Xây dựng quy trình sản xuất barbital

Luận Văn: Xây dựng quy trình sản xuất barbital

Môc lôc TrangMë ®Çu 3

PhÇn I: Tæng quan 4

1.1. Tªn, tÝnh chÊt lý, ho¸, t¸c dông dîc lý cña barbital 4

1.1.1 C¸c lo¹i tªn vµ c«ng thøc cña barbital 4

1.1.2.TÝnh chÊt vËt lý cña barbital 4

1.1.3.TÝnh chÊt ho¸ häc cña barbital 5

1.1.4.øng dông cña barbital 5

1.1.5.T¸c dông dîc lý cña barbital 5

1.4.3.1 TÝnh chÊt vËt lý, ho¸ häc cña urª 14

1.4.3.2 TÝnh chÊt vËt lý, ho¸ häc cña axit cloro axetic 18

1.4.3.3 TÝnh chÊt vËt lý, ho¸ häc cña natri hi®roxit 19

1.4.3.4 TÝnh chÊt vËt lý, ho¸ häc cña natri cyanua 21

1.4.3.5 Tính chất vật lý, hoá học của axit sunfuric 21

1.4.3.6 Tính chất vật lý, hoá học của etyl bromua 22

1.4.3.7 Tính chất vật lý, hoá học của rợu etylic 23

1.4.3.8 Tính chất vật lý, hoá học của dietyl malonat 24

1.4.3.9 Tính chất vật lý, hoá học của dietyl dietyl malonat 24

Phần II: Đề xuất qui trình sản xuất barbital 25

2.1 Sơ đồ phản ứng 25

2.2 Mô tả qui trình 25

2.3 Tính toán thiết kế dây chuyền sản xuất 25

2.3.1 Tính toán cân bằng vật chất 25

2.3.2 Tính toán hiệu suất 27

2.3.3 Tính toán thời gian 27

2.3.4 Sơ đồ nguyên lý qui trình sản xuất 28

2.3.5 Sơ đồ dây chuyền thiết bị 29

2.3.6 An toàn lao động 30

Kết luận 31

Tài liệu tham khảo 32

Mở đầu

“ Ngủ Là một nghệ thuật

Làm sao giữ đợc sự tỉnh táo cả ngày ”.

( Dịch theo Thus Spake Zarathrustra) Các thuốc ngủ nhóm dẫn xuất của axit bacbituric là một nhóm thuốc lớn [1], gồm rất nhiều chất đã đợc tổng hợp với sự liên quan mật thiết giữa cấu trúc hoá học với tác dụng dợc lý Thuốc dạng này là những tinh thể không mùi, màu trắng, chỉ tan rất ít trong nớc và vì thế chúng thờng đợc dùng dạng thuốc uống đờng miệng Nhng ngợc lại, các muối natri của chúng lại tan khá tốt trong nớc nên dung dịch vô trùng của nó rất thích hợp để tiêm dới da, tiêm tĩnh mạch hay tiêm bắp Giá trị chữa bệnh của thuốc loại này là không thể phủ định đợc Do đó, từ lâu nó đợc thay thế hầu hết các loại thuốc ngủ dùng trớc đó và đợc sản xuất trên qui mô công nghiệp

Barbital là dẫn xuất đầu tiên của axit bacbituric có tác dụng gây ngủ đợc

F.Fisher điều chế năm 1903 và đợc đa vào điều trị với biệt dợc Veronal Việc tìm ra dẫn xuất này không chỉ có ý nghĩa là mốc nghiên cứu phát hiện ra một thuốc có tác dụng lên hệ thần kinh trung ơng mà còn có giá trị trong cả quan điểm về hoá dợc Vì kể từ đó quan điểm nghiên cứu, điều chế, tìm kiếm ra một thuốc mới đợc xây dựng dựa trên cơ sở mới là biến đổi phân tử một cách có hệ thống Kết quả sau gần 35 năm nghiên cứu ngời ta đã điều chế ra trên 1200 hợp chất là dẫn xuất của axit bacbituric trong số đó có 60 hợp chất trở thành thuốc đợc đa vào sử dụng trong điều trị Do có những tác dụng phụ nên ngày nay ngời ta thờng ít dùng thuốc này.

Nhiệm vụ của em đợc giao là, nghiêm cứu xây dựng qui trình , công nghệ sản xuất barbital.

Phần I.Tổng quan.

Thành phần: C = 52,16%, H = 6,57%, N = 15,21%, O = 26,08% Công thức nguyên: C8H12N2O3

Khối lợng mol phân tử: 184,19.Các biệt dợc:

Veronal (Bayer; E.Merck), Malonal, Veroletten (áo), Se’deval, Dormonal, Hypnogene, Deba, Vespe’ral, Dormileno (Tây Ban Nha), Hypnox (áo)

1.1.2 Tính chất vật lý của barbital.

Độ chảy:188 – 1920C, có vị hơi đắng, là bột kết tinh không màu

Độ hoà tan: 1g barbital có thể hoà tan trong 130 ml nớc ở 250C, 13 ml ớc sôi, 14 ml rợu, 75 ml clorofom, 35 ml ete Ngoài ra còn có thể hoà tan trong axit axetic, amyl ancol, pyridin, anilin, nitro benzen.

n-Độ độc: LD50(miệng) = 600mg/Kg, đối với chuột.

1.1.3. Tính chất hoá học của barbital [3]

Khi đun nóng trong dung dịch kiềm đặc, vòng urêit bị thuỷ phân giải phóng các thành phần urê và malonat; tiếp sau thuỷ phân urê thành NH3 và n-ớc:

+H2O, T0

+ NaOH

+ H2O

Dạng muối tan (dinatri, kali) cho kết tủa màu với các ion kim loại màu Me+n, cho màu khác nhau: với Ag+ cho kết tủa màu trắng; với Co++ cho kết tủa màu xanh tím Phản ứng với coban là đặc tr… ng của các bacbiturat và thiobacbiturat

1.1.4 ứng dụng của barbital [4]:

Làm nguyên liệu để bào chế các dạng thuốc ngủ.

1.1.5 Tác dụng dợc lý của barbital [4]

- Tác dụng: dẫn xuất bacbiturat có tác dụng gây ngủ, an thần.

- Chỉ định [5]: dùng cho các trờng hợp lo lắng, mât ngủ Trừ trờng hợp mất ngủ vì đau Barbital là bacbituric tìm ra đầu tiên, ngày càng ít dùng trong điều trị hiện đại vì đã tìm ra các bacbituric tốt hơn.

- Chống chỉ định [5]:tăng cảm (hypersensibility) với các bacbituric; thiểu năng thận, thiểu năng hô hấp nghiêm trọng, bệnh do porpyrin; 3 tháng đầu khi có thai; phụ nữ cho con bú.

- Tơng tác thuốc [6]: Một số thuốc có thể làm thay đổi tác dụng của thuốc nhóm bacbiturat nh rợu êtylic, reserpin, aminazin, haloperidol, thuốc chống đái tháo đờng, thuốc ức chế microsom gan (cimetidin, cyoramphenicol ) làm tăng giấc ngủ của thuốc nhóm này.…

- Chuyển hoá thuốc [5]: thuốc hấp thu nhanh, tốc độ hấp thu giảm khi có thức ăn trong dạ dày Thời gian bán huỷ trong huyết tơng: khoảng 40 giờ Tỉ lệ gắn vào protein huyết tơng: 5% ít bị chuyển hoá bởi gan, bài xuất chủ yếu qua đờng nớc tiểu Đi qua nhau và đi vào sữa mẹ.

+)Cũng nh các bacbituric khác, barbital khích thích hoạt tính enzim của microsom ở gan và tăng tốc độ biến đổi của thuốc khiến cho giảm hiệu quả của chúng

- Dạng thuốc [4]: viên nén 0,3 g và 0,5 g.

- Liều dùng [4]: ngời lớn ngày uống 1 viên nửa giờ trớc khi ngủ.

- Những chú ý: còn dùng khối hợp với aminopyrin, antipyrin trong nhiều biệt dợc để tăng tác dụng giảm đau.

- Độc tính: [7]

+)Cấp: Với liều gấp 5-10 lần liều ngủ mới có thể gây hôn mê nguy hiểm.Triệu chứng nhiễm độc: Buồn ngủ, mất dần phản xạ, đồng tử giãn, giãn mạch da: thân nhiệt hạ rõ, vì barbiturat làm giảm chuyển hoá chung, nên làm giảm sinh nhiệt Những trung tâm ở hành não rất nhạy cảm với barbiturat: Giảm huyết áp động mạch, nhịp thở chậm và nông, giảm lu lợng hô hấp, tím xanh Sau đó, hôn mê rồi chết do liệt hô hấp, truỵ tim mạch, phù não, viêm thận, gây bí đái, có khi vô liệu do làm giảm sức lọc cầu thận và làm giảm lợng những chất điện giải ở nớc tiểu, bệnh phế quản – phổi Chính lúc đó, tình trạng nhiễm axit rõ lại càng làm thuốc dễ khuyếch tán vào tế bào thần kinh, làm nhiễm độc nặng thêm.

- Điều trị ngộ độc bacbiturat:

+)Rửa dạ dày bằng dung dịch KMnO4 0,1%, ngay cả khi ngộ độc từ lâu, vì dạ dày giảm nhu động do uống liều cao barbiturat, vì vậy không tống nhanh barbiturat xuống ruột đợc.

+)Hồi sức: Ngửi oxy, hút đờm rãi, thuốc trợ tim Nếu huyết áp < 100mmHg, ta truyền huyết tơng dung dịch mặn đẳng trơng hoặc dung dịch gluco 5% với noradrenalin.

+) Thuốc lợi niệu thẩm thấu ( truyền tĩnh mạch chậm dung dịch manitol 100 g/lit).

+) Truyền tĩnh mạch dung dịch kiềm natri bicacbonat 14,0000

(0,5-1,0 lít).

+) Rút trực tiếp barbiturat ra khỏi máu bằng thận nhân tạo.

+) Mạn: Dùng bacbituric lâu dài có thể gây quen thuốc hoặc nghiện thuốc Nếu nghiện thuốc bacbiturat thì khi cai có hội chứng nguy hiểm: Co giật hoạc giống nh mê sảng ( delirium tremens) ở ngời nghiện rợu Dùng bacbiturat liên tục nhiều lần có thể gây “ đau khớp do bacbiturat” (hội chứng tay - vai).

+) Đặc ứng: Có phản ứng bất thờng ngay khi dùng liều đầu: Phù mặt, phù mi mắt, mẩn ngứa do ban đỏ, khích thích, chuyếnh choáng, nhức đầu, nôn, đi lỏng, có khi đau cơ, đau khớp, đau thần kinh Khi tỉnh còn ngủ ngà, nhức đầu( hang - over) Cũng nên chú ý có thể xảy ra cơn rối loạn porphypin cấp ( đau bụng triệu chứng tâm thần, liệt, nhạy cảm với ánh sáng, loét dạ dày ) …

1.2 Các phơng pháp tổng hợp barbital:

1.2.1 Phơng pháp 1 [8]:

Đi từ nguyên liệu trung gian của công nghiệp axetylen đó là axetandehit, butyl andehit, butyl ancol Tr… ớc hết ngời ta cho butyl andehit thực hiện phản ứng ngng tụ andol với axetandehit sau đó đem sản phẩm tạo thành hidro hoá để đợc hợp chất ancol 2,2-dietylaxetandehit trên xúc tác Cu-Zn ở 300 -350 C,° °tiếp theo trong môi trờng kiềm yếu cho andehit tạo thành phản ứng andol với dung dịch nớc formandehit trong sự có mặt của metanol thu đợc sản phẩm cộng andol là 2,2-dietyl-2-formyl-etanol, chất này đem oxy hoá bằng axit nitric đặc ( loại 63% ) ở 30 C nhận đ° ợc axit 2,2-dietylmalonic Axit này đem este hoá với butanol có xúc tác H2SO4 đặc để cho este dibutyl 2,2-dietylmalonat, cuối cùng là ngng tụ đóng vòng tạo thành barbital:

CH3 CHO

CH3 HCOH

C2H5CHO

ClCH2COOH + NaOH ClCH2COONa + NaCN NCCH2COONa + C2H5OHH2SO4,H2O

CH2(COOC2H5)2 + 1)C2H5ONa + 2)C2H5Br

(C2H5)2C(COOC2H5)2 NH2CONH2 C

C2H5O

1.3 Các công nghệ sản xuất dietyl malonat:1.3.1 Công nghệ 1:[9]

Dung dịch natri cyanit( khoảng 25%) trong nớc đợc đun nóng tới 65-700C trong bình phản ứng thép không gỉ Dung dịch trong nớc của natri cloro- axetat đợc thêm vào từ từ và khuấy đều; nhiệt độ không đợc vợt quá 900C Duy trì quá trình khuấy này trong vòng 1giờ Điều này rất cần thiết để đảm bảo rằng hiđro cyanit, chất mà đợc hình thành với một lợng nhỏ liên tục,

luôn đợc kiểm soát và trung hoà Cô đặc dung dịch natri cyano axetat bằng bốc hơi trong chân không và sau đó đợc chuyển vào bình phản ứng bằng thuỷ tinh để xà phòng hoá và este hoá.

Rợu và axit vô cơ ( tỉ lệ khối lợng 1:2 đến 1:3) đợc đa vào nh là một giải pháp để duy trì nhiệt độ không vợt quá 60-800C Đối với mỗi mol este, có khoảng 1,2 mol rợu đợc thêm vào

Axit clohiđric, chất đợc hình thành nh sản phẩm phụ từ axit cloro axetic không phản ứng, đợc đa vào cột hấp thụ Sau khi quá trình thêm vào axit và r-ợu đã hoàn thành, hỗn hợp đợc đun nóng hồi lu trong vòng từ 6-8 giờ, nhờ đó mà sản phẩm trung gian malonic axit este monoamit đợc hiđro hoá tạo ra diankyl malonat Este nguyên chất đợc lấy ra từ hỗn hợp este thô bởi quá trình chiết với benzen, toluen, xylen Pha hữu cơ đợc rửa với NaOH loãng để loại bỏ một lợng nhỏ bán este Sau đó dieste đợc tách ra từ dung môi bởi quá trình ch-ng ở áp suất khí quyển, và este malonic đợc cất lại dới áp suất chân không là một chất lỏng không màu với hàm lợng tối thiểu là 99% Pha nớc chứa một l-ợng đáng kể axit vô cơ và muối phải đợc xử lý trớc khi đa vào thiết bị xử lý n-ớc thải

Hiệu suất tính theo natri cloroaxetat là 75-85% Mặc dù với thiết bị đơn giản cũng đủ phản ứng tự xảy ra Nhng một nhiệm vụ khá lớn là phải xử lý nớc thải và khí thải.

1.3.3 Công nghệ 2 [9]:

Điều chế theo phơng pháp cacbon monoxit Quá trình này đợc tiến hành trong thiết bị phản ứng vòng xoắn Đạt đợc sự biến đổi là 90%, độ chọn lọc là 95% Sản phẩm phụ quan trọng nhất là etyl axetat.

Điều kiện phản ứng tơng đối êm dịu: 20-800C; 0,12-1,0 Mpa; pH 5-8 Xúc tác là dicobal octacacbonyl.

1.4 Qui trình công nghệ lựa chọn

1.4.1 Sơ đồ phản ứng:

Dựa theo phơng pháp 2: phơng pháp đi từ axit cloro axetic Quá trình này đi từ những nguyên liệu tơng đối đơn giản: ClCH2COOH, NaOH, C2H5OH, NaCN, C2H5ONa, C2H5Br Tuy rằng so với ph… ơng pháp 1 – phơng pháp đi từ nguyên liệu trung gian của công nghiệp axetylen – nguyên liệu phản ứng có thể tận dụng từ ngành công nghiệp axetylen, tác nhân phản ứng ít độc hại hơn nhng trong quá trình tổng hợp lại có giai đoạn andol hoá cho hiệu suất rất thấp Vậy ta lựa chọn theo phơng pháp thứ 2 nhng phải rất thận trọng trong quá trình làm việc có liên quan tiếp xúc với NaCN, là chất rất độc.

Chuẩn bị dung dịch gồm 60 Kg NaCN hoà tan trong 100 l nớc và đun nóng đến 700C Sau đó, thêm từ từ phần dung dịch trên vào , kết hợp với khuấy trộn nhẹ nhàng, kiểm soát nhiệt độ ở cả bên trong và bên ngoài sao cho nhiệt phản ứng luôn < 900C Để kiểm soát việc này ngời ta có thể dùng một tảng đá để nổi lên phía trên hỗn hợp hoặc sử dụng ống xoắn làm lạnh bên trong chứa nớc đá, chất lỏng chạy qua Không khí xung quanh bình phản ứng phải đợc lu thông liên tục Phản ứng kết thúc sau khoảng 20 phút và hỗn hợp đợc nâng dần lên đến nhiệt độ sôi tiếp đó thêm dung dịch gồm 80 Kg NaOH và 160 l nớc Dung dịch này đợc đun sôi đến khi thấy mùi khí amoniăc bay lên (khoảng 3 tiếng đồng hồ đối với thí nghiệm này) Cuối cùng của giai đoạn này, làm bay

Bớc 3 là quá trình tạo dietyl malonat este (dietyl dietyl malonat) (Bắt đầu từ phản ứng này phải chú ý đặc biệt tránh nớc, thậm chí chỉ độ ẩm trong không khí cũng làm ảnh hởng nghiêm trọng đến kết quả phản ứng.) Dung dịch natri etylat đợc tạo ra bằng cách hoà tan 13,2 Kg Na kim loại sạch trong 200 l cồn nguyên chất và đun đến 600C, rồi giữ ở nhiệt độ này trong suốt quá trình thêm etyl malonat ở trên vào (84 Kg) Bây giờ, tăng nhiệt độ lên 800C và thêm vào 64 Kg C2H5Br trong 3 tiếng Sau khi thêm, đun hồi lu trong 2 tiếng, rồi cất cho đến lúc nhiệt độ tăng lên 1100C Sau đó, thêm tiếp vào hỗn hợp phản ứng dung dịch natri etylat mới (dung dịch lại bao gồm 13,2 Kg Na kim loại và 200 l cồn khô) Hỗn hợp đợc đun nóng đến 600C Khuấy trộn hỗn hợp và gia nhiệt cho đến khi tạo hỗn hợp đồng nhất Sau đó lại thêm vào 65 Kg C2H5Br trong 3 tiếng và giữ nhiệt độ ở 600C Đun hồi lu một lần nữa trong khoảng hơn 2 tiếng, sau đó cất lại dung dịch mới đến nhiệt độ 1100C Tiếp theo hỗn hợp phản ứng đợc làm lạnh nhẹ nhàng, dung dịch phản ứng đợc xử lý với 150 l nớc; khuấy mạnh, hỗn hợp phân thành 2 lớp Lớp trên là dietyl malonat este thô đợc tách ra và làm khô bằng muối sunphat khan, rồi cất chân không Thu este tinh khiết

tại nhiệt độ 132-1350C và 28 mmHg Hiệu suất 80-85% ( tơng ứng vào khoảng 88-94 Kg).

Bớc 4 là quá trình ngng tụ tạo thành barbital và tinh chế xử lý tạo

barbital thành phẩm Tránh sự tiếp xúc với nớc cũng là điều tối quan trọng

trong bớc này (các dụng phải khô ) 30 Kg urê khô và 76,5 Kg malonat ở…trên (dietyl dietyl malonat khô) đợc đa vào bình phản ứng và khuấy đều Thêm vào hỗn hợp này dung dịch natri etylat nóng (750C) (gồm 18 Kg Na kim loại sạch trong 270 l cồn khô), đa hỗn hợp đến nhiệt độ sôi kết hợp với khuấy đều Cồn bị loại bỏ trong quá trình đun sôi (bình phản ứng có trang bị thêm sinh hàn thuận) và hỗn hợp trở nên sền sệt Cồn đợc đa ra ngoài hết trong quá trình chng Phần cặn còn lại bên dới sẽ là bột màu trắng mịn.

Axit 5,5 dietyl malonyl urê hoặc axit dietyl bacbituric đợc chuẩn bị theo các bớc sau 85 Kg axit clohiđric đặc đợc pha loãng bằng 100 l nớc và thêm vào 300 Kg đá cục Vừa khuấy vừa cho từ từ bột khô ở trên vào dung dịch axit HCl mới pha này, hỗn hợp luôn giữ pH axit (xác định bằng công gô đỏ) Sau đó làm lạnh và duy trì nhiệt độ dới 00C Khuấy trong vài giờ, tủa tạo ra lọc ly tâm và rửa vài lần (mỗi lầnvới 20-30 l nớc Axit thô tạo thành đợc hoà tan trong 800 l nớc tại nhiệt độ sôi, đợc xử lý với 1/2-1 Kg than hoạt tính, đun sôi khoảng tiếng Lọc nóng hỗn hợp sôi đó qua máy lọc khung bản Kết tinh tinh thể từ dịch lọc, bằng cách làm lạnh bên ngoài và khuấy nhẹ nhàng Tinh thể đ-ợc ly tâm hoặc lọc và rửa với 20 l nớc lạnh và làm khô trong chân không ở 500C Kết quả axit dietyl bacbituric tinh khiết đợc tạo thành khoảng 50 Kg, với độ tinh khiết 90%.

1.4.3 Tính chất của các nguyên liệu chủ yếu sử dụng trong công nghệ.

1.4.3.1 Tính chất vật lý, hoá học của chất urê [11]:

Tên: urê

Công thức:

urea a) Tính chất hoá học:

Nhiều ý kiến tán thành với nghiên cứu của Werner về công thức dạng vòng và dạng enol tồn tại trong thời gian ngắn của urê nh sau:

HN:C

HN:C

Tuy nhiên, dựa vào những nghiên cứu của Walker và Wood cho biết rằng urê là một bazơ yếu và nó không có tính chất axit Tại áp suất khí quyển và tại nhiệt độ nóng chảy của urê nó phân huỷ thành amoniac, biurê HN(CONH2), axit cyanuric C3N3(OH)3, ammelide NH2C3(OH)2, Và triurê NH2(CONH)2CONH2 Biurê là thành phần chính và ngời ta mong muốn nó có mặt càng ít càng tốt trong urê tổng hợp bán trên thị trờng Lợng biurê có mặt trong các sản phẩm phân bón urê nhiều hơn 2% về khối lợng rất có hại cho sự phát triển của cây.

Urê hoạt động nh một bazơ đơn và hình thành dạng muối với axit Với axit nitric nó hình thành dạng urê nitrat, CO(NH2).HNO3, Chất này bị phân huỷ rất mạnh khi đun nóng:

CO(NH2)2 + HNO3 CO(NH2)2.HNO3

Urê rắn khá bền vững ở nhiệt độ phòng và áp suất khí quyển Gia nhiệt trong chân không ở nhiệt độ nóng chảy, urê thăng hoa mà không thay đổi cấu trúc Trong chân không, tại nhiệt độ 180-1900C, urê sẽ thăng hoa và bị chuyển thành amoni cyanat, NH4OCN Khi urê rắn đợc đun nóng nhanh trong dòng

Dung dịch urê trong nớc bị thuỷ phân chậm thành amoniăc cacbamat tại nhiệt độ phòng hoạc tại nhiệt độ sôi của nó Vết của cyanat đợc tìm thấy trong dung dịch Đun nóng urê trong nớc thời gian dài là nguyên nhân tạo thành dạng biurê:

2NH2CONH2 NH2CONHCONH2 + NH3

Phản ứng này đợc tiến hành ở áp suất thấp, nhiệt độ cao, và thời gian đun nóng dài Tại áp suất 100-200 atm, biurê sẽ chuyển trở lại thành urê với sự có mặt của amoniắc.

Urê phản ứng với bạc nitrat, AgNO3 với sự có mặt của natri hyđrôxyt, NaOH, tạo thành dẫn xuất diargentic, CON2H2Ag2, có màu vàng nhạt NaOH xúc tác biến đổi urê thành dạng HNC(NH2)OH, chất phản ứng AgNO3 Những tác nhân oxy hoá trong sự có mặt của NaOH để chuyển urê thành khí nitơ và cacbon dioxit Sau đó chất này lại phản ứng với NaOH để tạo thành natri cacbonat.

NH2CONH2 + 3NaBr + 2NaOH N2 + 3NaBr + Na2CO3 + 3H2OPhản ứng của urê với rợu tạo thành este của axit cacbanic, thông thờng gọi là urêtan.

NH2CONH2 + ROH NH2COOR + NH3