Síntese e caracterização de líquidos iónicos quirais e sua aplicação no desenvolvimento de sistemas aquosos bifásicos

Abstract

A síntese de misturas racémicas, seguida de separação enantiomérica é uma abordagem simples, flexível e muito utilizada. No entanto, a separação de enantiómeros continua a constituir um grande desafio para a indústria farmacêutica pois enantiosseletividade apresentada por estes processos é moderada e tem que ser compensada por processos cromatográficos que apresentam limitações ao nível do aumento de escala e das quantidades que estes conseguem processar. Na última década, a separação e purificação de moléculas, usando sistemas aquosos bifásicos (SABs) constituídos por líquidos iónicos (LIs) foi extensivamente estudada, como alternativa aos sistemas tradicionais de cromatografia ou extração líquido-liquido com solventes orgânicos ou mesmo SABs convencionais de base polimérica. O presente trabalho tem como objetivo desenvolver SABs com líquidos iónicos quirais (LIQs) enantiosseletivos, funcionando estes simultaneamente como solventes e seletores quirais. Doze LIQs compostos pelo catião tetrabutilamónio ou colínio e por vários aniões provenientes de diferentes aminoácidos quirais foram sintetizados e as suas propriedades físico-químicas e ecotoxicidade caracterizadas. Posteriormente, os LIQs sintetizados contendo o catião tetrabutilamónio foram combinados com diferentes sais para formar SABs, a fim de permitir a determinação dos respetivos diagramas de fase ternários a 25 (±1) ºC e à pressão atmosférica. Estes sistemas foram aplicados como plataformas de separação de enantiómeros de ácido mandélico. A partição dos enantiómeros mostrou ser afetada pela estrutura do LIQ e do sal utilizado, bem como pela presença/ausência do ião Cu2+. Apesar dos excessos enantioméricos obtidos serem pequenos, o SAB mais promissor consistiu no sistema constituído por [N4444]2[L-Glu] + Na2SO4, tendo para este sido obtido um valor máximo de excesso enantiomérico de 12,4 ± 2,0 %.

The synthesis of racemic mixtures followed by enantiomeric separation is the simplest, most flexible and more widely used approach. However, the separation of enantiomers remains a major challenge for the pharmaceutical industry, since the enantioselectivity of these processes is often moderate and must be compensated by using chromatographic processes that have a limited scale up and processing capacity. In the last decade, the separation and purification of several (bio)molecules, using aqueous biphasic systems (ABS) composed of ionic liquids (ILs) has been extensively studied as an alternative to the traditional chromatographic techniques or liquid-liquid extraction with organic solvents or even more conventional, polymeric ABS. This study aims at developing enantioselective ABS with chiral ionic liquids (CLIs), simultaneously acting as solvents and chiral selectors. Twelve CILs composed of tetrabutylammonium and cholinium cations and several anions derived from different chiral amino acids were synthesized and characterized regarding their physico-chemical properties and ecotoxicity. These were then combined with different salts to form ABS, allowing the determination of their ternary phase diagrams at 25 (±1) ºC and under atmospheric pressure. These systems were applied as platforms for the separation of mandelic acid enantiomers. The enantiomers partitioning behaviour is affected by the CIL and salt structure and by the presence/absence of Cu2+ ions. Although the enantioselectivities obtained were limited, the most promising ABS was composed of [N4444]2[L-Glu] + Na2SO4, which yielded a maximum enantiomeric excess of 12,4 ± 2,0 %.