e Từ phức chất tổng hợp được, nghiên cứu cấu trúc, xác định công thức phân tử, dự đốn cơng thức cấu tạo, đồng thời so sánh với kết quả tổng hợp không làm bằng máy của các tác giả khác..
Trang 1BO GIAO DUC VA DAO TAO
FRRƯỜNG DAI HOC SU PHAM TP HO CHI MINH KHOA HOA
& LJ
KHOA LUAN TOT NGHIEP
CU NHAN HOA HOC
CHUYEN NGHANH: HOA VO CO DE TAIL:
KHAO SAT KHA NANG TONG HQP HOF
CHAT VO CO VA PHUC CHAT CUA MAY HEIDOLPH SYNTHESIS 1
Người hướng dẫn khoahọec : €CN.CHUNG THANH NAM
Trang 2MO DAU
Phức chất và các hợp chất vô cơ càng ngày cảng có nhiều ứng dụng trong thực tế Việc tổng hợp chúng càng có yêu cầu cao hơn trong thao tác tổng hợp Những thí nghiệm tổng hợp các chất vô cơ nói chung và phức chất nói riêng được
tiến hành trong phòng thí nghiệm, phải được thực hiện nhiều lần, ở những điều
kiện khác nhau đề có thê tìm được điều kiện tối ưu
Với mong muốn tìm hiểu thêm về hóa học thực nghiệm nói chung, và hóa
học nghiên cứu các phức chất nói riêng, tôi đã chọn dé “Khao sat kha năng tong hợp hợp chất vô cơ và phức chất cia may heidolph synthesis 1” nay vai mục
đích:
Tìm hiểu cách vận hanh may heidolph synthesis 1 va làm nỗi bật tính tiện lợi
của nó trong nghiên cứu và tổng hợp một số hợp chất vô cơ
e Tìm điều kiện tối ưu để tổng hợp phức đồng với axit glycolic
e Từ phức chất tổng hợp được, nghiên cứu cấu trúc, xác định công thức phân tử, dự đốn cơng thức cấu tạo, đồng thời so sánh với kết quả tổng hợp không làm bằng máy của các tác giả khác
Trang 3
DOA secs cS Aaa iene |
TONG CIA i sis pxcissoeusinacquiasanscaasseiceahanetntadceniaaanenesves haaesieaeeehicone caries 4
LB — GIỚI THIỆU MAY 2 occcccccscssscssssssssssssssssssssnssesscssnnnsessessepsanuesseansunseessessuusessnessanuesarnssnsnnnmensensenseeeeneenseeses 5
MT, CML 6
1.1.2 Ưu nhược điểm của máy: et a 00220600 xGaLic402¿aiag i
I.I.3 Những ứng dụng đã dune thyc ign trén may: -.-cscceccscssssssesseecsescesensunsenessesenessesensnssnnuseeseeseescessesee 12 1.2, CAC PHUONG PHÁP TÔNG HỢP VÕ CƠ 0201 .sisLAeissisekie 13 1.2.1 Cac phuong phap téng hop cac chat v6 co thong thummg cscscssoerssrvsseesseererrsnneeescnneeeseneeseenenseesees 13
1.2.2 Cée phuong phap tng hop phiitc Chat sscsscsscssccssssssssssscsessscsvncosevsceseessessevecevuvessvecessnseetsnesenseveseenssee 20
L3, ‘TONGQUAN CAC HOP GHAT VO CŨ và co00(0 62006202028 22
1.3.1 Kali trioxalatoferate Fe /dyauwuxatwqixeaesdyedu 22
TY DI tuuanaeeiidaaaieaiiinsskeseakiyookii6iiidbsdesbassirassseesnssatdedkeeaiaiseoaaaaaaeukkesdoo 22
HS PM HA RE 2202 icicle eS es 23
1.3.4 Axit glycolic táui6gipid0/2a54440si4e5AY6463012702/664140262% 24
FE: THỰOGNGHIỆM TÔNG HỘ iieieiiiiieiiieeieeasiaekaeesese 27
Trang 4II.2.2 Kết quả và biện Ludi oc ccc cccesseeeeuseseuecerenesueeeneeserseerseeeeeseeesaeerseeeaeeeerseeeseessees 53
11.3 TONG HOP LUONG LON PHUC DONG GLYCOLAT - c5 2S xnxx 53 3-1 at oak pits CCN THÔN ogccccociiceiinccGiiccdeG toc 46744600250080114661600016/202600800 216 53
II,3.2 Xác định công thức, dự đoán cấu trúc của phức dng glycolat cà cà 60
Trang 5PHAN I
Trang 6| GIG! THIEU MAY SYNTHESIS 1
L.1 Giới thiệu máy :
Heidolph synthesis | la dong máy sản phẩm dùng để áp ứng nhu câu
ngày cảng phát triển trong tông hợp hóa chất và dược phâm Heidolph syn-
thesis 1 la san pham có xuất xứ từ nước Đức do hãng Heidolph sản xuất Đây là một công ty chuyên sản xuất các máy móc phục vụ cho các hoạt động
nghiên cứu của hóa học Và synthesis 1 là một dòng máy gồm 3 hệ thống
đành cho
© Tổng hợp pha rắn (Parallel solid phase synthesis)
Hình 1: Parallel solid phase synthesis
e© Tống hợp pha lỏng (Parallel liquid phase synthesis)
Hình 2: Parallel liquid phase synthesis
Trang 7« (C6 diac (Multiple evaporator)
Hinh 3: Multiple evaporator
Hiện nay khoa Hóa chi mới có máy tông hợp dành cho pha lỏng (Parallel liq-
uid phase synthesis) do đó tôi tiền hành khảo sát trên máy nảy 1.1.1 Cau tao may
a Ong phan img
» Vaeh ngăn: các ống nghiệm được chụp lại bởi một vách ngăn Vách
ngăn này cho phép sự phun của chất lỏng và những vật chất khác, qua một ông dẫn khí trong suốt quá trình hoạt động của máy Các vách ngăn
này được làm từ silicon, đặc biệt bên trong làm từ những lá PTFE dé dé
đảng làm sạch
= Van quay: có hai vị trí đóng mở van.Vị trí mở van: tay cằm cùng hướng
với ông dẫn khí, ngược lại ở vị trí đóng van, quay một góc 90” so với vị
trí mở
Trường hợp van này đóng các khí sinh ra trong quá trình tông hợp bay
lên bị chặn và ngưng tụ Vì vậy, khi ta đóng van, ta có một hệ thống như một thiết bị hồi lưu
Trang 8, Vách ngăn tw Van quay Nip ống nghiệm Pe)
Hinh 4: phần trên của ống phản ứng
Ong dẫn khí : dẫn lượng khí thoát ra trong quá trình phản ứng ra ngoải Trong máy cỏ hai loại ống dẫn khi:
(1)
Loại thứ 1: ống bảng nhựa dẻo, màu trắng, dài khoảng 5-7em, được bảo
vệ bên ngoài là nhưng vòng xoắn của lò xo Với cấu tạo như vậy, ông phan ứng không bị gãy hay bị biến dạng khi ta làm việc trên máy Các ông này có tác dụng dẫn khí từ mỗi ống nghiệm đến một khoảng đây rồi
sau đó theo ông dẫn thứ hai ra ngoài
Loại thứ 2: là một ống nhựa màu trăng, dày, dài khoảng 1m,đường kính
trong khoảng từ 0,5-1em Ông dẫn khí này có khá nhiều chức năng, ở đầu
Trang 9- Ong nghiem phan wng: la nơi chứa các dung dịch khi phản ứng, các ông
nghiệm này là những ống thủy tỉnh khá dày, khả năng chịu nhiệt tốt, đầu ông nghiệm có những đường để vặn khớp với nắp Hình 6: Ông phản ứng Khả năng chứa chất lỏng trong các ống phản ứng Thứ tự P/N Toàn bộ khả năng Khả năng chứa tôi chứa thiểu Hệl2ông 552-25030-00 50m! 25ml Hệ l6ông | 552-22530-00 25ml 12ml Hé246ng ' 552-21030-00 10m! Sml
Vùng nhiệt và vùng đông đặc: khi máy phản ứng xong, khi tiếp xúc với
Trang 10Khi lắp ông phản ứng vào ta lại làm tương tự như khi thảo ra nhưng theo
chiều ngược lại
Đề tạo độ vừa và độ chặt chẽ mỗi khi ta lắp ráp các bô phận với nhau người
ta dùng vật liệu silicon đề chế tạo những bộ phận nồi
- Có 4 vùng nhiệt : mỗi vùng gồm 3 ống phản ứng mỗi ống được
đặt trong một giá đỡ đông thời cũng là nơi cung cấp nhiệt Ở đây các ông nghiệm không được nối trực tiếp với nguôn cung cấp nhiệt mà được cung cấp qua các giá đỡ này Với câu tạo như thế khi hoạt động lượng nhiệt tỏa ra xung quanh khả ¡t, không làm nóng máy và các bộ phận khác
- Phan dưới của máy là một bệ là một nam
châm lớn, có tác dụng chủ yếu trong sự
Trang 11Gém các nút điêu chỉnh sau:
ON/OF với công tắc cung cấp nguồn điện *ON" (đèn báo hiệu sáng đèn màu xanh) cho biết trạng thái máy đã khởi động,
người sử dụng máy chuẩn bị nhập các thông số kĩ thuật cho
máy hoạt động
SET RAMP: là nút dùng dé thiết lập một hay nhiều nhiệt độ
khác nhau cho mỗi vùng
Dùng các nút điều chỉnh qua-lại để chọn vùng ta cân chỉnh
RAMP ACTICE là nút kích hoạt sau khi đã cải nhiệt độ
VALUE/SPEED (thiết lập/ sữa chữa các thông số):Nút các giá
trị “tốc độ quay thiết lập/sửa chữa trong giới hạn “ACT”, sự
khuấy được thay đổi, “SET" sửa chữa giới hạn mức tiêu chuẩn với nút mũi tên Nếu muốn tăng các giá trị về tốc độ quay hay
nhiệt độ thì ta quay nút này theo chiều kim đồng hồ, hoặc muốn giảm thì ta quay theo chiều ngược lại, khi đó máy sẽ tự lưu và hoạt động cập
nhật theo giá trị ta vừa mới cài đặt Các giá trị sẽ được lưu tự động
INDENTIC: là nút cài đặt sự đồng nhất vẻ nhiệt độ của cả 4 vùng hoạt động VD: khi ta cài đặt một giá thị bất kỳ cho vùng
! thì sau khi nhắn vào nút indentic, thì giá trị đó sẽ được truyền
đến các vùng còn lại
Sau khi đã cải đặt xong, đề máy hoạt động theo nhiệt độ đã cài thì ta nhân vào nút STAR/STOP Khi đèn sáng tức máy đang tiền hành gia nhiệt, đèn ở gân chữ "“heater” sáng Khi
10
Trang 12muốn không gia nhiệt nữa ta nhắn vào nút này cho đến khi đèn báo hiệu tắt đi
- — Tương tự, ta nhân vào nút STAR/STOP bên cạnh chữ Speed để bắt dầu lắc cả khối phản ứng, đèn xanh sáng khi máy đang
tiền hành rung đều theo sự cài dat ban dau
1.1.2 Ưu nhược diém của máy:
a Ưu điểm:
- Mỗi bộ phận được thiết kế rất tỉnh xảo phù hợp với nhiệm vụ của nó,
cụ thể, ống phản ứng được làm từ thủy tinh có khả năng chịu nhiệt, nắp ống
phản ứng vừa khít tránh được trường hợp chất lỏng sánh ra ngoài trong quá trình hoạt động
- Số lượng ống phản ứng nhiều 12 ống, giúp cho người thực hiện công
việc nghiên cứu hay tổng hợp có thẻ tiến hành khảo sát cùng một lúc 12 thí
nghiệm, giúp tiết kiệm khá nhiều thời gian Mặc khác, khi tổng hợp lượng
lớn, ta có thể chia đều ra 12 ống với các tỉ lệ giỗng nhau cùng thực hiện trong một khoảng thời gian và điều kiện nhiệt độ và phương thức làm giống nhau dẫn tới hiệu suất thu được tương đương nhau Ở điểm này, bộ tổng hợp thé hiện rất tốt trong các quá trình tổng hợp phức chất
- Trong quá trình hoạt động có sự gia nhiệt, hoặc giảm nhiệt lượng nhiệt không tỏa ra xung quanh, máy không bị nóng Không ảnh hưởng nhiều đến môi trường làm việc
- Lượng khí trong quá trình tông hợp được dẫn ra ngoài bằng ống dẫn ta
có thẻ thu lại được (đối với những khí cần thiết) hoặc có thể dẫn vào trong
các dung dịch để hạn chế những khí độc hại thốt ra ngồi
Với khả năng điều chỉnh và kiểm soát được nhiệt độ, thì những phản
Trang 13- Với bộ tổng hợp này, chúng ta có thể điều chỉnh tốc đô quay từ 10-
1000 rpm lên đến cực đại giúp cho sự pha trộn mẫu được thực hiện nhanh chóng và khá ôn định trong suốt quá trình ta làm việc trên máy
- Trong lúc làm việc, tuy có sự rung mạnh, tuy nhiên không có tiếng
động phát ra
- Mức độ an toàn cao, toản bộ hệ thống phản ứng được bảo vệ bởi một
nắp bằng nhựa trong suốt
b Nhược điểm:
- Máy hoạt động liên tục, do vậy đối với những thí nghiệm cần cho từ
từ các chất vào thì phải dừng máy, mở nắp ống phản ứng cho chất cần cho vào rồi phải lắp chặt dụng cụ như ban đầu rồi mới cho máy tiếp tục hoạt
động
- Thể tích dung dịch còn bị hạn chế, tối đa mỗi ống phản ứng chỉ
khoảng 50ml
1.1.3 Những ứng dụng đã được thực hiện trên máy:
Với nhiều tính năng quan trọng như vậy, bộ tổng hợp đã được đưa vào sử dụng nhiều trong tổng hợp phức và tối ưu hóa các phản ứng và đặc biệt là dùng
trong y học
Trong những năm gần đây, các giáo sư và tiến sĩ hàng đầu trên thế giới như Dr Stefan Lobe và prof Peter Gmeiner đã sử dụng bộ tổng hợp Heidolph synthe-
sis 1 nói chung và liquid phase synthesis nói riêng để phục vụ cho các đề tài
nghiên cứu của mình Đó là những đề tài về nghiên cứu thuốc và hóa thực phẩm của Endangen FAV
Để nghiên cứu rõ hơn những tính năng của máy, tôi đã tiễn hành tổng hợp
Trang 141.2 CAC PHUONG PHAP TONG HOP VO CO
I.2.1 Các phương pháp tổng hợp các chất vô cơ thông thường
Thông thường, các hợp chất vô cơ muốn thu được sản phẩm tỉnh khiết ta
phải làm theo những nguyên tắc sau:
1 Làm khô các chất
a Lam khé chat khi
- Khi làm khô chất khí cần xác định mục đích làm khô khi để làm gì, trước hết
là xem xét khả năng của hơi nước (lẫn trong khí) có tác dụng với tác chất có mặt
trong phản ứng không
VD: để điều chế kim loại bằng cách cho tác dụng với nitơ hoặc ammoniac với
kim loại tương ứng Các kim loại như Mg, Ca, Ti c6 ái lực mạnh với oxi, vì vậy
Trang 15Các chất làm khô thường được đựng trong các cột hoặc trong các bình rửa
Nếu chất làm khô ở dang bét (P20s, MgO ) thi người ta trộn chúng với các mảnh
sử hoặc mảnh thủy tỉnh vụn để các khí đi qua dễ dàng
Các chất làm khô ở dạng lỏng, được đựng trong các bình rửa Nhìn vào số
bọt sủi lên, có biết được tốc độ khí đi qua bình
Khi dùng chất làm khô ở dang long can chú ý rằng thời gian tiếp xúc giữa các khí cản làm khô không nhiều Vì vậy hiệu quả làm khô kém hơn và độ âm còn lại bao giờ cũng lớn hơn các dữ kiện trong bảng vừa nêu
Nên dùng các cột hình chữ U để cho chất lỏng làm khô không rơi vào ống
dẫn khí
Trong phòng thí nghiệm, người ta dùng hệ thống làm khô gồm dụng cụ đếm bọt và 2-3 cột làm khô bằng ống thủy tỉnh được kẹp trên một giá đỡ
- Cần chú ý tới khả năng tương tác giữa chất khí làm khô và chất làm khô hoặc tạp chất có lẫn trong chất làm khô
Trang 17(0) có thể sử dụng cho một số trường hợp hạn chế khi dấu vết của chất bản lẫn
trong chất làm khô không ảnh hưởng đến việc sử dụng khí sau này
Mẹ hoặc Ca được dùng ở 550°C-600°C dưới dạng vỏ bào Mẹ được cho vào ông
sứ, đun nóng lên rồi cho Hạ đi qua Hơi nước tác dụng với Mg tạo ra MgO và Hạ
Phương pháp làm khô H; vừa nêu là có hiệu quả nhất trên thực tế không còn tổn tại hơi nước trong Hạ
Đối với nhiêu thí nghiệm, không cần làm khô các khí, chỉ cần làm khô trong trường hợp hơi nước có tác dụng với các chất đầu hay khi hằng số cân bằng của phản ứng có giá trị không lớn
Chang hạn muốn khử titan oxit bằng H;
2TIO¿ạ+ Hy ZeTi : + HạO
Hằng số cân bằng của phản ứng này không lớn, cho nên, khi có hơi nước lẫn trong H; thực tế phản ứng không tiến hành được, nên trong trường hợp này, ta phải làm khô H; trước khi tiến hành phản ứng
Khi clo hóa các kim loại có ái lực lớn đối với oxi, nếu dùng Cl; có lẫn hơi
nước thì kim loại sẽ bị phủ một lớp oxit làm chậm quá trình clo hóa
b Làm khô các chất rắn
Làm khô các chất rắn không hút âm hoặc các chất kết tính không ngậm
nước không phải là việc khó , nhất là khi các chất đó lại bền đối với nhiệt
Trang 18Trong trường hợp trên, nên tiến hành làm khô theo phương pháp nào thuận lợi nhất, phù hợp với điều kiện phòng thí nghiệm hiện có: trong không khí, trong tủ
sây chân không, trong bình làm khô
Khi nhiệt độ tăng, thì quá trình làm khô cũng tăng Vì vậy phương pháp làm
khô đơn giản nhất là sấy trong tủ sấy điện ở nhiệt độ 60-100°C Chất cần làm khô
được làm dàn thành lớp mỏng trên mặt kính đồng hồ hay trong chén sứ
Việc làm khô các tỉnh thể hidrat (tỉnh thể ngậm nước) có khó hơn Thoạt đầu
sự bay hơi những giọt nước lỏng, tương tự như sự bay hơi trên bề mặt dung dịch
Sau đó, cân bằng được thiết lập giữa pha rắn và pha khí Các tỉnh thể hidrat tôn tại ở áp suất xác định của hơi nước
Đối với mỗi tỉnh thể hidrat, có khu vực tồn tại bởi áp suất hơi nước trong
không khí ở môi trường xung quanh và áp suất hơi bão hòa do tỉnh thể hidrat tạora
Trên thực tế, mức độ khô của các tỉnh thẻ hidrat, có thể quan sát bằng mắt thường Các kết tủa còn lại chứa một lượng nhỏ hơi ẩm dính vào đũa thủy tính
Các chất khơ hồn tồn khơng dính vào đũa thủy tỉnh
Tuy nhiên có nhiều chất bị chảy rữa trong không khí ẩm Vì vậy, ở độ 4m
cao, việc làm khô trong không khí ở nhiệt độ phòng kém hiệu quả Trong trường hợp này, ta làm khô các muối không ngậm nước trong tủ sấy điện (nhiệt độ sấy
bao giờ cũng nhỏ hơn nhiệt phân hủy của các tỉnh thẻ)
Làm khô trong bình hút ẩm với các chất làm khô như ở bảng trên Bất kỳ
chat nảo cũng có thê được làm khô theo cách này Tuy nhiên cần chú ý rằng, nhiều
tinh thể hidrat để tác dụng lâu với chất làm khô sẽ mắt dân nước kết tỉnh Khi đó
dạng tỉnh thê sẽ bị phá hủy
Trang 19Quá trình làm khô các chất theo cách trên diễn ra khá chậm Nếu đặt trong
chân không, quá trình làm khô sẽ tăng lên đáng kẻ Vì vậy, người ta thường dùng
bình sấy chân không Trong bình hút ẩm, chất làm khô được đặt ở dưới đáy Sau đó, đặt chất làm khô và thực hiện chân không Trong chân không,sự khuếch tán hơi
nước ra khỏi chất làm khô diễn ra nhanh hơn
c — Kết tinh, kết tinh lại và rửa kết tủa
Muốn tách các chất ra khỏi dung dịch, người ta cho bay hơi dung dịch rồi để nguội Cũng như gây kết tủa bằng những chất có khả năng làm giảm độ tan của
chất cần tách ra
Nếu chất cần tách không chứa kết tỉnh, thì việc sử dụng phương pháp trên là
không phức tạp Người ta cho bay hơi dung dịch trên bình cách thủy hay trên lưới
amiăng cho đến khi xuất hiện tỉnh thể, sau đó làm nguội và lọc tách các tinh thé Nếu cần tách các tinh thể có chứa nước kết tỉnh thì cần biết rõ khoảng nhiệt
độ cho kết tinh, độ bền của tỉnh thể, sự mắt nước kết tinh khi đun nóng
VD: natricacbonat có các tỉnh thể hidrat sau:
Na;CO:.H;O, Na;CO;.7H;O, Na;CO;.I0H;O
Nếu cho bay hơi dung dịch xooda bằng cách đun sôi dung dịch, tới khi trên
bề mặt dung dịch có váng, rồi làm lạnh thì chủ yếu sẽ tách ra các tỉnh thể ngậm
một phân tử nước Nếu nhiệt độ cao hơn thì tỉnh thể ngậm nước một phân tử sẽ
chuyển về dạng muối khan Dưới 32°C, có thể tồn tại tỉnh thể ngậm 7 phân tử nước Vì vậy muốn thu được tỉnh thể ngậm 7 phân tử nước cần cho bay hơi dung
Trang 20Muốn làm giảm độ tan của các chất trong nước có thể dùng nhẻu phương pháp, trong đó đơn giản nhất là phương pháp kết tỉnh trong rượu
d Lọc chân không
Muốn lọc các tỉnh thể rất nhỏ và vô định hình như hidroxit của crom, sat, ni-
ken, coban .hoặc khi phải lọc nhanh, cần tiến hành lọc chân không
Thực chất, lọc chân không là tạo ra áp suất thấp trong bình lọc Sự chênh
lệch giữa áp suất khí quyền với áp suất trong bình lọc càng lớn, việc lọc càng
nhanh Để tạo áp suất thấp, người ta dùng bơm chân không hay bơm tỉa nước
Đề lọc chân không, người ta dùng phéu str busne lắp với bình busen, giữa bình Bunsn và bơm chân không có lắp một bình bảo hiểm
e Lọc nóng
Muốn lọc các dung dịch nóng và trong khi lọc phải giữ nguyên độ nóng, cân
dùng phếu lọc nóng, phếu này có hai lớp, khoảng giữa 2 thành phễu được dẫn nước
nóng hoặc hơi nước để giữ néng phéu
2 Rửa kết tủa
Thường dùng hai cách: rửa gạn và rửa trén phéu loc
- Riva gan là quá trình rửa kết tủa bằng cách gạn chất lỏng ra khỏi kết tủa
Người ta thêm chất lỏng để rửa vào trong cốc, dùng đũa thủy tỉnh khuấy trộn đều, rót toàn bộ chất lỏng và kết tủa lên phếu lọc, thêm chất rửa và lặp lại
nhiều lần
- — Rửa kết tủa trên phễu lọc bằng cách thêm nước cho đến khi ngập kết tủa,
sau khi nước chảy hết ta lại tiếp tục thêm nước, lặp lại nhiều lần Để hạn chế sự hòa tan kết tủa, cần rửa với lượng chất rửa ít nhất có thẻ được
i9 oe ——
[ THU VIEN
| Trang ĐÐa:-HQ(f Su-Pram
Trang 21- Thường người ta dùng nước nóng hoặc nước lạnh đẻ rửa Đôi khi dùng các dung dịch axit, kiểm loãng hoặc các dung môi hữu cơ Việc chọn chất rửa
tùy thuộc vào độ tan của kết tủa trong từng loại dung môi Nếu độ tan của
chat kết tủa ít thay đổi với nhiệt độ thì dùng nước nóng để rửa, những chất bị
thủy phân thì dùng axit hay bazo loãng, nguội, những kết tủa dễ tan trong nước thì dùng nước đá hay các dung môi hữu cơ
1.2.2 Cac phương pháp tông hợp phức chất
Đối với các phức chất của ion kim loại và phối tử là axit hữu cơ, nhìn chung
có thể tổng hợp theo các cách sau:
1, Phương pháp hidroxit hóa
Cho muối tan chứa ion kim loại cần nghiên cứu tác dụng với dd NH; hay dd
NaOH để chuyển toàn bộ kim loại trong muối thành kết tủa M(OH), Sau đó rửa
kết tủa với nước cất đến không còn các ion lạ Đem kết tủa sấy khô ở nhiệt độ thích
hợp, thu được M(OH); rắn tỉnh khiết Dùng axit hữu cơ vừa đóng vai trò là phối tử, vừa đóng vai trò là chất phá hủy hidroxit kim loại Cho thêm một chất có tính kiểm để điều chỉnh pH phù hợp, khuấy dung dịch thu được trong thời gian thích hợp rồi cho dung môi vào đẻ tách phức chất ra khỏi dung dịch Quá trình trên có thể được mô tả bằng sơ đồ: NaOH Phối tử MP" M(OH), ——S> Phức chất NH,
Phương pháp trên có ưu điểm là: phức thu được rất tỉnh khiết có thẻ không
Trang 222 Phương pháp cacbonat hóa
Hòa tan muối chứa ion kim loại cần nghiên cứu vào nước, tạo thành dung
dich, cho dd NaHCO; hay Na;CO; vào để chuyên toàn bộ lượng kim loại thành kết
tủa cacbonat bazơ Đem rửa sạch kết tủa bằng nước cất, thử nước rửa bằng hóa chất thích hợp đề kiểm tra độ sạch của kết tủa Khi kết tủa đã sạch cho axit hữu cơ
vào, vừa đóng vai trò phối tử vừa đóng vai trò chất hủy cacbonat bazơ Dùng dung dịch NaOH điều chỉnh pH của dung dịch hỗn hợp Khuấy toàn bộ trong thời gian
thích hợp, cho dung môi đẻ tách phức khỏi dung dịch Sơ đồ mô tả quá trình điều chê như sau: NaHCO số : Phối tử M Muối cacbonat bazơ ——————> 'hứcchất NaạCOy Phương pháp này có ưu điểm tương tự với phương pháp hidroxit hóa 3 Phương pháp khác
Chọn một muối tan có chứa ion kim loại cần khảo sát, hòa tan trong nước
thành dung dịch Mặt khác, cho phối tử là axit hữu cơ tác dụng với dung dịch kiềm
mạnh là NaOH để chuyển từ dạng axit thành dạng muối Sau đó cho 2 dung dịch
này trộn lẫn với nhau và khuấy trong thời gian nhất định Chọn dung môi thích hợp
để tách phức ra mà không tách các muối khác trong dung dịch Quá trình được mô
tả như sau:
Phỏi tử + NaOH A :
M"' „ Phứcchấtthôê _ Kểttnh lại , ức tịnh khiết
Trang 23e Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, dễ thực hiện, nhưng phải tốn nhiều thời gian và dung môi để kết tinh lại
Ngoài ra, đối với một số phức chất khác, còn có các phương pháp đặc thù, phức tạp hơn đề tổng hợp chúng 1.3 Tổng hợp các chất vô cơ: Đề nghiên cứu khả năng ửng dụng của may heidolph synthesis | ching téi tiến hành tông hợp các hợp chất sau: 1 Kali trioxalatoferate 2 Natri thiosunfat 3 Phén nhém kali 1.3.1 KALI TRIOXALATOFERATE
Là một trong những phức của sắt III, dưới tác dụng của ánh sáng, nó biến
thành muối sắt (II) và giải phóng khí CO;
2K:[Fe(C;O,);] —= 2K¿[Fe(C;O¿);] + KạC;O¿ +2CO;†
Tính chất quang hóa học đó được dùng để in, sao chép các bản vẽ Bản vẽ
được vẽ trên giấy bóng mờ gọi là bản scan, bản đặt lên tờ giấy trắng một mặt đã
được tắm hỗn hợp dung dịch của Ks[Fe(C;O,};] và K;[Fe(CN),] rồi chiếu mạnh
Anh sáng đi qua những chỗ không có đường nét vẽ của bản scan gây ra sự khử sắt (II) thành sắt (II) theo phản ứng trên Khi nhúng giấy trăng đã được chiếu sáng
vào nước những chỗ được chiếu sáng trên tờ giấy trở nên có màu xanh chàm của
xanh Tuabun còn những chỗ ứng với đường nét của bản vẽ có màu trắng
1.3.2 NATRI THIOSUNFAT
Trang 24Trọng lượng riêng 1,73, không bị biến đổi ngồi khơng khí Dễ tan trong nước, không tan trong rượu
Cho phản ứng kiểm yếu
Nóng chảy trong nước kết tỉnh ở 48,5°C tạo thành chất lỏng chậm đông khi
để nguội
100°C mat nude
Khi bị nung đỏ natri thiosunfat sẽ bj phan huy thanh Na2S va Na2SO,
Bi axit manh phan huy tach ra S va SO;
Dễ bị oxi hóa bởi các chất oxi hóa mạnh như Cl;,HOCI,KMnO,,Br; biến
thành các muối sunfat hay axit sunfuric
4Cl, + Na2S20; +5H2O— 2NaHSO, +8HCI
Trong công nghiệp, người ta dùng phản ứng này để loại bớt phân tử Clạ còn
sót lại ở trong vải sau khi đã được tẩy trắng
Dung địch NazS;O;có khả năng hòa tan các muối ít tan trong nước như AgCl, AgBr, Agl, Hgl; nhờ tạo ra những phức chất tan được
AgBr + Na;S;O›—+ Na;[ Ag(SzO›};] +NaBr
Vì vậy mà natri thiosunfat là chất chính trong thuốc định hình dùng trong việc tráng phim và in ảnh, nó có tác dụng rửa sạch AgCI, AgBr còn lại trên phim
ảnh và giấy ảnh sau khi đã rửa bằng thuốc hiện hình
1.3.3 PHEN NHOM KALI:
Tinh thể lớn, trong suốt, không mau, hinh 8 mat
D=1,751
Có vị ngọt xít
Ít tan trong nước lạnh Tan tốt trong nước nóng
Không lên hoa ngồi khơng khi
Trang 25- Dễ mất nước kết tỉnh , khi đun đến 120°C ta được bột phèn
1.3.4 AXIT GLYCOLIC
Axit glycolic (axit hidroxiaxetic hay tên được dùng trong tông hợp là axit 2- hidroxietanoie) là một axit AHA (@-hidroxi axit) nhỏ nhất Axit glycolic không màu, không mùi, ở thể rắn, là những tỉnh thể hút ầm Nó tan nhiều trong nước và
một số dung môi hữu cơ khác như rượu, axeton, axit axetic, etylaxetat Khối lượng riêng D=1,27g/cmỶ, nóng chảy ở 75°C
Axit glycolic duge tách ra từ mía, củ cải đường Ngoài ra còn gặp nó trong nho xanh, trái thơm
Axit glycolie đóng một vai trò quan trọng trong ngành da liễu và công nghệ
mỹ phẩm Dựa vào khả năng thâm thấu đặc biệt vào da, nó được sử dụng rộng rãi
trong các sản phẩm chăm sóc da tại nhà và theo hướng dẫn của bác sĩ, nó có thể
làm xóa nếp nhăn, cân bằng pH, cân bằng độ âm cho da
Axit glycolic quan trọng đối với con người, ảnh hưởng đến các chu trình sống của sinh vật do cấu trúc đặc biệt giống với cấu trúc của glyxin, œ —=amino axit nhỏ nhất
Ngoài ra, axit glycolic thường được làm chất phụ gia (nhuộm màu) trong
ngành thuộc da và dệt may, hay được hòa tan vào mực, màu vẽ để làm tăng độ
nhớt của chúng Trong công nghiệp thực phẩm được dùng làm chất tạo mùi và chất
bảo quản
Khi tan trong nước, axit glycolic phan ly như sau:
HO-CH;-COOH + HO-CH2-COO +H` K=10”°)
Do cấu tạo có hai nhóm chức, axit glycolic cho được một số phản ứng sau:
-_ Phản ứng khử: nhóm hidroxi trong axit glycolic bj khử bởi HI cho axit
Trang 26- Axit glycolie được sử dụng là một monome trong quá trình điều chế poliglycolic axit, va PLGA — axit poli (lactic-co-glycolic)
- Phản ứng este hóa: axit glycolic có thể tự este hóa tạo thành dime,
polime, hay este vòng
- Phản ứng oxi hóa: axit glycolie bị oxi hóa bởi các chất oxi hóa mạnh
như KMnO, các halogen
Sản xuất hóa học: axit glycolie thường được lấy từ những nguồn trong tự
nhiên như mía, củ cải đường hiệu quả và rẻ tiền, chỉ qua quá trình tỉnh chế Bên cạnh đó, axit glycolic còn có thê được tổng hợp thông qua phan ứng:
CÌCH;COOH + NaOH —› OH-CH›;-COOH + NaCl
Trang 27PHAN II
IHNHII
Trang 28Il THUC NGHIEM TONG HOP
I1.1 TONG HOP MOT VAI CAC HOP CHAT VÔ CƠ
H.1.1 ˆKali trioxalatoferate (HH K;Fe(C:yO,).3H:O
1 So đồ điều chế
Fe-+Fe(OH);—+FeC;O,.2H;O-—> K;Fe(C;O,);.3H;O
2 Cách tiến hành
Cân 0,7g bột sắt cho vào becher thêm vào đó 15 ml dung dịch H;SO;, 3M
đun nóng nhẹ hỗn hợp cho đến khi sắt tan hết Lọc bỏ phần cặn không tan Thêm
dan dung dịch NaOH 1M vào dịch lọc cho đến khi pH = 4 Thêm vào hỗn hợp
25ml dung dịch H;ạC;O; 1M, đun nóng hỗn hợp cho đến khi sôi, vừa đun vừa
khuấy liên tục Sau đó làm lạnh, các tỉnh thể FeC;O.2H;O (màu vàng) sẽ tách ra
Gan lay két tủa, rửa kết tủa vài lần thật nhanh bằng nước âm
Cho 10ml dung dịch K;C;O; bão hòa vào becher đựng kết tủa FeC;O;.2H;O
(thu được ở trên), đun nóng và giữ nhiệt ở 40°C ( kiểm tra bằng nhiệt kế) và thêm
từ từ 20ml dung dịch HO; 3%, vừa thêm vừa khuấy liên tục Sau khi đã hết H;O2,
đun sôi hỗn hợp, cho từ từ cho đến hết 10ml H;C;O¿ 1M Giữ hỗn hợp gần nhiệt độ
Sôi trong vòng 5 phút
Lọc nóng dung dịch qua phễu lọc thường để loại bỏ kết tủa, thêm vào từ từ I0ml rượu etylic và cô dung dịch đến khi xuất hiện váng tỉnh thể Làm lạnh hỗn
hợp bằng nước đá và dé yên trong vòng | h Loc tinh thé bing phéu loc Busne Lay
tinh thé ra va lam khô bằng cách ép giữa 2 tờ giấy lọc
Với việc tổng hợp K;Fe(C:O,).3H;O đã được thực hiện bằng 2 cách:
Trang 29Cách 2: Thực hiện việc tổng hợp K;Fe(CzO¿).3H;O bằng máy, các kết quả
chỉ ra ở bảng 4
3 Xác định hàm lượng: Xác định bằng phương pháp chuẩn độ oxi hóa- khử
Trang 32Nhan xét:
Trong qua trinh téng hop can cé su dun nhe, nhiét d6 khoang 40-70°C
Cần phải tiến hành lọc để lấy dung dịch sạch sau khi cho Fe phản ứng với
H2SO,
Trong giai doan dau (điều chế FeC;O,.H;ạO), môi trường thuận lợi là môi
trường axit pH=4
Khi cho axit H;SO¿, nên cho cho từ từ và cho đến khi xuất hiện kết tủa xanh dé Fe(OH); kết tủa hoàn toàn, để thu được hiệu suất cao hơn
Muốn thu được tinh thể, khi bắt đầu có kết tủa thì ta cho nước vào hòa tan
roi đem cô cạn, sau đó làm lạnh Dung môi kết tỉnh là rượu
Làm khô tỉnh thể bằng cách ép giữa 2 tờ giấy lọc, tránh làm khô bảng cách
sấy tỉnh thể ở nhiệt độ quá cao làm cho tỉnh thể dễ bị phân hủy
Khi tiến hành tổng hợp theo những cách làm thông thường không sử dụng
máy Heidolph synthesis 1 theo tài liệu [8] sản phẩm sinh ra có đôi khi
không tỉnh khiết, và hiệu suất thực hiện khá thấp (8,6%) Tuy nhiên với thí nghiệm này, các thao tác trong khi tiên hành thí nghiệm riêng lẻ có phần
thuận lợi hơn ở khâu cho từ từ HạO; Nhưng ở các khâu khác như vừa đun
nóng đến sôi vừa khuấy liên tục hay giữ nhiệt ở 40°C thì theo cách thông
thường hiệu usất va chạm không cao
Với những thí nghiệm được thực hiện trên máy Heidolph synthesis 1, hiệu
suất có cao hơn so với cách làm không sử dụng máy, với ưu thế vừa gia
nhiệt vừa lắc, máy giúp cho các phản ứng xảy ra hoàn toản hơn Tuy nhiên,
trong cách tiến hành thí nghiệm tổng hợp có gặp 1 chút trở ngại, vì cần phải
Trang 33dừng cả hệ thông máy lại để cho từ từ H;ạO; Vì vậy mà số lượng thí nghiệm
được tiễn hành làm trên máy chưa nhiều
- Do đây là thí nghiệm được thực hiện đầu tiên với máy tổng hợp Heidolph synthesis ! nên chưa khai thác được hết 12 ống phản ứng cho 12 thí nghiệm
11.1.2 Natri thiosunfat Na;S:Oy
I Phương trình điều chế:
S + Na;SO;—+ Na;S:O› 2 Cách tiến hành
Cân 1,2001g S và 4,1435g Na;SO:
Cho 4,1435g Na;SO; vào bình cầu đáy tròn, thêm từ một lượng nước đề tạo thành dung dịch bão hòa Lắc cho đến khi tan hết rồi cho lưu huỳnh (S) đã tâm rượu vào Tiếp tục thêm khoảng 5ml rượu 96° Đậy nút có lắp sinh hàn hỏi lưu, đun nhẹ bình cầu trên bếp điện, vừa đun vừa lắc cho đến phản ứng kết thúc
Lọc bỏ phân S còn dư và hứng phần dung dịch cho vào becher Cô cách thủy dung dịch cho đến khi xuất hiện váng tỉnh thể Để nguội và làm lạnh bằng nước đá Lọc hút tinh thé bang phéu loc Busne, làm khô bằng cách ép giữa 2 tờ giấy lọc Với việc tông hợp Na;S;O; đã được thực hiện bằng 2 cách:
Cách 1: thực hiện việc tổng hợp Na;§;O; theo cách làm cô điển (không sử
dụng máy Heidolph synthesis 1), các kết quả chỉ ra ở bảng 5
Cách 2: Thực hiện việc tổng hợp Na;S;O; bằng máy, các kết quả chỉ ra ở
bảng 6
3 Xác định hàm lượng
Hút chính xác I0ml dung dịch K;Cr;O; 0,02N cho vào erlen, sau đó thêm vào lần lượt các dung dịch: 4ml dung dịch HCI 2N 2ml dung dịch Na2CO3 0,1M,
Trang 34khoảng 20ml nước cất, khoảng 6ml dung dich KI 10% Sau mỗi lần thêm dung
dịch mới, phải lắc nhẹ và đều dung dịch cần chuẩn độ Đậy kin bằng mặt kính
đồng hô, sau đó để vào chỗ tối khoảng 13-15 phút
Chuẩn độ dung dịch thu được bằng dung dịch NasSạOh cho tới khi dung dịch
Trang 37Nhan xét va so sanh
Đây là một phản ứng khó điều chế, vì nếu cho hàm lượng S hoi thiéu
hoặc Na;SO; hơi dư thì không thu được sản phẩm như mong muốn
Với thiết bị sinh hồi lưu, chúng ta chỉ có thể thực hiện được một phản
ứng cho một dụng cụ Vì vậy,việc tìm các điều kiện tôi ưu vẻ nhiệt độ, về
thời gian phản ứng và tỉ lệ các chất tham gia để thu được sản phẩm với hiệu suất cao sản phẩm đồng nhất, chúng ta phải mất một thời gian khá
dài
Khi thực hiện phản ứng S§ phải tâm rượu trước khi cho vào trong dung dịch Na;SO; đề có thể tan hồn tồn Nếu khơng S sẽ nổi trên bẻ mặt chất
lỏng và như vậy thì sau phản ứng lượng S dư khá nhiều, làm ảnh hưởng đến hiệu suất của phản ứng
Trong quá trình hồi lưu, cần phải lắc liên tục
Để xác định phản ứng xảy ra hoàn toàn hay chưa, ta dùng giấy quỳ để thử Phản ứng kết thúc khi môi trường trở nên trung tính
Khi thực hiện phản ứng, đối với thí nghiệm này cần phải thật thận trọng
trong cách thực hiện cũng như hàm lượng, độ tỉnh khiết và tỉ lệ của các
chất tham gia thì mới thu được tỉnh thé Luc két tinh lại, ta nên đun cách
thủy ở nhiệt độ dưới 100°C, vì nêu nhiệt độ cao quá sản phẩm sinh ra sẽ bị biển chat và tinh thé thu được không đẹp, khó tách
Với thí nghiệm tổng hợp Na;S¿O; , ưu điểm của máy heidoph synthesis l được thê hiện rõ ràng Thí nghiệm đã tiến hành thực hiện nhiều lần bằng cách làm thông thường, trong đó có những lần thực hiện mà không thu
được sản phẩm, tuy nhiên khi thực hiện bằng máy, cài đặt chế độ hoạt
Trang 38động cho may nằm trong khoảng nhiệt độ bảo đảm cho san phẩm không
bị biến chất, đã thu được những kết quả có khả quan hơn Thực hiện được
12 thí nghiệm trong thời gian phản ứng tôi đa là 3h, và hiệu suất thu được từ 43% đến 81,12% và sản phẩm thu được đẹp hơn so với khi thực hiện không sử dụng máy
- Như vậy, việc dùng máy tông hợp heidolph synthesis 1 đã tiết kiệm được nhiều thời gian để tổng hợp và tìm ra được điều kiện tối ưu cho tổng hợp natrithiosunfat Đó là thí nghiệm số 17, bang 6 Tỉ lệ Thời gian Tốc đô Nhiệt độ | Hiệu suất an ¢ khua Na,SO,:s | Phản ứng y 1:1,5 3h 450 min 150°C 81,1746% 11.1.3 Diéu ché phèn nhôm kali từ quặng bauxit a Sơ đồ điều chế Quang bauxit—>kalialuminat—KAI(SO,)).12H20 b Cách tiến hành
Giai đoạn 1: Hòa tách quặng Bauxit
Cân 5g quặng bauxite cho vào bình câu đáy tròn, 5g KOH cho vào becher, thêm 15ml nước để được dung dịch KOH 25%, Rót dung KOH vào bình cầu (có
quặng bauxit) Đậy nút có lắp ông sinh hàn hồi lưu Kẹp bình cầu lên giá, đun trên bếp điện, sau khi phản ứng kết thúc, để nguội bớt bình cầu và tiến hành lọc nóng dung dịch trên phễu lọc thường, tráng bình cầu với khoảng 1 5ml nước cắt
Giai đoạn 2: Trung hòa
Trang 39Ngâm becher đựng dung dịch kalialuminat mới thu được ở trên vào một thau
nước lạnh Nhỏ từ từ dung dịch H;SO, vào becher và khuấy đêu, khi đó kết tủa tan
ngay lập tức Khi dung dịch trong becher có pH=l mà vẫn còn một lượng kết tủa
chưa tan hết thì đặt becher lên bếp điện vừa đun vừa khuấy cho đến khi kết tủa tan
hoàn toàn Nếu kết tủa vẫn không tan thi lọc nóng dung dịch
Giai đoạn 3: Kết tỉnh KAI(SO,);.12H;0
Dung dịch sau khi trung hòa được cô trên bếp điện Trong lúc đun cần khuấy
liên tục để tránh dung dịch sôi bùng lên Khi dung dịch trong becher còn khoảng
25ml thì ngừng đun, làm nguội từ từ tính thể phèn sẽ kết tỉnh Lọc bằng phếu lọc Busne, làm khô tỉnh thể ngồi khơng khí
Với việc tông hợp Na;S;O; đã được thực hiện bằng 2 cách:
Cách |: thực hiện việc tổng hợp phèn nhôm kali theo cách làm cô điển
(không sử dụng máy Heidolph synthesis 1), các kết quả chỉ ra ở bảng 7
Cách 2: Thực hiện việc tổng hợp Na;S;O› bằng máy, các kết quả chỉ ra ở bảng 8
c Xác định hàm lượng nhôm trong phèn: được thực hiện bằng máy
PERKIN ELMER LAMBDA25 UVVIS SPECTRUM của phòng thí nghiệm Hóa
lý- khoa Hóa trường ĐH sư phạm thành phố Hồ Chí Minh
- Chuẩn bị dung dịch AICl; 1M và pha thành các dung dịch chuẩn có nông độ
0,1M; 0,05M; 0,025M (dung dịch gốc và dung dịch chuẩn đều được pha
trong bình định mức 100ml)
- Cân 0,5g sản phẩm vừa điều chế cho vào bình định mức 100ml, thêm nước
cat cho đến vạch Dùng pipet hút 10ml dung dịch chuẩn cho vào ống nghiệm lớn
Trang 40Dùng pH-met đo giá trị pH của dung dịch chuẩn 1(khoảng 3-5,5) Thêm từ
từ tùng giọt dung dịch NH; 0.1M, mỗi lân thêm dung dịch phải khuấy đều và
đo pH đến khi pH đạt được giá trị 7,1-7,3 Nếu pH vượt giá trị mong muốn có thể hiệu chỉnh bằng cách thêm vào dung dịch amoni axetat Lặp lại cho các dung dịch khác
Đặt các ống nghiệm vào becher 400ml có chứa nước, đun nóng đến 80°C-
90°C thêm vào mỗi ống nghiệm 6 giọt chỉ thị aluminon, giữ nhiệt độ trong