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Publicação
Choline-based ionic liquids as mass separation agents in the fractionation of terpene mixtures
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Resumo(s)
Essential oils (EOs) are valuable natural products widely used in food, cosmetic, pharmaceutical, and fragrance applications. Their processing is often limited by the challenging separation of chemically similar compounds, while conventional fractionation methods are typically energy-intensive and rely on volatile organic solvents. These limitations have motivated the search for sustainable alternatives based on green chemistry principles. In this context, this work investigates the potential of choline-based biocompatible ionic liquids (ILs) as innovative separation agents, focusing on the fractionation of the representative limonene/linalool binary mixture found in citrus essential oils. The activity coefficients at infinite dilution (𝛾𝑖∞), of 38 organic solutes in choline acetate (ChOAc) were determined by inverse gas chromatography (IGC) over the temperature range of 373.15 – 393.15 K. The experimental data were used to evaluate thermodynamic functions at infinite dilution and to estimate selectivity, capacity, and solvent performance indices for the separation of terpene and terpenoid mixtures. ChOAc exhibited a strong affinity for oxygenated terpenoids and a negligible affinity for terpene hydrocarbons, resulting in high selectivities, including values above 20 for the limonene/linalool system. The thermodynamic analysis revealed that the separation mechanism is governed by unfavorable enthalpic and entropic contributions for terpene hydrocarbons, whereas oxygenated terpenoids benefit from more favorable interactions with the IL. Conductor-like Screening Model for Real Solvents (COSMO-RS) model correctly reproduced the experimental performance trends, although quantitative deviations were observed. Overall, the results demonstrate that choline acetate is a promising and sustainable separation agent for the fractionation and valorization of essential oils, supporting the development of greener processing technologies for the citrus industry.
Os óleos essenciais (OEs) são produtos naturais de elevado valor acrescentado, amplamente utilizados nas indústrias alimentar, cosmética, farmacêutica e de fragrâncias. O seu processamento é frequentemente limitado pela difícil separação de compostos quimicamente semelhantes, enquanto os métodos convencionais de fracionamento são, geralmente, intensivos em energia e recorrem a solventes orgânicos voláteis. Estas limitações têm motivado a procura por alternativas mais sustentáveis, baseadas nos princípios da química verde. Neste contexto, este trabalho investigou o potencial de líquidos iónicos (LIs) biocompatíveis à base de colina como agentes inovadores de separação, com foco no fracionamento da mistura binária representativa limoneno/linalol, presente nos óleos essenciais dos citrinos. Os coeficientes de atividade a diluição infinita (𝛾𝑖∞) de 38 solutos orgânicos em acetato de colina (ChOAc) foram determinados por cromatografia gasosa inversa (IGC), no intervalo de temperaturas entre 373,15 e 393,15 K. Os dados experimentais foram utilizados para avaliar funções termodinâmicas a diluição infinita e para estimar a seletividade, a capacidade e os índices de desempenho do solvente para a separação de misturas de terpenos e terpenoides. O ChOAc apresentou uma forte afinidade por terpenoides oxigenados e uma baixa afinidade por hidrocarbonetos terpénicos, resultando em seletividades elevadas, incluindo valores superiores a 20 para o sistema limoneno/linalol. A análise termodinâmica revelou que o mecanismo de separação é governado por contribuições entálpicas e entrópicas desfavoráveis para os hidrocarbonetos terpénicos, enquanto os terpenoides oxigenados beneficiam de interações mais favoráveis com o LI. O modelo Conductor-like Screening Model for Real Solvents (COSMO-RS) reproduziu corretamente as tendências experimentais de desempenho, embora tenham sido observados desvios quantitativos. Globalmente, os resultados demonstram que o acetato de colina é um agente de separação promissor e sustentável para o fracionamento e valorização de óleos essenciais, apoiando o desenvolvimento de tecnologias de processamento mais verdes para a indústria dos citrinos.
Os óleos essenciais (OEs) são produtos naturais de elevado valor acrescentado, amplamente utilizados nas indústrias alimentar, cosmética, farmacêutica e de fragrâncias. O seu processamento é frequentemente limitado pela difícil separação de compostos quimicamente semelhantes, enquanto os métodos convencionais de fracionamento são, geralmente, intensivos em energia e recorrem a solventes orgânicos voláteis. Estas limitações têm motivado a procura por alternativas mais sustentáveis, baseadas nos princípios da química verde. Neste contexto, este trabalho investigou o potencial de líquidos iónicos (LIs) biocompatíveis à base de colina como agentes inovadores de separação, com foco no fracionamento da mistura binária representativa limoneno/linalol, presente nos óleos essenciais dos citrinos. Os coeficientes de atividade a diluição infinita (𝛾𝑖∞) de 38 solutos orgânicos em acetato de colina (ChOAc) foram determinados por cromatografia gasosa inversa (IGC), no intervalo de temperaturas entre 373,15 e 393,15 K. Os dados experimentais foram utilizados para avaliar funções termodinâmicas a diluição infinita e para estimar a seletividade, a capacidade e os índices de desempenho do solvente para a separação de misturas de terpenos e terpenoides. O ChOAc apresentou uma forte afinidade por terpenoides oxigenados e uma baixa afinidade por hidrocarbonetos terpénicos, resultando em seletividades elevadas, incluindo valores superiores a 20 para o sistema limoneno/linalol. A análise termodinâmica revelou que o mecanismo de separação é governado por contribuições entálpicas e entrópicas desfavoráveis para os hidrocarbonetos terpénicos, enquanto os terpenoides oxigenados beneficiam de interações mais favoráveis com o LI. O modelo Conductor-like Screening Model for Real Solvents (COSMO-RS) reproduziu corretamente as tendências experimentais de desempenho, embora tenham sido observados desvios quantitativos. Globalmente, os resultados demonstram que o acetato de colina é um agente de separação promissor e sustentável para o fracionamento e valorização de óleos essenciais, apoiando o desenvolvimento de tecnologias de processamento mais verdes para a indústria dos citrinos.
Descrição
Mestrado de dupla diplomação com a UTFPR - Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Palavras-chave
Essential oils Activity coefficients at infinite dilution Inverse gas chromatography Limonene/Linalool separation COSMO-RS