C60 (Fullerenol) polihidroxilado por ultrasonidos

• El fullereno C60 polihidroxilado soluble en agua, llamado fullerenol o fullerol, es un potente eliminador de radicales libres, por lo que se utiliza como antioxidante en suplementos y productos farmacéuticos.
• La hidroxilación ultrasónica es una reacción rápida y sencilla de un solo paso, que se utiliza para producir C60 polihidroxilado soluble en agua.
• El C60 hidrosoluble sintetizado por ultrasonidos tiene una calidad superior y se utiliza para aplicaciones farmacéuticas y de alto rendimiento.

Síntesis ultrasónica en un solo paso de C60 polihidrolxilado

La cavitación ultrasónica es la técnica superior para producir fullerenos C60 polihidroxilados de alta calidad, que son solubles en agua y, por lo tanto, pueden utilizarse en diversas aplicaciones en farmacia, medicina e industria. Afreen et al (2017) han desarrollado una síntesis ultrasónica rápida y sencilla de C60 polihidroxilado libre de contaminación (también conocido como fullerenol o fullerol). La reacción ultrasónica de un solo paso utiliza H2O2 y está libre del uso de reactivos hidroxilantes adicionales, es decir, NaOH, H2SO4 y catalizadores de transferencia de fase (PTC), que causan impurezas en el fullerenol sintetizado. Esto hace que la síntesis ultrasónica de fullerenol sea un método más limpio para producir fullerenol; al mismo tiempo, es una forma más fácil y rápida de producir C60 hidrosoluble de alta calidad.

Posibles vías de reacción en la síntesis asistida por ultrasonidos de fullerenol en presencia de H2O2 dil. H2O2 (30%).
fuente: Afreen et al. 2017

Síntesis ultrasónica de C60 soluble en agua – Paso a paso

Para la preparación rápida, sencilla y ecológica de C60 polihidroxilado, que es soluble en agua, se añaden 200 mg de C60 puro a 20mL de H2O2 al 30% y se sonican con los modelos de sonicador UP200Ht o UP200St. Los parámetros de sonicación fueron 30% de amplitud, 200 W en modo pulsado durante 1 h a temperatura ambiente. El recipiente de reacción se colocó en un baño de agua circulante refrigerado para mantener la temperatura dentro del recipiente a temperatura ambiente. Antes de la sonicación, el C60 es inmiscible en H2O2 acuoso y es una mezcla heterogénea incolora, que se vuelve de color marrón claro tras 30 min de ultrasonicación. Posteriormente, en los siguientes 30 min de ultrasonicación se convierte en una dispersión completamente marrón oscura.
Donante de hidroxilo: la cavitación intensa generada por ultrasonidos (= acústica) crea radicales como cOH, cOOH y cH a partir de moléculas de H2O y H2O2. El uso de H2O2 en medios acuosos es un método más eficaz para introducir grupos -OH en la jaula de C60 que utilizar únicamente H2O para la síntesis de fullerenol. El H2O2 desempeña un papel importante en la intensificación de la hidroxilación ultrasónica.

La hidroxilación ultrasónica del C60 con H2O2 diluido (30%) es una reacción fácil y rápida de un solo paso para preparar fullerenol. H2O2 (30%) es una reacción rápida y sencilla de un solo paso para preparar fullerenol. Al requerir poco tiempo para la reacción, la reacción ultrasónica ofrece un enfoque ecológico y limpio con un bajo consumo energético, evitando el uso de reactivos tóxicos o corrosivos para la síntesis y reduciendo el número de disolventes necesarios para la separación y purificación del C60(OH).₈∙2H₂O.

Vía de polihidroxilación ultrasónica

Al acoplar ondas ultrasónicas intensas en un líquido, la alternancia de ciclos de baja presión y alta presión crea burbujas de vacío en el líquido. Las burbujas de vacío crecen a lo largo de varios ciclos hasta que no pueden absorber más energía, por lo que se colapsan violentamente. Durante el colapso de la burbuja se producen efectos físicos extremos, como diferenciales de temperatura y presión elevados, ondas de choque, microchorros, turbulencias, fuerzas de cizallamiento, etc. Este fenómeno se conoce como ultrasonido o cavitación acústicaEstas intensas fuerzas de cavitación ultrasónica descomponen las moléculas en radicales cOH y cOOH55.
Afreen et al. (2017) asumen que la reacción puede progresar en dos vías simultáneamente. Los radicales cOH como especies reactivas de oxígeno (ROS) se adhieren a la jaula de C60 para dar fullerenol (Vía I), y/o los radicales -OH y cOOH atacan los dobles enlaces de C60 deficientes en electrones en una reacción nucleofílica y esto conduce a la formación de epóxido de fullereno [C60On] como un intermedio en la primera etapa (Vía II) que es similar al mecanismo de la reacción de Bingel. Además, el ataque repetido de cOH (o cOOH) al C60O mediante una reacción SN2 da lugar a fullereno polihidroxilado o fullerenol.
Puede tener lugar una epoxidación repetida que produzca grupos epóxidos sucesivos, por ejemplo, C60O2 y C60O3. Estos grupos epóxido podrían ser posibles candidatos para generar otros productos intermedios, por ejemplo, epóxido de fullereno hidroxilado durante la sonólisis (= descomposición sonoquímica). Además, la posterior apertura del anillo de C60(OH)xOy con cOH puede dar lugar a la formación de fullerenol. La formación de estos productos intermedios durante la sonólisis de H2O2 o H2O en presencia de C60 es inevitable, y su presencia en el fullerenol final (aunque en una cantidad ínfima) no puede pasar desapercibida. Sin embargo, dado que solo están presentes en cantidades traza en el fullerenol, no se espera que causen ningún impacto significativo. [Afreen et al., 2017]

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