Nội dung bài giảng gồm: Chương 1: Giới thiệu chung về hóa học xanh và kỹ thuật xanh; Chương 2: Hóa học xanh với xúc tác có khả năng thu hồi và tái sử dụng; Chương 3: Hóa học xanh với dung môi xanh là chất lỏng Ion; Chương 4: Hóa học xanh với dung môi xanh là môi truờng chứa nuớc; Chương 5: hóa học xanh với dung môi xanh là CO2 tới hạn; Chương 6: Hóa học xanh với thiết bị là các hệ thống Micro Reactor
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Khoa Hóa Mơi Trường – Bộ mơn KT Hóa học HĨA HỌC XANH Tên giảng viên: Lê Thu Hường Email: lethuhuong@tlu.edu.vn ĐT: 0971611795 Giới thiêu: ❑ Mơn học: Hố học Xanh ❑ GT: GT Hoá học xanh (Phan Thanh Sơn Nam NXB ĐH Quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2014) ❑ Số tín chỉ: (tín) ❑ Phương pháp đánh giá: thi viết (quá trình 30%, cuối kỳ: 70%) ❑ Nội dung: Chương C C C GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HÓA HỌC XANH VÀ KỸ THUẬT XANH HÓA HỌC XANH VỚI XÚC TÁC CÓ KHẢ NĂNG THU HỒI VÀ TÁI SỬ DỤNG HĨA HỌC XANH VỚI DUNG MƠI XANH LÀ CHẤT LỎNG ION C C C HĨA HỌC XANH VỚI DUNG MƠI XANH LÀ MƠI TRƯỜNG CHỨA NƯỚC HĨA HỌC XANH VỚI DUNG MƠI XANH LÀ CO2 SIÊU TỚI HẠN HÓA HỌC XANH VỚI THIẾT BỊ LÀ CÁC HỆ THỐNG MICRO REACTOR CHƯƠNG I ➢ ǀ LỊCH SỬ CỦA HÓA HỌC XANH ➢ ǁ CÁC NGUYÊN TẮC CỦA HÓA HỌC XANH ➢ III CÁC NGUYÊN TẮC CỦA KỸ THUẬT XANH ➢ IV THÚC ĐẨY KỸ THUẬT XANH THƠNG QUA HĨA HỌC XANH ➢ V CÁC VẤN ĐỂ CẨN QUAN TÂM I LỊCH SỬ CỦA HÓA HỌC XANH Hóa học xanh q trình sản phẩm hóa học loại trừ hồn tồn, giảm thiểu hóa chất độc hại I LỊCH SỬ CỦA HÓA HỌC XANH Năm 1991 • Cơ quan Bảo vệ Mơi trường Hoa Kỳ • chương trình hóa học xanh Năm 1993 • Cơ quan Bảo vệ Mơi trường Hoa Kỳ • ‘Chương trình Hóa học xanh Hoa Kỳ’ Hiện • Lĩnh vực trung tâm • Mang tính qc tế ngành hóa học Nội dung ǁ.1 Mười hai nguyên tắc Paul Anastas John Warrner đề nghị ǁ CÁC NGUYÊN TẮC CỦA HÓA HỌC XANH ǁ.2 Mười hai nguyên tắc Neil Winterton đề nghị ǁ.3 Mười hai nguyên tắc Samantha Tang, Richard Smith Martyn Poliakoff đề nghị ǁ.1 Mười hai nguyên tắc Paul Anastas John Warrner đề nghị Nguyên tắc thứ – phòng ngừa chất thải Nguyên tắc thứ hai – tiết kiệm nguyên tử Paul Anastas John Warrner đề nghị Ngun tắc thứ ba – sử dụng q trình độc hại Nguyên tắc thứ tư - thiết kế hóa chất an tồn Ngun tắc thứ năm - sử đụng dung mơi chất trợ an lồn Nguyên tắc thứ sáu - thiết kế trinh để đạt hiệu lượng ǁ.1 Mười hai nguyên tắc Paul Anastas John Warrner đề nghị Nguyên tắc thứ bảy – sử dụng nguyên liệu có khả lái tạo Nguyên tắc thứ tám - hạn chế q trình tạo dẫn xuất Ngun tắc thứ chín - sử dụng xúc tác Paul Anastas John Warrner đề nghị Nguyên tắc thứ mười - thiết kế sản phẩm phân hủy Nguyên tắc thứ mười - phân tích sản phầm quy trình Ngun tắc thứ mười hai - hóa học an tồn phịng ngừa tai nạn ǁ.2 Mười hai nguyên tắc Neil Winterton đề nghị Nguyên tắc thứ – nhận dạng sản phẩm phụ, có thể, định lượng chúng Nguyên tắc thứ hai – báo cáo độ chuyển hóa, độ chọn lọc hiệu q trình Nguyên tắc thứ ba – thiết lập cân vật chất hồn chỉnh cho q trình Neil Winterton đề nghị Nguyên tắc thứ năm - nghiên cứu nguyên tắc nhiệt hóa học Nguyên tắc thứ tư - định lượng mát xúc tác dung mơi Ngun tắc thứ sáu - dự đốn giới hạn truyền khối hay truyền lượng Các phản ứng khác Phản ứng chuyển vị Bayer-Villiger thực micro reactor Micro reactor: dạng rãnh 30μm khắc vào borosilicate Điều kiện: xúc tác scandium hòa tan borosilicate; t thường, dd H2O2 30%; thời gian lưu hóa 8,1s Ưu điểm Hiệu suất độ chọn lọc sản phẩm cao đáng kể so với bình khuấy trộn thông thường 14 Các phản ứng khác Phản ứng khử hợp chất aldehyde thành alcohol bằng tác nhân lithium tert-butoxide thực micro reactor Tác nhân khử: lithium tert-butoxide Điều kiện: t=180C; P=160bar; thời gian lưu 30 phút Micro reactor: dạng ống mao quản chịu nhiệt, áp suất cao Ưu điểm • Nhiều hợp chất alcohol điều chế với hiệu suất cao so với bình khuấy trộn thơng thường • Khơng cần sử dụng tác nhân khử họ hydride đắt tiền cũng 15 hệ thống phản ứng với hydrogen P cao Nội Dung • Các q trình phản ứng dị thể Micro Reactor • Phát triển Micro reactor quy mơ lớn • Kết luận Các trình phản ứng dị thể Micro Reactor Các phản ứng cộng hợp nhân Phản ứng Knoevenagel giữa benzandehyd và ethylcyanoacetate để hình thành sản phẩm 2-cyano-3-phenyl acrylic acid ethyl ester Xúc tác silicagel có nhóm piperazine cố định bề mặt Ưu điểm: Sản phẩm tinh khiết mà tinh chế Hiệu suất đạt 98-99% Các trình phản ứng dị thể Micro Reactor Các phản ứng sử dụng xúc tác kim loại chuyển tiếp Phản ứng ghép đôi Suzuki giữa hợp chất bromoarene với phenylboronic acid Phương pháp: Hệ thống micro reactor dạng ống kích thước 𝜇𝑚 Xúc tác phức palladium họ salen cố định chất mang polymer Kỹ thuật bơm tác chất 10 phút, thời gian lưu của tác chất hệ là 10 phút Ưu điểm: Không cần phải sử dụng thêm phức phosphine độc hại với môi trường và người Thời gian gảm từ 24h xuống 10 phút với cùng độ chuyển hóa so với bình khuấy trợn bình thường Khơng sử dụng dung mơi Các q trình phản ứng dị thể Micro Reactor Các phản ứng đóng vịng Phản ứng cộng hợp hợp chất ankyl isocyanoacetate và acyl chloride và sau đó là giai đoạn đóng vịng nợi phân tử có mặt xúc tác base cố định chất mang polymer rắn tạo hợp chất dị vòng họ oxazole Ưu điểm: Độ tinh khiết cao đáng kể so với khuấy trộn thông thường Không sử dụng dung mơi Các q trình phản ứng dị thể Micro Reactor Các phản ứng khác Phản ứng azido iodine hóa hợp chất alkene dùng xúc tác rắn thực micro reator - GĐ 1: Xúc tác polymer có mang nhóm iodate(I) mong muốn để tạo Sản phẩm họ ß-iodo azide mong ḿn Ưu điểm: Thời gian phản ứng ngắn nhiều có độ chuyển hóa tương với khuấy trộn thông thường Các trình phản ứng dị thể Micro Reactor - GĐ 2: Tách loại sản phẩm trung gian ß-iodo azide base mạnh là 1,8-diazabicycloundec-7-ene cố định chất mang polymer Sản phẩm là vinyl azide Ưu điểm: Sản phẩm tinh khiết mà tinh chế Không sử dụng dung môi Ví dụ: 91% Hiệu suất cao so với trộn thông thường khoảng Phát triển micro reacator quy mô lớn Ứng dụng micro reactor tởng hợp hóa dược Tởng hợp Imatinib Giai đoạn 1:Tổng hợp sản phẩm trung gian họ amide từ acyl chloride và dẫn xuất của aniline - Bơm acyl chloride qua micro reactor chứa DMAP cố định chất mang polymer với lưu lượng 100𝜇𝑙/min - Đưa dẫn xuất của aniline qua micro reactor với lưu lượng 400 𝜇𝑙/min Tổng hợp Imatinib Giai đoạn 2: Thế nhân với N-methylpiperazine - Sản phẩm trung gian amide được xử lý với CaCO3 để tham gia phản ứng thế nhân với N-methylpiperazine - Bơm chất qua micro reator chứa isocyante cố định chất mang polymer → Sản phẩm trung gian amide thứ Hiệu suất 70% Tổng hợp Imatinib Giai đoạn 3:Phản ứng ghép đôi Buchwald-Hartwig giữa sản phẩm trung gian amide và 4(pyridine-3-yl)pyrimidin-2-amine Điều kiện: Xúc tác Palladium Thời gian lưu micro reactor là 30 phút → Hiệu suất 69% Độ tinh khiết 95% Tổng hợp Rimonabant Ưu điểm: Sản phẩm tinh khiết mà tinh chế Hiệu suất cao so với trộn thông thường khoảng 80% Thời gian tổng hợp 24 phút Ứng dụng micro reactor tởng hợp hóa chất Phản ứng Paal-Knorr điều chế pyrrole Hệ thống micro reactor dạng rãnh khắc vào thủy tinh có thể tích 7𝜇𝑙 Tác chất amine và diketone được bơm vào vùng phản ứng qua cổng nhập liệu Acetone được bơm vào dòng hỗn hợp phản ứng sau qua micro reactor Kết Luận Chương giới thiệu số tiến lĩnh vực tổng hợp hữu thực thiết bị phản ứng hệ thống micro reactor Phản ứng thực micro reactor đạt hiệu cao so với q trình thơng thường Ưu điểm hệ thống: giảm đến mức tối thiểu nhu cầu vận chuyển tồn trữ hóa chất độc hại Micro reactor có khả làm cách mạng cơng nghiệp hóa dược Một số cơng trình nghiên cứu tiêu biểu ứng dụng hệ thống thiết bị sở micro reactor làm thiết bị xanh cho q trình tổng hợp hữu cơ: • Thực trình phản ứng đồng thể micro reactor THANKS! Any questions? ... CHUNG VỀ HÓA HỌC XANH VÀ KỸ THUẬT XANH HÓA HỌC XANH VỚI XÚC TÁC CÓ KHẢ NĂNG THU HỒI VÀ TÁI SỬ DỤNG HĨA HỌC XANH VỚI DUNG MƠI XANH LÀ CHẤT LỎNG ION C C C HĨA HỌC XANH VỚI DUNG MƠI XANH LÀ MƠI TRƯỜNG... NƯỚC HĨA HỌC XANH VỚI DUNG MƠI XANH LÀ CO2 SIÊU TỚI HẠN HÓA HỌC XANH VỚI THIẾT BỊ LÀ CÁC HỆ THỐNG MICRO REACTOR CHƯƠNG I ➢ ǀ LỊCH SỬ CỦA HÓA HỌC XANH ➢ ǁ CÁC NGUYÊN TẮC CỦA HÓA HỌC XANH ➢ III... NGUYÊN TẮC CỦA KỸ THUẬT XANH ➢ IV THÚC ĐẨY KỸ THUẬT XANH THƠNG QUA HĨA HỌC XANH ➢ V CÁC VẤN ĐỂ CẨN QUAN TÂM I LỊCH SỬ CỦA HÓA HỌC XANH Hóa học xanh q trình sản phẩm hóa học loại trừ hồn tồn, giảm