Low-temperature calorimetric characterization of deep eutectic solvents with added water | Caracterización calorimétrica a baja temperatura de solventes eutecticos profundos con agua añadida

Trabajo presentado al XII Congreso Ibérico y X Congreso Iberoamericano de Ciencias y Técnicas del Frío (CYTEF 2024), celebrado en Elche, España, 26-28 junio, 2024.

[EN] Deep eutectic solvents (DES) are combinations of hydrogen bonds donors and acceptors, characterized by significantly lower freezing temperatures than their components. NADES (with natural, biologically compatible components) are becoming popular for a wide applications variety, for their wide solvent capacities, non-toxicity, biodegradability, and inexpensive components. Applications include new means for bioactive compounds extraction and enzymatic reactions, polymer solubilizing and a variety of physicochemical processes, including those taking place at low temperature. Four DES (β-alanine and DL-malic or citric acid (plus water) and choline chloride and ethylene glycol or glycerol) were investigated by differential scanning calorimetry (DSC) at low temperature. Pure DES behave completely reversibly, proof of physicochemical stability. Alanine-DES present glass transitions between -40 and -80°C. Meanwhile, choline-DES show no thermal events between 0° and -80°C. Increasing water produces glass transitions in all DES at decreasing temperatures, and devitrifications and freezing events. Choline-DES show no effects up to 20% water. However, alanine-DES show strong water effects, possibly phase separation into different water populations. Calcium alginate-sucrose beads were used as structural model for diffusion systems. Beads were incubated in DES (20 min/20 hours) and their low-temperature properties characterized. Short incubation periods were enough to radically alter their thermal behavior.

[ES] Los disolventes eutécticos profundos (DES) son combinaciones de donantes y aceptores de enlaces de hidrógeno, caracterizados por temperaturas de congelación significativamente más bajas que sus componentes. Los NADES (con componentes naturales y biológicamente compatibles) se están volviendo populares para una amplia variedad de aplicaciones, por su amplia capacidad disolvente, su no toxicidad, su biodegradabilidad y sus componentes económicos. Las aplicaciones incluyen nuevos medios para la extracción de compuestos bioactivos y reacciones enzimáticas, solubilización de polímeros y una variedad de procesos fisicoquímicos, incluidos los que tienen lugar a baja temperatura. Se investigaron cuatro DES (β-alanina y ácido DL-málico o cítrico (más agua) y cloruro de colina y etilenglicol o glicerol) mediante calorimetría diferencial de barrido (DSC) a baja temperatura. Los DES puros se comportan de forma totalmente reversible, prueba de estabilidad fisicoquímica. Los DES a base de alanina presentan transiciones vítreas entre -40 y -80°C. Por su parte, aquellos con colina no muestra eventos térmicos entre 0° y -80°C. La adición de agua produce transiciones vítreas en todos los DES a temperaturas decrecientes y eventos de desvitrificación y congelación. Los DES con colina no muestran efectos hasta un 20% de agua. Sin embargo, los de alanina son muy afectados, con posible separación de fases de agua. Se usaron perlas de alginato de calcio-sacarosa como modelo estructural para sistemas de difusión. Las perlas se incubaron en DES (20 min/20 horas) y se caracterizaron sus propiedades a baja temperatura. Cortos períodos de incubación fueron suficientes para alterar radicalmente su comportamiento térmico.

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