C60 (Fullerenol) polihidroxilado por ultra-sons

• O fullereno C60 poli-hidroxilado solúvel em água, denominado fullerenol ou fullerol, é um forte eliminador de radicais livres, sendo por isso utilizado como antioxidante em suplementos e produtos farmacêuticos.
• A hidroxilação ultra-sónica é uma reação rápida e simples numa só fase, que é utilizada para produzir C60 poli-hidroxilado solúvel em água.
• Ultrasonicamente sintetizado C60 solúvel em água tem qualidade superior e é usado para aplicações farmacêuticas e de alto desempenho.

Síntese ultra-sônica de uma etapa de C60 polihidrolxilado

A cavitação ultra-sônica é a técnica superior para produzir fullerenos C60 polihidroxilados de alta qualidade, que são solúveis em água e podem, portanto, ser usados em várias aplicações em farmácia, medicina e indústria. Afreen et al (2017) desenvolveram uma síntese ultra-sônica rápida e simples de C60 polihidroxilado livre de contaminação (também conhecido como fullerenol ou fullerol). A reação ultra-sônica de um passo usa H2O2 e é livre do uso de reagentes de hidroxilação adicionais, ou seja, NaOH, H2SO4 e catalisadores de transferência de fase (PTC), que causam impurezas no fullerenol sintetizado. Isso faz com que a síntese ultra-sônica de fullerenol seja uma abordagem mais limpa para produzir fullerenol; ao mesmo tempo, é uma maneira mais fácil e rápida de produzir C60 de alta qualidade e solúvel em água.

Possíveis vias de reação na síntese de fullerenol assistida por ultra-sons na presença de H2O2 diluído (30%). H2O2 DILUÍDO (30%).
fonte: Afreen et al. 2017

Síntese ultra-sônica de C60 solúvel em água – passo a passo

Para a preparação rápida, simples e ecológica do C60 poli-hidroxilado, que é solúvel em água, 200 mg de C60 puro são adicionados a 20 ml de H2O2 a 30% e sonicados com os modelos de sonicador UP200Ht OU UP200St. Os parâmetros de sonicação foram 30% de amplitude, 200 W em modo pulsado durante 1 h à temperatura ambiente. O recipiente de reação é colocado num banho de água circulante refrigerado, a fim de manter a temperatura no interior do recipiente à temperatura ambiente. Antes da sonicação, o C60 é imiscível em H2O2 aquoso e é uma mistura heterogénea incolor, que passa a uma cor castanha clara após 30 min de ultra-sons. Subsequentemente, nos próximos 30 min de ultra-sons que se transforma em uma dispersão castanha completamente escura.
Dador de hidroxilo: A cavitação intensa gerada por ultra-sons (= acústica) cria radicais como cOH, cOOH e cH a partir de moléculas de H2O e H2O2. O uso de H2O2 em meios aquosos é uma abordagem mais eficiente para introduzir grupos -OH na gaiola C60 em vez de usar apenas H2O para a síntese de fullerenol. H2O2 desempenha um papel importante na intensificação da hidroxilação ultra-sônica.

A hidroxilação ultra-sônica de C60 usando dil. H2O2 (30%) é uma reação fácil e rápida de um passo para preparar fullerenol. Exigindo apenas um curto período de tempo para a reação, a reação de ultra-sons oferece uma abordagem verde e limpo com uma baixa exigência de energia, evitando a utilização de quaisquer reagentes tóxicos ou corrosivos para a síntese, e reduzindo o número de solventes necessários para a separação e purificação de C60 (OH)₈∙2H₂O.

Via de polihidroxilação ultra-sónica

Quando ondas de ultrassom intensas são acopladas a um líquido, ciclos alternados de baixa pressão/alta pressão criam bolhas de vácuo no líquido. As bolhas de vácuo crescem ao longo de vários ciclos até não poderem absorver mais energia, pelo que entram em colapso violento. Durante o colapso da bolha, ocorrem efeitos físicos extremos, tais como diferenciais de temperatura e pressão elevados, ondas de choque, microjactos, turbulências, forças de cisalhamento, etc. Este fenómeno é conhecido como ultra-sons ou Cavitação acústicaEstas forças intensas de cavitação ultra-sónica decompõem as moléculas em radicais cOH e cOOH55.
Afreen et al. (2017) assumem que a reação pode progredir em duas vias simultaneamente. Os radicais cOH como espécies reativas de oxigênio (ROS) se ligam à gaiola C60 para dar fullerenol (Caminho I), e / ou radicais -OH e cOOH atacam as ligações duplas C60 deficientes em elétrons em uma reação nucleofílica e isso leva à formação de epóxido de fulereno [C60On] como um intermediário no primeiro estágio (Caminho II) que é semelhante ao mecanismo da reação de Bingel. Além disso, o ataque repetido de cOH (ou cOOH) ao C60O através de uma reação SN2 resulta em fulereno poli-hidroxilado ou fullerenol.
Pode ocorrer uma epoxidação repetida que produz grupos epóxidos sucessivos, por exemplo, C60O2 e C60O3. Estes grupos epóxido podem ser possíveis candidatos para gerar outros intermediários, por exemplo, epóxido de fulereno hidroxilado durante a sonólise (= decomposição sonoquímica). Além disso, a subsequente abertura do anel de C60(OH)xOy com cOH pode resultar na formação de fullerenol. A formação destes intermediários durante a sonólise de H2O2 ou H2O na presença de C60 é inevitável, e a sua presença no fullerenol final (embora numa quantidade vestigial) não pode passar despercebida. No entanto, como estão presentes apenas em quantidades vestigiais no fullerenol, não se espera que causem qualquer impacto significativo. [Afreen et al., 2017]

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