Plegado catiónico y límite de estabilidad térmica del líquido iónico [BMIM+] [BF4-] bajo vacío total

Abstract

Molecular Dynamics simulations reveal the bimodal (folded/unfolded) distribution behavior of cation conformations in alkylated imidazole-based ionic liquids, such as that formed by 1-alkyl-3-methylimidazole [BMIM+], and [BF4-]. The alkyl chains of cations can fold to block interactions between the cation and anions, thus reducing the cohesiveness of the liquid as temperature increases. At room temperature, the folded conformations represent less than a third of the total conformations. Contrary to the behavior observed in the thermal denaturation of proteins, when the temperature increases, the folded cation concentration increases. Once equimolar concentration is reached, the system reaches a transition temperature (similar to the behavior in thermal denaturation of proteins), the system becomes mechanically unstable (metastable) in the normal direction, and is at the experimental limit of thermal stability. At the liquid/vacuum interface, there is an outermost shell of cations, with the alkyl chains extending into the vacuum. At the temperature that the interactions in the direction normal to the interface disappear, the remaining transverse attractions that have not yet disappeared make the system not completely vaporize, making the system a metastable one, these interactions limit the rate of vaporization of neutral pairs of ions, which is observed at temperatures as low as 773.15 K.

Simulaciones de Dinámica Molecular revelan el comportamiento de la distribución bimodal (plegada/desplegada) de las conformaciones de cationes en líquidos iónicos basados en imidazol alquilado, como lo es el formado por el 1-alquil-3-metilimidazol [BMIM+], y [BF4 -]. Las cadenas de alquilo de los cationes pueden plegarse para bloquear las interacciones entre el catión y los aniones, reduciendo así la cohesividad del líquido conforme aumenta la temperatura. A temperatura ambiente, las conformaciones plegadas representan menos de un tercio de las conformaciones totales. A la inversa del comportamiento observado en la desnaturalización térmica de las proteínas, cuando aumenta la temperatura, crece la concentración de catión plegado. Una vez que se alcanza la concentración equimolar, el sistema alcanza una temperatura de transición (similar al comportamiento en la desnaturalización térmica de proteínas), el sistema se vuelve mecánicamente inestable (metaestable) en la dirección normal, y se encuentra en el límite experimental de estabilidad térmica. En la interfase líquido / vacío, hay una capa más externa de cationes, con las cadenas alquílicas extendiéndose hacia el vacío. A la temperatura que desaparecen las interacciones en la dirección normal a la interfase, las atracciones transversales restantes que todavía no desaparecen hacen que el sistema no se vaporice por completo, convirtiendo al sistema en uno metaestable, estas interacciones limitan la velocidad de vaporización de pares neutros de iones, la cual se observa a temperaturas tan bajas como 773.15 K.