This work provides a comprehensive evaluation of the effect of the cation alkyl side chain length of the 1-alkyl-3-methylimidazolium chloride series ([CnC1im]Cl, n = 2-14) of ionic liquids (ILs) on their capability to form aqueous biphasic systems (ABSs) with salts and self-aggregation derived properties. The liquid-liquid phase behavior of ternary systems composed of [CnC1im]Cl, water, and K3PO4 or K2CO3 and the respective Setschenow salting-out coefficients (ks), a quantitative measure of the two-phase formation ability, were determined. An odd-even effect in the ks values along the number of methylene groups of the longest IL cation alkyl side chain was identified for the ABS formed by K2CO3, a weaker salting-out agent where the phenomenon is clearly identified. In general, cations with even alkyl side chains, being likely to display higher molar volumes, are more easily salted-out and thus more prone to undergo phase separation. The odd-even effect in the ks values is, however, more significant in ILs up to n = 6, where the nanostructuration/nanosegregation of ILs plays a less relevant role. Still, with the [CnC1im]Cl (n = 7-14) series of ILs, an odd-even effect was also identified in the ILs’ ionization degree, molar conductivity, and conductivity at infinite dilution. In summary, it is shown here that the ILs’ odd-even effect occurs in IL aqueous solutions and not just in neat ILs, an already well-established phenomenon occurring in a series of ILs’ properties described as a result of the orientation of the terminal methyl groups to the imidazolium ring cation and consequent effect in the ILs’ cohesive energy.

1.
P. A.
Albertsson
,
Nature
182
,
709
711
(
1958
).
2.
M. G.
Freire
,
J. F. B.
Pereira
,
M.
Francisco
,
H.
Rodríguez
,
L. P. N.
Rebelo
,
R. D.
Rogers
, and
J. A. P.
Coutinho
,
Chem. Eur. J.
18
,
1831
1839
(
2012
).
3.
K. E.
Gutowski
,
G. A.
Broker
,
H. D.
Willauer
,
J. G.
Huddleston
,
R. P.
Swatloski
,
J. D.
Holbrey
, and
R. D.
Rogers
,
J. Am. Chem. Soc.
125
,
6632
6633
(
2003
).
4.
M. J.
Earle
and
K. R.
Seddon
,
Pure Appl. Chem.
72
,
1391
1398
(
2000
).
5.
J.
Ranke
,
S.
Stolte
,
R.
Sto
,
J.
Arning
, and
B.
Jastorff
,
Chem. Rev.
107
,
2183
2206
(
2007
).
6.
M. G.
Freire
,
C. M. S. S.
Neves
,
P. J.
Carvalho
,
R. L.
Gardas
,
A. M.
Fernandes
,
I. M.
Marrucho
,
L. M. N. B. F.
Santos
, and
J. A. P.
Coutinho
,
J. Phys. Chem. B
111
,
13082
13089
(
2007
).
7.
M. G.
Freire
,
L. M. N. B. F.
Santos
,
A. M.
Fernandes
,
J. A. P.
Coutinho
, and
I. M.
Marrucho
,
Fluid Phase Equilib.
261
,
449
454
(
2007
).
8.
M. G.
Freire
,
P. J.
Carvalho
,
A. M. S.
Silva
,
L. M. N. B. F.
Santos
,
L. P. N.
Rebelo
,
I. M.
Marrucho
, and
J. A. P.
Coutinho
,
J. Phys. Chem. B
113
,
202
211
(
2009
).
9.
M. G.
Freire
,
P. J.
Carvalho
,
R. L.
Gardas
,
I. M.
Marrucho
,
L. M. N. B. F.
Santos
, and
J. A. P.
Coutinho
,
J. Phys. Chem. B
112
,
1604
1610
(
2008
).
10.
N. J.
Bridges
,
K. E.
Gutowski
, and
R. D.
Rogers
,
Green Chem.
9
,
177
183
(
2007
).
11.
Q.
Cao
,
L.
Quan
,
C.
He
,
N.
Li
,
K.
Li
, and
F.
Liu
,
Talanta
77
,
160
165
(
2008
).
12.
A. F. M.
Cláudio
,
A. M.
Ferreira
,
S.
Shahriari
,
M. G.
Freire
, and
J. A. P.
Coutinho
,
J. Phys. Chem. B
115
,
11145
11153
(
2011
).
13.
F. J.
Deive
,
M. A.
Rivas
, and
A.
Rodríguez
,
J. Chem. Thermodyn.
43
,
1153
1158
(
2011
).
14.
Y.
Deng
,
J.
Chen
, and
D.
Zhang
,
J. Chem. Eng. Data
52
,
1332
1335
(
2007
).
15.
M. G.
Freire
,
C. M. S. S.
Neves
,
J. N. C.
Lopes
,
I. M.
Marrucho
,
J. A. P.
Coutinho
, and
L. P. N.
Rebelo
,
J. Phys. Chem. B
116
,
7660
7668
(
2012
).
16.
J.
Han
,
Y.
Wang
,
Y.
Li
,
C.
Yu
, and
Y.
Yan
,
J. Chem. Eng. Data
56
,
3679
3687
(
2011
).
17.
M. G.
Freire
,
A. F. M.
Cláudio
,
J. M. M.
Araújo
,
J. A. P.
Coutinho
,
I. M.
Marrucho
,
J. N. C.
Lopes
, and
L. P. N.
Rebelo
,
Chem. Soc. Rev.
41
,
4966
4995
(
2012
).
18.
Y.
Lu
,
W.
Lu
,
W.
Wang
,
Q.
Guo
, and
Y.
Yang
,
Talanta
85
,
1621
1626
(
2011
).
19.
Z.
Li
,
Y.
Pei
,
L.
Liu
, and
J.
Wang
,
J. Chem. Thermodyn.
42
,
932
937
(
2010
).
20.
V.
Najdanovic-Visak
,
J. N.
Canongia Lopes
,
Z. P.
Visak
,
J.
Trindade
, and
L. P. N.
Rebelo
,
Int. J. Mol. Sci.
8
,
736
748
(
2007
).
21.
C. M. S. S.
Neves
,
S. P. M.
Ventura
,
M. G.
Freire
,
I. M.
Marrucho
, and
J. A. P.
Coutinho
,
J. Phys. Chem. B
113
,
5194
5199
(
2009
).
22.
Y.
Pei
,
J.
Wang
,
L.
Liu
,
K.
Wu
, and
Y.
Zhao
,
J. Chem. Eng. Data
52
,
2026
2031
(
2007
).
23.
C.
Yu
,
J.
Han
,
S.
Hu
,
Y.
Yan
, and
Y.
Li
,
J. Chem. Eng. Data
56
,
3577
3584
(
2011
).
24.
T. E.
Sintra
,
R.
Cruz
,
S. P. M.
Ventura
, and
J. A. P.
Coutinho
,
J. Chem. Thermodyn.
77
,
206
213
(
2014
).
25.
S. P. M.
Ventura
,
S. G.
Sousa
,
L. S.
Serafim
,
A. S.
Lima
,
M. G.
Freire
, and
J. A. P.
Coutinho
,
J. Chem. Eng. Data
56
,
4253
4260
(
2011
).
26.
D. J. S.
Patinha
,
L. C.
Tomé
,
C.
Isabel
,
S.
Florindo
,
H.
Soares
,
A. S.
Coroadinha
, and
I. M.
Marrucho
,
ACS Sustainable Chem. Eng.
4
,
2670
2679
(
2016
).
27.
F.
Hofmeister
,
Arch. Exp. Pathol. Pharmakol.
24
,
247
260
(
1888
).
28.
J. C.
Merchuk
,
B. A.
Andrews
, and
J. A.
Asenjo
,
J. Chromatogr. B: Biomed. Sci. Appl.
711
,
285
293
(
1998
).
29.
J. Z.
Setschenow
,
J. Phys. Chem.
4
,
117
125
(
1889
).
30.
M. J.
Hey
,
D. P.
Jackson
, and
H.
Yan
,
Polymer
46
,
2567
2572
(
2005
).
31.
M. T.
Zafarani-Moattar
and
S.
Hamzehzadeh
,
J. Chem. Eng. Data
54
,
833
841
(
2009
).
32.
M. T.
Zafarani-Moattar
and
S.
Hamzehzadeh
,
J. Chem. Eng. Data
55
,
1598
1610
(
2010
).
33.
G.
Adamová
,
R. L.
Gardas
,
L. P. N.
Rebelo
,
A. J.
Robertson
, and
K. R.
Seddon
,
Dalton Trans.
40
,
12750
12764
(
2011
).
34.
M. A. A.
Rocha
,
C. M. S. S.
Neves
,
M. G.
Freire
,
O.
Russina
,
A.
Triolo
,
J. A. P.
Coutinho
, and
L. M. N. B. F.
Santos
,
J. Phys. Chem. B
117
,
10889
10897
(
2013
).
35.
M. A. A.
Rocha
,
J. A. P.
Coutinho
, and
L. M. N. B. F.
Santos
,
J. Phys. Chem. B
116
,
10922
10927
(
2012
).
36.
M. A. A.
Rocha
,
J. A. P.
Coutinho
, and
L. M. N. B. F.
Santos
,
J. Chem. Phys.
141
,
134502
(
2014
).
37.
M.
Blesic
,
M. H.
Marques
,
N. V.
Plechkova
,
K. R.
Seddon
,
L. P. N.
Rebelo
, and
A.
Lopes
,
Green Chem.
9
,
481
490
(
2007
).
38.
R.
Zana
,
J. Colloid Interface Sci.
78
,
330
337
(
1980
).
39.
G.
Bai
,
A.
Lopes
, and
M.
Bastos
,
J. Chem. Thermodyn.
40
,
1509
1516
(
2008
).
40.
J.
Sirieix-Plénet
,
L.
Gaillon
, and
P.
Letellier
,
Talanta
63
,
979
986
(
2004
).
41.
R.
Vanyúr
,
L.
Biczók
, and
Z.
Miskolczy
,
Colloids Surf., A
299
,
256
261
(
2007
).
42.
L. A.
Blanchard
,
D.
Hancu
,
E. J.
Beckman
, and
J. F.
Brennecke
,
Nature
399
,
28
29
(
1999
).
43.
G.
Adamová
,
J. N.
Canongia Lopes
,
L-P. N.
Rebelo
,
L. M. N. B.
Santos
,
K. R.
Seddon
, and
K.
Shimizu
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
16
,
4033
4038
(
2014
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.