Síntesis de solventes alternativos (líquidos iónicos y solventes eutécticos profundos) base cafeína protonada con potencial aplicación para la desulfuración de combustibles

Abstract

En los últimos años, ha aumentado el interés por encontrar alternativas a los solventes convencionales para mejorar la sostenibilidad en los procesos químicos, destacándose los líquidos iónicos (ILs) y los solventes eutécticos profundos (DES) por sus propiedades únicas y aplicaciones diversas. En esta tesis de maestría, se sintetizaron ILs y DES basados en cafeína protonada para la desulfuración de un combustibles modelo. Para esto, fue necesario la protonación de cafeína comercial, convirtiéndola en una sal de amonio cuaternaria, resultando en la formación de clorhidrato de cafeína (CafCl). Este producto se caracterizó mediante TGA, FTIR y RMN, confirmando la formación del enlace N-H en el anillo de imidazol de la cafeína. Una vez protonada la cafeína, se sintetizó el IL compuesto por CafCl:FeCl3.6H2O en dos relaciones molares (1:2 y 1:3), caracterizados mediante espectroscopía Raman para confirmar la formación del anión tetracloroferrato (FeCl4-). Además, se sintetizaron DES ternarios utilizando etilenglicol (EG) como donantes de enlaces de hidrógeno (HBD) y CafCl y ZnCl2 como aceptores de enlaces de hidrógeno (HBAs), obteniendo dos DES (ZnCl2:EG:CafCl) en relaciones 1:2.0.1 y 1:2:0.06, caracterizados por Raman. Finalmente, se evaluó la capacidad extractiva de los ILs y DES en la desulfuración de un combustible modelo (MF) compuesto por dibenzotiofeno (DBT) en dodecano. Mediante un diseño factorial completo, donde se evaluaron tres factores: temperatura, relación IL/DES y cantidad de CafCl. El IL logró un porcentaje máximo de desulfuración de 12.9%, mientras que el DES alcanzó un 17.44%. Estos resultados sugieren que el mecanismo de desulfuración es la formación de puentes de hidrógeno entre el IL/DES y el MF. (texto tomado de la fuente)

In recent years, there has been increased interest in finding alternatives to conventional solvents to enhance sustainability in chemical processes, with ionic liquids (ILs) and deep eutectic solvents (DES) standing out due to their unique properties and diverse applications. In this master's thesis, ILs and DES based on protonated caffeine were synthesized for the desulfurization of model fuels. This required the protonation of commercial caffeine, converting it into a quaternary ammonium salt, resulting in the formation of caffeine hydrochloride (CafCl). This product was characterized by TGA, FTIR, and NMR, confirming the formation of the N-H bond in the imidazole ring of caffeine. Once the caffeine was protonated, IL composed of CafCl: FeCl3.6H2O was synthesized in two molar ratios (1:2 and 1:3), characterized by Raman spectroscopy to confirm the formation of the tetrachloroferrate anion (FeCl4 -). Additionally, ternary DES were synthesized using ethylene glycol (EG) as the HBD and CafCl and ZnCl2 as HBAs, obtaining two DES (ZnCl2:EG:CafCl) in 1:2.0.1 and 1:2:0.06 ratios, characterized by Raman. Finally, the extractive capacity of the ILs and DES was evaluated for the desulfurization of a model fuel (MF) composed of dibenzothiophene (DBT) in dodecane. Using a full factorial design , three factors were evaluated: temperature, IL/DES ratio, and amount of CafCl. The IL achieved a maximum desulfurization percentage of 12.9%, while the DES reached 17.44%. These results suggest that the desulfurization mechanism is the formation of hydrogen bonds between the IL/DES and the MF.