Исследование фазового поведения системы ионной смеси вода-жидкость типа LCST, содержащей аминокислоты
Жидкостная экстракция - широко используемый метод разделения органических соединений, фармацевтических компонентов, аминокислот и других веществ за счет различий в растворимости растворителей в разных фазах жидкости. Однако традиционные системы экстракции часто содержат легковоспламеняющиеся, летучие, токсичные и энергозатратные органические реагенты, такие как этиленгликоль, N-метилпирролидон и N-метилморфолин. Поэтому создание экологически безопасной системы экстракции жидкость-жидкость для замены органических растворителей стало одним из направлений развития в области экстракционных исследований.

Ионная жидкость (ИЖ) - это низкотемпературная жидкая соль, состоящая из органических катионов и органических или неорганических анионов. В последние годы ионные жидкости нашли широкое применение в экстракции природных продуктов благодаря своей высокой растворимости, высокой термической и химической стабильности, низкому давлению пара и структурной перестраиваемости. Ли и др. добавили 10 мг 1-этил-3-метилимидазолия бромида в качестве вспомогательного средства для экстракции к 40 мл ацетона, что увеличило количество экстрагированного астаксантина из Eriocheir sinensis почти в 9 раз. Ионные жидкости в качестве добавок к органическим растворителям могут значительно повысить эффективность экстракции биомолекул, однако эти исследования все еще имеют ограничения и в значительной степени зависят от использования органических растворителей. С другой стороны, ионные жидкости обладают высокой вязкостью, и их использование само по себе не способствует массопереносу, что значительно ограничивает их применение в области экстракции. Исследования показали, что добавление небольшого количества воды к ионным жидкостям может эффективно снизить их вязкость и улучшить физико-химические свойства. Что еще более важно, добавление определенного количества воды к ионной жидкости позволяет эффективно уменьшить количество используемой ионной жидкости и снизить затраты.

Однако ионные жидкости, обычно используемые в экстракционных исследованиях, обладают сильной гидрофильностью и часто образуют гомогенные системы с водой, что по-прежнему ограничивает возможности селективного извлечения биомолекул. В 2017 году Ши и др. добились эффективного разделения фосфатидилсерина и фосфатидилхолина с помощью двухфазной системы, приготовленной из 1-этил-3-метилимидазолия бромида/метанола н-гексана. Смешанная система ионная жидкость-вода производит разделение фаз жидкость-жидкость при определенных условиях, что не только значительно улучшает селективность экстракции биомолекул, но и позволяет сохранить активность биомолекул. Поэтому создание новой равновесной системы жидкость-жидкость с гидрофобными ионными жидкостями и водой в качестве основных компонентов имеет важное направляющее значение для селективного извлечения биомолекул. Исследования показали, что к типам ионных жидкостей, которые могут фазировать систему ионная жидкость-вода, относятся 1-бутил-3-метилимидазолий гексафторборат, тетрабутилфосфин трифторацетат, тетрабутилфосфоний ацетат и др. Большинство этих ионных жидкостей содержат гидрофобные анионы, такие как тетрафторборат-ионы, гексафторфосфат-ионы, бис (трифторметансульфонил) сульфон-ионы и трифторацетат-ионы.

В пищевой, химической и фармацевтической промышленности системы растворителей, содержащие ионные жидкости, подходят для извлечения все большего количества целевых веществ, что позволяет расширить спектр исследований. Среди них большое внимание привлекают термочувствительные системы экстракции жидкость-жидкость. По данным исследований, некоторые смешанные системы ионных жидкостей с водой проявляют температурную чувствительность, причем фазовые переходы бывают двух типов: с высокой критической температурой плавления (UCST) и низкой критической температурой плавления (LCST). Ванг и др. обнаружили, что бинарная система экстракции жидкость-жидкость 1-гексил-3-метилимидазолий тетрафторборат и вода может селективно разделять липофильные и гидрофильные вещества в хризантемах. Однако в предыдущих отчетах не учитывалось влияние экстракции целевых продуктов в качестве участников ионно-жидкостных систем на фазовое равновесие.

В данной статье аминокислоты используются в качестве модели биомолекул для систематического исследования влияния глицина, аланина, лизина, аргинина и пролина на температуру фазового перехода в смешанных системах [P4444] CF3COO-вода и [P4448] Br-вода. Изучены характеристики распределения аминокислот в двух фазах в зависимости от температуры с целью получения базовых данных для проектирования систем жидкость-жидкость, содержащих ионные жидкости, и новых идей для применения ионных жидкостей в экстракции и разделении природных продуктов.

В данной статье исследуется влияние аминокислот на фазовое поведение смешанных систем типа LCST [P4444] CF3COO вода и [P4448] Br вода. Взаимодействие между аминокислотами и водой является сильным, образуя конкурентные отношения с ионными жидкостями за молекулы воды. Эффект высаливания" повышает способность к фазообразованию в системе вода-ионная жидкость типа LCST, а тенденция развития такова: глицин>аланин>лизин>пролин>аргинин. Кроме того, аминокислоты в основном распределяются в водной фазе. При увеличении количества добавленных аминокислот или повышении температуры происходит переход пространственного положения обогащенной фазы в ионной жидкости и обогащенной фазы в воде. Перемещение компонентов верхней и нижней фаз обратимо и представляет собой спонтанный реакционный процесс, обусловленный энтальпией и энтропией. Аминокислоты являются отличными фазообразующими агентами в ионно-жидких водных системах. В будущем различия в гидрофильности аминокислот могут быть использованы для создания идеальных жидкостно-жидкостных экстракционных систем для селективного извлечения биомолекул.