LCST típusú, aminosavakat tartalmazó ionos folyadék-víz keverékrendszer fázisviselkedésének vizsgálata
A folyadék-folyadék extrakció egy általánosan használt technika szerves vegyületek, gyógyszerkomponensek, aminosavak és más anyagok elválasztására az oldott anyagok oldhatósági különbségeit kihasználva a folyadék különböző fázisaiban. A hagyományos extrakciós rendszerek azonban gyakran tartalmaznak gyúlékony, illékony, mérgező és nagy energiaigényű szerves reagenseket, például etilénglikolt, N-metilpirrolidont és N-metilmorfolint. Ezért a szerves oldószerek helyettesítésére szolgáló környezetbarát folyadék-folyadék extrakciós rendszer kiépítése a kivonási kutatások egyik fejlesztési irányává vált.

Az ionos folyadék (IL) szerves kationokból és szerves vagy szervetlen anionokból álló alacsony hőmérsékletű folyékony só. Az utóbbi években az ionos folyadékok nagy oldhatóságuk, nagy termikus és kémiai stabilitásuk, alacsony gőznyomásuk és szerkezeti hangolhatóságuk miatt széleskörű alkalmazási lehetőségeket mutattak a természetes termékek kinyerésében. Lee és munkatársai 10 mg 1-etil-3-metil-metilimidazolium-bromidot adtak extrakciós segédanyagként 40 ml acetonhoz, ami közel 9-szeresére növelte az Eriocheir sinensisből származó asztaxantin extrakciós mennyiségét. Az ionos folyadékok, mint a szerves oldószerek segédanyagai jelentősen javíthatják a biomolekulák extrakciós hatékonyságát, de ezek a vizsgálatok még mindig korlátozottak, és nagymértékben támaszkodnak a szerves oldószerek használatára. Másrészt az ionos folyadékok nagy viszkozitással rendelkeznek, és önmagukban való használatuk nem segíti elő a tömegátadást, ami nagymértékben korlátozza alkalmazásukat az extrakció területén. Kutatások kimutatták, hogy kis mennyiségű víz hozzáadása az ionos folyadékokhoz hatékonyan csökkentheti viszkozitásukat és javíthatja fizikai-kémiai tulajdonságaikat. Ami még fontosabb, hogy bizonyos mennyiségű víz hozzáadása az ionos folyadékhoz hatékonyan csökkentheti a felhasznált ionos folyadék mennyiségét és csökkentheti a költségeket.

Az extrakciós kutatásokban általánosan használt ionos folyadékok azonban erősen hidrofilek, és gyakran homogén rendszereket alkotnak a vízzel, ami még mindig korlátozza a biomolekulák szelektív extrakcióját. 2017-ben Shi és munkatársai a foszfatidil-szerin és a foszfatidil-kolin hatékony elválasztását érték el egy 1-etil-3-metillimidazolium-bromid/metanol n-hexánból készített kétfázisú rendszerrel. Az ionos folyadék vízzel kevert rendszer specifikus körülmények között folyadék-folyadék fázisszétválasztást eredményez, ami nemcsak jelentősen javítja a biomolekulák szelektív extrakcióját, hanem segít a biomolekulák aktivitásának megőrzésében is. Ezért egy új folyadék-folyadék egyensúlyi rendszer megalkotása hidrofób ionos folyadékokkal és vízzel, mint fő komponensekkel fontos iránymutató jelentőséggel bír a biomolekulák szelektív extrakciója szempontjából. A kutatások kimutatták, hogy az ionos folyadékok típusai, amelyek képesek fázisba hozni az ionos folyadék-víz keverékrendszert, többek között az 1-butil-3-metilimidazolium-hexafluoroborát, a tetrabutilfoszfin-trifluoroacetát, a tetrabutilfoszfonium-acetát stb. A legtöbb ilyen ionos folyadék hidrofób anionokat tartalmaz, mint például tetrafluoroborát-ionokat, hexafluorfoszfát-ionokat, bisz(trifluorometán-szulfonil)szulfonionokat és trifluoracetát-ionokat.

Az élelmiszeripar, a vegyipar és a gyógyszeripar területén az ionos folyadékokat tartalmazó oldószerrendszerek egyre több célanyag extrakciójára alkalmasak, a kutatási területek egyre szélesebb körét érintve. Ezek közül a hőmérsékletérzékeny folyadék-folyadék extrakciós rendszerek nagy figyelmet kaptak. A kutatások arról számolnak be, hogy egyes ionos folyadék-víz keverékrendszerek hőmérsékletérzékeny tulajdonságokat mutatnak, a fázisátmenetek két típust mutatnak: magas kritikus olvadási hőmérséklet (UCST) és alacsony kritikus olvadási hőmérséklet (LCST). Wang és munkatársai megállapították, hogy az 1-hexil-3-metilimidazolium-tetrafluoroborát és víz bináris folyadék-folyadék extrakciós rendszere képes szelektíven elválasztani a lipofil és hidrofil anyagokat krizantémokban. A korábbi jelentések azonban figyelmen kívül hagyták a céltermékek ionos folyadékrendszerekben résztvevőként történő extrakciójának hatását a fázisegyensúlyra.

Ez a cikk aminosavakat használ biomolekula-modellként a glicin, alanin, lizin, lizin, arginin és prolin hatásának szisztematikus vizsgálatára a [P4444] CF3COO víz és [P4448] Br víz kevert rendszerek fázisátalakulási hőmérsékletére. Az aminosavak eloszlási jellemzőit vizsgáltuk a két fázisban a hőmérséklet függvényében, azzal a céllal, hogy alapadatokat szolgáltassunk az ionos folyadékokat tartalmazó folyadék-folyadék rendszerek tervezéséhez, valamint új ötleteket az ionos folyadékok alkalmazására a természetes termékek extrakciójában és elválasztásában.

Ez a cikk az aminosavak hatását vizsgálja az LCST típusú [P4444] CF3COO víz és [P4448] Br víz kevert rendszerek fázisviselkedésére. Az aminosavak és a víz közötti kölcsönhatás erős, és az ionos folyadékokkal kompetitív kapcsolatot alakít ki a vízmolekulákért. A "kisózás hatása" fokozza az LCST típusú ionos folyadékos vízrendszer fázisképző képességét, és az elősegítő tendencia a következő: glicin>alanin> lizin>prolin>arginin. Ezenkívül az aminosavak főként a vizes fázisban oszlanak el. A hozzáadott aminosavak mennyiségének növekedésével vagy a hőmérséklet emelkedésével az ionos folyadékban lévő dúsított fázis és a vízben lévő dúsított fázis térbeli helyzete átmenetet szenved. A felső és az alsó fáziskomponensek elmozdulása reverzibilis, és egy spontán reakciófolyamat, amelyet az entalpia és az entrópia vezérel. Az aminosavak kiváló fázisképző anyagok ionos folyadék-víz rendszerekben. A jövőben az aminosavak hidrofilitásbeli különbségeit ki lehet használni a biomolekulák szelektív extrakciójához ideális folyadék-folyadék extrakciós rendszerek tervezéséhez.