Extraction of bioactive compounds with ionic liquid aqueous solutions

Abstract

O principal objetivo do presente trabalho é estudar a aplicação dos líquidos iónicos (LIs) na formação de sistemas aquosos bifásicos (SAB) e avaliar a sua capacidade para extrair compostos bioativos. Deste modo, este estudo foca essencialmente a procura de sistemas mais benignos, através da aplicação de sais orgânicos, e uma melhor compreensão dos mecanismos que regem a partição de biomoléculas entre as duas fases destes sistemas. Os SAB constituídos por LIs apresentam uma grande aplicabilidade na extração e purificação de uma vasta gama de compostos, sendo capazes de preservar as suas características. Assim, com o intuito de fomentar os estudos efetuados nesta área, e de melhorar a performance destes sistemas, iniciou-se o presente trabalho com a caracterização de SAB compostos por vários LIs e o sal orgânico citrato de potássio. O conjunto de LIs selecionados permitiu estudar o efeito da natureza do anião e do catião central sobre a capacidade de formação destes sistemas. Adicionalmente analisou-se o efeito do tamanho da cadeia alquílica do catião imidazólio e o efeito do pH. A extração de um conjunto de alcaloides foi efetuada, não apenas para verificar a aplicabilidade dos SAB compostos por LIs e um sal orgânico, mas também para estudar o efeito da agregação dos LIs, e o seu consequente impacto na partição de diferentes biomoléculas. Os resultados obtidos mostraram que a agregação dos LIs tem um efeito significativo e permite uma manipulação das extrações. Por fim, investigou-se a aplicabilidade dos SAB compostos por LIs na extração e concentração de compostos que apresentam riscos para a saúde humana. Normalmente, a baixa concentração do bisfenol A (um disruptor endócrino) nos fluídos humanos dificulta a sua deteção através de técnicas analíticas convencionais. Estudou-se o efeito do catião central e otimizaram-se as condições de extração. Os resultados obtidos demonstraram uma elevada capacidade de extração por parte dos SAB selecionados e a possibilidade de concentrar até 100 vezes o bisfenol A presente nos fluidos biológicos.

The main objective of the present work is to study the application of ionic liquids (ILs) in the formation of aqueous two-phase systems (ATPS) and to evaluate their capability in the extraction of bioactive compounds. This study is essentially focused on the finding of more benign systems, making use of organic salts, and in the gathering of a deeper understanding on the mechanisms which rule the partitioning of biomolecules between the coexisting phases of ATPS. IL-based ATPS display a widespread applicability in the extraction and purification of a large range of compounds, while preserving their characteristics. Thus, with the purpose of fostering the studies conducted in this area and to improve the performance of these systems, this work starts with the characterization of ATPS composed of several ILs and the organic salt potassium citrate. The selected ILs allowed the study of the effect of the anion nature and cation core towards the phase diagrams behavior. Additionally, it was analyzed the influence of the imidazolium cation alkyl side chain length, as well as the pH, in the formation of these systems. The extraction of a series of alkaloids was carried out not only to verify the applicability of ATPS formed by imidazolium-based ILs and an organic salt, but also to study the effect of the ILs self-aggregation and subsequent impact on the partitioning pathway of different biomolecules. The obtained results show that the self-aggregation of ILs has a significant effect and allows tailored extractions. Finally, the actual applicability of IL-based ATPS in the extraction and concentration of compounds of human concern from biological fluids was investigated. Usually, the low concentrations of bisphenol A, an endocrine disruptor, in human fluids make it difficult to detect via conventional techniques. The effect of the IL cation core was investigated and the extraction conditions were optimized. The results showed a high extraction efficiency and concentration up to 100-fold of bisphenol A from biological fluids.