Etude du comportement de phase d'un système de mélange d'eau liquide ionique de type LCST contenant des acides aminés
L'extraction liquide-liquide est une technique couramment utilisée pour séparer les composés organiques, les composants pharmaceutiques, les acides aminés et d'autres substances en utilisant les différences de solubilité des solutés dans les différentes phases du liquide. Cependant, les systèmes d'extraction traditionnels contiennent souvent des réactifs organiques inflammables, volatils, toxiques et très énergivores, tels que l'éthylène glycol, la N-méthylpyrrolidone et la N-méthylmorpholine. C'est pourquoi la construction d'un système d'extraction liquide-liquide respectueux de l'environnement pour remplacer les solvants organiques est devenue une tendance de développement dans le domaine de la recherche sur l'extraction.

Un liquide ionique (LI) est un sel liquide à basse température composé de cations organiques et d'anions organiques ou inorganiques. Ces dernières années, les liquides ioniques ont montré de vastes perspectives d'application dans l'extraction de produits naturels en raison de leur grande solubilité, de leur stabilité thermique et chimique élevée, de leur faible pression de vapeur et de leur adaptabilité structurelle. Lee et al. ont ajouté 10 mg de bromure de 1-éthyl-3-méthylimidazolium comme adjuvant d'extraction à 40 ml d'acétone, ce qui a permis de multiplier par près de 9 la quantité d'astaxanthine extraite d'Eriocheir sinensis. Les liquides ioniques utilisés comme adjuvants pour les solvants organiques peuvent améliorer de manière significative l'efficacité de l'extraction des biomolécules, mais ces études ont encore des limites et dépendent fortement de l'utilisation de solvants organiques. D'autre part, les liquides ioniques ont une viscosité élevée et leur utilisation seule ne favorise pas le transfert de masse, ce qui limite considérablement leur application dans le domaine de l'extraction. La recherche a montré que l'ajout d'une petite quantité d'eau aux liquides ioniques peut réduire efficacement leur viscosité et améliorer leurs propriétés physicochimiques. Plus important encore, l'ajout d'une certaine quantité d'eau au liquide ionique permet de réduire efficacement la quantité de liquide ionique utilisée et de diminuer les coûts.

Cependant, les liquides ioniques couramment utilisés dans la recherche sur l'extraction ont une forte hydrophilie et forment souvent des systèmes homogènes avec l'eau, ce qui présente encore des limites dans l'extraction sélective des biomolécules. En 2017, Shi et al. ont réussi à séparer efficacement la phosphatidylsérine et la phosphatidylcholine en utilisant un système à deux phases préparé à partir de 1-éthyl-3-méthylimidazolium bromide/méthanol n-hexane. Le système mixte de liquide ionique et d'eau produit une séparation de phase liquide-liquide dans des conditions spécifiques, ce qui non seulement améliore considérablement l'extraction sélective des biomolécules, mais contribue également à maintenir l'activité des biomolécules. Par conséquent, la construction d'un nouveau système d'équilibre liquide-liquide avec des liquides ioniques hydrophobes et de l'eau comme composants principaux a une grande importance pour l'extraction sélective des biomolécules. Les recherches ont montré que les types de liquides ioniques pouvant mettre en phase le système de mélange liquide ionique-eau comprennent l'hexafluoroborate de 1-butyl-3-méthylimidazolium, le trifluoroacétate de tétrabutylphosphine, l'acétate de tétrabutylphosphonium, etc. La plupart de ces liquides ioniques contiennent des anions hydrophobes tels que les ions tétrafluoroborate, les ions hexafluorophosphate, les ions bis (trifluorométhanesulfonyl) sulfone et les ions trifluoroacétate.

Dans les domaines alimentaire, chimique et pharmaceutique, les systèmes de solvants contenant des liquides ioniques conviennent à l'extraction d'un nombre croissant de substances cibles, ce qui implique un plus grand nombre de domaines de recherche. Parmi eux, les systèmes d'extraction liquide-liquide sensibles à la température ont suscité beaucoup d'intérêt. Les recherches indiquent que certains systèmes mixtes eau-liquide ionique présentent des caractéristiques sensibles à la température, avec des transitions de phase de deux types : une température de fusion critique élevée (UCST) et une température de fusion critique basse (LCST). Wang et al. ont découvert que le système binaire d'extraction liquide-liquide composé de 1-hexyl-3-méthylimidazolium tetrafluoroborate et d'eau peut séparer sélectivement les substances lipophiles et hydrophiles des chrysanthèmes. Cependant, les rapports précédents ont négligé l'impact de l'extraction de produits cibles en tant que participants à des systèmes de liquides ioniques sur l'équilibre des phases.

Cet article utilise les acides aminés comme modèle de biomolécule pour étudier systématiquement les effets de la glycine, de l'alanine, de la lysine, de l'arginine et de la proline sur la température de transition de phase des systèmes mixtes [P4444] CF3COO eau et [P4448] Br eau. Les caractéristiques de distribution des acides aminés dans les deux phases ont été étudiées en fonction de la température, dans le but de fournir des données de base pour la conception de systèmes liquide-liquide contenant des liquides ioniques et de nouvelles idées pour l'application des liquides ioniques dans l'extraction et la séparation de produits naturels.

Cet article étudie l'influence des acides aminés sur le comportement de phase des systèmes mixtes de type LCST [P4444] CF3COO eau et [P4448] Br eau. L'interaction entre les acides aminés et l'eau est forte, formant une relation de compétition avec les liquides ioniques pour les molécules d'eau. L'"effet de salage" améliore la capacité de formation de phase du système eau liquide ionique de type LCST, et sa tendance est la suivante : glycine>alanine>lysine>proline>arginine. En outre, les acides aminés sont principalement distribués dans la phase aqueuse. Lorsque la quantité d'acides aminés ajoutée augmente ou que la température s'élève, la position spatiale de la phase enrichie dans le liquide ionique et de la phase enrichie dans l'eau subit une transition. Le déplacement des composants de la phase supérieure et de la phase inférieure est réversible et constitue un processus réactionnel spontané régi par l'enthalpie et l'entropie. Les acides aminés sont d'excellents agents de formation de phase dans les systèmes d'eau liquide ionique. À l'avenir, les différences d'hydrophilie des acides aminés pourront être utilisées pour concevoir des systèmes d'extraction liquide-liquide idéaux pour l'extraction sélective de biomolécules.