopernanodeeltjes vertonen katalytische activiteit, antibacteriële activiteit, cytotoxiciteit of antikankeractiviteit, antioxiderende activiteit en antischimmelactiviteit in verschillende toepassingen. Bij katalytische activiteit worden kopernanodeeltjes gebruikt voor de Huisgen [3 + 2] cycloadditie van alkynen en aziden in veel oplosmiddelen onder ligandvrije omstandigheden [59], 1-methyl-3-fenoxybenzeen, 3,3-oxybis(methylbenzeen) [94], synthese van 1-gesubstitueerde 1H -1,2,3,4-tetrazol [76], adsorptie van stikstofdioxide en adsorptie van zwaveldioxide [66]. In de meeste van de gekatalyseerde overgangsmetalen worden Ullmann-koppelingsreactieliganden, zoals fosfinen, in de literatuur vermeld en de meeste liganden zijn duur, moeilijk te bereiden en vochtgevoelig. Voor dit werk worden gesynthetiseerde kopernanodeeltjes gebruikt voor ligandvrije Ullmann-koppeling van difenylether. Verschillende kleurstoffen en giftige organische verbindingen en pesticiden die aanwezig zijn in industrieel afval zijn zeer schadelijk voor het milieu en levende organismen. Kopernanodeeltjes worden gebruikt voor de afbraak van verschillende kleurstoffen zoals methyleenblauw [73], afbraak van atrazin [86] en reductie van 4-nitrofenol [76].

Van de antimicrobiële middelen zijn koperverbindingen algemeen gebruikt in de landbouw als herbiciden [105], algiciden [106], fungiciden [107] en pesticiden, evenals in de veehouderij als ontsmettingsmiddel [108] (weergegeven in tabel 4). De biogene koperen nanodeeltjes vertoonden krachtige antibacteriële activiteit tegen gram-positieve en gram-negatieve pathogenen zoals Pseudomonas aeruginosa (MTCC 424), Micrococcus luteus (MTCC 1809), Enterobacter aerogenes (MTCC 2832) [57], Salmonella enterica (MTCC 1253), Rhizoctonia solani , Xanthomonas axonopodis blz. citri , Xanthomonas axonopodis blz. punicea [58], Escherichia coli (ATCC 14948) [62], Staphylococcus aureus (ATCC 25923), Bacillus subtilis (ATCC 6633), Pediococcus acidilactici [69], en Klebsiella pneumoniae (MTCC4030). Bij antischimmelactiviteit worden kopernanodeeltjes gebruikt tegen Alterneria carthami , Colletotrichum gloeosporioides , Colletotrichum lindemuthianum , Drechslera sorghicola , Fusarium oxysporum v.sp. carthami , Rhizopus stolonifer , Fusarium oxysporum v.sp. ciceris , Macrophomina phaseolina , Fusarium oxysporum v.sp. udum , Rhizoctonia bataticola [58], Candida albicans , Curvularia , Aspergillus niger , en Trichophyton simii [67]. Bij cytotoxiciteit worden kopernanodeeltjes gebruikt voor een onderzoek naar HeLa-, A549-, MCF7-, MOLT4- en BHK21-cellijnen (kankertumoren) [60, 104].

Hypothetisch mechanisme van antimicrobiële activiteit

Er werd waargenomen dat CuNP's een uitstekende antimicrobiële activiteit hebben en slechts beperkte rapporten presenteerden het mechanisme van de antibacteriële activiteit van koperen nanodeeltjes in de literatuur, maar deze mechanismen waren hypothetisch. Er werd waargenomen dat bacteriën en enzymen/eiwitten werden vernietigd door de interactie van CuNP's met -SH (sulfhydryl) groep [109, 110]. Er werd ook gemeld dat de helixstructuur van DNA-moleculen verstoord raakt door de interactie van CuNP's [111]. De interactie van CuNP's met het celmembraan van bacteriën verminderde de elektrochemische potentiaal van het transmembraan, en door de afname van de elektrochemische potentiaal van het transmembraan, tastte het de integriteit van het membraan aan [112]. Er werd aangenomen dat metaal-NP's hun respectieve metaalionen afgeven. Kopernanodeeltjes en koperionen hopen zich op op het celoppervlak van de bacteriën en vormen putjes in het membraan, waardoor de celcomponent uit de cel en in de cel lekt, wat oxidatieve stress veroorzaakt die leidt tot celdood [112,113.114]. Een hypothetisch mechanisme van antibacteriële activiteit dat de bovenstaande mogelijkheden vertegenwoordigt, wordt getoond in Fig. 6.

Mechanisme voor antibacteriële activiteit van koperen nanodeeltjes

Katalytische activiteit voor vermindering van 4-nitrofenol

4-nitrofenol (4-NP), dat gewoonlijk wordt aangetroffen in afvalwater van de landbouw en industriële producten, is gevaarlijk en niet milieuvriendelijk. Hydrogenering of reductie van 4-NP, dat wordt omgezet in 4-aminofenol (4-AP), vindt plaats in aanwezigheid van CuNP's. CuNP's kunnen de reactie katalyseren om de kinetische barrière te overwinnen door de elektronenoverdracht van de donorboorhydraationen naar de acceptor 4-NP te ondersteunen.

Katalytische activiteit van de gesynthetiseerde CuNP's is onderzocht bij de reductie van 4-nitrofenol in waterig medium bij kamertemperatuur in aanwezigheid van een waterige oplossing van natriumboorhydride [56]. De reductie van 4-NP door gebruik te maken van CuNP's is een eenvoudig en milieuvriendelijk proces. Katalytische efficiëntie van CuNP's voor de reductie van 4-NP werd onderzocht met behulp van een UV-vis-spectrometer. Er werd waargenomen dat de maximale absorptiepiek voor 4-NP in waterig medium bij 317 nm was en de adsorptiepiek verschoof naar 403 nm door natriumboorhydride toe te voegen vanwege de vorming van 4-nitrofenolaat-ionen. Een piek bij 403 nm bleef zelfs na 2 dagen onaangetast, wat erop wees dat de reductie van 4-NP niet kan plaatsvinden in afwezigheid van een katalysator. Na toevoeging van de CuNP's verschoof de absorptiepiek van de oplossing naar 300 nm en de piek bij 403 nm verdween volledig, wat de reductie van 4-NP tot 4-AP zonder enig bijproduct aangaf. Een hypothetisch mechanisme voor de reductie van 4-NP wordt getoond in figuur 7. In het mechanisme zijn 4-NP en natriumboorhydride in de oplossing aanwezig in de vorm van ionen. De protonen van het boorhydride-ion adsorberen op het oppervlak van de koperen nanodeeltjes en BO₂ geproduceerd. 4-Nitrofenolaat-ionen adsorberen ook op het oppervlak van de CuNP's. Door de adsorptie van zowel protonen als 4-nitrofenolaat-ionen, overwinnen CuNP's de kinetische barrière van reactanten en wordt 4-nitrofenolaat-ion omgezet in 4-aminofenolaat-ion. Na omzetting vindt desorptie van het 4-aminofenolaat-ion plaats en wordt het omgezet in 4-aminofenol.

Mechanisme voor de reductie van 4-nitrofenol