Da família dos alotrópicos do carbono, o fulereno, foi descoberto em 1985, contudo em 1966 cálculos teóricos indicavam a existência dessa molécula cujo formato é de um icosaedro truncado não regular de 32 faces, sendo 20 hexágonos e 12 pentágonos, ganhando uma forma semelhante a de uma bola de futebol.
Devido a sua estabilidade, hoje é um dos alotrópicos mais estudados, contudo você se lembra o quê é um alotrópico.
Alotrópico
O termo alotropia foi criado por Jöns Jacob Berzelius e tem sua etimologia grega, sendo allos = outros e tropos = maneira. Hoje esse termo é utilizado na química para designar o fenômeno que um mesmo elemento químico pode originar substâncias simples diferentes. ou seja, um mesmo elemento químico se organiza em estruturas diferentes, que apresentam características e fórmulas moleculares distintas.
Dentre os alotrópicos do carbono os mais conhecidos e estudados são: diamante, grafite, grafeno, nanotubos e finalmente o fulereno.
Fulereno
Os fulerenos, diferentemente das outras formas alotrópicas do carbono, consistem em uma classe de nano-moléculas esferoidais estáveis, sendo o fulereno [60] ou C60 o mais abundante e portanto o representativo.
Foi sintetizado a primeira vez em 1985, por Kroto e sua equipe, o experimento realizado consistia em uma placa de grafite submetida a um laser pulsado de hélio de alta frequência, atingindo 10 000ºC, formando um agregado, que por sua vez, foi analisa por espectrometria de massa e comprovada a existência das "gaiolas" de carbono. Sendo a quantidade mínima de átomos carbono por molécula de 30 e máxima 190, em que C60 e C70 os mais abundantes.
Devido a estabilidade e simetria, semelhantes aos domos geodésicos criados pelo arquiteto B. Fuller, formam denominadas defullerene pela equipe do Kroto, que em 1996 ganharam o Nobel de Química pela descoberta.
Somente a partir dos anos 1990 que foi possível estudar as propriedades físico-químicas dessas moléculas, devido a criação de métodos de purificação e síntese.
Nos fulerenos existem basicamente dois tipos de ligações: Sigma ( σ ) que consiste na interação entre orbitais ligantes-antiligante, originando uma ligação mais maleável e longa, é a representada pela ligação do tipo simples. E a ligação do tipo Pi ( Π ) que consiste na interação entre orbitais ligante -ligante concomitantemente com antiligante-antiligante, sendo ligação dupla sua principal representante.
 |
| Domos Geodésicos e Fuller (Fonte: Revista Época) |
Devido a estabilidade e simetria, semelhantes aos domos geodésicos criados pelo arquiteto B. Fuller, formam denominadas defullerene pela equipe do Kroto, que em 1996 ganharam o Nobel de Química pela descoberta.
Somente a partir dos anos 1990 que foi possível estudar as propriedades físico-químicas dessas moléculas, devido a criação de métodos de purificação e síntese.
Ligações Químicas
Nos fulerenos existem basicamente dois tipos de ligações: Sigma ( σ ) que consiste na interação entre orbitais ligantes-antiligante, originando uma ligação mais maleável e longa, é a representada pela ligação do tipo simples. E a ligação do tipo Pi ( Π ) que consiste na interação entre orbitais ligante -ligante concomitantemente com antiligante-antiligante, sendo ligação dupla sua principal representante.
Entre os hexágonos dos fulerenos caracteriza-se a ligação Π, já entre os pentágonos-hexágonos há a ligação σ, como pode-se observar na figura abaixo:
Propriedades Físico-Quimicas
Embora o fulereno [60] seja rico em elétrons, ele é capaz de se comportar como espécies eletronegativas e aceitar reversivelmente até 6 elétrons. Pode também se tornar supracondutora em espécies do tipo M3C60 (M = Metal Alcalino), além de possuir propriedades ópticas não lineares e um estado tripleto de longa duração.
Apresenta baixa solubilidade em solventes polares como água e tolueno, contudo a modificação química da superfície para obtenção de fulerenos funcionalizados covalentemente tem ajudado a aumentar solubilidade e facilitar a manipulação e estudo das propriedades intrínsecas dessas moléculas.
Tanto a modificação superficial como as reações de adição de nucleófilos e de espécie radicalares, além das cicloadições, hidrogenações, reduções, oxidações e obtenção de complexos com metais de transição ocorrem pela habilidade do fulereno aceitar facilmente elétrons, se comportando como um olefina eletrodeficiente.
6 Aplicações do Fulereno [60] e seus Derivados Quimicamente Modificados
Atualmente, devido a estudos sobre suas propriedades e funcionalidades, já se sabe que os fulerenos tem grande chances de serem aplicados nas áreas de ciência dos materiais e biologia.
- Limitadores Ópticos: fenômeno não linear em que um material aumenta a absorção e reduz a transmissão a medida que a radiação incidente aumenta. São materiais potencialmente úteis para proteger sensores ópticos, incluindo o olho humano. Os fulerenos [60] apresentam essa característica em solução e para ter sido encorporado em sólidos foi necessário desenvolver um processo sol-gel, solúvel em água.
- Aplicações Fotovoltaicas: Sariciftci (1992) observou que ocorria uma transferência fotoinduzida ultrarrápida de elétrons entre polímeros conjugados e o fulereno [60], criando um estado de separação de cargas de longa duração. Com essa descoberta, intensificou as pesquisas sobre derivados de fulereno [60], e hoje são os mais usados como aceptores de elétrons em células orgânicas solares.
- Chaves de Memórias de Computadores: o metalofulereno é atualmente o mais aplicado, sendo que íons metálicos se encerram dentro da molécula de fulereno, afim de alterar o seu comportamento elétrico e magnético.
- Transporte de Combustível e Lubrificante em Condições Extremas: o hidrogênio, combustível usado no lançamento de ônibus espaciais, unido ao fulereno, na câmara de combustão , proporcionará uma maior eficiência e segurança, mesmo em temperaturas extremamente elevadas. O mesmo poderá acontecer com lubrificantes, sendo transportados para regiões dentro do motor, mancal e engrenagens.
- Tratamento Quimioterápico: os fármacos, presos dentro da molécula de fulereno, seriam liberados apenas em contato com o tecido doente ou em contato com células cancerígenas, minimizando assim os efeitos colaterais.
- Terapia Fotodinâmica: processo que na presença de luz, excitá-se uma espécie fotossensibilizadora, que é capaz de absorver a energia luminosa. sendo que o fulereno apresenta essa propriedade.
- Atividade Antioxidante e Neuroprotetora: devido as suas excelentes propriedades aceptoras de elétrons, os fulerenos são capazes de capturar os radicais livres no meio biológico, que podem causar danos e desordens neurodegenerativas. Desta forma, derivados de fulereno, os fuleróis e os carboxifulerenos, são estudados e apresentam proteção satisfatória contra neurodegeneração e atividade antioxidante, in vitro e em culturas de neurônios respectivamente.
- Atividade Antimicrobiana: derivados catiônicos do fulereno [60] tem apresentado atividade bactericida, semelhante à da vancomicina.
- Atividade Antirretroviral: derivados de fulerenos hidrossolúveis tem apresentado atividade seletiva e moderada contra o Vírus da Imunodeficiência Humana (HIV), destacando células infectadas crônica e agudamente com o HIV tipo 1. Outro estudo envolvendo proteínas virais e derivados fulerênicos notou-se efeitos inibidores nas funções fundamentais para sobrevivência dos vírus HIV, pois houve interações de Wan der Waals entre a estrutura do fulereno e a cavidade catalítica da enzima protease (HIVP). Já existem fármacos a base de derivados de fulereno, em fase de teste no tratamento de HIV.
Referencias
https://pt.wikipedia.org/wiki/Alotropia
http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0100-40422010000300036
https://hypescience.com/fulerenos-da-promessa-a-realidade/
http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0100-40422010000300036
https://hypescience.com/fulerenos-da-promessa-a-realidade/