disolvente eutéctico profundo

Los disolventes eutécticos profundos ( DES ) son soluciones de ácidos y bases de Lewis o Brønsted que forman una mezcla eutéctica . ^{[ 1 ]} Los disolventes eutécticos profundos son altamente ajustables mediante la variación de la estructura o la proporción relativa de los componentes originales y, por lo tanto, tienen una amplia variedad de aplicaciones potenciales, incluidos los procesos catalíticos, de separación y electroquímicos. ^{[ 1 ] [ 2 ]} Los componentes originales de los disolventes eutécticos profundos participan en una compleja red de enlaces de hidrógeno, lo que resulta en una depresión significativa del punto de congelación en comparación con los compuestos originales. ^{[ 3 ]} El grado de depresión del punto de congelación observado en los DES se ilustra bien con una mezcla de cloruro de colina (ChCl) y urea en una proporción molar de 1:2 . El cloruro de colina y la urea son sólidos a temperatura ambiente con puntos de fusión de 302 °C (punto de descomposición) y 133 °C respectivamente, sin embargo, la combinación de los dos en una proporción molar de 1:2 forma un líquido con un punto de congelación de 12 °C. ^{[ 4 ]} Los DES comparten propiedades similares a los líquidos iónicos, como la capacidad de ajuste y la falta de inflamabilidad, pero se distinguen en que los líquidos iónicos son sales puras compuestas exclusivamente de iones discretos. ^{[ 1 ]} A diferencia de los disolventes comunes, como los compuestos orgánicos volátiles , los DES no son inflamables y poseen bajas presiones de vapor y baja toxicidad. ^{[ 5 ]}   

Hasta ahora, la amplia aplicación práctica de los DES en procesos o dispositivos industriales se ha visto obstaculizada por su viscosidad relativamente alta y su baja conductividad iónica. Además, la falta de comprensión de la relación entre la estructura del compuesto base y la función del disolvente ha impedido el desarrollo de reglas de diseño generales. Se están realizando investigaciones para comprender la relación estructura-función.

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, en ocasiones, biodegradables . ^{[ 14 ]} Por lo tanto, los DES pueden utilizarse como disolventes seguros, eficientes, sencillos y de bajo coste.

Hasta la fecha, se han estudiado numerosas aplicaciones para los DES. Al variar los componentes de los DES y sus proporciones molares, se pueden producir nuevos DES. Por esta razón, cada año se presentan muchas aplicaciones nuevas en la literatura. ^{[ 15 ]} Algunas de las primeras aplicaciones de los DES fueron el electroacabado de metales utilizando DES como electrolitos. ^{[ 16 ]} Los compuestos orgánicos como el ácido benzoico (solubilidad 0,82  mol/L) tienen una gran solubilidad en DES, e incluso esto incluye la celulosa . ^{[ 17 ]} Por esta razón, los DES se aplicaron como disolventes de extracción para dicho material de sus matrices complejas. También se estudió el uso de DES como disolventes de extracción en la separación de hidrocarburos aromáticos de la nafta y se publicaron resultados prometedores en 2012 ^{[ 18 ] [ 19 ]} y 2013. ^{[ 20 ]}

También se estudiaron por su aplicabilidad en la producción y purificación de biodiesel, ^{[ 21 ] [ 22 ]} y su capacidad para extraer metales para análisis. ^{[ 23 ]} La incorporación de calentamiento por microondas con disolvente eutéctico profundo puede aumentar eficientemente el poder de solubilidad de DES y reducir el tiempo requerido para la disolución completa de muestras biológicas a presión atmosférica . ^{[ 24 ]} Cabe destacar que los DES conductores de protones (por ejemplo, la mezcla de metanosulfonato de imidazolio y 1H-1,2,4-triazol en una proporción molar de 1:3 o la mezcla de metanosulfonato de 1,2,4-triazolio y 1H-1,2,4-triazol en una proporción molar de 1:3, donde la base de Brønsted puede actuar como donador de enlaces de hidrógeno) también han encontrado aplicaciones como conductores de protones para pilas de combustible. ^{[ 25 ] [ 26 ]}

Se ha demostrado que tanto los componentes individuales de DES como las mezclas resultantes son altamente biodegradables. ^{[ 36 ]}

Los componentes individuales de los DES generalmente no son tóxicos. Sin embargo, su combinación en un DES produce una mayor toxicidad para bacterias, hongos, peces, Artemia (camarón de salmuera) ^{[ 37 ]} , Hydra y células de mamíferos cultivadas en comparación con los componentes individuales; un caso de sinergia . ^{[ 36 ]} La toxicidad de los DES para las células individuales sin recubrimiento es una consecuencia natural de sus propiedades fisicoquímicas: lo que le permite funcionar como un buen disolvente también le permite alterar las membranas celulares . ^{[ 38 ]}

La capacidad del DES para aumentar la permeabilidad de las membranas de bicapa lipídica conduce a aplicaciones en biocatálisis . Cuando se cultivan microorganismos vivos para la producción de sustancias químicas, un cuello de botella común es la permeabilidad de sus membranas celulares, que limita el flujo de sustratos y productos. Agregar una pequeña cantidad de DES al medio de cultivo resuelve este problema: solo una adición del 1% (v/v) de un (NA)DES basado en acetato de colina aumenta el rendimiento de bioconversión de isoeugenol a vainillina de Lysinibacillus fusiformis en un 142%. ^{[ 39 ]} El DES también actúa de forma independiente de la membrana, actuando directamente sobre las enzimas para modificar su comportamiento (por ejemplo, aumentando la estereoselectividad). Esto se puede aplicar tanto a células vivas como a sus componentes muertos. ^{[ 39 ]} Algunas enzimas incluso funcionan en condiciones sin agua donde el DES es el único disolvente. ^{[ 12 ]}