C60 polyhydroxylé par ultrasons (fullerénol)

  • Le fullerène C60 polyhydroxylé soluble dans l'eau, appelé fullerénol ou fullerol, est un puissant piégeur de radicaux libres et est donc utilisé comme antioxydant dans les compléments alimentaires et les produits pharmaceutiques.
  • L'hydroxylation par ultrasons est une réaction rapide et simple en une étape, qui permet de produire du C60 polyhydroxylé soluble dans l'eau.
  • Le C60 hydrosoluble synthétisé par ultrasons présente une qualité supérieure et est utilisé pour des applications pharmaceutiques et de haute performance.

Synthèse ultrasonique en une étape de C60 polyhydrolxylés

La cavitation ultrasonique est la technique supérieure pour produire des fullerènes C60 polyhydroxylés de haute qualité, qui sont solubles dans l'eau et peuvent donc être utilisés dans diverses applications en pharmacie, en médecine et dans l'industrie. Afreen et al. (2017) ont mis au point une synthèse ultrasonique rapide et simple de C60 polyhydroxylé sans contamination (également connu sous le nom de fullerenol ou fullerol). La réaction ultrasonique en une étape utilise H2O2 et est exempte de l'utilisation de réactifs d'hydroxylation supplémentaires, c'est-à-dire NaOH, H2SO4 et catalyseurs de transfert de phase (CTP), qui causent des impuretés dans le fullerénol synthétisé. La synthèse ultrasonique du fullerénol est donc une approche plus propre pour produire du fullerénol ; en même temps, c'est un moyen plus facile et plus rapide de produire du C60 de haute qualité et soluble dans l'eau.

Hydroxylation ultrasonique du C60 pour produire du C60 soluble dans l'eau (fullerenol)

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

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

UP200St - Processeur à ultrasons puissant de 200 WPour la préparation rapide, simple et écologique du C60 polyhydroxylé, qui est soluble dans l'eau, 200 mg de C60 pur sont ajoutés à 20 ml de H2O2 à 30 % et soniqués à l'aide de modèles de sonicateur. UP200Ht ou UP200St. Les paramètres de sonication étaient les suivants : amplitude de 30 %, 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 la température ambiante. Avant la sonication, le C60 n'est pas miscible dans le H2O2 aqueux et constitue un mélange hétérogène incolore, qui prend une couleur brun clair après 30 minutes d'ultrasonication. Ensuite, au cours des 30 minutes suivantes d'ultrasons, il se transforme en une dispersion entièrement brun foncé.
Donneur d'hydroxyle : la cavitation intense générée par les ultrasons (= acoustique) crée des radicaux tels que cOH, cOOH et cH à partir de molécules H2O et H2O2. L'utilisation de H2O2 en milieu aqueux est une approche plus efficace pour introduire des groupes -OH sur la cage du C60 plutôt que d'utiliser uniquement H2O pour la synthèse du fullerénol. H2O2 joue un rôle important dans l'intensification de l'hydroxylation ultrasonique.

L'hydroxylation ultrasonique du C60 à l'aide de dil. H2O2 (30%) est une réaction facile et rapide en une étape pour préparer le fullerénol. N'exigeant qu'une courte durée de réaction, la réaction ultrasonique offre une approche verte et propre avec une faible consommation d'énergie, évitant l'utilisation de réactifs toxiques ou corrosifs pour la synthèse et réduisant le nombre de solvants nécessaires pour la séparation et la purification du C60(OH).8∙2H2O.

Processeur à ultrasons UP400St (400W) pour l'homogénéisation, la dispersion, l'émulsification et les applications sonochimiques.

UP400St (400W, 24kHz) est un puissant disperseur ultrasonique

Demande d'information





Voie de la polyhydroxylation ultrasonique

Lorsque des ondes ultrasonores intenses sont couplées à un liquide, des cycles alternés de basse pression et de haute pression créent des bulles de vide dans le liquide. Les bulles de vide grossissent sur plusieurs cycles jusqu'à ce qu'elles ne puissent plus absorber d'énergie et s'effondrent violemment. Pendant l'effondrement de la bulle, des effets physiques extrêmes tels que des différentiels de température et de pression élevés, des ondes de choc, des micro-jets, des turbulences, des forces de cisaillement, etc. sont observés. Ce phénomène est connu sous le nom d'ultrasons ou 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 dans deux voies simultanément. Les radicaux cOH en tant qu'espèces réactives de l'oxygène (ROS) se fixent sur la cage du C60 pour donner du fullerénol (voie I), et/ou les radicaux -OH et cOOH attaquent les doubles liaisons déficientes en électrons du C60 dans une réaction nucléophile, ce qui conduit à la formation d'époxyde de fullerène [C60On] en tant qu'intermédiaire dans la première étape (voie II), ce qui est similaire au mécanisme de la réaction de Bingel. En outre, l'attaque répétée de cOH (ou cOOH) sur C60O via une réaction SN2 aboutit à un fullerène polyhydroxylé ou fullerénol.
Une époxydation répétée peut avoir lieu et produire des groupes époxy successifs, par exemple C60O2 et C60O3. Ces groupes époxydes pourraient être des candidats possibles pour générer d'autres intermédiaires, par exemple des époxydes de fullerène hydroxylés pendant la sonolyse (= décomposition sonochimique). En outre, l'ouverture ultérieure du cycle de C60(OH)xOy avec cOH peut entraîner la formation de fullerénol. La formation de ces intermédiaires lors de la sonolyse de H2O2 ou H2O en présence de C60 est inévitable, et leur présence dans le fullerénol final (bien qu'à l'état de traces) ne peut être ignorée. Cependant, 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.]

Sonicateurs haute performance pour la dispersion des fullerènes

Hielscher Ultrasonics fournit des sonicateurs à sonde pour répondre à vos besoins spécifiques : Que vous souhaitiez soniquer de petits volumes à l'échelle du laboratoire ou produire de grands volumes à l'échelle industrielle, la gamme Hielscher de sonicateurs haute performance offre la solution parfaite pour votre dispersion de fullerène. La puissance de sortie élevée, la précision des réglages et la fiabilité de nos sonificateurs garantissent que les exigences de votre processus sont satisfaites. Les écrans tactiles numériques et l'enregistrement automatique des paramètres ultrasoniques sur une carte SD intégrée rendent l'utilisation et le contrôle de nos appareils ultrasoniques très conviviaux.
La robustesse des équipements ultrasoniques Hielscher leur permet de fonctionner 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, dans des conditions difficiles et dans des environnements exigeants.
Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasons :

Volume du lotdébitDispositifs recommandés
1 à 500mL10 à 200mL/minUP100H
10 à 2000mL20 à 400mL/minUP200Ht, UP400ST
0.1 à 20L0.2 à 4L/minUIP2000hdT
10 à 100L2 à 10L/minUIP4000hdt
n.d.10 à 100L/minUIP16000
n.d.plus grandegroupe de UIP16000

Contactez nous ! / Demandez-nous !

Demande d'informations complémentaires

Veuillez utiliser le formulaire ci-dessous si vous souhaitez obtenir des informations supplémentaires sur l'homogénéisation par ultrasons. Nous nous ferons un plaisir de vous proposer un système à ultrasons répondant à vos exigences.









Veuillez noter que notre Politique de confidentialité.


Hielscher Ultrasonics fabrique des ultrasons de haute performance pour les applications sonochimiques.

Processeurs ultrasoniques de grande puissance, du laboratoire à l'échelle pilote et industrielle.



Littérature/références

  • Sadia Afreen, Kasturi Muthoosamy, Sivakumar Manickam (2018) : Sono-nano chimie : Une nouvelle ère de synthèse de nanomatériaux de carbone polyhydroxylés avec des groupes hydroxyles et leurs aspects industriels. Ultrasonics Sonochemistry 2018.
  • Sadia Afreen, Kasturi Muthoosamy, Sivakumar Manickam (2017) : Hydratation ou hydroxylation : synthèse directe du fullerénol à partir du fullerène [C60] vierge via la cavitation acoustique en présence de peroxyde d'hydrogène. RSC Adv, 2017, 7, 31930-31939.
  • Grigory V. Andrievsky, Vadim I. Bruskov, Artem A. Tykhomyrov, Sergey V. Gudkov (2009) : Particularités des effets antioxydants et radioprotecteurs des nanostuctures de fullerène C60 hydraté in vitro et in vivo. Free Radical Biology & Medicine 47, 2009. 786-793.
  • Mihajlo Gigov, Borivoj Adnađević, Jelena D. Jovanovic (2016) : Effet du champ ultrasonique sur la cinétique isotherme de la polyhydroxylation du fullerène. Science of Sintering 2016, 48(2):259-272.
  • Hirotaka Yoshioka, Naoko Yui, Kanaka Yatabe, Hiroto Fujiya, Haruki Musha, Hisateru Niki, Rie Karasawa, Kazuo Yudoh (2016) : Polyhydroxylated C60 Fullerenes Prevent Chondrocyte Catabolic Activity at Nanomolar Concentrations in Osteoarthritis (Les fullerènes polyhydroxylés C60 empêchent l'activité catabolique des chondrocytes à des concentrations nanomolaires dans l'arthrose). Journal of Osteoarthritis 2016, 1:115.

[/toggle]

Qu'il faut savoir

Fullerènes C60

Un fullerène C60 (également connu sous le nom de buckyball ou Buckminster fullerene) est une molécule constituée de 60 atomes de carbone, disposés en 12 pentagones et 20 hexagones. La forme d'une molécule de C60 ressemble à un ballon de football. Les fullerènes C60 sont des antioxydants non toxiques dont l'activité est 100 à 1000 fois supérieure à celle de la vitamine E. Bien que le C60 lui-même ne soit pas soluble dans l'eau, de nombreux dérivés de fullerènes très solubles dans l'eau, tels que le fullenerol, ont été synthétisés.
Les fullerènes C60 sont utilisés comme antioxydants et comme produits biopharmaceutiques. Les autres applications comprennent la science des matériaux, la photovoltaïque organique (OPV), les catalyseurs, la purification de l'eau et la protection contre les risques biologiques, l'énergie portable, les véhicules et les appareils médicaux.

Solubilité du C60 pur :

  • dans l'eau : non soluble
  • dans le diméthylsulfoxyde (DMSO) : non soluble
  • dans le toluène : soluble
  • dans le benzène : soluble
Structure de surface des fullerènes c60 (fullerènes de Buckminster, buckyballs)

Structure de surface des fullerènes C60
source : Yoshioka et al. 2016

C60 polyhydroxylée / Fullénérols

Le fullerol ou les fullerols sont des molécules de C60 polyhydroxylées (fullerène C60 hydraté) : C60HyFn). La réaction d'hydrolylation introduit des groupes hydroxyles (-OH) dans la molécule de C60. Les molécules de C60 comportant plus de 40 groupes hydroxyles ont une plus grande solubilité dans l'eau (>50 mg/mL). Ils existent sous forme de nanoparticules monodisperses dans l'eau et ont un effet de polissage important. Ils présentent des propriétés antioxydantes et anti-inflammatoires supérieures. Les fullerènes polyhydroxylés (fullerénols ; C60(OH)n) peuvent être dissous dans certains alcools, puis précipités dans un processus électrochimique, créant un film de nanocarbone sur l'anode. Les films de fullerénol sont utilisés comme revêtement biocompatible, inerte pour les objets biologiques et pouvant faciliter l'intégration d'objets non biologiques dans les tissus corporels.
Solubilité du Fullenerol :

  • dans l'eau : soluble, peut atteindre >50 mg/mL
  • dans le sulfoxyde de diméthyle (DMSO) : soluble
  • dans le méthanol : légèrement soluble
  • dans le toluène : non soluble
  • dans le benzène : non soluble

Couleur : Le fullerénol portant plus de 10 groupes -OH présente une couleur brun foncé. Avec l'augmentation du nombre de groupes -OH, la couleur passe progressivement du brun foncé au jaune.

Le C60 polyhydroxylé soluble dans l'eau peut être synthétisé par ultrasons

Solubilité de Solubilité de C60(OH)8.2H2O par rapport à C60 dans différents solvants. source : Afreen et al. 2017

Applications et utilisation des fullerénols :

  1. Produits pharmaceutiques : Réactifs de diagnostic, super médicaments, cosmétiques, résonance magnétique nucléaire (RMN) avec le développeur. Affinité avec l'ADN, médicaments anti-VIH, médicaments anticancéreux, médicaments de chimiothérapie, additifs cosmétiques et recherche scientifique. Par rapport à la forme primitive, les fullerènes polyhydroxylés ont davantage d'applications potentielles en raison de leur meilleure solubilité dans l'eau. On a découvert que les fullerols peuvent réduire la cardiotoxicité de certains médicaments et inhiber la protéase du VIH, le virus de l'hépatite C et la croissance anormale des cellules. En outre, ils présentent d'excellentes capacités de piégeage des radicaux libres contre les espèces réactives de l'oxygène et les radicaux dans des conditions physiologiques.
  2. Énergie : Batterie solaire, pile à combustible, batterie secondaire.
  3. Industrie : Matériaux résistants à l'usure, matériaux ignifuges, lubrifiants, additifs polymères, membrane haute performance, catalyseur, diamant artificiel, alliage dur, fluide électrique visqueux, filtres à encre, revêtements haute performance, revêtements ignifuges, fabrication de matériaux bioactifs, matériaux de mémoire, matériaux moléculaires intégrés et autres caractéristiques, matériaux composites, etc.
  4. Industrie de l'information : Supports d'enregistrement semi-conducteurs, matériaux magnétiques, encre d'imprimerie, toner, encre, papier à usage spécial.
  5. Pièces électroniques : Semi-conducteurs supraconducteurs, diodes, transistors, inducteurs.
  6. Matériaux optiques, caméra électronique, tube à fluorescence, matériaux optiques non linéaires.
  7. Environnement : Adsorption de gaz, stockage de gaz.

Nous nous ferons un plaisir de discuter de votre processus.

Let's get in contact.