Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật hóa học: Sử dụng chất lỏng Ion trích ly Piperine trong hạt tiêu đen (Piper Nigrum)

TÊN ĐỀ TÀI:“SỬ DỤNG CHẤT LỎNG ION TRÍCH LY PIPERINE TỪ HẠT TIÊU ĐEN PIPER NIGRUM” NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tổng hợp chất lỏng ion họ imdazolium với các anion Cl-; BF4-; PF6-.. iii TÓM

TỔNG QUAN

Đặt vấn đề

Chiết xuất hợp chất từ thiên nhiên là quá trình quan trọng trong hóa dược, cung cấp nguồn dược liệu và dược phẩm Hiện nay, nhiều dược phẩm và thực phẩm chức năng có nguồn gốc tự nhiên, chủ yếu từ thực vật, vi khuẩn, nấm, mốc, Phương pháp phổ biến trong chiết xuất là chiết bằng dung môi, tuy dễ thực hiện nhưng gây hại cho môi trường Do đó, việc chọn dung môi trích ly phù hợp để phân lập và tinh chế hợp chất tự nhiên đóng vai trò quan trọng.

Chất lỏng ion sở hữu đặc tính không bay hơi, chịu nhiệt tốt, phổ hòa tan rộng Tính chất ion giúp chất lỏng ion phản ứng nhanh, nhất là khi có tác động của vi sóng hoặc sóng siêu âm Ngoài ra, chất lỏng ion có thể bảo quản lâu mà không bị phân hủy, có khả năng thu hồi và tái sử dụng, thân thiện với môi trường Vì thế, nghiên cứu "Ứng dụng chất lỏng ion để chiết xuất piperine từ hạt tiêu đen" là một hướng nghiên cứu tiềm năng.

Chất lỏng ion

1.2.1 Lịch sử phát triển chất lỏng ion

Mặc dù Osteryoung, Wilkes, Hussey, và Seddon là những người tiên phong trong lĩnh vực ILs, nhưng báo cáo đầu tiên vềphản ứng và tính chất vật lý của ethylammonium nitrate ([C2H5NH3] NO3 được công bố bởi Welton vào năm 1914[2]

ILs dựa trên AlCl 3 có thể được coi là thế hệ đầu tiên của ILs, nhưng bị hạn chế sử

2 dụng do tính chất hút ẩm Tuy nhiên, thế hệ thứ hai của ILs ổn định trong môi trường ẩm đã được tổng hợp và thu hút sự chú ý trong việc sử dụng ILs trong các lĩnh vực khác nhau Wilkes và Zaworotko[3], đã báo cáo tổng hợp của ILs dialkylimidazolium ổn định trong không khí và nước Họ tiết lộ rằng khi anion trao đổi với nhiều anion ổn định như BF 4 - , PF 6 - , NO 3 - , SO 4 2- hoặc acetate, ILs có thể được chuẩn bị và lưu trữ một cách an toàn trong môi trường khí trơ Liên quan đến sự tổng hợp và ứng dụng của ILs, [BMIM][BF 4 ] và ([BMIM][PF 6 ]) là ILs đầu tiên được sử dụng Sau đó ILs dựa trên các anion kỵ nước hơn như trifluoromethanesulfonate (CF 3 SO 3 - ), bis- (trifluoromethanesulfonyl) imide [Tf2N] - và tris- (trifluoromethanesulfonyl) methide [(CF 3 SO 2 ) 3 C - ] được báo cáo[4] Sự phát triển này đã dẫn đến sự ra đời của ILs hiện đại ngày nay

Tương tự như các muối của acid và base, ILs được tạo thành từ các họ cation và anion riêng biệt, nhưng không giống như muối thường, ILs có xu hướng khó kết tinh do cấu trúc cation cồng kềnh và bất đối xứng của nó Việc kết hợp gần như vô hạn của các cation và anion phù hợp quyết định tính chất của ILs, các anion thường ảnh hưởng đến ổn định và bền môi trường ẩm, các cation chịu trách nhiệm với tính chất nhiệt độ nóng chảy và hòa tan hữu cơ ILs cũng được biết đến như là "dung môi đặc biệt" vì ILs có khả năng thay đổi theo yêu cầu sử dụng Các nhà nghiên cứu có thể tổng hợp một ILs cụ thể bằng cách chọn anion điện tích nhỏ như [Tf 2 N] - , PF 6 - , hoặc PF 4 - và điện tích cation lớn alkylimidazolium, alkylpyridinium, alkylpyrrolidinium, alkylphospho-nium, hoặc alkylmorpholinium Những ILs cụ thể có thể được sử dụng để hòa tan một chất hóa học đặc biệt hoặc để trích ly một chất trong nguyên liệu Mặc dù các cation và anion đặc biệt kết hợp khác nhau của ILs đã được nghiên cứu rộng rãi và cho các ứng dụng tiềm năng của ILs trong nhiều quá trình hóa học và vật lý [5-7].Các cation thường dùng

Hình 1.1 Các cation th ườ ng g ặ p

Các anion thường dùng là các halide như là BF 4 - , PF 6 - , SbF 6 - , ZnCl 3 - , CuCl 2 - , N(CF3SO2)2 -, N(C2F5SO2)2 -, N(FSO2)2 -, C(CF3SO2)3 -, CF3SO2 -, CF3SO3 - và CH3SO3 - Ngoài ra còn có các anion đa phân (polynuclear anion) khác như Al 2 Cl 7 - , Al 3 Cl 10 - , Au2Cl7 -, Fe2Cl7 -, và Sb2F11 - Trong đó các chất lỏng ion chứa các anion đa phân như vậy thường dễ bị phân hủy dưới tác động của không khí và hơi nước Tùy thuộc vào mục đích sử dụng chất lỏng ion mà lựa chọn cấu trúc cation và anion thích hợp

Hình 1.2 Độ tan c ủ a các anion

1.2.2 Tính chất của chất lỏng ion Độ tan trong nước của ILs có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi các nhóm R trên các thành phần cation Ngoài ra, các anion có thể thay đổi đáng kể tính chất hóa học và tính chất vật lý Các đặc tính chung của ILs đã được nghiên cứu một cách rộng rãi [5] a) Nhiệt độ nóng chảy

Tiêu chí quan trọng để đánh giá một ILs là điểm nóng chảy của nó CácILs có điểm nóng chảy thấp hơn 100 °C và hầu hết trong số đó là chất lỏng ở nhiệt độ phòng Có một mối quan hệ giữa các thành phần cấu trúc và hóa học của một ILs và điểm nóng chảy của nó Tính chất vật lý này có thể được điều chỉnh thông qua biến đổi cation hoặc anion, Nhiệt độ nóng chảy thấp của ILs do ảnh hưởng của cả cation và anion.Sự

4 gia tăng kích thước anion dẫn đến làm giảm nhiệt độ nóng chảy Ví dụ, điểm nóng chảy của 1-etyl-3-methylimidazolium với các anion khác nhau, chẳng hạn như [BF4 -] và [Tf 2 N] là 15 °C và -3 °C[8] So sánh các điểm nóng chảy của các muối clo khác nhau minh họa ảnh hưởng của các cation rõ hơn Điểm nóng chảy cao là đặc trưng cho clorua kim loại kiềm, trong khi chloride với cation hữu cơ phù hợp, nóng chảy ở nhiệt độ dưới 150 °C[9] b) Tính ổn định nhiệt Đa số các ILs có độ ổn định nhiệt cao, nói chung lớn hơn 350°C Ví dụ, ILS [EMIm][BF4], [BMIm][BF4], và 1,2-dimethyl-3propylimidazolium bis-(trifluoro- sulfonyl) imide ổn định lên đến nhiệt độ tương ứng 445°C, 423°C, và 457°C[10] Nó đã được chứng minh rằng sự ổn định phụ thuộc vào các anion theo thứ tự [PF6] >

[Tf2N] > [BF4] > halogenua Sự gia tăng kích thước của cation từ1-butylđến 1-octyl, không ảnh hưởng lớn [11] c) Độ nhớt Độ nhớt của nhiều ILs tương đối cao so với các dung môi thông thường Độ nhớt được hình thành bởi lực van der Waals, liên kết hydro, và lực tĩnh điện Sự hình thành của các liên kết hydro của các anion fluoro như BF 4 - và PF 6 - cũng hình thành độ nhớt của ILs [8] Đối với nhiều ILS, độ nhớt đã được công bố trong khoảng 10-500 mPa/s ở nhiệt độ phòng Độ nhớt của ILS có thể ảnh hưởng đến tính chất như khuếch tán và đóng một vai trò quan trọng trong quá trình khuấy, trộn, và bơm d) Tỉ trọng

Mật độ của IL thường lớn hơn các dung môi hữu cơ và nước, với các giá trị khác nhau, điển hình là 1-1,6 g/cm3 Mật độ IL giảm khi tăng độ dài của mach alkyl trong cation Mật độ cũng phụ thuộc vào loại cation và anion trong IL.

Khối lượng riêng của ILs giảm khi tăng chiều dài cation hữu cơ Thứ tự của khối lương riêng ngày càng tăng cho ILskhi thay đổi anion theo thứ tự CHSO 3 - ≈ BF 4 -