Trường Đai Học Bách Khoa Hà Nội Viện Công Nghệ Sinh Học Và Thực Phẩm Tiểu luận môn học: Tổng hợp Polymer,hợp chất tiền Polymer phương pháp lên men GVHD: Đỗ Biên Cương Nhóm SVTH: Đỗ Lê Trí Đạt Polymer k53 Nguyễn mạnh Cường Polymer k53 Nguyễn Hữu Quỳnh Polymer k53 Đỗ Thanh Sơn Polymer k53 Phần I: Mở đầu Ngày hợp chất Polymer ngày sử dụng rộng rãi công nghiệp đời sống hang ngày.Với tính đặc biệt,vật liệu Polymer ngày thể tính ưu việt so với vật liệu cổ điển khác.Tuy nhiên việc tổng hợp vật liệu Polymer ngày gặp nhiều khó khăn,cần điều kiện khắc nhiệt,dễ tạo sản phẩm phụ không mong muốn.Vì công nghệ sản xuất ngày quan tâm nghiên cứu Gần đây,việc tổng hợp Polymer từ xúc tác enzyms nhà khoa học quan tâm,và có thành công định.Đây nhiều người đánh giá ngành công nghệ tương lai,có thể thay công nghệ thông thường.Xúc tác sinh học giảm chi phí đầu tư vận hành đơn vị sản phẩm,phản ứng sẩy với điều kiện “mềm hơn” mặt nhiệt đông.một yếu tố quan trọng xúc tác sinh học hạn chế hình thành sản phẩm phụ,giúp giảm chi phí tách sau phản ứng,nhất với phản ứng tạo đồng phân quang học,hình học có tính chất hóa lý giống nhau,rất khó tách phương pháp thông thường Trong tiểu luận nhóm em xin trình bày lý thuyết phương pháp tổng hợp Polymer xúc tác sinh học.Cùng với chúng em giới thiệu Plyesters với ứng dụng quan trọng phương pháp tổng hợp xúc tác sinh học Phần II :Nội dung 1.Giới thiệu enzyms khả xúc tác cho phản ứng trùng hợp: 1.1 khái quát enzyme: 1.1.1 enzyme: Enzyms,hay xúc tác sinh học đóng vai trò quan trọng hầu hết trình sinh tổng hợp tế bào sống.Những phản ứng sảy điều kiện không khác nhiệt phản ứng xúc tác hóa học thông thường.Cấu tạo protein có trung tâm hoạt động,nơi trực tiếp xúc tác cho phản ứng.Các trung tâm hoạt động có hầu hết nhóm chức với thành phần linh động có khả hấp phụ chất phản ứng Hầu hết enzym tạo từ trình lên men vi sinh vật hiếu khí,và tách nhờ màng bán thấm 1.1.2 Tổng hợp enzyms: Mỗi enzymes sản xuất chủng sinh vật cụ thể,trong điều kiện định.Trong công nghiệp sử dụng trình lên men nhờ vi khuẩn,nấm men cho trình tổng hợp enzyms.Phải cung cấp đầy đủ chất dinh dưỡng cho vi khuẩn thường nguồn hydrocacbon Protein để chúng phát triển sản sinh enzyms.Quá trình cho ăn liên tục lần từ đầu.Enzyms tách khỏi hỗn hợp với vi sinh vật thức ăn,vi sinh vật lại tiếp tục trình sản xuất 1.1.3 Cố định enzyme: Enzym xúc tác cho phản ứng đính lên chất mang chất phụ trợ,giúp tăng độ ổn định,độ bền độ bền hóa cho enzyme,tăng bề mặt tiếp xúc nâng cao hiệu xúc tác trung tâm hoạt động với khả thu hồi tái sinh enzyms trở nên dễ dàng hơn,có thể sử dụng,tái sử dụng enzyms tời gian dài.Enzym cố định ống nano cacbon mạng nano cacbon có bề mặt riêng lớn lên kết vật lý liên kết cộng hóa trị.Chất mang cố định enzyms cầm thỏa mãn tính chất lý khác tùy môi trường phản ứng,phải có độ bền hóa hoc định,không gây độc xúc tác làm hoạt tính enzyms, phải có bề mặt riêng lớn.Đa phần enzyms cố định nhờ liên kết ngang với chất mang,chính liên kết lại che trung tâm hoạt động enzymslamf cho enzyms bị giảm phần hoạt tính.Vì hạn chế ảnh hưởng liên kết ngang hêt sức quan trọng 1.2 CALB xúc tác sinh học tổng hợp Polymer: CALB cố định ống nano cacbon có hoạt tính cao có khả xúc tác cho hầu hết phản ứng trùng hợp Polymer,chẳng hạn trùng hợp Polyester béo,polycacbonat,polyurethane,hoặc Pocolymer polymer tạo thành từ nhiều monomer khác nhau.Đặc biệt enzyme Lipases cố định thử nghiệm thành công việc trùng hợp mở vòng dung dịch.Phản ứng sảy có độ trùng hợp cao,độ lọc khả tách sản phẩm lớn,điều kiện đơn giản 1.3 Phản ứng trùng hợp ảnh hưởng enzyme: 1.3.1 Phản ứng trùng hợp: Như biết phản ứng trùng hợp phản ứng nối dài mạch tạo thành hợp chất có khối lượng phân tử lớn,gồm mắt xích giống nhau,liên kết với liên kết đồng hóa trị.Như vậy,một enzyme muốn trở thành xúc tác cho phản ứng tổng hợp polymer trước hết phải có khả khơi mào cho phản ứng,mà cụ thể khả phân tách đồng ly tạo thành gốc tự do(với chế trùng hợp gốc),hay có độ phân cực mạnh cấu tạo phân tử (với chế tổng hợp cation anion).Sau enzyme cần có trung tâm hoạt động thích hợp,để hấp thụ monomer gốc tự phát triển mạch cho chúng kết hợp với nhau.Với enzyme có khả phân cắt liên kêt azo N-N có khả làm xúc tác tốt cho phản ứng trùng hợp Ví dụ cụ thể tổng hợpPolycaprolactone,được tiến hành dung môi Toluen phòng thí nghiệm thực J-Kim Song.Cho monomer vào bình cầu cổ,có khuấy từ,trong thiết bị ổn nhiệt.Sau monomer cho vào,tiến hành cho tiếp enzyme cố định bổ xung với dung môi,ổn nhiệt 60-70.Do polymer thường hợp chất kỵ nước,nếu có nước ảnh hưởng lớn tới trình trùng hợp enzyme cần sấy khô chân không 30 trước cho vào phản ứng.Phản ứng đảm bảo tỷ lệ dung môi với monomer khoảng 5:1,nồng độ enzyme khoảng 0.5 % khối lượng monomer đạt kết cao,Polymer tạo có chất lượng tốt độ đồng cao,nếu nồng độ enzyme nhỏ phản ứng diễn chậm,còn lớn dẫn tới tượng nhiệt cục bộ,không đồng sản phẩm 1.3.2 trình dừng phản ứng tách sản phẩm: Sau tiến hành song phản ứng trùng hợp người ta thường phải cho them hợp chất có lực lớn với dung môi để tách Polymer kết tủa lấy khỏi hỗn hợp,liệu enzyme hỗn hợp(chỉ đóng vai trò xúc tác không sau phản ứng) co ảnh hưởng tới qus trình không ?Do enzyme xúc tác cho phản ứng,vì trước hết ta cần làm biện pháp biến tính enzyme,làm phá vỡ trung tâm hoạt động dừng phản ứng.Có nhiều cách làm biến tính enzyme,nhưng chủ yếu dung nhiệt độ (thấp cao) cho thêm chất nhiễm độc xúc tác.Như có nghịch lý,với phản ứng trùng hợp bình thường nhiệt độ tăng tốc độ phản ứng tăng theo tiến hành nhiệt độ áp suất lớn,nhưng với phản ứng xúc tác enzyme nhiệt độ tăng cao dẫn tới phản ứng tiếp tục.Vì trình điều khiển phản ứng trùng hợp cần tuân thủ nghiêm ngặt điều kiện,thông số kỹ thuật.Một số hợp chất cho thêm để giảm độ nhớt hỗn hợp tetrahydrofuran chloroform,sau cho bay 40 độ,các chất không ảnh hưởng tới hoạt tính enzyme.Cuối sau trình ngưng phản ứng,tách dung môi,enzyme tách phương pháp lọc chân không máy ly tâm siêu tốc.Đôi việc tách enzyme khỏi sản phẩm gặp nhiều khó khăn đa phần không phức tạp nhờ thiết bị lọc ly tâm chân không đại,đây lợi xúc tác enzyme tương lai.Vì trước kỹ thuật tách chưa phát triển,khi mà phương pháp trùng hợp khối sử dụng khó cho việc đưa xúc tác enzyme vào thực tế công nghiệp 2.Polyesters tính chất,tổng hợp,ứng dụng: 2.1 giới thiệu polyesters: Polyesters sản phẩm phổ biến ngành công nghiệp tổng hợp polymer,các sản phẩm chế tạo từ polyertes có mặt khắp nơi,ngay đời sống hang ngày đồ uống,các chai nhựa,túi đựng,quần áo,trong công nghiệp phim ảnh.Đặc biệt khoa Dệt May Và Thời Trang trường DHBKHN nghiên cứu thành công áo vô trùng cho ngành y tế từ vật liệu polyesters có liên hệ với Trung Tâm Polymer vấn đề tổng hợp polyesters.Một số sản phẩm thương mại poluesters Dacron,Fotrel,Terylene,Mylar,…đã minh chưng cho đa dạng sản phẩm này,cùng với polymer khác thống trị ngành công nghệ vật liệu tương lai gần.Trong khứ Polyerters biêt cấu tạo monomer chủ yếu từ diol cac axit dicacboxylic.Càng sau có nhiều công trình nhằm làm rõ đề này.Tới năm 1901 Waston Smiths miêu tả sản phẩm glycerol anhydrite phtaride.Đến năm 1924 Kienle nghiên cứu sâu động học phản ứng glycerol anhydrite phtaride.Từ đặt móng cho phản ứng ngưng tụ đồng trùng hợp,đua khái quát chế điều kiện phản ứng,hướng tới phát triển sản phẩm thương mại thời kỳ vật liệu polymer mẻ ,chưa có chỗ đứng so với vật liệu truyền thống Những năm trở lại vấn đề môi trường ngày quan tâm,các chế phẩm từ sinh học đặc biệt lại có khả phân hủy sinh học polyesters ngày quan tâm phát triển,mở rộng hướng phát triển thương mại sản phẩm này.Hơn ngày Polyesters nói riêng sản phẩm polymer nói chung đa phần tổng hợp bắ đầu từ sản phẩm hóa thạch ngành lọc hóa dấu,đang có nguy cạn kiệt,là nguồn tài nguyên không tái sinh được,vì hướng nghiên cứu sinh học cần thiết.Các polymer tổng hợp nhờ chế phẩm enzyme ngành conng nghiệp hứa hện người Okumara người nghiên cứu chế phẩm enzyme tổng hợp oligoesters từ phản ứng axit diol dicacboxylic.Sau Guman có phát enzyme tổng hợp polyesters copolymer dạng -A-B-A-B- Đến năm 1993 lần có hai nhóm nghiên cứu đưa chế tổng hợp hợp polyesters nhờ xúc tác enzyme ROP,theo chế trùng hợp mở vòng.Ngay sau có hang loạt thí nghiệm khác vấn đề 2.2 enzyms Lipases: Enzyms Lipases enzyms quan trọng ứng dụng nhiều lĩnh vực công nghiệp thực phẩm,sinh học,hóa dược.Có thể thu từ nuôi cấy động,thực vật,vi sinh vật,Lipases dễ nuôi cấy sinh trưởng phát triển nhanh thời gian ngắn.Vi nấm Aspergillus niger sử dụng phổ biến để nuôi cấy Lipases.Sau tinh chế Lipases thường cố định chất Natrialginate Chitosan.Nếu cố định Chitosan thu enzyms có độ bền nhiệt cao,còn cố định Natrialginate enzyms thu bền với môi trường PH khắc nhiệt.Lipases thể sống đóng vai trò quan trọng việc thủy phân tổng hợp Lipid,dự trữ vận chuyển chất dinh dưỡng.Cơ chế phản ứng thủy phân hay tổng hợp Lipid việc phá vỡ hình thành liên kết esters.Điều gợi ý mang tính định cho việc sử dụng Lipases làm xúc tác tổng hợp Polyesters 2.3 Trùng hợp Polyesters: Trong tự nhiên phản ứng trùng hợp tác dụng enzyme thường xuyên diễn ra,như tổng hợp protein,các polisaccarit,hay AND,DRN.Trong tất enzyme thí nghiệm cho thấy lipases phát huy tác dụng phản ứng trùng ngưng polyesters.Trong thể sống lipases xúc tác cho trình thủy phân Lipid,thực vai trò thiết yếu tiêu hóa,vận chuyển chất béo.Vì Lipases tìm thấy từ nhiều nguồn khác nhau,từ động vật ,thực vật,đặc biệt vi khuẩn,nấm nấm men.Lipases hợp chất có khả tan nước tốt,có khả loại bỏ lượng nước sản phẩm phụ phản ứng trùng ngưng polyesters, làm tăng hiệu suất tốc độ phản ứng trùng hợp.Chất xúc tác có hiệu Candida antarcica lipases B (CALB) Phản ứng trùng ngưng gồm bước: dehydration,Alcoholysis,Asidolysis, ester hóa.Enzyme đóng vai trò hầu hết trình,nhưng mạnh mẽ tính chất enzyme thủy phân cắt liên kết O-H hình thành liên kết mới.Mà cụ thể liên kết esters sản phẩm trùng ngưng 2.2.1 Tạo sản phẩm kiểu A-B: Do polyesters copolymer,được tạo nên từ monomer khác nhau,dạng xếp A-B dạng đặc trưng.Để đạt sản phẩm monomer xúc tác phải có độ tinh khiết cao,và tỷ lệ phản ứng phải tính toán xác Xét sản phẩm polyesters epoxy tổng hợp từ monomer cis 9,10-epoxy-18hydroxyoctadecanoit,trùng hợp với xúc tác lipases,trong dung môi toluene,xúc tác cố định “sàng” nano cacbon 4A,trong 68 h thu polyesters epoxy-functionnazied,iso-propyl Toluen 2,4-dimetyl-3-pentanol.Sau polyesters tách thu hiệu suất trùng hợp khoảng 70 % Phản ứng ngưng tụ acid sebanic butadiol: ( ảnh trang 93) Phản ứng tạo polyesters-epoxy: (ảnh trang 94) 2.2.2 Copolymer kiểu AA-BB: Phản ứng dựa thành công trước nhà khoa học người Nhật Okurama,ông thành công việc tạo cac oligoesters diol (AA) dicacbpxylic (BB).Và đến oligoesters lại mắt xích trùng hợp polymer.các “trimer”,”pentemer”,”Heptanmer” hình thành tương ứng AA-BB-AA,AA-BB-AA-BB-AA,AA-BB-AA-BB-AA-BB-AA Trùng hợp axit adipic 1,4 butediol trùng hợp tạo polyesters xúc tác lipases theo chế cho chất lượng sản phẩm độ đônhf cao.Ngoài sử dụng ezym làm xúc tác cho thêm chất béo không bão hòa làm chất cho sản phẩm giúp tăng tính chất cho sản phẩm 2.3 Trùng hợp theo chế mở vòng: Ngược lại với trình ngưng tụ,phản ứng trùng hợp mở vòng không tạo sản phẩm phụ nước kết hợp nhóm O-H tạo liên kết phân tử Polyesters tử diol diesters.Trường hợp enzyme lipases lại sử dụng để phân cắt liên kết để phá vỡ vòng,đây giai đoạn quan trọng,các liên kết vòng đặc biệt vòng cạnh có liên kết vững chắc,để phá vỡ liên kết cần lượng hoạt hóa lớn.Nhưng với xúc tác lipases giúpuá trình diễn dễ dàng 2.3.1 Mở vòng đơn phân tử: Tiến hành bẻ gãy phân ly liên kết vòng.Lipases hấp phụ vòng lên trung tâm hoạt động,và hình thành hợp chất trung gian acyl-enzyme khiến nguyên tử cacbon linh động hơn,dế dàng phá vỡ liên kết Cơ chế mở vòng đơn: (ảnh trang 103) 2.3.2 Mở vòng kết hợp: (Các hình trang 113,114) Phản ứng mở vòng thực nhờ tương tác hai vòng với tác động enzyms Lipases,ngay sau mở vòng kết hợp hình thành oligoester,vì khả tạo sản phẩm kiểu AA-BB-AA cao Phần III: kết luận Với phát triển vượt bậc khoa học công nghệ,càng ngày người tiến tới toàn diện hơn,hoàn hảo hơn.Khoa học công nghệ vậy,các quy trình công nghệ ngày tối ưu hóa,phục vụ tốt cho sống người.Trong thời đại nay,khi cải vật chất đầy đủ,chúng ta cần hướng tới phát triển bền vững.Chính ngành công nghiệp xanh,công nghiệp thân thiện với môi trường đưa lên hành đầu.Ngành công nghệ enzyms nói chung,hay ứng dụng xúc tác sinh học hóa hoc mà cụ thể tổng hợp polymer nói riêng có tương lai tươi sáng.Với lợi vượt trội chắn enzyms ông “vua” xúc tác tương lai không xa.Trở ngại lớn cho ngành xúc tác enzyms thời gian phản ứng lâu,giá thành sản phẩm cao so với sản phẩm tương đương chưa có sản xuất đồng bộ.Để thúc đẩy phát triển lĩnh vực cần có ưu tiên định từ nhà nước, người tiêu dùng cần ý thức lợi ích từ việc sử dung sản phẩm thân thiện với môi trường ... Ngày hợp chất Polymer ngày sử dụng rộng rãi công nghiệp đời sống hang ngày.Với tính đặc biệt,vật liệu Polymer ngày thể tính ưu việt so với vật liệu cổ điển khác.Tuy nhiên việc tổng hợp vật liệu Polymer. .. phân quang học,hình học có tính chất hóa lý giống nhau,rất khó tách phương pháp thông thường Trong tiểu luận nhóm em xin trình bày lý thuyết phương pháp tổng hợp Polymer xúc tác sinh học.Cùng với... Sau tiến hành song phản ứng trùng hợp người ta thường phải cho them hợp chất có lực lớn với dung môi để tách Polymer kết tủa lấy khỏi hỗn hợp, liệu enzyme hỗn hợp( chỉ đóng vai trò xúc tác không