Despite the widespread acknowledgment that deep eutectic solvents (DESs) have negligible vapor pressures, very few studies in which the vapor pressures of these solvents are measured or computed are available. Similarly, the vapor phase composition is known for only a few DESs. In this study, for the first time, the vapor pressures and vapor phase compositions of choline chloride urea (ChClU) and choline chloride ethylene glycol (ChClEg) DESs are computed using Monte Carlo simulations. The partial pressures of the DES components were obtained from liquid and vapor phase excess Gibbs energies, computed using thermodynamic integration. The enthalpies of vaporization were computed from the obtained vapor pressures, and the results were in reasonable agreement with the few available experimental data in the literature. It was found that the vapor phases of both DESs were dominated by the most volatile component (hydrogen bond donor, HBD, i.e., urea or ethylene glycol), i.e., 100% HBD in ChClEg and 88%–93% HBD in ChClU. Higher vapor pressures were observed for ChClEg compared to ChClU due to the higher volatility of ethylene glycol compared to urea. The influence of the liquid composition of the DESs on the computed properties was studied by considering different mole fractions (i.e., 0.6, 0.67, and 0.75) of the HBD. Except for the partial pressure of ethylene glycol in ChClEg, all the computed partial pressures and enthalpies of vaporization showed insensitivity toward the liquid composition. The activity coefficient of ethylene glycol in ChClEg was computed at different liquid phase mole fractions, showing negative deviations from Raoult’s law.

1.
Q.
Zhang
,
K.
De Oliveira Vigier
,
S.
Royer
, and
F.
Jérôme
,
Chem. Soc. Rev.
41
,
7108
(
2012
).
2.
E. L.
Smith
,
A. P.
Abbott
, and
K. S.
Ryder
,
Chem. Rev.
114
,
11060
(
2014
).
3.
D. J. G. P.
van Osch
,
C. H. J. T.
Dietz
,
S. E. E.
Warrag
, and
M. C.
Kroon
,
ACS Sustainable Chem. Eng.
8
,
10591
(
2020
).
4.
S.
Sarmad
,
Y.
Xie
,
J. P.
Mikkola
, and
X.
Ji
,
New J. Chem.
41
,
290
(
2016
).
5.
Y.
Marcus
,
Deep Eutectic Solvents
(
Springer International Publishing
,
Cham, Switzerland
,
2019
), Vol. 1.
6.
M.
Francisco
,
A.
van den Bruinhorst
, and
M. C.
Kroon
,
Angew. Chemie., Int. Ed.
52
,
3074
(
2013
).
7.
B. B.
Hansen
,
S.
Spittle
,
B.
Chen
,
D.
Poe
,
Y.
Zhang
,
J. M.
Klein
,
A.
Horton
,
L.
Adhikari
,
T.
Zelovich
,
B. W.
Doherty
,
B.
Gurkan
,
E. J.
Maginn
,
A.
Ragauskas
,
M.
Dadmun
,
T. A.
Zawodzinski
,
G. A.
Baker
,
M. E.
Tuckerman
,
R. F.
Savinell
, and
J. R.
Sangoro
,
Chem. Rev.
121
,
1232
(
2021
).
8.
D. O.
Abranches
,
M. A. R.
Martins
,
L. P.
Silva
,
N.
Schaeffer
,
S. P.
Pinho
, and
J. A. P.
Coutinho
,
Chem. Commun.
55
,
10253
(
2019
).
9.
M. A. R.
Martins
,
S. P.
Pinho
, and
J. A. P.
Coutinho
,
J. Solution Chem.
48
,
962
(
2019
).
10.
A.
Jani
,
B.
Malfait
, and
D.
Morineau
,
J. Chem. Phys.
154
,
164508
(
2021
).
11.
S.
Amara
,
W.
Zaidi
,
L.
Timperman
,
G.
Nikiforidis
, and
M.
Anouti
,
J. Chem. Phys.
154
,
164708
(
2021
).
12.
H.
Zhang
,
X.
Lu
,
L.
González-Aguilera
,
M. L.
Ferrer
,
F.
del Monte
, and
M. C.
Gutiérrez
,
J. Chem. Phys.
154
,
184501
(
2021
).
13.
S.
Miao
,
H. J.
Jiang
,
S.
Imberti
,
R.
Atkin
, and
G.
Warr
,
J. Chem. Phys.
154
,
214504
(
2021
).
14.
A. T.
Celebi
,
N.
Dawass
,
O. A.
Moultos
, and
T. J. H.
Vlugt
,
J. Chem. Phys.
154
,
184502
(
2021
).
15.
H. S.
Salehi
,
A. T.
Celebi
,
T. J. H.
Vlugt
, and
O. A.
Moultos
,
J. Chem. Phys.
154
,
144502
(
2021
).
16.
A.
Triolo
,
M. E.
Di Pietro
,
A.
Mele
,
F.
Lo Celso
,
M.
Brehm
,
V.
Di Lisio
,
A.
Martinelli
,
P.
Chater
, and
O.
Russina
,
J. Chem. Phys.
154
,
244501
(
2021
).
17.
D.
Dhingra
,
V.
Khokhar
,
S.
Juneja
, and
S.
Pandey
,
J. Chem. Phys.
154
,
164513
(
2021
).
18.
D.
Reuter
,
P.
Münzner
,
C.
Gainaru
,
P.
Lunkenheimer
,
A.
Loidl
, and
R.
Böhmer
,
J. Chem. Phys.
154
,
154501
(
2021
).
19.
R.
Paul
,
A.
Mitra
, and
S.
Paul
,
J. Chem. Phys.
154
,
244504
(
2021
).
20.
A.
Paiva
,
R.
Craveiro
,
I.
Aroso
,
M.
Martins
,
R. L.
Reis
, and
A. R. C.
Duarte
,
ACS Sustainable Chem. Eng.
2
,
1063
(
2014
).
21.
C. H. J. T.
Dietz
,
J. T.
Creemers
,
M. A.
Meuleman
,
C.
Held
,
G.
Sadowski
,
M.
van Sint Annaland
,
F.
Gallucci
, and
M. C.
Kroon
,
ACS Sustainable Chem. Eng.
7
,
4047
(
2019
).
22.
K.
Shahbaz
,
F. S.
Mjalli
,
G.
Vakili-Nezhaad
,
I. M.
AlNashef
,
A.
Asadov
, and
M. M.
Farid
,
J. Mol. Liq.
222
,
61
(
2016
).
23.
S.
Ravula
,
N. E.
Larm
,
M. A.
Mottaleb
,
M. P.
Heitz
, and
G. A.
Baker
,
ChemEngineering
3
,
42
(
2019
).
24.
C. H. J. T.
Dietz
,
A.
Erve
,
M. C.
Kroon
,
M.
van Sint Annaland
,
F.
Gallucci
, and
C.
Held
,
Fluid Phase Equilib.
489
,
75
(
2019
).
25.
F.
Lima
,
C. H. J. T.
Dietz
,
A. J. D.
Silvestre
,
L. C.
Branco
,
J.
Canongia Lopes
,
F.
Gallucci
,
K.
Shimizu
,
C.
Held
, and
I. M.
Marrucho
,
J. Phys. Chem. B
124
,
10386
(
2020
).
26.
A.
Boisset
,
J.
Jacquemin
, and
M.
Anouti
,
Electrochim. Acta
102
,
120
(
2013
).
27.
S.-H.
Wu
,
A. R.
Caparanga
,
R. B.
Leron
, and
M.-H.
Li
,
Thermochim. Acta
544
,
1
(
2012
).
28.
K.
Xin
,
I.
Roghair
,
F.
Gallucci
, and
M.
van Sint Annaland
,
J. Mol. Liq.
325
,
115227
(
2021
).
29.
J.
Gross
and
G.
Sadowski
,
Ind. Eng. Chem. Res.
40
,
1244
(
2001
).
30.
A.
Klamt
,
J. Phys. Chem.
99
,
2224
(
1995
).
31.
T.
Aissaoui
,
I. M.
AlNashef
, and
Y.
Benguerba
,
J. Nat. Gas Sci. Eng.
30
,
571
(
2016
).
32.
H. S.
Salehi
,
M.
Ramdin
,
O. A.
Moultos
, and
T. J. H.
Vlugt
,
Fluid Phase Equilib.
497
,
10
(
2019
).
33.
E. S. C.
Ferreira
,
I. V.
Voroshylova
,
C. M.
Pereira
, and
M. N.
D. S. Cordeiro
,
J. Phys. Chem. B
120
,
10124
(
2016
).
34.
S. L.
Perkins
,
P.
Painter
, and
C. M.
Colina
,
J. Phys. Chem. B
117
,
10250
(
2013
).
35.
S. L.
Perkins
,
P.
Painter
, and
C. M.
Colina
,
J. Chem. Eng. Data
59
,
3652
(
2014
).
36.
B.
Doherty
and
O.
Acevedo
,
J. Phys. Chem. B
122
,
9982
(
2018
).
37.
J.
Wang
,
R. M.
Wolf
,
J. W.
Caldwell
,
P. A.
Kollman
, and
D. A.
Case
,
J. Comput. Chem.
25
,
1157
(
2004
).
38.
A. T.
Celebi
,
T. J. H.
Vlugt
, and
O. A.
Moultos
,
J. Phys. Chem. B
123
,
11014
(
2019
).
39.
H. S.
Salehi
,
R.
Hens
,
O. A.
Moultos
, and
T. J. H.
Vlugt
,
J. Mol. Liq.
316
,
113729
(
2020
).
40.
C. I.
Bayly
,
P.
Cieplak
,
W.
Cornell
, and
P. A.
Kollman
,
J. Phys. Chem.
97
,
10269
(
1993
).
41.
F.-Y.
Dupradeau
,
A.
Pigache
,
T.
Zaffran
,
C.
Savineau
,
R.
Lelong
,
N.
Grivel
,
D.
Lelong
,
W.
Rosanski
, and
P.
Cieplak
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
12
,
7821
(
2010
).
42.
H.
Liu
,
E.
Maginn
,
A. E.
Visser
,
N. J.
Bridges
, and
E. B.
Fox
,
Ind. Eng. Chem. Res.
51
,
7242
(
2012
).
43.
C. I.
Bayly
,
K. M.
Merz
,
D. M.
Ferguson
,
W. D.
Cornell
,
T.
Fox
,
J. W.
Caldwell
,
P. A.
Kollman
,
P.
Cieplak
,
I. R.
Gould
, and
D. C.
Spellmeyer
,
J. Am. Chem. Soc.
117
,
5179
(
1995
).
44.
D.
Frenkel
and
B.
Smit
,
Understanding Molecular Simulation: From Algorithms to Applications
, 2nd ed. (
Academic Press
,
San Diego, CA
,
2002
), Vol. 1.
45.
P. P.
Ewald
,
Ann. Phys.
369
,
253
(
1921
).
46.
M. P.
Allen
and
D. J.
Tildesley
,
Computer Simulation of Liquids
, 2nd ed. (
Oxford University Press, Inc.
,
New York, NY
,
2017
).
47.
R.
Hens
,
A.
Rahbari
,
S.
Caro-Ortiz
,
N.
Dawass
,
M.
Erdős
,
A.
Poursaeidesfahani
,
H. S.
Salehi
,
A. T.
Celebi
,
M.
Ramdin
,
O. A.
Moultos
,
D.
Dubbeldam
, and
T. J. H.
Vlugt
,
J. Chem. Inf. Model.
60
,
2678
(
2020
).
48.
H. M.
Polat
,
H. S.
Salehi
,
R.
Hens
,
D. O.
Wasik
,
F.
de Meyer
,
C.
Houriez
,
C.
Coquelet
,
S.
Calero
,
D.
Dubbeldam
,
O. A.
Moultos
, and
T. J. H.
Vlugt
,
J. Chem. Inf. Model.
61
,
3752
(
2021
)..
49.
A.
Rahbari
,
R.
Hens
,
M.
Ramdin
,
O. A.
Moultos
,
D.
Dubbeldam
, and
T. J. H.
Vlugt
,
Mol. Simul.
47
,
804
(
2021
).
50.
W.
Shi
and
E. J.
Maginn
,
J. Chem. Theory Comput.
3
,
1451
(
2007
).
51.
W.
Shi
and
E. J.
Maginn
,
J. Comput. Chem.
29
,
2520
(
2008
).
52.
T. W.
Rosch
and
E. J.
Maginn
,
J. Chem. Theory Comput.
7
,
269
(
2011
).
53.
A.
Poursaeidesfahani
,
A.
Torres-Knoop
,
D.
Dubbeldam
, and
T. J. H.
Vlugt
,
J. Chem. Theory Comput.
12
,
1481
(
2016
).
54.
A.
Poursaeidesfahani
,
R.
Hens
,
A.
Rahbari
,
M.
Ramdin
,
D.
Dubbeldam
, and
T. J. H.
Vlugt
,
J. Chem. Theory Comput.
13
,
4452
(
2017
).
55.
N.
Dawass
,
R. R.
Wanderley
,
M.
Ramdin
,
O. A.
Moultos
,
H. K.
Knuutila
, and
T. J. H.
Vlugt
,
J. Chem. Eng. Data
66
,
524
(
2021
).
56.
A.
Rahbari
,
R.
Hens
,
D.
Dubbeldam
, and
T. J. H.
Vlugt
,
Mol. Phys.
117
,
3493
(
2019
).
57.
A.
Rahbari
,
J.
Brenkman
,
R.
Hens
,
M.
Ramdin
,
L. J. P.
van den Broeke
,
R.
Schoon
,
R.
Henkes
,
O. A.
Moultos
, and
T. J. H.
Vlugt
,
J. Chem. Eng. Data
64
,
4103
(
2019
).
58.
K. R. J.
Lovelock
and
R.
Soc
,
Open Sci.
4
,
171223
(
2017
).
59.
N.
Rai
and
E. J.
Maginn
,
J. Phys. Chem. Lett.
2
,
1439
(
2011
).
60.
S. P.
Verevkin
,
D. H.
Zaitsau
,
V. N.
Emel’yanenko
,
A. V.
Yermalayeu
,
C.
Schick
,
H.
Liu
,
E. J.
Maginn
,
S.
Bulut
,
I.
Krossing
, and
R.
Kalb
,
J. Phys. Chem. B
117
,
6473
(
2013
).
61.
S. D.
Chambreau
,
G. L.
Vaghjiani
,
A.
To
,
C.
Koh
,
D.
Strasser
,
O.
Kostko
, and
S. R.
Leone
,
J. Phys. Chem. B
114
,
1361
(
2010
).
62.
D. H.
Zaitsau
,
R.
Siewert
,
A. A.
Pimerzin
,
M.
Bülow
,
C.
Held
,
M.
Loor
,
S.
Schulz
, and
S. P.
Verevkin
,
J. Mol. Liq.
323
,
114998
(
2021
).
63.
D.
Strasser
,
F.
Goulay
,
M. S.
Kelkar
,
E. J.
Maginn
, and
S. R.
Leone
,
J. Phys. Chem. A
111
,
3191
(
2007
).
64.
A.
Rahbari
,
R.
Hens
,
O. A.
Moultos
,
D.
Dubbeldam
, and
T. J. H.
Vlugt
,
J. Chem. Theory Comput.
16
,
1757
(
2020
).
65.
A.
Rahbari
,
J. C.
Garcia-Navarro
,
M.
Ramdin
,
L. J. P.
van den Broeke
,
O. A.
Moultos
,
D.
Dubbeldam
, and
T. J. H.
Vlugt
,
J. Chem. Eng. Data
66
,
2071
(
2021
).
66.
T. I.
Morrow
and
E. J.
Maginn
,
J. Phys. Chem. B
106
,
12807
(
2002
).
67.
D.
Kussainova
,
A.
Mondal
,
J. M.
Young
,
S.
Yue
, and
A. Z.
Panagiotopoulos
,
J. Chem. Phys.
153
,
024501
(
2020
).
68.
N.
Dawass
,
P.
Krüger
,
S. K.
Schnell
,
J.-M.
Simon
, and
T. J. H.
Vlugt
,
Fluid Phase Equilib.
486
,
21
(
2019
).
69.
J. M.
Smith
,
H. C.
Van Ness
, and
M.
Abbott
,
Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics
, 7th ed. (
McGraw-Hill
,
New York, NY
,
2005
).
70.
A. Z.
Panagiotopoulos
,
J. Chem. Phys.
153
,
010903
(
2020
).
71.
D. R.
Lide
,
CRC Handbook of Chemistry and Physics
, 85th ed. (
CRC Press
,
Boca Raton, FL
,
2004
).
72.
D.
Zaitsau
,
G. J.
Kabo
,
A. A.
Kozyro
, and
V. M.
Sevruk
,
Thermochim. Acta
406
,
17
(
2003
).
73.
M. J.
Moran
,
H. N.
Shapiro
,
D. D.
Boettner
, and
M. B.
Bailey
,
Fundamentals of Engineering Thermodynamics
, 8th ed. (
John Wiley & Sons
,
New York, NY
,
2014
).
74.
O.
Aschenbrenner
,
S.
Supasitmongkol
,
M.
Taylor
, and
P.
Styring
,
Green Chem.
11
,
1217
(
2009
).
75.
T.
Köddermann
,
D.
Paschek
, and
R.
Ludwig
,
ChemPhysChem
8
,
2464
(
2007
).
76.
S. V.
Sambasivarao
and
O.
Acevedo
,
J. Chem. Theory Comput.
5
,
1038
(
2009
).
77.
N.
Rai
and
E. J.
Maginn
,
Faraday Discuss.
154
,
53
(
2012
).
78.
A.
Yadav
and
S.
Pandey
,
J. Chem. Eng. Data
59
,
2221
(
2014
).
79.
A. P.
Abbott
,
G.
Capper
,
D. L.
Davies
,
R. K.
Rasheed
, and
V.
Tambyrajah
,
Chem. Commun.
2003
,
70
.
80.
A.
Yadav
,
J. R.
Kar
,
M.
Verma
,
S.
Naqvi
, and
S.
Pandey
,
Thermochim. Acta
600
,
95
(
2015
).
81.
R.
Taylor
and
H. A.
Kooijman
,
Chem. Eng. Commun.
102
,
87
(
1991
).
82.
L. J. B. M.
Kollau
,
M.
Vis
,
A.
van den Bruinhorst
,
A. C. C.
Esteves
, and
R.
Tuinier
,
Chem. Commun.
54
,
13351
(
2018
).
83.
S. P.
Verevkin
,
Fluid Phase Equilib.
224
,
23
(
2004
).
84.
E.
Skylogianni
,
R. R.
Wanderley
,
S. S.
Austad
, and
H. K.
Knuutila
,
J. Chem. Eng. Data
64
,
5415
(
2019
).
85.
A. R.
Harifi-Mood
and
R.
Buchner
,
J. Mol. Liq.
225
,
689
(
2017
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.