Σύνθεση και μελέτη ιοντικών υγρών ως διαλύτες σε οργανικές αντιδράσεις και έλεγχος της βιοαποικοδομησιμότητάς τους

Abstract

Η παρούσα Διπλωματική Εργασία επικεντρώνεται στη μελέτη μιας νέας κατηγορίας διαλυτών με «πράσινο» χαρακτήρα, τα Ιοντικά Υγρά. Τα ιοντικά υγρά υπερτερούν έναντι των συμβατικών διαλυτών και διαθέτουν πιο «πράσινη» συμπεριφορά, καθώς έχουν μεγάλη περιοχή θερμοκρασιών υγρής κατάστασης και χαρακτηρίζονται από αμελητέα τάση ατμών, γεγονός που συνεπάγεται ότι δεν εκπέμπουν πτητικές οργανικές ενώσεις (Volatile Organic Compounds, VOCs), βλάπτοντας το περιβάλλον. Επιπρόσθετα παρουσιάζουν και αξιόλογα ποσοστά βιοαποικοδομησιμότητας, ανάκτησης και ανακύκλωσης-επαναχρησιμοποίησης. Αρχικά, πραγματοποιήθηκε η σύνθεση δύο (2) ιοντικών υγρών με αντιδράσεις εξουδετέρωσης μεταξύ της αιθανολαμίνης και διαφορετικών καρβοξυλικών οξέων (μυρμηκικό και οξικό). Εν συνεχεία, εξετάστηκε η εφαρμογή αυτών των ιοντικών υγρών ως διαλύτες σε οργανικές αντιδράσεις για αντικατάσταση των συμβατικών διαλυτών. Συγκεκριμένα, μελετήθηκε η αντίδραση ντόμινο Knoevenagel-Michael μεταξύ της 4-υδροξυ-κουμαρίνης (1) και αρωματικών αλδεϋδών (2a,2b,2c,2d), με στόχο τη σύνθεση δικουμαρινών.Στο πλαίσιο αυτής της μελέτης, αναπτύχθηκαν εναλλακτικές πειραματικές σειρές, σε διαφορετικές συνθήκες θερμοκρασίας, χρόνου αντίδρασης, αναλογίας αντιδρώντων και τρόπου επεξεργασίας και καθαρισμού, έτσι ώστε να προσδιοριστούν οι βέλτιστες συνθήκες ανάπτυξης των αντιδράσεων. Με αυτό τον τρόπο, επιτεύχθηκε η παραγωγή δικουμαρινών, οι οποίες είναι ετεροκυκλικές ενώσεις με σημαντικές φαρμακευτικές ιδιότητες σε εξαιρετική απόδοση και ικανοποιητική καθαρότητα, ενώ εξετάστηκε και η δυνατότητα επαναχρησιμοποίησης/ανακύκλωσης των ιοντικών υγρών που συμμετείχαν ως διαλύτες. Με στόχο να εξακριβωθεί η πράσινη συμπεριφορά των ιοντικών υγρών που συντέθηκαν, ακολούθησε προσδιορισμός του επιπέδου βιοαποικοδομησιμότητας τους με τη μέθοδο ‘Κλειστού Δοχείου’. Τα ικανοποιητικά ποσοστά βιοαποικοδόμησης, που λήφθηκαν, επιβεβαίωσαν το χαρακτήρα των ιοντικών υγρών ως πράσινοι διαλύτες και δημιούργησαν προοπτικές για περαιτέρω έρευνα της δυνατότητας ανάκτησης και αξιοποίησής τους.

The present work focuses on the study of a new class of green solvents, the Ionic Liquids. Ionic Liquids possess greater importance than conventional solvents exhibiting “greener” attitude, due to their negligible vapor pressure and consequently their lack of volatile organic compounds (VOCs) emissions, which are harmful for the environment. In addition, they possess very promising biodegradability. At first, the synthesis of two ionic liquids was achieved by neutralization reaction between ethanolamine and different carboxylic acids (formic and acetic). The application of these ionic liquids as solvents in organic reactions was examined in order to substitute the conventional solvents. Specifically, the domino Knoevenagel-Michael reaction between 4-hydroxy-coumarin(1) and four(4) different aromatic aldehydes (2a, 2b, 2c, 2d) was investigated. Within this study, experimental series were performed under different conditions of temperature, reaction time, reactants ratio and by using alternative ‘work-up’ procedures and purification methods. The aim was to determine the optimum conditions for the development of the reactions. Thus, the synthesis of discoumarins, heterocyclic compounds with remarkable pharmaceutical interest, was achieved in excellent yields and significant purity. Moreover, the recyclability of the used ionic liquids was examined. In order to evaluate the green attitude of the ionic liquids under examination, their biodegradability potential was examined by using the ‘Closed Bottle’ Method. The high biodegradability level that was achieved, confirmed the role of the ionic liquids as green solvents, developing perspectives for further research related to their recovery and utilization.