该协议旨在使整个科学界的深层欧洲系统的准备工作标准化,以便这些系统能够重现。
制备深结构系统(DES)是一个简单的程序。根据定义,两个或多个组件以给定摩尔比混合在一起,形成 DES。然而,根据我们在实验室的经验,有必要标准化编写、描述和报告不同研究人员遵循的方法的程序,以便可以重现所发表的结果。在这项工作中,我们测试了文献中报告的不同方法,以制备环境系统,并评估水在室温下成功制备液体系统的重要性。这些已发表的eutec系统由柠檬酸、葡萄糖、蔗糖、苹果酸、β-丙氨酸、L-酒石酸和βine组成,并非所有所述制备方法都可以重现。然而,在某些情况下,有可能重现所述系统,将水作为欧特克混合物的第三个组成部分。
深溶剂被命名为21世纪的溶剂,被认为是新一代的溶剂。它们被定义为两种或两种以上化合物的混合物,其比重为特定的摩尔比,导致单个组分的熔融温度显著降低,在室温1、2下变成液体。3.从这个意义上说,溶剂的制备不需要任何化学反应,因此产量为100%。2011年,Choi和同事报告了自然发生DES的可能性,并命名为它们,天然深水溶剂(NADES)3,4,5。NADES可以从糖、氨基酸、有机酸和胆碱衍生物的不同组合中制备;这些由天然成分制备的系统具有固有的生物相容性和可生物降解性,与其他替代溶剂(如离子液体)5、6、5、6、5、6、5、6、5、6、5、6、5、6、5、6、5、6、5、6、5、6、5、6、5、6、5、6、5、6、5、6、5、6、5、6、5、6、5、6、5、6、5、6、5、6、5、6、5、6、5、6、5、 7,8.自2015年以来,该领域的出版物数量呈指数级增长,NADES的可能应用非常广泛。尽管许多手稿和评论已经出版,但一些基本问题依然存在,科学家尚未找到诸如DES形成机制等有趣问题的答案。了解DES的形成机制将导致对开发新系统采取综合办法,而不是目前的试验和错误办法。此外,随着消费者更加意识到其产品的可持续性,不仅在其最终寿命方面,而且在加工本身方面,这一机会每天都在增加。 10.为了推动深溶剂领域的重大创新,首先需要生产和表征方法的标准化。文献中报告的一些系统缺乏可重复性,这是我们多次面对这个问题时发展这项工作的动机。在此,我们证明了准确描述材料和方法的必要性和关键的重要性,并表明,虽然DES的编制是一个简单明了的程序,但有一些关键方面(例如,存在/水量),即必须始终讨论。
文献中报告的用于制备NADES的不同方法是加热和搅拌方法(HS)、真空蒸发(VE)和冷冻干燥(FD)。我们在这项工作中准备的系统是由不同的作者在文献4,5,6,10,11中描述。表1列出了原稿中报告的每种混合物的成分及其制备方法。
经过对上述系统的重现研究,我们意识到在某些情况下,不可能在室温下实现类似的NADES,即透明、粘性液体样品。准备 NADES 取决于许多因素。有些可以很容易地控制,但有些更难标准化。要考虑的最重要因素是,最终产品不能依赖于外部因素,如所使用的设备。
然后对采用不同方法制备的系统进行了描述。使用偏振光学显微镜(POM),观察到在HS方法没有水的情况下,即使在不同的温度下,NADES也没有形成清晰和粘稠的液体。然而,在用少量水应用HS方法和VE方法制备NADES时,观察到了同质和透明粘性液体,如图1所示。
DSC 用于确定混合物的热事件。结果表明,该系统在室温下为液体,温度高达130°C,因为热图显示无热事件。每个样品的含水量由卡尔-菲舍尔滴定测量,结果在表2中显示。必须报告系统的含水量,因为它是影响所获取液体特性的参数,如粘度和极性。这些变化对设计 NADES 的应用程序的结果有很大的影响。
NMR还用于确认上述NADES系统的形成,通过在每个系统的分子之间形成氢键。在 NADES系统柠檬酸:葡萄糖 (2:1) 图 2 中给出了一个示例,其中 HS 获取了 17% 的水,其中此 NADES 的质子光谱和起始材料(柠檬酸和葡萄糖)覆盖(图 2a)。从中,可以观察到每个分子中某些质子的化学转移变化。主要的变化是OH质子从柠檬酸的转移。最初,此信号出现在 5.16 ppm,但由于氢键的形成,该信号转移到 6.22 ppm。这一点由NOESY光谱(图2b)证实,其中来自柠檬酸的OH和其余质子之间的强相互作用是可见的。其他NADES系统也观察到类似的相互作用。
在这项研究中,我们观察到,由于缺乏有关大多数系统含水量的信息,文献中报告的eutectic系统的制备方法的描述有时不完整。在VE方法中,通过制备不同成分的溶液并在温度下混合,从而形成水系系统来添加水;但是,我们无法确定所需的最低含水量。因此,考虑对形成系统所需的水百分比的了解,这是应始终报告的一个关键点,以便其他人能够重现不同水混合物的制备。
最好的使用方法是添加水的 HS 方法,因为对于已经描述含水量的情况,准备时间更少。但是,如果此信息不可用,最简单的方法是 VE 方法,其中所有可用水被移除,系统中仅保留与 NADES 组件交互的水。在任何情况下,研究人员都应该让系统蒸发足够长的时间,以确保从系统中去除游离水。此时间取决于设备,因此在材料部分描述 VE 方法的持续时间是不够的,但水含量始终要报告。
The authors have nothing to disclose.
该项目根据No ERC-2016-CoG 725034的赠款协议,根据欧盟Horizon 2020研究和创新计划,获得了欧洲研究理事会(ERC)的资助。这项工作还得到了绿色化学-LAQV副实验室的支持,该实验室由FCT/MCTES(UID/QUI/50006/2019)的国家基金资助,并通过CryoDES项目(PTDC/EQU-EQU/29851/2017)获得FCT/MCTES的支持。
5 mm NMR tube | Norell | ||
Acid citric monohydrate | Sigma-Aldrich | ||
Advance III spectrometer | Bruker | ||
Deionized water | |||
dimethyl sulfoxide-d6 | Sigma-Aldrich | ||
DSC Q200 | TA Instruments, USA | ||
Freeze-dryer CHRIST ALPHA 1-4 | Braun Biotec International | ||
Glucose monohydrate | Cmd chemicals | ||
Karl Fisher Coulometer | Metrohm | ||
Olympus BX-51 polarized optical microscope | Olympus |