This thesis focuses on the properties, development and applications of deep eutectic solvents (DESs) and low-melting mixtures (LMMs).
In the first part, novel binary and ternary DESs and LMMs are introduced. Mainly carnitine and betaine compounds were used amongst others. These ammonium compounds serve as alternative to choline, which is mostly used in DESs. Furthermore, sugar-based LMMs ...
Abstract (English)
This thesis focuses on the properties, development and applications of deep eutectic solvents (DESs) and low-melting mixtures (LMMs). In the first part, novel binary and ternary DESs and LMMs are introduced. Mainly carnitine and betaine compounds were used amongst others. These ammonium compounds serve as alternative to choline, which is mostly used in DESs. Furthermore, sugar-based LMMs comprising choline chloride, urea as well as glucose and sorbitol, respectively, with varying molar ratios are presented. An important advantage of sugar-based LMMs is their biodegradability and non-toxicity. For that reason, eco-friendly chemistry can be carried out. In the second part, different DESs were calculated with the conductor-like screening model for realistic solvation (COSMO-RS). Thereby, the influence of the hydrogen bond acceptor was studied. Phase diagrams of the melting temperature as a function of molar ratio were calculated for the choline halide-urea mixtures. The calculations were performed with the solid-liquid equilibrium (SLE) option. It computes a range of mixtures between the components and searches for possible concentrations of solidification. To corroborate the calculated results, differential scanning calorimetry was performed. In the third part of this work, a DESs comprising caffeic acid and choline chloride is used for the synthesis of caffeic acid phenethyl ester (CAPE). This DESs fulfils the requirements for an environmental friendly reaction medium. Moreover, caffeic acid acts as a part of the DESs as well as reactant. The reaction conditions were optimised and a molar conversion rate of 76.3% was achieved. In the last part, waterless and surfactantless microemulsions containing DESs were investigated. To formulate and characterise surfactantless and waterless microemulsions, two different DESs, namely choline chloride- ethylene glycol and choline chloride-urea were used as polar phase, tetrahydorfurfuryl alcohol as cosurfactant and diethyl adipate as non-polar phase. Ternary phase diagrams were carried out and the domains of the single clear and homogeneous phase were determined. To characterise the nano-domains, dynamic light scattering (DLS), as well as small angle X-ray scattering (SAXS) was performed. The experiments proof and confirm the existence of a nano-clustering near the demixion boundary.
Translation of the abstract (German)
Diese Arbeit beschäftigt sich mit den Eigenschaften, der Entwicklung und Anwendung von tiefen Eutektika und tiefschmelzenden Mischungen.
Im ersten Teil der Arbeit werden neuartige binäre und ternäre tiefe eutektische Lösungsmittel und tiefschmelzende Mischungen dargestellt. Vorzugsweise wurden Carnitin- und Betain Derivate, als alternative Ammoniumverbingungen zu Cholin, untersucht, welches ...
Translation of the abstract (German)
Diese Arbeit beschäftigt sich mit den Eigenschaften, der Entwicklung und Anwendung von tiefen Eutektika und tiefschmelzenden Mischungen. Im ersten Teil der Arbeit werden neuartige binäre und ternäre tiefe eutektische Lösungsmittel und tiefschmelzende Mischungen dargestellt. Vorzugsweise wurden Carnitin- und Betain Derivate, als alternative Ammoniumverbingungen zu Cholin, untersucht, welches ein weit verbreiteter Bestandteil tiefer Eutektika ist. Weiter wurden zuckerbasierte tiefschmelzende Mischungen, bestehend aus Cholinchlorid, Harnstoff und Sorbitol beziehungsweise Glucose, untersucht. Ein wesentlicher Vorteil dieser zuckerbasierten tiefschmelzenden Mischungen ist ihre Bioabbaubarkeit und ihre geringe Giftigkeit. Im zweiten Teil wurden tiefe eutektische Lösungsmittel mit dem conductor-like screening model for realistic solvation (COSMO-RS) berechnet. Dabei wurde der Einfluss des Wasserstoffbrückenakzeptors untersucht. Für Cholinhalogenide-Harnstoff Mischungen wurden Phasendiagramme des Schmelzpunkts als Funktion der molaren Zusammensetzung berechnet. Die Berechnungen wurden mit einem fest-flüssig Gleichgewicht durchgeführt. Dieses errechnet verschieden Mischungsverhältnisse und sucht die dazugehörigen Schmelztemperaturen. Um die Rechenergebnisse zu überprüfuen wurden die eutektischen Temperaturen mit dynamischer Differenzkalorimetrie überprüft. Im dritten Teil der Arbeit wurde ein tiefes eutektisches Lösungsmittel, bestehend aus Kaffeesäure und Cholinchlorid, für die Synthese von Kaffeesäurephenethylester genutzt. Das tiefe eutektische Lösungsmittel erfüllt die Anforderungen, die an ein umweltfreundliches Reaktionsmedium gestellt werden. Weiter ist Kaffeesäure nicht nur ein Teil des tiefen eutektischen Lösungsmittels, sondern wird auch als Reaktant in der Reaktion eingesetzt. Die Reaktionsbedingungen wurden soweit optimiert, so dass ein molarer Umsatz von 76,3% erreicht wurde. Im letzten Teil der Arbeit wurden wasser- und tensidfreie Mikroemulsionen, die tiefe eutektische Lösungsmittel enthalten, vorgestellt. Um wasser- und tensidfreie Mikroemulsionen zu formulieren und zu charakterisieren wurden zwei verschiedene tiefe eutektische Lösungsmittel (Cholinchlorid-Ethylenglykol und Cholinchlorid-Harnstoff) als polare Phase verwendet. Tetrahydrofurfurylalkohol wurde als Kotensid und Diethyladipat als unpolare Phase eingesetzt. Ternäre Phasendiagramme wurden aufgenommen und die einphasigen, homogenen Bereiche bestimmt. Die entstandenen Nanodomänen wurden mittels dynamischer Lichtstreuung und Röntgenkleinwinkelstreuung charakterisiert. Die Experimente beweisen und bestätigen die Existenz von Nanoclustering in der Nähe der Entmischungsgrenze.
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