Estudio teórico y experimental de efectos solventes en líquidos iónicos

Abstract

Dentro de la "Química Verde" los líquidos iónicos representan un esfuerzo unificado hacia el cuidado de los recursos ambientales al considerar el manejo de desechos, la eficiencia, y la razón entre costo-beneficio de una reacción o proceso químico, mediante el uso de estas nuevas tecnologías. Representando un segmento de solventes no convencionales compuestos únicamente por iones de origen orgánico e inorgánico, los cuales difieren en cuanto a propiedades y características de los solventes orgánicos de mayor uso - compuestos orgánicos volátiles, COVs - y al denominado solvente universal, el agua. Es por esta razón que se considera fundamental el estudio a fondo de las cualidades de estos solventes iónicos. En esta tesis se realizó un estudio del efecto de líquidos iónicos como solventes de última generación. Para esto fue necesario generar mediante técnicas fisicoquímicas una base de datos de energías libres de solvatación para líquidos iónicos relativas a la energía libre de hidratación de diferentes sustratos, como una medida de energía libre de transferencia entre estos medios. La información obtenida fue utilizada para validar modelos teóricos de solvatación, y mejorar la interpretación teórica estudiando las interacciones soluto-solvente en el marco de solvente de diseño. Este estudio comprende la utilización de técnicas de Campo de Reacción: SMD, como modelo de solvente implícito; Mecánica Cuántica: Teoría de los Funcionales de la Densidad Conceptual (DFT-Conceptual, por su sigla en inglés Density Functional Theory) y Dinámica Molecular Clásica. El uso de diferentes métodos computacionales ayuda a disminuir el costo computacional, sin perder la información necesaria para comprender y distinguir cuales son las principales interacciones que presentan los líquidos iónicos y como se relacionan con los diferentes sustratos.

In the Green Chemistry area, ionic liquids represent an unified effort in the environment resources caring, driving the waste products, the efficiency, and the ratio cost-benefit in a reaction or chemical process, using these clean technologies. Representing a non conventional fragment of solvents, ionic liquids are formed entirely by organic and inorganic ions, they have properties and characteristics completely different to the volatile organic compounds (VOCs), and to the denominated universal solvent, water. It is for this reason that important a depth study of the qualities of these ionic solvents. In this work, we studied the solvent effect of the ionic liquids as new generation of solvents. It was necessary generate using physicochemical techniques a thermodynamical data-base of ionic liquids free energies of solvation relatives to hydration free energies for differents solutes, as free energies of transfer between two liquids. The obtained information was utilized to validate theoretical models of solvation, and improve the theoretical interpretation studing the solute-solvent interactions in the design-solvent framework. This study concern the utilization of technics like Reaction Field (RF): SMD, as implicit solvation model; Quantum Mechanics: Conceptual-DFT (DFT, Density Functional Theory) and Classical Molecular Dynamics. The use of these differents methods can diminish the computational cost without lost the necessary information to understand which are the main interactions that present the ionic liquids like solvents and how they interact with different substrates.