Estudio del comportamiento de fase de un sistema de mezcla de agua líquida iónica tipo LCST que contiene aminoácidos
La extracción líquido-líquido es una técnica muy utilizada para separar compuestos orgánicos, componentes farmacéuticos, aminoácidos y otras sustancias aprovechando las diferencias de solubilidad de los solutos en las distintas fases del líquido. Sin embargo, los sistemas de extracción tradicionales suelen contener reactivos orgánicos inflamables, volátiles, tóxicos y que consumen mucha energía, como el etilenglicol, la N-metilpirrolidona y la N-metilmorfolina. Por ello, la construcción de un sistema de extracción líquido-líquido respetuoso con el medio ambiente que sustituya a los disolventes orgánicos se ha convertido en una tendencia de desarrollo en el campo de la investigación sobre extracción.

El líquido iónico (LI) es una sal líquida de baja temperatura compuesta por cationes orgánicos y aniones orgánicos o inorgánicos. En los últimos años, los líquidos iónicos han mostrado amplias perspectivas de aplicación en la extracción de productos naturales debido a su elevada solubilidad, alta estabilidad térmica y química, baja presión de vapor y sintonizabilidad estructural. Lee et al. añadieron 10mg de bromuro de 1-etil-3-metilimidazolio como coadyuvante de extracción a 40mL de acetona, lo que incrementó la cantidad de extracción de astaxantina de Eriocheir sinensis en casi 9 veces. Los líquidos iónicos como coadyuvantes de los disolventes orgánicos pueden mejorar significativamente la eficacia de la extracción de biomoléculas, pero estos estudios siguen teniendo limitaciones y dependen en gran medida del uso de disolventes orgánicos. Por otra parte, los líquidos iónicos tienen una viscosidad elevada y su uso por sí solo no favorece la transferencia de masa, lo que limita enormemente su aplicación en el campo de la extracción. La investigación ha demostrado que la adición de una pequeña cantidad de agua a los líquidos iónicos puede reducir eficazmente su viscosidad y mejorar sus propiedades fisicoquímicas. Y lo que es más importante, añadir una cierta cantidad de agua al líquido iónico puede reducir eficazmente la cantidad de líquido iónico utilizado y abaratar los costes.

Sin embargo, los líquidos iónicos comúnmente utilizados en la investigación de extracción tienen una fuerte hidrofilia y a menudo forman sistemas homogéneos con agua, lo que todavía tiene limitaciones en la extracción selectiva de biomoléculas. En 2017, Shi et al. lograron la separación efectiva de fosfatidilserina y fosfatidilcolina utilizando un sistema bifásico preparado a partir de bromuro de 1-etil-3-metilimidazolio/metanol n-hexano. El sistema líquido iónico mezclado con agua produce la separación de fases líquido-líquido en condiciones específicas, lo que no sólo mejora significativamente la extracción selectiva de biomoléculas, sino que también ayuda a mantener la actividad de las biomoléculas. Por lo tanto, la construcción de un nuevo sistema de equilibrio líquido-líquido con líquidos iónicos hidrofóbicos y agua como componentes principales tiene un importante significado orientativo para la extracción selectiva de biomoléculas. La investigación ha demostrado que los tipos de líquidos iónicos que pueden entrar en fase en el sistema de mezcla de agua y líquidos iónicos incluyen hexafluoroborato de 1-butil-3-metilimidazolio, trifluoroacetato de tetrabutilfosfina, acetato de tetrabutilfosfonio, etc. La mayoría de estos líquidos iónicos contienen aniones hidrófobos como iones tetrafluoroborato, iones hexafluorofosfato, iones bis (trifluorometanosulfonil) sulfona e iones trifluoroacetato.

Desde los ámbitos alimentario, químico y farmacéutico, los sistemas de disolventes que contienen líquidos iónicos son adecuados para extraer un número cada vez mayor de sustancias objetivo, lo que implica una gama más amplia de áreas de investigación. Entre ellos, los sistemas de extracción líquido-líquido sensibles a la temperatura han atraído mucha atención. Las investigaciones informan de que algunos sistemas de líquidos iónicos mezclados con agua presentan características sensibles a la temperatura, con transiciones de fase que muestran dos tipos: alta temperatura crítica de fusión (UCST) y baja temperatura crítica de fusión (LCST). Wang et al. descubrieron que el sistema binario de extracción líquido-líquido de tetrafluoroborato de 1-hexil-3-metilimidazolio y agua puede separar selectivamente sustancias lipofílicas e hidrofílicas en crisantemos. Sin embargo, los informes anteriores han pasado por alto el impacto de la extracción de productos diana como participantes en sistemas de líquidos iónicos en el equilibrio de fases.

En este artículo se utilizan los aminoácidos como modelo de biomolécula para investigar sistemáticamente los efectos de la glicina, la alanina, la lisina, la arginina y la prolina en la temperatura de transición de fase de los sistemas mixtos [P4444] CF3COO agua y [P4448] Br agua. Se estudiaron las características de distribución de los aminoácidos en las dos fases en función de la temperatura, con el objetivo de proporcionar datos básicos para el diseño de sistemas líquido-líquido que contengan líquidos iónicos y nuevas ideas para la aplicación de los líquidos iónicos en la extracción y separación de productos naturales.

Este artículo investiga la influencia de los aminoácidos en el comportamiento de fase de los sistemas mixtos de tipo LCST [P4444] CF3COO agua y [P4448] Br agua. La interacción entre los aminoácidos y el agua es fuerte, formando una relación de competencia con los líquidos iónicos por las moléculas de agua. El "efecto de salado" mejora la capacidad de formación de fases del sistema de agua líquida iónica de tipo LCST, y su tendencia de promoción es: glicina>alanina>lisina>prolina>arginina. Además, los aminoácidos se distribuyen principalmente en la fase acuosa. A medida que aumenta la cantidad de aminoácidos añadidos o la temperatura, la posición espacial de la fase enriquecida en el líquido iónico y la fase enriquecida en el agua experimenta una transición. El desplazamiento de los componentes de las fases superior e inferior es reversible y es un proceso de reacción espontáneo impulsado por la entalpía y la entropía. Los aminoácidos son excelentes agentes formadores de fase en sistemas de agua líquida iónica. En el futuro, las diferencias de hidrofilicidad de los aminoácidos pueden utilizarse para diseñar sistemas de extracción líquido-líquido ideales para la extracción selectiva de biomoléculas.