• Le fullerène polyhydroxylé en C60 soluble dans l'eau, appelé fullerenol ou fullerol, est un puissant capteur de radicaux libres et est donc utilisé comme antioxydant dans les suppléments et les produits pharmaceutiques.
• L'hydroxylation ultrasonique est une réaction rapide et simple en une seule étape, qui est utilisée pour produire du C60 polyhydroxylé soluble dans l'eau.
• Le C60 hydrosoluble synthétisé par ultrasons a une qualité supérieure et est utilisé pour des applications pharmaceutiques et de haute performance.

Synthèse ultrasonique en une étape de C60 Polyhydrolxylé en une étape

La cavitation ultrasonique est la technique supérieure pour produire des fullerènes polyhydroxylés C60 de haute qualité, solubles dans l'eau et donc utilisables dans diverses applications pharmaceutiques, médicales et industrielles. Afreen et al (2017) ont mis au point une synthèse ultrasonique simple et rapide de C60 polyhydroxylé non contaminé (aussi appelé fullerenol ou fullerol). La réaction ultrasonique en une étape utilise H₂la₂ et est exempt de l'utilisation de réactifs hydroxylants supplémentaires, c'est-à-dire NaOH, H₂ALORS₄et des catalyseurs de transfert de phase (CTP), qui provoquent des impuretés dans le fullerénol synthétisé. Cela rend la synthèse ultrasonique de fullerenol est une approche plus propre pour produire du fullerenol, en même temps, c'est un moyen plus facile et plus rapide de produire de haute qualité, soluble dans l'eau C60.

Voies de réaction possibles dans la synthèse assistée par ultrasons du fullerenol en présence de dil. H2O2 (30%).
source : Afreen et al. 2017

Synthèse ultrasonore de C60 soluble dans l'eau – Pas à pas

Pour la préparation rapide, simple et verte de C60 polyhydroxylé, soluble dans l'eau, on ajoute 200 mg de C60 pur à 20mL 30% H₂la₂ et sonicated avec un processeur ultrasonique tel que le UP200Ht ou UP200St. Les paramètres de sonication étaient de 30% d'amplitude, 200 W en mode pulsé pendant 1 h à température ambiante. La cuve de réaction est placée dans un bain-marie à circulation réfrigérée afin de maintenir la température à l'intérieur de la cuve à température ambiante. Avant la sonication, le C60 n'est pas miscible dans l'eau H₂la₂ et est un mélange hétérogène incolore, qui prend une couleur brun clair après 30 min d'ultrasonisation. Par la suite, dans les 30 minutes qui suivent l'échographie, il se transforme en une dispersion brun foncé.
Donneur d'hydroxyle : La cavitation intense générée par ultrasons (= acoustique) crée des radicaux tels que cOH, cOOH et cH à partir de H₂O et H₂la₂ molécules. L'utilisation de H₂la₂ en milieu aqueux est une approche plus efficace pour introduire des groupes -OH dans la cage C60 plutôt que d'utiliser uniquement H₂O pour la synthèse du fullerenol. H₂la₂ joue un rôle important dans l'intensification de l'hydroxylation par ultrasons.

Hydroxylation ultrasonique de C60 par dil. H₂la₂ (30 %) est une réaction facile et rapide en une seule étape pour préparer le fullerénol. Ne nécessitant que peu de temps pour la réaction, la réaction ultrasonore offre une approche verte et propre avec un faible besoin en énergie, évitant l'utilisation de réactifs toxiques ou corrosifs pour la synthèse et réduisant le nombre de solvants nécessaires à la séparation et à la purification du C60(OH)₈∙2H₂O.

Voie de polyhydroxylation ultrasonique

Lorsque des ondes ultrasonores intenses sont couplées dans un liquide, des cycles alternativement basse pression / haute pression créent des bulles de vide dans le liquide. Les bulles de vide se développent sur plusieurs cycles jusqu'à ce qu'elles ne puissent plus absorber d'énergie, de sorte qu'elles s'effondrent violemment. Pendant l'effondrement de la bulle, des effets physiques extrêmes tels que des différences de température et de pression élevées, des ondes de choc, des micro-jets, des turbulences, des forces de cisaillement, etc. Ce phénomène est connu sous le nom d'ultrasons ou de cavitation acoustiqueCes forces intenses de cavitation ultrasonique décomposent les molécules en radicaux cOH et cOOH55. Afreen et al (2017) supposent que la réaction peut progresser simultanément selon deux voies. Les radicaux cOH en tant qu'espèces réactives de l'oxygène (ROS) se fixent sur la cage C60 pour donner du fullerenol (voie I), et/ou les radicaux -OH et cOOH attaquent les doubles liaisons C60 déficientes en électron dans une réaction nucléophile et ceci conduit à la formation de fullerène époxyde[C60On] comme intermédiaire au premier stade (voie II) qui est similaire au mécanisme de la réaction de Bingel. De plus, l'attaque répétée de cOH (ou cOOH) sur C60O par une réaction SN2 entraîne la formation de fullerène polyhydroxylé ou fullerénol.
Une époxydation répétée peut avoir lieu, ce qui produit des groupes époxydes successifs, par exemple, C60O2 et C60O3. Ces groupes époxydes pourraient être des candidats possibles pour générer d'autres produits intermédiaires, par exemple l'époxyde de fullerène hydroxylé pendant la sonolyse (= décomposition sonochimique). De plus, l'ouverture subséquente de l'anneau de C60(OH)xOy avec cOH peut entraîner la formation de fullerénol. La formation de ces intermédiaires pendant la sonolyse de H₂la₂ ou H₂O en présence de C60 est inévitable, et leur présence dans le fullerenol final (bien qu'à l'état de traces) ne peut pas passer inaperçue. Toutefois, comme ils ne sont présents qu'à l'état de traces dans le fullerénol, on ne s'attend pas à ce qu'ils aient un impact significatif. [Afreen et al 2017 : 31936]

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