Przygotowanie binarnych i trójskładnikowych głębokich układów eutektycznych

Powtarzalność głębokich systemów eutektycznych stwierdzona w literaturze jest trudna, gdy nie weźmie się pod uwagę zawartości wody. Metoda ta zapewnia protokół standaryzacji dla rozwoju tych systemów. Technika ta pozwoli na odtworzenie głębokiego systemu eutektycznego, przyczyniając się do uzyskania spójnych wyników wśród społeczności naukowej.

Głębokie systemy eutektyczne mają sprawdzone zastosowanie w wielu różnych dziedzinach, w tym w terapii i inżynierii biomedycznej, biokatalizie, ekstrakcji i wychwytywaniu CO2. Poprzez demonstrację wizualną zwracamy uwagę na różnice napotkane w różnych metodach opisywanych w literaturze dotyczącej przygotowania głębokich systemów eutektycznych. Często nie jest to odnotowane w konwencjonalnych manuskryptach.

Procedurę zademonstruje Ana Rita Gameiro, adiunkt w moim laboratorium. Aby przygotować naturalny DES przez liofilizację, najpierw dodaj dwa gramy monohydratu kwasu cytrynowego i 0,9530 grama monohydratu glukozy w osobnych pojemnikach. Dodaj 10 mililitrów wody dejonizowanej do każdego pojemnika i mieszaj, aż związki całkowicie się rozpuszczą.

Wymieszaj ze sobą oba roztwory i upewnij się, że końcowy roztwór jest homogenizowany. Umieścić roztwór w kolbie okrągłodennej. Zamrażać próbkę przy użyciu ciekłego azotu.

Umieścić kolbę w liofilizatorze na 48 godzin, aby upewnić się, że cała woda została usunięta z próbki. Aby przygotować naturalny DES przez odparowanie próżniowe, ponownie zważ dwa gramy monohydratu kwasu cytrynowego i 0,9530 grama monohydratu glukozy w oddzielnych pojemnikach. Dodaj 10 mililitrów wody dejonizowanej do każdego i mieszaj, aż związki całkowicie się rozpuszczą.

Wymieszaj ze sobą oba roztwory i upewnij się, że roztwór jest homogenizowany. Umieścić połączony roztwór w kolbie okrągłodennej. Za pomocą wyparki obrotowej wysuszyć próbkę, aż powstanie klarowna, lepka ciecz.

Naturalną próbkę DES można również przygotować przez ogrzewanie i mieszanie. Aby to zrobić, zważ dwa gramy monohydratu kwasu cytrynowego, 0,9530 grama monohydratu glukozy do oddzielnych pojemników. Umieścić dwie substancje stałe w tej samej fiolce.

Dodaj 278 mikrolitrów wody. Umieścić fiolkę z mieszadłem magnetycznym w łaźni wodnej o temperaturze 50 stopni Celsjusza. Pozostawić próbkę do momentu powstania klarownej, lepkiej cieczy.

Aby scharakteryzować naturalny DES za pomocą spolaryzowanej mikroskopii optycznej, należy umieścić kroplę naturalnego DES na szkiełku mikroskopowym w celu obserwacji. Naturalną próbkę DES można dodatkowo scharakteryzować za pomocą miareczkowania Karla-Fishera, różnicowej kalorymetrii skaningowej i magnetycznego rezonansu jądrowego, jak opisano w protokole tekstowym. W przypadku stosowania metody liofilizacji do przygotowania naturalnego DES, rezultatem powinna być stała lub bardzo gęsta pasta, ponieważ cała woda jest usuwana z systemu.

I odwrotnie, metoda parowania powinna dać klarowną i lepką ciecz. Stosowanie metody podgrzewania i mieszania z dodatkiem niewielkich ilości wody powinno również skutkować uzyskaniem klarownej i bardzo lepkiej cieczy. Obrazy z polaryzacji mikroskopii optycznej są wyświetlane za pomocą polaryzatorów krzyżowych.

Naturalne próbki DES przygotowano metodą ogrzewania i mieszania, metodą odparowywania próżniowego oraz metodą liofilizacji. Obrazy z polaryzacji mikroskopii optycznej naturalnych próbek DES są również wyświetlane za pomocą polaryzatorów równoległych. Technika NMR służy do potwierdzenia istnienia tworzenia wiązań wodorowych, które są główną cechą naturalnych systemów DES.

Można to potwierdzić poprzez obserwację zmian i przesunięć chemicznych każdego sygnału w naturalnej próbce DES w stosunku do samej glukozy i kwasu cytrynowego. Analiza widm NOESY wykazuje korelacje przestrzenne i międzycząsteczkowe, potwierdzające powstawanie wiązań wodorowych w naturalnym układzie DES. Próbując powtórzyć eksperyment, w którym zawartość wody nie jest podawana, należy zastosować metodologię parowania rotacyjnego i określić zawartość wody za pomocą miareczkowania Karla-Fishera.

Gdy znana jest dokładna ilość wody, postępuj zgodnie z metodą podgrzewania i mieszania, ponieważ jest to łatwiejsze i szybsze. Ważne jest, aby zawsze mierzyć ilość wody obecnej w tych systemach i zgłaszać to w rękopisach. Zapewnia to czytelnikom dokładne odwzorowanie wyników.

Technika ta toruje drogę do spójnej metodologii rozwoju w zakresie przygotowania naturalnych rozpuszczalników głęboko eutektycznych i nie jest ograniczona do żadnego konkretnego systemu. Przedstawione tutaj systemy należy traktować jako przykłady.