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  • Estudo de propriedades fsicas de solventes

    eutcticos de origem natural

    Jocilene Barros Furtado

    Relatrio Final da Dissertao apresentado

    Escola Superior de Tecnologia e Gesto

    Instituto Politcnico de Bragana

    para obteno do grau de Mestre em

    Tecnologia Biomdica

    Maro 2016

  • Estudo de propriedades fsicas de solventes

    eutcticos de origem natural

    Jocilene Barros Furtado

    Relatrio Final da Dissertao apresentado

    Escola Superior de Tecnologia e Gesto

    Instituto Politcnico de Bragana

    para obteno do grau de Mestre em

    Tecnologia Biomdica

    Este trabalho foi efetuado sob orientao de:

    Professora Doutora Olga Ferreira

    Maro 2016

  • iii

    Agradecimentos

    Ao Instituto Politcnico de Bragana, por mais tempo concedida para a realizao

    deste trabalho.

    minha orientadora, Professora Olga Ferreira, pela sua disponibilidade, e pela va-

    liosa colaborao prestada, pelo apoio e motivao prestados, pelo valioso contributo na

    realizao deste trabalho, e pela exigncia crescente que me foi impondo medida que

    caminhvamos para a concluso deste trabalho.

    colaboradora, Maria Joo Afonso, pelo apoio prestado e por disponibilizar o seu

    tempo.

    colaboradora, Diana Pinho, pela ajuda prestado e por disponibilizar o seu tempo.

    minha famlia, em especial aos meus pais, Nilda e Osrio, que desde de cedo me

    ensinaram a importncia da busca pelo conhecimento e tambm por me ensinarem o

    caminho certo a seguir, sempre com muito carinho e dedicao, me permitindo visuali-

    zar os verdadeiros valores da vida. E aos meus amigos, que sempre estiveram comigo,

    por todo o incentivo, pacincia, apoio e carinho que sempre me prestaram. E finalmente,

    ao meu namorado, companheiro, por suas palavras de apoio em momentos difceis e

    pelo seu amor incondicional.

    A todos o meu sincero,

    Muito Obrigada.

  • iv

    s vezes, desanimados, pensamos

    que o pouco que fazemos no seno,

    apenas uma gota no oceano. Mas o oceano

    seria menor se lhe faltasse uma gota.

    Madre Teresa de Calcut

  • v

    Resumo

    No contexto da utilizao de solventes alternativos mais sustentveis e eficientes,

    capazes de substituir solventes orgnicos convencionais que apresentam vrias desvan-

    tagens tais como toxicidade, inflamabilidade, volatilidade, etc., foram propostos na lite-

    ratura vrias alternativas entre as quais os solventes eutcticos de origem natural.

    Para potenciar a sua aplicao em diversas reas, incluindo a tecnologia biomdica,

    necessrio estudar as suas propriedades fsicas dada a ainda insuficiente base de dados

    disponvel. Assim, o principal objetivo deste trabalho efetuar a medio da massa vo-

    lmica, da viscosidade e do ndice de refrao de solventes eutcticos de origem natural,

    formados por cloreto de colina e acares, cidos orgnicos ou lcoois. Para isso, foram

    escolhidos quatro sistemas modelo, j propostos na literatura: glicerol + cloreto de coli-

    na + gua (proporo molar 2:1:1); glucose + cloreto de colina + gua (2:5:5); sacarose

    + cloreto de colina + gua (1:4:4); cido mlico + cloreto de colina + gua (1:1:2). Fo-

    ram ainda avaliados os efeitos da adio de gua e/ou da temperatura nas diferentes

    propriedades fsicas.

    A viscosidade dos solventes eutcticos foi medida entre 293,15 K e 323,15 K, para

    valores de frao mssica de gua entre 5% e 30%. Nesta gama de temperatura, os da-

    dos experimentais foram modelizados de forma satisfatria por uma equao do tipo

    Arrhenius. Como esperado, a viscosidade diminuiu com o aumento da temperatura e

    com o aumento de contedo em gua. De facto, um aumento da temperatura de 20 C

    para 50 C traduz-se numa diminuio muito significativa da viscosidade dos solventes

    estudados.

    O ndice de refrao foi medido temperatura de 298,15 K, obtendo-se valores na

    gama 1,41-1,50.

    Finalmente, a massa volmica foi medida entre 298,15 K e 333,15 K. Verifica-se

    que, nas condies estudadas, a massa volmica diminui linearmente com a temperatura

    e com o aumento da frao mssica de gua, sendo muito menos sensvel ao contedo

    em gua ou temperatura do que a viscosidade.

    Palavras-chave: Solventes eutcticos, massa volmica, viscosidade, ndice de refra-

    o.

  • vi

    Abstract

    In the context of using more sustainable and efficient solvents that can replace conven-

    tional organic solvents which present various disadvantages such as toxicity, flammabil-

    ity, volatility, etc., deep eutectic solvents of natural origin have been proposed in the

    literature, among other alternatives.

    To enhance its application in various areas including biomedical technology, it is neces-

    sary to study the physical properties given the still insufficient available database. Thus,

    the main objective of this work is to perform the measurement of density, viscosity and

    refractive index of the eutectic solvents, consisting of choline chloride and sugars, or-

    ganic acids or alcohols. For this, four model systems, already proposed in the literature,

    were chosen: glycerol + choline chloride + water (molar ratio 2:1:1); glucose + choline

    chloride + water (2:5:5); sucrose + choline chloride + water (1: 4: 4); Malic acid + cho-

    line chloride + water (1: 1: 2). The effects of adding water and/or temperature in the

    different physical properties were assessed.

    The viscosity of the eutectic solvents was measured between 293.15 K and 323.15 K for

    water mass fraction ranging between 5% and 30%. In this temperature range, the exper-

    imental data was satisfactorily modeled by an Arrhenius type equation. As expected, the

    viscosity decreases with increasing temperature or water content. In fact, an increase of

    20 C to 50 C renders a very significant decrease of viscosity.

    The refractive index was measured at a temperature of 298.15 K, yielding values in the

    range 1.41-1.50.

    Finally, the density was measured between 298.15 K and 333.15 K. Under the studied

    conditions, the density decreases linearly with temperature and with increasing mass

    fraction of water, being this property much less sensitive to water content or tempera-

    ture than viscosity.

    Keywords: Eutectic solvents, density, viscosity, refractive index.

  • vii

    ndice

    Agradecimentos ............................................................................................................................ iii

    Resumo .......................................................................................................................................... v

    Abstract ........................................................................................................................................ vi

    Nomenclatura ............................................................................................................................... ix

    Lista de tabelas .............................................................................................................................. x

    Lista de figuras ............................................................................................................................. xi

    Captulo 1 ...................................................................................................................................... 1

    Introduo ..................................................................................................................................... 1

    1.1 Enquadramento e objetivos ..................................................................................................... 1

    1.2 Organizao da tese ................................................................................................................. 2

    1.3 Solventes eutcticos ................................................................................................................ 2

    1.3.1 Definio e vantagens face aos lquidos inicos .............................................................. 2

    1.3.2 Mtodos de preparao dos DES ..................................................................................... 5

    1.4 Principais aplicaes ............................................................................................................... 6

    1.4.1 Sistema de administrao de frmacos (I) ........................................................................ 6

    1.4.2 Sistema de administrao de frmacos (II) ...................................................................... 7

    1.4.3 Extrao de compostos bioativos ..................................................................................... 7

    1.5 Propriedades dos solventes eutcticos ..................................................................................... 9

    1.5.1 Transio de fase slido-lquido ...................................................................................... 9

    1.5.2 Massa volmica .............................................................................................................. 11

    1.5.3 Viscosidade .................................................................................................................... 13

    1.5.4 ndice de refrao ........................................................................................................... 14

    Captulo 2 ..............................................................................................................................