Solvente eutéctico profundo

Los disolventes eutécticos profundos o DES son soluciones de ácidos y bases de Lewis o Brønsted que forman una mezcla eutéctica. Los disolventes eutécticos profundos son altamente ajustables variando la estructura o la proporción relativa de los componentes originales y, por lo tanto, tienen una amplia variedad de aplicaciones potenciales que incluyen procesos catalíticos, de separación y electroquímicos. Los componentes originales de los disolventes eutécticos profundos forman una compleja red de enlaces de hidrógeno que da como resultado una reducción significativa del punto de congelación en comparación con los compuestos originales. El grado de depresión del punto de congelación observado en los DES queda bien ilustrado por una mezcla de cloruro de colina y urea en una proporción molar de 1:2. El cloruro de colina y la urea son sólidos a temperatura ambiente con puntos de fusión de 302 °C (punto de descomposición) y 133 °C respectivamente, pero la combinación de los dos en una proporción molar de 1:2 forma un líquido con un punto de congelación de 12 °. C. Los DES comparten propiedades similares a los líquidos iónicos, como la sintonizabilidad y la falta de inflamabilidad, pero se diferencian en que los líquidos iónicos son sales puras compuestas exclusivamente de iones discretos. A diferencia de los disolventes ordinarios, como los compuestos orgánicos volátiles (COV), los DES no son inflamables y poseen bajas presiones de vapor y toxicidad.

Los disolventes eutécticos de primera generación se basaban en mezclas de sales de amonio cuaternario con donantes de enlaces de hidrógeno, como aminas y ácidos carboxílicos. Los DES se clasifican en cuatro tipos según su composición:

Los eutécticos de tipo I incluyen una amplia gama de disolventes iónicos de clorometalato que fueron ampliamente estudiados en la década de 1980, como los cloroaluminatos de imidazolio, que se basan en mezclas de AlCl₃ + cloruro de 1-etil-3-metilimidazolio. . Los eutécticos de tipo II son idénticos a los eutécticos de tipo I en composición pero incluyen la forma hidratada del haluro metálico. Los eutécticos de tipo III constan de aceptores de enlaces de hidrógeno, como sales de amonio cuaternario (por ejemplo, cloruro de colina) y donantes de enlaces de hidrógeno (por ejemplo, urea, etilenglicol) e incluyen la clase de disolventes eutécticos profundos sin metales. Los eutécticos de tipo III se han utilizado con éxito en aplicaciones de procesamiento de metales como la electrodeposición, el electropulido y la extracción de metales. Los eutécticos de tipo IV son similares a los de tipo III, pero reemplazan el aceptor de enlaces de hidrógeno de sal de amonio cuaternario por un aceptor de enlaces de hidrógeno de haluro metálico y al mismo tiempo utilizan un donante de enlaces de hidrógeno orgánico, como la urea. Los eutécticos de tipo IV son de interés para la electrodeposición ya que producen complejos metálicos catiónicos, asegurando que la doble capa cerca de la superficie del electrodo tenga una alta concentración de iones metálicos.

Hasta ahora, el uso práctico generalizado de DES en procesos o dispositivos industriales se ha visto obstaculizado por viscosidades relativamente altas y conductividades iónicas bajas. Además, la falta de comprensión de la relación entre la estructura del compuesto original y la función del disolvente ha impedido el desarrollo de reglas generales de diseño. Se está trabajando para comprender la relación estructura-función.

Disolventes eutécticos profundos naturales

Los disolventes eutécticos profundos naturales (NADES) son disolventes eutécticos profundos de base biológica que se componen de dos o más compuestos que generalmente son metabolitos primarios de origen vegetal, es decir, ácidos orgánicos, azúcares, alcoholes, aminas y aminoácidos. Trabajo realizado por Choi, Spronsen et al. demostraron que el agua puede estar presente como parte del disolvente, quedando fuertemente retenida en el líquido y no puede evaporarse.

Investigación

En comparación con los líquidos iónicos modernos basados en aniones discretos, como la bistriflimida, que comparten muchas características pero son compuestos iónicos y no mezclas iónicas, los DES son más baratos de fabricar y, a veces, biodegradables. Por lo tanto, los DES pueden utilizarse como solventes seguros, eficientes, simples y de bajo costo.

Hasta la fecha, existen numerosas aplicaciones que se han estudiado para DES. Variando los componentes del DES y sus proporciones molares, se pueden producir nuevos DES. Por esta razón, cada año se presentan muchas aplicaciones nuevas en la literatura. Algunas de las primeras aplicaciones del DES fueron el electroacabado de metales utilizando DES como electrolitos. Los compuestos orgánicos como el ácido benzoico (solubilidad 0,82 mol/L) tienen una gran solubilidad en DES, y esto incluye incluso la celulosa. [1] Archivado el 4 de marzo de 2017 en Wayback Machine. Por esta razón, se aplicaron DES como solventes de extracción de dicho material a partir de sus matrices complejas. También se estudió el DES como disolvente de extracción en la separación de hidrocarburos aromáticos de nafta y en 2012 y 2013 se publicaron resultados prometedores.

También fueron estudiados por su aplicabilidad en la producción y purificación de biodiesel, y su capacidad para extraer metales para análisis. La incorporación de calentamiento por microondas con un solvente eutéctico profundo puede aumentar de manera eficiente el poder de solubilidad del DES y reducir el tiempo requerido para la disolución completa de las muestras biológicas a presión atmosférica. Es de destacar que los DES conductores de protones (por ejemplo, la mezcla de metanosulfonato de imidazolio y 1H-1,2,4-triazol en una proporción molar de 1:3 o la mezcla de metanosulfonato de 1,2,4-triazolio y 1H-1,2 ,4-triazol en una proporción molar de 1:3, en el que la base de Brønsted puede actuar como donante de enlaces de hidrógeno) también han encontrado aplicaciones como conductores de protones para pilas de combustible.

Debido a su composición única, los DES son entornos solvatantes prometedores, que afectan la estructura y el autoensamblaje de los solutos. Por ejemplo, recientemente se ha estudiado el autoensamblaje del dodecilsulfato de sodio (SDS) en el DES, lo que implica que el DES puede formar microemulsiones diferentes a las del agua. En otro caso, la solvatación del polímero polivinilpirrolidona (PVP) en DES es distinta de la del agua, por lo que el DES parece ser un mejor disolvente para el polímero. También se ha demostrado que dependiendo del estado de la materia del soluto se forman mezclas homogéneas o heterogéneas.

Los DES también se han estudiado por su uso potencial como disolventes más sostenibles desde el punto de vista medioambiental para extraer oro y otros metales preciosos del mineral. Se han realizado algunos trabajos de extracción con solventes utilizando solventes DES; Mark Foreman de Chalmers ha publicado en los últimos años varios artículos sobre este tema. Escribió sobre el uso de disolventes para el reciclaje de baterías desde un punto de vista aplicado y también publicó lo que puede ser el primer estudio serio sobre la extracción con disolventes de metales del DES. Foreman también ha publicado dos artículos de investigación pura sobre los problemas de actividad en DES; en el primero señaló que los coeficientes de actividad en DES parecen desviarse enormemente de sus valores en una solución de cloruro de sodio, mientras que en su último artículo proporciona un modelo matemático para los coeficientes de actividad en DES utilizando la ecuación SIT. Por último, se investigó la participación del DES en el campo termoeléctrico mediante la incorporación de DES en polímero termoeléctrico para la síntesis de películas de polímero termoeléctrico mejoradas.