Bài giảng hóa học công nghệ các hợp chất hữu cơ tự nhiên

HOÁ HỌC &CÔNG NGHỆ CÁC HỢP HOÁ HỌC &CÔNG NGHỆ CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ THIÊN NHIÊN Phần I: Giới thiệu các hợp chất hữu cơ thiên nhiên Phần II: Hoá học & CN Dầu béo Phần III: Hoá học & C

HOÁ HỌC &CÔNG NGHỆ CÁC HỢP

HOÁ HỌC &CÔNG NGHỆ CÁC HỢP

CHẤT HỮU CƠ THIÊN NHIÊN

Phần I: Giới thiệu các hợp chất hữu cơ

thiên nhiên

Phần II: Hoá học & CN Dầu béo

Phần III: Hoá học & CN Tinh dầu

Phần IV: Hoá học & CN Tinh bột

Phần V: Hoá học & CN Đường

PhầnVI: Hoá học & CN các chất có hoạt tính sinh học.

HOÁ HỌC CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ THIÊN NHIÊN GIỚI THIỆU CÁC <HCHC> TRONG TN + Hợp chất HC trong thảm thực vật

+ Sơ lược về dầu béo,tinh dầu, đường & tinh

bột,dược liệu (các chất có hoạt tính sinh học)

+ Sự hình thành than, dầu mỏ khí đốt

+ Đại cương về CN Lọc, Hóa dầu.

+ Khai thác và chế biến than bùn.

HOÁ HỌC &CN DẦU BÉO THỰC VẬT + Đại cương về dầu béo thực vật

+ Cây có dầu ở Việt nam & phân loại

+ Thành phần cấu tạo và những TC của hạt

+ Thành phần HH & TC HL của một số dầu béo + Công nghệ chế biến dầu béo thực vật.

-ÉP -TINH LUYỆN -KIỂM TRA, PHÂN TÍCH CLSP -CN KHÔNG BẢ THẢI

HOÁ HỌC & CN TINH DẦU + Đại cương về tinh dầu

+ Terpene & terpenoid

+ Steroid

+ Alkaloid

+Công nghệ sản xuất tinh dầu

+ Dầu thông và công nghệ sản xuất các sản phẩm

HOÁ HỌC & CN ĐƯỜNG & TINH BỘT

HOÁ HỌC & CN CÁC HỢP CHẤT CÓ HOẠT TÍNH SINH HỌC +Đại cương

+Các chất có HTSH của carbonhydrat

+ Các chất có HTSH của glycosid

+ Các chất có HTSH của Axít hữu cơ

+ Các chất có HTSH của Alcaloid

+ HTSH của tinh dầu

+ Vitamine tự nhiên trong thực vật

+ Công nghệ sản xuất một số hợp chất có HTSH

ÔN TẬP CUỐI CHƯƠNG TRÌNH

PHẦN I:

GIỚI THIỆU CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ THIÊN NHIÊN

TA ĐANG Ở ĐÂU?

9

10.000 năm AS

2.500.000 năm AS

750.000.000 năm AS

10.000.000.000năm AS10

 GIỚI THIỆU CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ TRONG THIÊN NHIÊN

 1.Hợp chất hữu cơ là gì?

 +Lịch sử của tên gọi:

 Các hợp chất cacbon từ xa xưa đã mang tên là “hợp chất hữu cơ” vì nó có mặt trong hầu hết các cơ thể sống trên trái đất Do khoa học chưa phát triển nên cho đến đầu thế kỷ 18, người ta vẫn cho rằng các

hợp chất hữu cơ thuộc về một “thế lực sống” huyền

bí, chỉ có trong các cơ thể sống, không tuân theo các qui luật hoá học thông thường, nghĩa là không thể bằng con đường hoá học tạo thành các “hợp chất

hữu cơ”.

 Những người cổ xúy cho học thuyết này được

mang tên la tinh là “Vis vitalis- thế lực sống” ,

mà đại diện là nhà bác học người Thuỵ điển

Bercellius

 Năm 1828, một nhà bác học người Đức tên là

Veler đã tổng hợp được một chất hữu cơ đầu

tiên trong phòng thí nghiệm là muối xianua

amoni (NH4CNO)- thành phần chính trong

nước tiểu

 Điều đó chứng tỏ rằng có thể bằng con đường

nhân tạo, tổng hợp nên những chất mà trước

đây người ta cho rằng chỉ có “ thế lực sống” mới tạo nên.

 Ngày nay, tuy khoa học đã phát triển, danh từ

“hợp chất hữu cơ “vẫn tồn tại, nhưng khái niệm này đã được hiểu theo cách khác: tất cả các hợp chất chứa cacbon, tồn tại trong cơ thể sống và cả những chất không có trong cơ thể sống đều có

thể tổng hợp một cách nhân tạo.

 Hơn thế nữa, các hợp chất hữu cơ ngày nay,

trong cấu trúc của nó, không chỉ có các nguyên

tố cơ bản C,H,O,N, mà còn là những tổ hợp

phức với sự tham gia của không ít các chất vô cơ khác như lưu huỳnh, kim loại

 I.1.Các chất cơ bản tạo nên hợp chất hữu cơ:

 Các hợp chất hữu cơ được hình thành trên cơ sở bốn

nguyên tố chính, đó là cacbon, hydro, oxy và nitơ.

 I.1.1: Các bon (Carboneum): có công thức là C, trọng lượng

nguyên tử 12,01115 Trong thiên nhiên, các bon tồn tại dưới

nhiều dạng khác nhau:

a/Dạng rắn:

-Dạng tinh thể siêu sạch: kim cương- là một chất trong suốt, không màu, có độ cứng rất cao.

-Than antraxít, có hàm lượng cac bon trên 95%

-Than đá, có hàm lượng cac bon từ 75-90%

-Than nâu, có hàm lượng cac bon từ 65-70%

-Than bùn, có hàm lượng cac bon từ 55-60%.

 I.1.2: Hydro:(Hydrogenium) :

có công thức phân tử là H2, trong lượng nguyên

tử 1,00797, tồn tại ở dạng khí chủ yếu ở phần

trên của tầng khí quyển.Trong không khí có rất

ít hydro tự do Tổng trọng lượng Hydro trên trái đất khoảng 1% trọng lượng trái đất.

 I.1.3: Oxy (Oxygenium):

có công thức Phân tử là O2, trọng lượng nguyên tử là

15,9994, tồn tại tự do ở dạng khí trong không khí với

20,9 % thể tích hoặc 23,2% trọng lượng Trọng lượng của Oxy trên toàn bộ trái đất, bao gồm trong không khí, nước, vỏ trái đất… xấp xỉ ½ trọng lượng trái đất (49,13

% trọng lượng)

-Trong điều kiện bình thường, oxy là một khí không

màu, không mùi.

-Khi nhiệt độ xuống -183oC, oxy là một chất lỏng linh động có màu xanh da trời.

-Khi nhiệt độ xuống -218,8 oC, oxy có dạng rắn như

những bông tuyết.

-Trong điều kiện phóng điện, một phần oxy tồn tại dưới dạng ozon (O3)

I.1.3:Nitơ (nitrogenium ): Tồn tại dưới dạng khí, có công thức phân tử là N2, trọng

lượng nguyên tử là 14,0067 Nitơ là thành

phần chủ yếu của không khí, chiếm 78% thể tích

 -Trong điều kiện bình thường là một khí

không màu, không mùi.

 Trong điều kiện áp suất cao và nhiệt độ là 210oC, nó kết tinh thành chất rắn.

- -Khi nhiệt độ là -195,8oC, nitơ ở dạng lỏng

sẽ sôi.

 -Dạng khí đặc thù khác là NH3, có mùi đặc biệt.

Sự kết hợp giữa oxy và hydro tạo nên một hợp chất hữu cơ cực kỳ quan trọng- đó là nước.

 I.2.Nước và nguồn gốc của sự sống:

 ”nước có trước-sự sống có sau”.

 Nước là môi trường để sự sống hình thành và

phát triển Nước cũng là thành phần chủ yếu

trong cơ thể sống Chúng ta không thể sống nếu không có nước Vậy nước là gì?

 I.2 1.Cấu tạo hoá học của nước:

 a/Nước đơn phân và nước liên hợp:

Cấu tạo của phân tử nước đơn phân là một hình tam giacù cân, đỉnh là hạt nhân của nguyên tử oxy, ở hai góc của đáy là hai proton, góc giữa

hai liên kết O-H bằng 104,50 Khoảng cách từ

hạt nhân của nguyên tử Oxy đến proton Hydro

là 0,96A0 (0,96 x 10-8cm)

Đám mây điện tử trong phân tử nước hình

thành do sự phối hợp của năm cặp điện tử của các nguyên tử oxy và hydro Các cặp điện tử đó phân bố như sau:

 -Một cặp bên trong bao quanh hạt nhân oxy.

 -Hai cặp ngoài phân bố không đều nhau giữa

các nhân nguyên tử oxy và hydro: có xu hướng lệch nhiều về nhân oxy.

 -Hai cặp điện tử còn lại của oxy không đem góp chung với hydro, điện tích của chúng phần nào không được điều hoà trong phân tử.

 Như vậy phân tử nước có 4 cực diện tích: Hai cực âm

tương ứng các cặp điện tử dư của oxy, và hai cực dương tương ứng với hai nhân nguyên tử hydro có mật độ điện

tử thấp Có thể hình dung các cực điện tử đó phân bố ở bốn đỉnh của một hình tứ diện không đều:

O H H H

H O

H

H

H

H H

109o

0,276nm

0,276nm

O H

H

H H O

 I.2.3:Vai trò của nước trong đời sống và trong kỷ thuật:

 a/Trong đời sống: Lượng nước trong cơ thể sống

có thể lên đến 90%, cho thấy, nếu không có nước, các

cơ thể sống không tồn tại Nước giúp vận chuyển dinh dưỡng, giúp thải các chất độc trong cơ thể…Nước còn

là môi trường , là tác nhân của các phản ứng sinh hoá

mà không một cơ thể sống nào lại không có Nó làm tăng cường các quá trình sinh học như hô hấp, nẩy

mầm, lên men…

 b/Trong kỷ thuật, nước là tác nhân quan trọng để tạo ra nhiều chất, là chất làm lạnh, cung cấp nhiệt cho các động cơ Nó là nguyên liệu có thể tái tạo của một

số phản ứng hoá học Trong kỷ thuật hạt nhân, “nước nặng”- là một dạng của nước, đóng vai trò làm chậm lại phản ứng phân rã của nguyên tử trong các lò phản ứng hạt nhân.

CO2 H O 2

hv GLUCOZ CARBOHYDRAT POLYSACARID

NUCLEOSID RNADNA

+

+

CO 2 _ OP

S COENZIM A

PROTEIN ENZIM ALCALOID

TERPENOID STEROID CAROTENOID POLYPHENOL

O

OH

OH 2

SỰ HÌNH THÀNH

SỰ HÌNH THÀNH

DẦU MỎ VÀ KHÍ ĐỒNG HÀNH

 Dầu mỏ thông thường là một chất lỏng có màu

nâu sáng đến đen Tùy theo nơi xuất xứ, tỷ trọng của dầu mỏ biến thiên từ 0,73 đến 0,97 Cũng tùy thuộc vào từng mỏ dầu mà xác định thành phần, tính chất của nó Có loại dầu chứa nhiều naphten ( vòng thơm ) như ở vùng biển Caspien ( Bacu-

Ajerbaizan) ; có dầu chứa nhiều parafine như

dầu của Việt nam…

 Dầu mỏ, cũng như khí thiên nhiên là những hỗn hợp hiđrocacbon của nhiều loại cấu trúc phân tử,

thiên nhiên hết sức đa dạng, từ một nguyên tử

cacbon (khí metan có công thức CH4) cho đến

các phân tử chứa hàng chục, hàng trăm nguyên

tử cacbon Các nguyên tử này liên kết với nhau

và với các nguyên tử hiđro để hình thành các

phân tử có cấu trúc khác nhau

 Khí thiên nhiên chủ yếu chứa các hiđrocacbon nhẹ, trong đó C1 chiếm tỉ lệ áp đảo (từ 70 đến

95% tùy địa điểm của mỏ), các hiđrocacbon có cấu trúc từ C2 đến C5 và cao hơn giảm dần

 Các hiđrocacbon trong dầu và khí, đã được sinh

ra từ hàng chục triệu năm, nằm ở trong các lỗ xốp của các vỉa đá xốp có độ rỗng xấp xỉ vài ba chục phần trăm và chịu một áp lực rất cao,

thường là hàng trăm atm (atmosphere), có khi đến cả nghìn atm.

Sự hình thành dầu mỏ trong tự nhiên là một vấn

đề được các nhà khoa học quan tâm từ khi bắt

đầu phát hiện ra dầu mỏ cho đến nay và chia làm

ba trường phái:

 A/ Trường phái theo nhà bác học Nga D.I

Mendeleev: Trường phái này cho rằng dầu mỏ có xuất xứ từ các hợp chất vô cơ Khi nước ( H2O) tác dụng lên các hợp chất carbide kim loại

( MeC) như carbide urana và một số kim loại

khác, tạo thành một hợp chất hydrocarbon như dầu mỏ Thực nghiệm đã chứng minh điều đó.

 B/ Trường phái theo nhà bác học người Đức

Engler: Dầu mỏ có nguồn gốc hữu cơ Trong quá trình phân hủy xác động thực vật trong điều kiện yếm khí, nhiệt độ và áp suất cao mà hình thành dầu mỏ Điều này cũng được chứng minh bằng

thực nghiệm: Khi chưng cất mỡ cá ở áp suất cao, cũng hình thành hỗn hợp tương tự dầu mỏ.

 C/ Một số khám phá sau này: Người ta tìm thấy nhiều xác thực vật, động vật in hình trên đá ở một số mỏ dầu

 Trong dầu mỏ, ngoài các hợp chất hydrocarbon, còn có một ít chất chứa oxy, lưu huỳnh, ni tơ và nước biển,

muối khoáng Để chưng cất dầu, người ta phải làm sạch các hợp chất này.

CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN THAN BÙN, DẦU MỎ, KHÍ

ĐỐT KHÍ THIÊN NHIÊN VÀ CÔNG NGHỆ

CHẾ BIẾN KHÍ THIÊN NHIÊN

 Khí thiên nhiên gồm có hai lọai chính:

 Khí khô: chủ yếu là khí mê tan Người ta thường gọi là mỏ khí mêtan (LNG-Liquid Natural Gas)

 Khí ướt: (LPG- Liquid Petroleum Gas) trong thành phần ngòai metan, còn một số hydrocarbon cao hơn nằm trong phân đọan benzin

Khô

-Ướt

Trong quá trình chưng cất dầu mỏ, người ta cũng nhận được một lượng khí thóat ra có thành phần như khí ướt:

 Như đã nêu ở phần trước, trong quá trình khai thác các mỏ dầu, người ta cũng nhận được hydrcarbon dạng khí –gọi là khí đồng hành- có thành phần như khí ướt.

theo các mục đích khác nhau và chủ yếu

theo các hướng sau:

1.Khí giàu metan: chạy máy phát điện

2.Khí ướt, khí đồng hành: sau khi hóa lỏng các thành phần như propan, butan, propen, buten, một phần C5- ở 20 atm , phần không hóa lỏng được sử dụng để đốt ở nhà máy phát điện.

 Như vậy,ở một nhà máy phát điện chạy

bằng khí, thường có thêm phân xưởng khí hóa lỏng để nạp vào bình hoặc sử dụng cho các mục đích chế biến tiếp.

 Các lọai khí hóa lỏng như propan, butan,

pentan, thường được sử dụng cho việc sản xuất olephin nhẹ như propylen, buten hay

butadien-nguyên liệu cho sản xuất chất dẻo như polyetylen, polypropylen…

 Trước khi chế biến, người ta thường rửa

khí để lọai CO2 và H2S bằng Glycol

etanolamine.

DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ CHẾ

BIẾN KHÍ

 Giai đọan 1

Khí khô

Cột Hấp thụ Lạnh

Cột Hấp thụ nóng

Làm Lạnh

Bồn chứa

Cột Stabilization

Benzene-gas Khí ướt

Stabilization Gas

 Giai đọan 2:

A 17,5atm

78 o

B

9atm 120-

140 o

60 o

C 17,5atm

115 o

70 o

D 8,7atm

85 0

i-Butan

N-Butan C5 và cao hơn

C3 + C4

Propan C1 + C2

Stabilization Gas

 DẦU MỎ VÀ CÁC QUÁ TRÌNH

CHẾ BIẾN

2. Cracking nhiệt ( pyrolyse)

 Tách các tạp chất muối, nước

Áp suất thường Cất chân không

Benzin nặng

Dầu hỏa 180-250 o C Diesel 250-350 o C Khí nhẹ C1-C4

Cặn

Cặn Dầu FO

Mỡ các lọai 350-500 o C

 Sản phẩm của quá trình chưng cất

 Khí hydrocacbon

 Phân đọan xăng

 Phân đọan dầu hỏa 9kerosen)

 Phân đọan diesel

 Phân đọan mazút

 Phân đọan dầu nhờn

 Phân đọan gudron

Cracking nhiệt ( pyrolyse)

Cracking xúc tác

Hydrocracking 1 C ấp

HYDROCRACKING 2 C ẤP

Reforming

Alkyl hóa

& izome hóa

THAN I.Đại cương về than bùn

A đặc điểm

B Phân lọai II.tính chất hoá học III Sản xuất và sử dụng

Đại cương về than bùn Định nghĩa:

 Than bùn là sản phẩm phân hủy của thực vật, màu đen hoặc nâu, xuất hiện từng lớp mỏng dưới dạng thấu kính, chứa 10-60% di tích thực vật.

 Than bùn có thể chứa từ 50-60%các bon

khi khô, khi cháy để lại 5-50% chất tro.

 Khi cháy phát ra mùi hôi, khói và nhiệt

lượng khoảng 2000-5000calo.

 Than bùn vùng nhiệt đới có tuổi nhỏ hơn

10.000 năm.

năm

vùng khác nhau,có các nguồn thực vật khác nhau, tuy nhiên thảm thực vật hiện tại trên

mỏ than, không phản ánh nguồn thực vật đã tạo nên mỏ than đó.

 Mối liên hệ giữa các lọai than:

6 6 5 2

35 24 13 3

 Giai đoạn sinh hoá biến đổi thực vật thành than bùn

 Giai đoạn địa hoá biến đổi than bùn thành các loại than khác: than nâu, than đá, than antraxít:

 Chất bốc giảm, tỷ lệ cacbon tăng, hàm

lượng khói khi cháy giảm.

Than bùn Than nâu Than đá

Antraxít Đầm lầy

Sức ép vật liệu trầm tích

Sự tích tụ của thực vật biến đổi thành than

Trữ lượng than bùn ở việt nam

Miền bắc VN :

Hà nội, Hà Bắc, Hà nam, Hà tây,Vĩnh phúc,Ninh

bình…có trữ lượng từ vài chục ngàn đến vàI trăm ngàn m 3 Có những mỏ lớn đến trên 1 triệu m 3 như Văn

Quán, Hoàng Đan,Thượng LâmSơn la,Lai châu,Lào cai, Lạng sơn, có trữ lượng

từ vài chục ngàn đến vài trăm ngàn m3.

Miền trungVN:

Từ Thanh hoá đến Thừa thiên Huế: có trữ

lượng từ vài chục ngàn đến vài trăm ngàn m3.

Nam phi, Kenya

Trung quốc, Nhật, Malaixia, Inđonexia, Thái lan

Tổng lượng than bùn chiếm diện tích từ 5% bề mặt trái đất.

3,5- Than bùn ở miền nam VN

A đặc điểm của than bùn

 Màu sắc: Màu sắc của than bùn thay đổi theo

thành phần cấu tạo, tuổi của nó và các điều kiện khống chế khi tạo thành

 Hàm lượng nước: Nước là môi trường tạo nên than bùn do đó nó có tính hút nước mạnh.

Độ ẩm trong: Wch = W ng + Wpt

 Tỷ trọng: Phụ thuộc vào trạng thái mất

nước của nó.Thường có tỷ trọng>1

 Thể trọng: Được xác định khi khô (g/cm3) hay (kg/cm3).Than bùn ôn đới có thể trọng

từ 300-400kg/cm3 Than bùn Việt nam

600kg/cm3.

B Phân lọai than bùn &định hướng sử dụng

 Phân lọai theo địa hình:

+Dựa trên độ cao:Than bùn núi và than bùn

ven biển

+Kiểu phân bố:than bùn đầm lầy mặn, ngọt,

lợ…

+Nguồn gốc đầm lầy: Sông, hồ, ven biển

 Phân lọai theo đặc điểm hóa học:

+Giàu dinh dưỡng

+DD trung bình + Nghèo DD

 Phân lọai theo nguồn gốc thực vật

+Nguồn gốc vật liệu tạo than +Giống, loài, họ nào khống chế, mang tên giống, loài họ thực vật đó

+Nhóm: Thân gỗ, thân thảo

 Phân lọai dựa trên độ phân hủy:

+Hoàn toàn không phân hủy(H1):nước vắt

 Phân lọai dựa trên độ phân hủy: +Phân hủy khá(H6)

+Phân hủy cao(H7)

+Phân hủy rất cao(H8)

+Phân hủy gần hoàn toàn(H9) +Phân hủy hoàn toàn(H10)

 Định hướng sử dụng theo độ phân hủy:

+TB có độ phân hủy thấp, ít tro và lưu

huỳnh, thích hợp cho SX thức ăn bổ sung cho súc vật.

+TB có độ phân hủy cao:Thích hợp cho SX than hoạt tính, sáp, nhựa, chất kích thích

tăng trưởng, đặc biệt là SX axít humic.

II Tính chất hóa học của than bùn

 Hợp chất hữu cơ và thành phần nguyên tố:

a/HCHC:

+HCHC tan trong nước:polisacarit,đơn đường… +HCHC tan trong ete và rượu:sáp,resin,ax béo +Xenluloz và Hemixenluloz:5-40%

+Lignin và các dẫn xuất:20-50%

+Các HC khác

b/Thành phần nguyên tố: C,H,O,nMe