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Los disolventes eutécticos profundos son sistemas formados a partir de una mezcla eutéctica de ácidos y bases de Lewis o Brønsted que pueden contener una variedad de especies aniónicas y / o catiónicas. [1] Se clasifican como tipos de disolventes iónicos con propiedades especiales. Incorporan uno o más compuestos en forma de mezcla, para dar un eutéctico con un punto de fusión mucho más bajo que cualquiera de los componentes individuales. [2] Se observó uno de los fenómenos eutécticos profundos más importantes para una mezcla de cloruro de colina y urea en un mol de 1: 2proporción. La mezcla resultante tiene un punto de fusión de 12 ° C (mucho menor que el punto de fusión del cloruro de colina, 302 ° C y la urea, 133 ° C), [3] lo que la hace líquida a temperatura ambiente.

Los disolventes eutécticos de primera generación se basaron en mezclas de sales de amonio cuaternario con donantes de enlaces de hidrógeno como aminas y ácidos carboxílicos . Hay cuatro tipos de disolventes eutécticos: [4]

Tipo iSal de amonio cuaternario + cloruro de metal
Tipo IISal de amonio cuaternario + cloruro metálico hidrato
Tipo IIISal de amonio cuaternario + donante de enlace de hidrógeno
Tipo IVHidrato de cloruro metálico + donante de enlaces de hidrógeno

Por lo tanto, los eutécticos de tipo I también incluyen la amplia gama de líquidos iónicos de clorometalato ampliamente estudiados en la década de 1980, como los siempre populares cloroaluminatos de imidazolio que se basan en mezclas de cloruro de AlCl 3 + 1-etil-3-metilimidazolio. [5] Además de los líquidos iónicos con aniones discretos, la electrodeposición de una variedad de metales se ha llevado a cabo previamente en solventes eutécticos profundos (DES). Se trata de sales de amonio cuaternario (p. Ej., Cloruro de colina, ChCl), sales metálicas o hidratos de sales metálicas y donantes de enlaces de hidrógeno (p. Ej. Urea) y normalmente se dividen en cuatro grupos (Tabla 1), [6]han tenido un éxito especial a gran escala para el pulido de metales y la deposición de plata por inmersión. Si bien la mayoría de los líquidos iónicos y DES incluyen un ion de amonio cuaternario como componente catiónico, recientemente se ha demostrado que los eutécticos también se pueden formar entre una sal metálica (hidrato) y una amida o alcohol simple para formar una solución metalífera compuesta de cationes y aniones. a través de procesos de desproporción, p. ej.

2AlCl 3 + urea ↔ [AlCl 2 • urea] + + [AlCl 4 ] -
Estos llamados eutécticos de Tipo 4 son útiles ya que producen complejos metálicos catiónicos, asegurando que la doble capa cercana a la superficie del electrodo tenga una alta concentración de iones metálicos . [6]

Propiedades fisicoquímicas [ editar ]

A diferencia de los disolventes ordinarios, como los compuestos orgánicos volátiles ( COV ), los DES tienen una presión de vapor muy baja y, por lo tanto, no son inflamables. [7] La misma referencia menciona que los DES tienen viscosidades relativamente altas que podrían dificultar sus aplicaciones industriales, ya que podrían no fluir fácilmente en las corrientes de proceso. Los DES poseen densidades favorablemente bajas y pueden ser líquidos en un amplio rango de temperaturas, llegando a alrededor de -50 ° C para algunos DES. [8]

Investigación [ editar ]

En comparación con los líquidos iónicos modernos basados ​​en aniones discretos, como la bistriflimida , que comparten muchas características pero son compuestos iónicos y no mezclas iónicas, los DES son más baratos de fabricar y, a veces, biodegradables . [9] Por lo tanto, DES se puede utilizar como solventes seguros, eficientes, simples y de bajo costo. Hasta la fecha, existen numerosas aplicaciones que se han estudiado para DES. Al variar los componentes del DES y sus relaciones molares, se pueden producir nuevos DES. Por esta razón, cada año se presentan muchas aplicaciones nuevas en la literatura. Algunas de las primeras aplicaciones de DES fueron el electroacabado de metales utilizando DES como electrolitos. [10] Compuestos orgánicos como el ácido benzoico(solubilidad 0.82 mol / L) tienen una gran solubilidad en DES, e incluso esto incluye celulosa . [11] [1] Por esta razón, los DES se aplicaron como solventes de extracción para dicho material a partir de sus matrices complejas. También se estudiaron por su aplicabilidad en la producción y purificación de biodiésel, [12] [13] y su capacidad para extraer metales para su análisis. [14] La incorporación de calentamiento por microondas con solvente eutéctico profundo puede aumentar de manera eficiente el poder de solubilidad del DES y reducir el tiempo requerido para la disolución completa de las muestras biológicas a presión atmosférica. [15]Cabe señalar que los DES conductores de protones (p. Ej., La mezcla de metanosulfonato de imidazolio y 1H-1,2,4-triazol en una relación molar de 1: 3 o la mezcla de metanosulfonato de 1,2,4-triazolio y 1H-1,2 , 4-triazol en una relación molar de 1: 3, en la que la base de Brønsted puede actuar como donante de enlaces de hidrógeno) también han encontrado aplicaciones como conductores de protones para pilas de combustible [16] . [17]

Debido a su composición única, los DES son entornos solvantes prometedores, que afectan la estructura y el autoensamblaje de los solutos. Por ejemplo, recientemente se ha estudiado el autoensamblaje de dodecilsulfato de sodio (SDS) en DES, lo que implica que el DES puede formar microemulsiones diferentes a las del agua. [18] En otro caso, la solvatación del polímero polivinilpirrolidona (PVP) en DES es distinta del agua, por lo que el DES parece ser un mejor disolvente para el polímero. [19] También se ha demostrado que dependiendo del estado de la materia del soluto se forman mezclas homogéneas o heterogéneas . [20]

Los DES también se han estudiado por su uso potencial como solventes más sostenibles para el medio ambiente para extraer oro y otros metales preciosos del mineral . [21] Se han realizado algunos trabajos de extracción con solventes utilizando solventes DES. Mark Foreman de Chalmers ha publicado en los últimos años varios artículos sobre este tema. Escribió sobre el uso de disolventes para el reciclaje de baterías desde un punto de vista aplicado [22] y también publicó lo que podría ser el primer estudio serio de la extracción de metales de DES con disolventes. [23] Foreman también ha publicado dos artículos de investigación pura sobre los problemas de actividad en DES, en el primero [24]señaló que los coeficientes de actividad en DES parecen desviarse enormemente de sus valores en la solución de cloruro de sodio, mientras que en su artículo posterior [25] proporciona un modelo matemático para los coeficientes de actividad en DES utilizando la ecuación SIT .

Referencias [ editar ]

  1. ^ Emma L. Smith; Andrew P. Abbott; Karl S. Ryder (2014). "Disolventes eutécticos profundos (DES) y sus aplicaciones" . Revisiones químicas . 114 (21): 11060-11082. doi : 10.1021 / cr300162p . PMID  25300631 .
  2. ^ "Disolventes eutécticos profundos" (PDF) . kuleuven.be . Universidad de Leicester . Consultado el 17 de junio de 2014 . CS1 maint: parámetro desalentado ( enlace )
  3. ^ Andrew P. Abbott; Glen Capper; David L. Davies; Raymond K. Rasheed; Vasuki Tambyrajah (2003). "Nuevas propiedades solventes de las mezclas de cloruro de colina / urea". Chem. Comun . 0 (1): 70–71. doi : 10.1039 / B210714G . PMID 12610970 . 
  4. ^ Andrew Abbott; John Barron; Karl Ryder; David Wilson (2007). "Líquidos iónicos de base eutéctica con cationes y aniones que contienen metales". Chem. EUR. J . 13 (22): 6495–6501. doi : 10.1002 / quím.200601738 . PMID 17477454 . 
  5. ^ JS Wilkes; JA Levisky; RA Wilson; CL Hussey (1982). "Derretimientos de cloroaluminato de dialquilimidazolio: una nueva clase de líquidos iónicos a temperatura ambiente para electroquímica, espectroscopia y síntesis". Química inorgánica . 21 (3): 1263–1264. doi : 10.1021 / ic00133a078 .
  6. ↑ a b Abbott, Andrew P .; Al-Barzinjy, Azeez A .; Abbott, Paul D .; Frisch, Gero; Harris, Robert C .; Hartley, Jennifer; Ryder, Karl S. (2014). "Especiación, propiedades físicas y electrolíticas de mezclas eutécticas a base de CrCl3 · 6H2O y urea" . Física Química Física Química . 16 (19): 9047–55. Código Bibliográfico : 2014PCCP ... 16.9047A . doi : 10.1039 / c4cp00057a . ISSN 1463-9076 . PMID 24695874 .  }
  7. ^ Gregorio García; Santiago Aparicio; Ruh Ullah; Mert Atilhan (2015). "Disolventes eutécticos profundos: propiedades fisicoquímicas y aplicaciones de separación de gases" . Energía y combustibles . 29 (4): 2616–2644. doi : 10.1021 / ef5028873 .
  8. ^ Mukhtar A. Kareem; Farouq S. Mjalli; Mohd Ali Hashim; Inas M. AlNashef (2010). "Análogos de líquidos iónicos basados ​​en fosfonio y sus propiedades físicas". Revista de datos de ingeniería y química . 55 (11): 4632–4637. doi : 10.1021 / je100104v .
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  10. ^ Abbott, Andrew P .; McKenzie, Katy J .; Ryder, Karl S. (2007). Líquidos iónicos IV . Serie de simposios ACS. 975 . págs. 186-197. doi : 10.1021 / bk-2007-0975.ch013 . ISBN 978-0-8412-7445-7. ISSN  1947-5918 .
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