Faseadfærdsundersøgelse af LCST-type ionisk væske-vand-blandingssystem indeholdende aminosyrer
Væske-væske-ekstraktion er en almindeligt anvendt teknik til at adskille organiske forbindelser, farmaceutiske komponenter, aminosyrer og andre stoffer ved at udnytte opløselighedsforskellene mellem opløste stoffer i forskellige faser af væsken. Men traditionelle ekstraktionssystemer indeholder ofte brandfarlige, flygtige, giftige og meget energiforbrugende organiske reagenser som ethylenglycol, N-methylpyrrolidon og N-methylmorpholin. Derfor er opbygningen af et miljøvenligt væske-væske-ekstraktionssystem til erstatning af organiske opløsningsmidler blevet en udviklingstendens inden for forskning i ekstraktion.

Ionisk væske (IL) er et flydende salt ved lav temperatur, der består af organiske kationer og organiske eller uorganiske anioner. I de senere år har ioniske væsker vist brede anvendelsesmuligheder inden for udvinding af naturprodukter på grund af deres høje opløselighed, høje termiske og kemiske stabilitet, lave damptryk og strukturelle tilpasningsevne. Lee et al. tilsatte 10 mg 1-ethyl-3-methylimidazoliumbromid som ekstraktionshjælpemiddel til 40 ml acetone, hvilket øgede ekstraktionsmængden af astaxanthin fra Eriocheir sinensis med næsten 9 gange. Ioniske væsker som hjælpestoffer til organiske opløsningsmidler kan forbedre ekstraktionseffektiviteten af biomolekyler betydeligt, men disse undersøgelser har stadig begrænsninger og er stærkt afhængige af brugen af organiske opløsningsmidler. På den anden side har ioniske væsker høj viskositet, og brugen af dem alene er ikke befordrende for masseoverførsel, hvilket i høj grad begrænser deres anvendelse inden for ekstraktion. Forskning har vist, at tilsætning af en lille mængde vand til ioniske væsker effektivt kan reducere deres viskositet og forbedre deres fysisk-kemiske egenskaber. Endnu vigtigere er det, at tilsætning af en vis mængde vand til den ioniske væske effektivt kan reducere mængden af den anvendte ioniske væske og sænke omkostningerne.

De ioniske væsker, der almindeligvis anvendes i ekstraktionsforskning, har imidlertid en stærk hydrofilicitet og danner ofte homogene systemer med vand, hvilket stadig har begrænsninger i forhold til selektivt at udvinde biomolekyler. I 2017 opnåede Shi et al. en effektiv adskillelse af phosphatidylserin og phosphatidylcholin ved hjælp af et tofasesystem fremstillet af 1-ethyl-3-methylimidazoliumbromid/methanol n-hexan. Det ioniske væske-vand-blandede system producerer væske-væske-faseadskillelse under specifikke forhold, hvilket ikke kun forbedrer den selektive ekstraktion af biomolekyler betydeligt, men også hjælper med at opretholde biomolekylernes aktivitet. Derfor har konstruktionen af et nyt væske-væske-ligevægtssystem med hydrofobe ioniske væsker og vand som hovedkomponenter en vigtig vejledende betydning for den selektive udvinding af biomolekyler. Forskning har vist, at de typer ioniske væsker, der kan fase det ioniske væske-vand-blandingssystem, omfatter 1-butyl-3-methylimidazoliumhexafluoroborat, tetrabutylphosphintrifluoracetat, tetrabutylphosphoniumacetat osv. De fleste af disse ioniske væsker indeholder hydrofobe anioner som f.eks. tetrafluoroborat-ioner, hexafluorophosphat-ioner, bis(trifluormethansulfonyl)sulfon-ioner og trifluoracetat-ioner.

Fra fødevare-, kemi- og lægemiddelområdet er opløsningsmiddelsystemer, der indeholder ioniske væsker, velegnede til at udvinde et stigende antal målstoffer, hvilket involverer en bredere vifte af forskningsområder. Blandt dem har temperaturfølsomme væske-væske-ekstraktionssystemer tiltrukket sig stor opmærksomhed. Forskning rapporterer, at nogle ioniske væske-vand-blandingssystemer udviser temperaturfølsomme egenskaber med faseovergange, der udviser to typer: høj kritisk smeltetemperatur (UCST) og lav kritisk smeltetemperatur (LCST). Wang et al. fandt, at det binære væske-væske-ekstraktionssystem af 1-hexyl-3-methylimidazoliumtetrafluoroborat og vand selektivt kan adskille lipofile og hydrofile stoffer i krysantemum. Tidligere rapporter har dog overset, hvilken indvirkning ekstraktion af målprodukter som deltagere i ioniske væskesystemer har på fasens ligevægt.

Denne artikel bruger aminosyrer som en biomolekylemodel til systematisk at undersøge virkningerne af glycin, alanin, lysin, arginin og prolin på faseovergangstemperaturen for [P4444] CF3COO-vand og [P4448] Br-vandblandede systemer. Aminosyrernes fordelingsegenskaber i de to faser blev undersøgt som en funktion af temperaturen med henblik på at tilvejebringe grundlæggende data til design af væske-væske-systemer, der indeholder ioniske væsker, og nye ideer til anvendelse af ioniske væsker i udvinding og adskillelse af naturlige produkter.

Denne artikel undersøger aminosyrers indflydelse på faseopførslen af LCST-typen [P4444] CF3COO-vand og [P4448] Br-vand-blandingssystemer. Samspillet mellem aminosyrer og vand er stærkt og danner et konkurrenceforhold med ioniske væsker om vandmolekyler. "Saltningseffekten" forbedrer fasedannelsesevnen for LCST-type ionisk væske-vand-system, og dens fremmende tendens er: glycin>alanin>lysin>prolin>arginin. Derudover er aminosyrer hovedsageligt fordelt i den vandige fase. Når mængden af tilsatte aminosyrer øges, eller temperaturen stiger, sker der en ændring i den rumlige placering af den berigede fase i den ioniske væske og den berigede fase i vandet. Forskydningen af de øvre og nedre fasekomponenter er reversibel og er en spontan reaktionsproces, der drives af entalpi og entropi. Aminosyrer er fremragende fasedannende stoffer i systemer med ionisk væske og vand. I fremtiden kan aminosyrernes hydrofilitetsforskelle udnyttes til at designe ideelle væske-væske-ekstraktionssystemer til selektiv ekstraktion af biomolekyler.