Extraction에서 Brine(Saturated NaCl Solution)을 사용하는 이유?

 

Extraction은 유기층에 남아있는 염(Salt)을 제거할 때, 혹은 다른 층에 남아있는 유기물질을 유기층으로 빼내는 데에 사용한다.

보통 서로 섞이지 않는 두 용매의 층을 만들어서 빼내곤 하는데 대표적으로 MC/Brine 조합을 많이 사용한다.

 

Brine은 제목에서 언급했듯, 포화 NaCl 수용액을 말하며 이는 일반적인 Distilled water 보다 더 유기층의 불순물을 빼내는 데에 좋다고 알려져있다.

하지만 이것이 왜 좋은지에 대해서 제대로 배우지 못했던 것 같아서 제대로 된 설명을 찾아봤다.

 

아래는 염석효과(Salting out)에 관해 서술된 논문이다(Org. Process Res. Dev., 2017, 21 (9), pp 1355–1370)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

여기서 설명하기를, 염석효과에 대한 이론은 많이 제시되었지만 정확한 메커니즘은 아직 밝혀지지 않았다고 한다. 이를 설명하기 위한 여러 모델 중에 가장 간단한 것은 높은 전하밀도를 가진채로 녹아있는 음이온이 전자 반발과 소수성(hydrophopic) 효과를 일으킴으로써 염석효과를 일으킨다는 것이다 (그림참조). 소수성 효과는 용질의 응집(aggregation)을 일으켜서 용질과 물이 매우 정돈된 상태에서 나타나는 큰 엔트로피로 인한 불이익(penalty)을 최소화 시킨다.

 

아마도 높은 전하밀도를 가진 염의 존재 하에서 이러한 엔트로피 불이익(entropic penalty)이 더 크게 나타나는 것 같으며, 이로 인해 용질은 완전히 용매화된 상태를 꺼리게 되고 그들끼리 응집하게 되는 결과를 낳으며, 수용액상에서 용질이 빠져나오게 되는 것이다. 매우 극성이고 물에 녹는 용질의 경우에는 비극성 모델의 계에서와는 다른 방식으로 작동할 것이라 예상하지만 충분히 연구되어 있지는 않다고 한다.

 

 

간단히 요약하자면, 전자 반발로 인해서 증가한 엔트로피를 감소시키기 위해 용질이 응집되면서 빠져나오게 되는데, 이러한 전자 반발이 높은 전자밀도를 가지는 anion들(그림에서 처럼 인산, 황산, 염소와 같은 이온들)이 전자반발을 훨씬 증가시키기 때문에 더 잘 빠져나온다는 것이다.