Nghiên cứu thăm dò tổng hợp MENTHYL LACTATE từ menthol và lactic acid

TÁC GIẢ: Trần Thanh Vi TÓM TẮT Mục đích đề tài tiến hành nghiên cứu tổng hợp Menthyl Lactate, tác nhân làm mát, từ menthol lactic acid phản ứng ester hổa vđi xúc tác acid Thông qua việc khảo sát yếu tổ’ ảnh hưởng đến phản ứng, ta tìm điều kiện tổng hợp tốt hiệu suất menthyl lactate đạt 48% Từ bưđc đầu ứng dụng sản phẩm tổng hợp vào lăn khử mùi dầu gội, tiến hành khảo sát đánh giá khả làm mát sản phẩm người tiêu dùng Kết cho thấy sản phẩm MỤC LỤC CHƯƠNG - GIỚI THIỆU TÁC NHÂN LÀM MÁT MENTHYL LACTATE 1.1 Cấu tạo Menthyl Lactate [18][19][25] 1.2 Tính chất vật lí Menthyl Lactate [3] [18] [19] [24] [25] .4 1.3 Hoạt tính sinh học Menthyl Lactate [3][15][16][17][18][26] .4 1.4 ứng dụng khác Menthyl Lactate CHƯƠNG TỔNG QUAN VA PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN cứu 2.1 Một số công bố tổng hợp Menthyl lactate nước [2][7][22] [23][25]6 2.1.1 Ngoài nước 2.1.2 Trong nước 2.2 Định hướng tổng hợp CHƯƠNG - KET QUA KHẢO SÁT CÁC YÊU Tố ẢNH HƯỞNGĐEN QUÁ TRÌNH ESTER HÓA 3.1 Đánh giá nguyên liệu menthol [1] .9 3.2 Thăm dò lựa chọn xúc tác 10 3.3 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình ester hóa .12 3.3.1 Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ mol sulfuric acid/ menthol lên trình ester hóa 12 3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ mol lactic acid/ menthol lên trình ester hóa 13 3.3.3 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ lên trình ester hóa 14 3.3.4 Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ mol heptane/ menthol lên trình ester hóa 15 3.3.5 Khảo sát ảnh hưởng thời gian phản ứng lên trình ester hóa 16 3.3.6 Kết luận .7 .17 CHƯƠNG ĐANH GIÁ TÍNH CHAT SẢN PHAM DẠNG HỗN HỘP (M+ML+MLL) 20 4.1 Kết đánh giá: .20 4.2 ứng dụng Frescolat hong số sản phẩm mỹ phẩm 21 4.2.1 ứng dụng sản phẩm lăn khử mùi (Roll-on Deodorant) 21 4.2.2 ứng dụng sản phẩm dầu gội (Hair & Body Shampoo) 22 4.2.3 Kết đánh giá sản phẩm Haừ & Body shampoo SM, SF, sz 24 CHƯƠNG - BÀN LUẬN .25 5.1 Nhận xét chung trình tổng hợp Menthyl Lactate 25 5.1.1 Phân tích phản ứng ester hóa tổng hợp Menthyl Lactate 25 5.1.2 Phản ứng thủy phân có kiểm soát [25] .28 5.2 Nhận xét kết khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình ester hóa 29 5.2.1 Ảnh hưởng xúc tác 29 5.2.2 Ảnh hưởng tỷ lệ tác chất 29 5.2.3 Ảnh hưởng nhiệt độ 29 5.2.4 Ảnh hưởng dung môi 29 5.2.5 Ánh hưởng thời gian phản ứng 29 5.3 Đánh giá hiệu gây mát Frescolat sản phẩm mỹ phẩm 30 Kếtluậa 78 Tài liệu tham khảo Phu lue MỞ ĐẦU Ngày nay, với phát triển văn minh xã hội, đời sống người có bước tiến nhảy vọt Nhu cầu người không dừng lại ăn mặc mà phải chăm sóc thể Các sản phẩm chăm sóc cá nhân đời để thỏa mãn nhu cầu cấp thiết Không dừng lại mức độ tạm dùng được, sản phẩm ngày cải thiện mẫu mã tính chất để đáp ứng đòi hỏi khắt khe người tiêu dùng Theo khuynh hướng nay, sản phẩm chăm sóc cá nhân thường phối thêm chất tạo cảm giác tươi mát, thoải mái để mang lại thư giãn cho người sau làm việc vất vả Một tác nhân tạo cảm giác mát mẻ biết đến sớm menthol khả làm mát nhanh chóng nguồn thiên nhiên cung cấp dồi bạc hà Tuy nhiên, menthol khuyến cáo không nên sử dụng liều lượng cao gây kích ứng Khả bay cao làm menthol tạo cảm giác mát thời gian ngắn Để khắc phục nhược điểm này, nhiều dẫn xuất menthol nghiên cứu, đặc biệt menthyl lactate quan tâm ứng dụng nhiều lĩnh vực Menthyl lactate vừa không gây kích ứng, vừa kéo dài cảm giác tươi mát mùi khó chịu dẫn xuất khác menthol Nó ứng dụng rộng rãi thực phẩm, mỹ phẩm dược phẩm Trong điều kiện cho phép, tập trung nghiên cứu tổng hợp menthyl lactate khảo sát thông số ảnh hưởng đến trình tổng hợp GIỚI THIỆU MỤC ĐÍCH ĐE TÀI VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU: • Mục đích đề tài Nghiên cứu tổng hợp dẫn xuất ester menthol Menthyl Lactate nhằm khắc phục nhược điểm menthol ứng dụng vào sản phẩm có khả làm mát • Các nhiệm vụ trình nghiên cứu: Các tài liệu tham khảo cho thấy có nhiều phương pháp tổng hợp Menthyl Lactate khác nhau, chọn phương pháp tổng hợp Menthyl Lactate từ nguyên liệu ban đầu menthol lactic acid với hỗ trợ chất xúc tác, kết hợp kiểm soát điều kiện để hạn chế tối đa việc tạo sản phẩm phụ không mong muốn Từ ta có nhiệm vụ sau: ❖ Thăm dò + Thăm dò lựa chọn xúc tác tối ưư từ xúc tác H2SO4, H3PO4 ♦> Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình ester hóa menthyl ỉactate + Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ mol xúc tác /tác chất + Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ mol tác chất + Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ + Khảo sát ảnh hưởng lượng dung môi heptane + Khảo sát ảnh hưởng thời gian phản ứng ♦> Đánh giá chất lượng sản phẩm tổng hợp ❖ Thăm dò phối chế sản phẩm ứng dụng Thông thường, sản phẩm mỹ phẩm sau phối chế phải tiến hành đánh giá sản phẩm theo quan điểm người tiêu dùng (vừa cảm quan vừa định lượng toàn tính chất sản phẩm), ta lưu ý đánh giá khả gây mát sản phẩm nên chọn sản phẩm theo công thức đề nghị Haarmann & Reimer (H & R), công ty mỹ phẩm Đức tiến hành đánh giá chủ yếu xoay quanh tính gây mát sản phẩm Trong đó, quy cách đánh giá hoàn toàn dựa theo H&R Do điều kiện không cho phép nên phần đánh giá khả gây mát này, thay đánh giá theo phân vùng đối tượng sử dụng (toàn cầu, châu Á, châu Mỹ, châu Phi châu Âu) đánh giá theo tầng lớp xã hội nước bao gồm sĩ, nông, công, thương • Sơ đồ bưđc nghiên cứu CHƯƠNG - GIỚI THIỆU TÁC NHÂN LÀM MÁT MENTHYL LACTATE 1.1 Cấu tạo Menthyl Lactate [18] [19] [25] + Cấu trúc phân tử : Hình 2J Cấu true phân tử menthyl ỉactate + Công thức phân tử : C13H24O3 + Khối lượng phân tử 1.2 1.3 : 228,33 Tính chất vật lí Menthyl Lactate [3] [18] [19] [24] [25] + Nhiệt độ sôi + Chĩ số acid 302.00 - 303.00 °c (760.00 mm Hg) tối đa 2.00 (KOH/g) + Nhiệt độ nóng chảy 40°c + Nhiệt độ chớp sáng 128°c + Tính tan tan nước + Nồng độ sử dụng 0.1 - 2.0% Hoạt tính sính học Menthyl Lactate [3][15][16] [17] [18] [26] Khả làm mát sản phẩm mỹ phẩm công cụ cạnh tranh quan trọng Do đổ, nhà sản xuất cố gắng nâng cao tính làm mát cho người tiêu dùng mà đảm bảo an toàn mang lại cảm giác thoải mái khỉ sử dụng Khả làm mát phụ thuộc vào vị trí quan hấp thu nhiệt cố da Những vùng thể tập trung nhiều quan hấp thu nhiệt là: mặt, da đầu, trán, bên cánh tay, nắch, phần đùi bên trong, bẹn Những vùng cố quan hấp thu nhiệt bao gồm cánh tay bàn tay Cường độ hấp thu quan hấp thu nhiệt khác vùng khác thể khác thể ❖ ưu điểm Menthyl lactate: + Mùi nhẹ + Khả làm mát kéo dàỉ + Không gây kích ứng ❖ Nhược điểm Menthyl lactate: Menthyl Lactate không tạo hiệu ứng mát lạnh ban đầu mạnh menthol nên bị hạn chế số lĩnh vực, đặc biệt sản phẩm chăm sóc tóc miệng sản phẩm đòi hỏi tạo cảm giác mát lạnh nhanh chóng Để cải thiện vấn đề này, số nhà sản xuất thêm menthyl lactate tác nhân làm mát khác vào công thức Tác nhân thứ hai phải có khả làm mát mạnh, nhanh chóng khắc phục nhược điểm menthyl lactate Nhiều nghiên cứu cho thấy, phối trộn menthol menthyl lactate mỹ phẩm với thành phần khối lượng menthol 0.01- 2% thành phần khối lượng menthyl lactate 0.1 - 10%, tỷ lệ khối lượng menthol menthyl lactate nằm khoảng 1/1 đến 1/10, hạn chế menthol menthyl lactate khắc phục không gây kích ứng Hợp chất vừa tạo cảm giác mát lạnh ban đầu vừa trì cảm giác mát lạnh lâu dài 1.4 ứng dụng khác Menthyl Lactate Menthyl lactate hợp chất có tính dược lý dùng cho sản phẩm chăm sóc nha khoa hay trị chứng bệnh suy hô hấp, cảm thông thường, viêm phổi, viêm xoang Nó xem tác nhân có hoạt tính giảm đau Những nghiên cứu gần cho thấy, menthyl lactate kết hợp với thuốc NSAIDs (cấu tạo không chứa gốc steroid), giúp cho chúng thẩm thấu nhanh vào da, góp phần làm giảm đau, chống viêm, chống sưng tốt Menthyl lactate ứng dụng rộng rãi thực phẩm có khả làm giảm vị đắng Chúng phối trộn vào chewing gum, mứt kẹo, thức uống có cồn, sản phẩm có chút vị đắng Menthyl lactate ứng dụng rộng rãi lĩnh vực hóa mỹ phẩm Chúng thành phần làm mát quan trọng có sản phẩm chăm sóc da tóc bao gồm dầu gội, sữa tắm, sữa rửa mặt, kem cạo râu, chất khử mùi, sản phẩm chống nắng Đây ứng dụng có nhiều tiềm phát triển Việt Nam CHƯƠNG - TỔNG QUAN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Một số cổng bố tổng hựp Menthyl lactate nước [2] [7] [22] [23] [25] 2.1 2.1.1 Ngoải nưđc ❖ Cách thê' kỉ, Alexander McKenzie (1869 - 1951), tổng hợp Menthyl lactate dựa khửpyruvat menthyl Phương pháp sử dụng acid pyruvic cho phản ứng với alcohol hoạt động để tạo ester hoạt động Ester bị khử để thu menthyl lactate: Menthyl lactate Phương pháp sử dụng tác chất không đối xứng phức tạp, phản ứng chậm thường sử dụng để điều chế hóa chất thông thường lactic acid cách thủy phân ester không dùng để tổng hợp ester ❖ 1905, McKenzie et.al (J Chem Soc 87 (1905) 1016), tổng hợp Menthyl lactate phương pháp “hydrogen chloride Cách đơn giản tạo Menthyl Lactate ester hóa trực tiếp lactic acid menthol McKenzie mô tả việc tạo 1-menthyl-dl-lactate phản ứng ester 1- menthol dllactic với phương pháp “hydrogen chloride” Quá trình ester hóa xảy sục khí HC1 vào dung dịch ether gồm có 1-menthol lượng dư dl-lactic acid, sau rửa pha ether dung dịch sodium carbonat nước làm khan, cô đặc chưng cất McKenzie quan sát thay đổi menthyl hay bornyl (-C10H17) ester hoạt động bị thủy phân KOH/ rượu nhiệt độ cao để tạo thành muối cacboxylic tương ứng Điều kiện sử dụng không hiệu để tối thiểu thủy phân menthyl lactate mà chủ yếu lại tạo menthol lactic acid từ thủy phân Phương pháp tạo menthyl lactate không tinh khiết, hiệu suất không cao Nếu thủy phân để giảm sản phẩm phụ lượng menthyl lactate ❖ 1979, L Horner et.al (Liebigs Ann Chem.(1979)1232), tổng hợp Menthyl lactate phản ứng ester hóa diện chloroform và nhựa trao đổi ion Quá trình ester hóa trực tiếp L(+)-lactic acid 1-menthol thực với có mặt chloroform nhựa trao đổi ion có tính acid Sau tá ch rửa chloroform cách cho qua cột alumina loại bỏ dung môi, phần lại đem chưng cất phân đoạn, hiệu suất Menthyl lactate thu 39% So với phương pháp trước đây, hiệu suất cải thiện, chưa cao ❖ 1998, Walter Kuhn et.al (U.s Pat No 5783 725), tổng hợp Menthyl lactate phản ứng ester hóa L(+)-lactic acid l-menthol xúc tác acid Những acid đề nghị làm xúc tác cho phản ứng ester hóa sulfuric acid, phosphoric acid, methanesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, đất sét acid (là loại đất sét có khả tạo H+ hòa tan nước) nhựa trao đổi ion Kết Menthyl lactate sau chung cất đạt độ tinh khiết 97- 98% ❖ 04-2007, Erman, Mark, B and Snow, Joe, w., tổng hợp Menthyl Lactate phản ứng ester hóa kết hợp với trình thủy phân có kiểm soát Phản ứng lactic acid menthol không tạo thành menthyl lactate (ML) mà tạo lượng đáng kể ester lactoyl bậc cao hơn, bao gồm menthyl lactoyl lactate (MLL) menthyl lactoyl lactoyl lactate (MLLL) Trước đây, người ta ester lactoyl bậc cao chiếm 25% hỗn hợp sản phẩm ester hóa trực tiếp, chưng cất phân đoạn phương pháp làm tiêu hao lượng đáng kể Nghiên cứu tập trung khảo sát điều kiện thủy phân để chuyển đổi hiệu ester lactoyl bậc cao thành ML tối thiểu thủy phân ML thành menthol Các điều kiện bao gồm thứ tự thêm tác chất, tốc độ thêm, pH, nhiệt độ, tỉ lệ base Chúng biến đổi khoảng rộng, nhiệt độ từ 5-70° c, pH 14 nhiều thông số chưa công bố rõ báo cáo Phương pháp tạo hiệu suất ML (tính theo lượng menthol ban đầu) đạt 91% 2.1.2 Trong nưđc Trong nước, hầu hết sản phẩm chăm sóc cá nhân dùng menthol tác nhân làm mát, dẫn xuất menthol gần chưa nghiên cứu ứng dụng Vào tháng năm 2008, sinh viên Nguyễn Thị Bích Đào (trưởng đại học Tôn Đức Thắng) có tiến hành nghiên cứu tổng hợp menthyl lactate từ menthol lactic acid xúc tác acid với hiệu suất menthyl lactate thu 34.52% 17 ❖ Nhận xét + Dựa vào đồ thị, ta có phương trình hồi quy: T%ML= -0.1116 ■ (P)2 + 7.5422(P) - 72.697 R2 = 0.9889 => Điểm cực trị: (33.8; 54.7330) H%ml= -0.1341(P)2 +9.0995(P) - ■ 106.72 R2 = 0.9965 ■=> Điểm cực trị: (33.9; 47.6441) ■ H% ML + MLL = -0.1616(P)2 +10.853(P) - 129.15 R2 = 0.9905 => Điểm cực trị: (33.6; 53.0710) + Khi tăng thời gian thành phần ML, hiệu suất tạo ML, hiệu suất tổng tạo ML MLL tăng lên nhanh bắt đầu giảm qua điểm cực trị Sự chênh lệch HML HML+MLL CÓ XU hướng giảm qua điểm cực trị chứng tỏ thời gian phản ứng lâu, ML MLL có khả bị oxy hóa dẫn đến hiệu suất giảm + Để đạt hiệu suất ML cao ta chọn thời gian phản ứng 34 phút 3.3.6 Kết luận ❖ Qua trình khảo sát, điều kiện tốt để thực phản ứng ester hóa là: Menthol FL/M (TỈ lệ Lactic acid/Menthol) FX/M (Tỉ lệ H2SO4/Menthol) FH/M (TỈ lệ Heptane/Menthol) Nhiệt độ phản ứng Vận tốc khuấy Thời gian phản ứng 5.00 (g) FL/M= 1.667 0.0120 (mol/mol) 1.296 (mol/mol) 128°c Const 34 phút ♦> Thực phản ứng điều kiện trên, ta thu sản phẩm có thành phần hiệu suất sau: Mẩu Sản phẩm ML mSp(g) T%ML 6.36 55.1276 H%ML T%MLL H%MLL 47.9920 5.0443 4.0045 T%menịỊlol 51.9965 34.9493 18 ❖ Sau lần khảo sát thông số, ta chọn điều kiện đổ làm tâm khảo sát thông số Để cố nhìn tổng quát ảnh hưởng yếu tố, ta so sánh H%ML thí nghiệm tâm qua lần khảo sát xong thông số: Hỉệu suất Menthyl Lactate sau mẫi lần khảo sát thông số STT Tên Mẩu Thông sổ khảo sát H%ML Xs3 Chưa có 39.8970 Ms3 FX/M 40.7886 Ts3 FX/M ; FL/M 43.5163 Hs3 FX/M ; FL/M ; T° 44.0989 Ps3 FX/M ; FL/M ; T°; FHZM 47.9670 ML Tất thông số 47.9920 H% ĐỔ thị 6.8 ❖ M ẫ So sánh hiệu suất Menthyl Lactate qua lần khảo sát thông số Nhện xét: Hiệu suất Menthyl Lactate qua lần khảo sát thông số tăng dần chứng tỏ yếu tố khảo sát có ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng Qua đồ thị, ta thấy HML tăng mạnh sau khảo sát tỷ lệ mol lactic acid/menthol tỷ lệ mol heptane/menthol, hai yếu tố có tác động mạnh đến phản ứng ester hốa u 19 ■=> Tóm lại, qua trình khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng ester hóa, ta tìm điều kiện tổng hợp tốt để đạt hiệu suất Menthyl Lactate cao Trong điều kiện này, ta tiến hành tổng hợp 20 mẻ Menthyl Lactate với tổng khối lượng sản phẩm thu 126.7g Sản phẩm dạng hỗn hợp (M+ML+MLL) ta tạm gọi Frescolat Từ sản phẩm tổng hợp này, ta tiến hành đánh giá cảm quan, tính chất lý học, hoạt tính sinh học đặc biệt khả làm mát sản phẩm ứng dụng theo công thức kiểm tra công ty Haarmann & Reimer (Đức) 20 CHƯƠNG - ĐÁNH GIÁ TÍNH CHAT SẢN PHẨM DẠNG HỖN HỘP (M+ML+MLL) 4.1 Kết đánh giá: Trong điều kiện Menthyl Lactate chuẩn để so sánh chưa có tiêu chuẩn sản phẩm tổng hợp này, tóm tắt kết đánh giá sản phẩm Frescolat so sánh số tính chất với menthol sau: Bảng 7.1 Kết đánh giá túih chất sản phẩm Chỉ tiêu đánh giá Frescolat Menthol Cảm quan • Dạng Lỏng Tinh thể rắn • Màu • Mùi Vàng Mùi bạc hà nhẹ, che phủ dễ Trắng Mùi bạc hà mạnh, ảnh • Vị hương liệu Cay the hưởng đến hương cho vào Nóng kèm cảm giác lạnh Tmh chất lý hóa • Tỷ trọng d 0.9656 20 • Chỉ số khúc xạ no 1.4530 • Góc quay cực riêng -182.0 [