Líquidos iônicos em processos de extração seletiva de compostos aromáticos, nitrogenados e sulfurados em frações de petróleo

Abstract

A reação de N-alquil-imidazol com ésteres de ácidos alcanosulfônicos a temperatura ambiente resulta em 1,3-dialquil-imidazólio alcano-sulfonatos como sólidos cristalinos em alto rendimento. Os ânions alcano-sulfonatos podem ser facilmente substituídos por uma série de outros ânions [BF4 −, PF6 −, PF3(CF2CF3)3 −, e N(CF3SO2)2 −]. A pureza (>99,4%) desses LIs pode ser determinada por espectro de 1H RMN e utilizou a intensidade dos satélites do 13C do grupo N-metil do cátion imidazólio como padrão interno. O equilíbrio ternário líquido-líquido para os sistemas formados por n-octano e hidrocarbonetos (HCs) aromáticos (alquil-benzenos) e compostos heteroaromáticos (nitrogenados e sulfurados) e LIs derivados do cátion 1,3-dialquil-imidazólio associado com vários ânions foi determinado. A seletividade na extração de compostos aromáticos é influenciada pelo volume do ânion, força da ligação de hidrogênio entre o ânion e o cátion imidazólio e o comprimento da cadeia lateral alquílica do cátion 1-metil-imidazólio. A interação de alquil-benzenos e heterociclos de enxofre com o LI ocorre preferencialmente através de interações tipo CH¾p e a quantidade desses aromáticos na fase iônica diminuem com o aumento do impedimento estéreo imposto pelos substituintes do núcleo aromático. No caso dos heterociclos nitrogenados a interação ocorre preferencialmente através N(heteroaromático)¾H(imidazólio). Experimentos de extração sugerem que benzeno, piridina e DBT não competem para o mesmo sítio de ligação no LI.

The reaction of N-alkyl-imidazole with alkyl alkanesulfonate esters at room temperature affords 1,3-dialkyl-imidazolium alkanesulfonates as crystalline solids in high yields. The alkanesulfonate anions can be easily substituted by a series of other anions [BF4 −, PF6 −, PF3(CF2CF3)3 −, and N(CF3SO2)2 −]. The purity (>99.4%) of these ionic liquids can be determined by 1H NMR spectra using the intensity of the 13C satellites of the imidazolium N-methyl group as internal standard. The liquid-liquid equilibrium for the ternary system formed by n-octane and aromatic (alkylbenzenes) and heteroaromatic compounds (nitrogen and sulfur containing heterocyles) and 1-alkyl-3-methyl-imidazolium ionic liquids (ILs) associated with various anions has been investigated. The selectivity on the extraction of a specific aromatic compound is influenced by anion volume, hydrogen bond strength between the anion and the imidazolium cation and the length of the 1-methylimdiazolium alkyl side chain. The interaction of alkylbenzenes and sulfur heterocyles with the IL is preferentially through CH¾p hydrogen bonds and the quantity of these aromatics in the IL phase decreases with the increase of the steric hindrance imposed by the substituents on the aromatic nucleus. In the case of nitrogen heterocycles the interaction occurs preferentially through N(heteroaromatic)¾H(imidazolium) hydrogen bonds and the extraction process is largely controlled by the nitrogen heterocycle pKa. Extraction experiments suggest that benzene, pyridine and dibenzothiophene do not compete for the same hydrogen bond sites of the IL.