深共熔溶劑 (Deep-eutectic Solvent, DES)

深共熔溶劑 (Deep-eutectic Solvent, DES)
臺北市立永春高級中學化學科蔡曉信老師

現今科學家在研發新型功能性物質的過程中，需考量到經濟與環保效益，希望起始反應物種能完全參與反應、並避免使用有毒性或具有揮發性的有機溶劑。基於此考量下，以便宜的膽鹼 (choline) 為基底的深共熔溶劑　(deep-eutectic solvent, DES) 是很理想的。深共熔溶劑具有高黏滯性、無揮發性、不具毒性，常被視為是離子液體 (ionic liquid, IL)的一種，然而深共熔溶劑與離子溶劑在本質上並不完全相同，因為離子溶劑的組成全是離子，深共熔溶劑中既有離子也有分子，可說是介於一般分子溶劑與離子溶劑之間。

深共熔溶劑為離子溶劑的一種，它是由不同種鹽類混合共熔而成。因此它的熔點較一般單一成份的鹽類為低。四級銨鹽與氫予體（hydrogen donor）（如：胺類與羧酸類等）混合為最早發現的共熔溶劑，而有關深共熔現象最早的描述是在2003年提出，其中以 1:2 莫耳比例混合的氯化膽鹼（choline chloride ）(2-hydroxyethyl-trimethylammonium chloride)與尿素為代表。氯化膽鹼的熔點為302 °C，尿素的熔點為133 °C，而其共熔物的熔點卻可低於12 °C。下表為四種類型的共熔溶劑。

有關深共熔溶劑已有許多達實驗室等級的工業應用，例如：深共熔溶劑可溶解許多金屬鹽類，如氯化鋰（溶解度 2.5 mol/L）與氧化銅（溶解度 0.12 mol/L），依此特性它可應用於電鍍前的金屬清洗用途上。另外由於溶劑具導電性，因此它也可應用在電解拋光（electropolishing）上。此外它對有機物如苯甲酸，也有很高的溶解度（0.82 mol/L）甚至它也可溶解纖維素，與有機溶劑相比較，它具低揮發性與不可燃性。其他類型的深共熔溶劑有氯化膽鹼與丙二酸（malonic acid）混合，其熔點為0 °C，與酚混合熔點為－40 °C，與丙三醇（Glycerol）混合熔點為－35 °C。與離子液體相比，它具有許多相似的功能性，但價格便宜、無毒與具生物分解性（Biodegradation）。

近年來，以膽鹼為基底的深共熔溶劑用於開發創造新型功能性物質方面，已有許多重要的發展。例如：在離子熱反應條件下，常因組成中分子（尿素或尿素衍生物）分解，直接轉變成產物結構的建構單元，而增加了深共熔溶劑的用途與提升產物結構的多樣性。著名的例子有不含活化金屬的黃綠光奈米小管結構，及特殊的 MOF 儲氫材料等。

參考資料:
1. Deep_eutectic_solvent。檢索日期 2013/04/12，http://en.wikipedia.org/wiki/Deep_eutectic_solvent
2. 黃惠琳、張佩琪、王素蘭。（2013）。具有光致發光與光致變色性質的層狀材料：深共熔溶劑中化學反應的新發現。自然科學簡訊，第二十五卷，第一期。