Giáo trình thí nghiệm hoá hữu cơ ((dùng cho sinh viên ngành công nghệ sinh học

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI KHOA HĨA VÀ MƠI TRƯỜNG BỘ MƠN HĨA CƠ SỞ -*** - GIÁO TRÌNH THÍ NGHIỆM HĨA HỮU CƠ (Dùng cho sinh viên ngành Công nghệ sinh học) Hà Nội, 9-2020 MỤC LỤC Trang PHẦN I: CÁC NGUYÊN TẮC LÀM VIỆC TRONG PHỊNG THÍ NGHIỆM HĨA HỌC PHẦN II: DỤNG CỤ, THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM VÀ CÁC KỸ THUẬT CƠ BẢN TRONG PHỊNG THÍ NGHIỆM HĨA HỮU CƠ I Các dụng cụ thường dùng cách sử dụng II Xác định số vật lí hợp chất hữu 12 Xác định nhiệt độ nóng chảy chất rắn 12 Xác định nhiệt độ sôi chất lỏng 13 Xác định số khúc xạ chất lỏng 14 Xác định tỉ khối chất lỏng 15 III Một số kỹ thuật thí nghiệm 15 Đun nóng làm lạnh 15 Gạn, lọc li tâm 16 Làm khô 19 IV Các phương pháp phân lập tinh chế hợp chất hữu 20 Phương pháp chưng cất 21 Phương pháp chiết 21 Phương pháp kết tinh (phương pháp kết tinh lại) 23 Phương pháp thăng hoa 23 Phương pháp sắc ký 24 PHẦN III: NỘI DUNG CÁC BÀI THÍ NGHIỆM 30 Bài 1: Kết tinh lại: tinh chế xác định nhiệt độ nóng chảy axit benzoic 30 Bài 2: Chưng cất đơn áp suất thường: chưng cất etanol 34 Bài 3: Chưng cất lôi nước: tinh chế tinh dầu vỏ chanh 38 Bài 4: Sắc ký cột sắc ký lớp mỏng: phân tách chất diệp lục carotenoit xanh 43 Bài 5: Phản ứng este hóa: tổng hợp etyl axetat 48 PHẦN I: CÁC NGUN TẮC LÀM VIỆC TRONG PHỊNG THÍ NGHIỆM HĨA HỌC Nội quy làm việc phịng thí nghiệm Trước làm thí nghiệm sinh viên phải đọc kỹ tài liệu, hiểu rõ chi tiết thí nghiệm trước làm lường trước cố xảy để phịng tránh Phải trung thực với kết thí nghiệm làm Làm xong thí nghiệm phải báo cáo kết với giáo viên ghi tường trình thí nghiệm Làm khơng có kết phải làm lại Trong q trình thí nghiệm phải giữ trật tự, im lặng, phải có tính nghiêm túc, xác, khoa học Phải tuân theo quy tắc an toàn Phải giữ chỗ làm việc gọn gàng Mỗi sinh viên phải làm việc chỗ quy định, làm thí nghiệm giáo viên giao giám sát giáo viên Không ăn uống, hút thuốc tiếp khách phịng thí nghiệm Phải rửa dụng cụ sẽ, tránh làm đổ vỡ Nếu vỡ phải báo cáo với giáo viên nhân viên phịng thí nghiệm ghi vào sổ nhật ký phịng thí nghiệm Không vứt giấy lọc, chất rắn, axit, kiềm, chất dễ cháy chất dễ bay bể rửa, mà phải đổ chỗ quy định phòng thí nghiệm Khơng tự tiện mang dụng cụ, hóa chất khỏi phịng thí nghiệm Khơng dùng dụng cụ, máy móc khơng thuộc phạm vi phịng thí nghiệm dụng cụ máy móc chưa hiểu tính cách sử dụng Phải tiết kiệm điện, nước hóa chất Khi vào phịng thí nghiệm phải mặc áo blu Làm xong thí nghiệm phải dọn chỗ thí nghiệm, rửa dụng cụ làm thí nghiệm để trả lại cho phịng thí nghiệm Phải tắt điện, khóa nước báo cáo với giáo viên nhân viên phịng thí nghiệm kiểm tra lại Nguyên tắc làm việc với chất độc hại chất dễ nổ Đại đa số hợp chất hữu nhiều độc tiếp xúc với hóa chất, phải biết đầy đủ tính độc quy tắc chống độc Khi làm việc với hóa chất độc hại phải đeo kính, găng tay làm việc tủ hút Khi làm việc với Na, K phải dùng kính bảo hiểm, lấy kim loại khỏi bình khơng dùng tay, lau khơ kim loại giấy lọc, phải tránh cho kim loại tiếp xúc với nước hay CCl4, phải hủy kim loại dư chưa phản ứng lượng nhỏ ancol etylic khan ete Phải bảo quản kim loại dầu hỏa khan Khi làm việc với H2SO4 đặc, oleum phải rót cẩn thận vào bình qua phễu làm tủ hút Khi pha lỗng H2SO4 phải rót từ từ axit đặc vào nước khuấy nhẹ đồng thời làm lạnh, khơng pha lỗng oleum Khi làm việc với thủy ngân kim loại tránh rơi ngồi Thủy ngân kim loại rơi vãi cần thu hồi triệt để bột lưu huỳnh kim loại đồng (đồng sau xử lý dung dịch cường toan) Không chưng cất ete etylic, tetrahiđrofuran đioxan chưa biết chất lượng chúng Trong số trường hợp phải tiến hành khử peoxit trước chưng cất Hình I.1 Thí nghiệm tiến hành tủ hút mơ hình di chuyển dịng khơng khí tủ hút Nguyên tắc làm việc với chất dễ cháy Khi làm việc với ancol, ete, benzen, axeton, axetyl axetat, cacbon đisunfua, ete dầu hỏa chất dễ cháy khác phải tránh xa lửa, khơng đun nóng lửa đèn trần hay lưới bình hở Khi đun nóng hay chưng cất phải dùng bếp cách thủy, cách dầu, cách cát bếp điện bọc Trước tháo máy có chất dễ cháy, phải tắt lửa hay đèn, bếp điện trần gần Khơng giữ chất dễ cháy chỗ nóng, gần bếp điện, đèn hay tủ sấy nóng Khơng giữ chất dễ cháy chất lỏng hay rắn dễ tách khí dễ cháy cách bình mỏng có nút chặt Phải giữ ete ống có nút chặt có mao quản hay ống CaCl2 Không đổ chất dễ cháy vào thùng rác hay máng nước Tất hóa chất chỗ làm việc phải đựng lọ có dán nhãn rõ ràng Nguyên tắc làm việc với dụng cụ thủy tinh Khi cắt hay bẻ ống thủy tinh phải ý không để đầu thủy tinh chạm vào tay Trước bẻ, phải dùng dao cắt thủy tinh cắt ¼ ống bẻ chỗ cắt ống Khi cho nút vào ống thủy tinh, ống sinh hàn, phễu nhỏ giọt hay nhiệt kế cần phải dùng tay giữ gần chỗ cho nút vào, không ấn mạnh mà xoay nhẹ dần vào Không đun nóng đổ dung dịch nóng vào chậu hay bình thủy tinh dày Nguyên tắc làm việc với áp suất thấp Khi làm việc với thiết bị chân khơng, thiết phải đeo kính bảo hiểm dùng mặt nạ màng bảo vệ thủy tinh hữu Khi chưng cất hay lọc dung mơi chất dễ bay hơi, hay phân hủy thành chất có tính axit mơi trường chân khơng khơng dùng bơm dầu mà phải dùng bơm chân khơng dịng nước Khơng dùng bình đáy để chưng cất chân khơng Phải tuân thủ nghiêm ngặt quy tắc an toàn chưng cất áp suất thấp hay chân không Nguyên tắc làm việc với khí nén Phải cẩn thận làm việc với khí nén (hiđro, oxi, clo, metan, axetilen amoniac…) dễ gây cháy, nổ ngộ độc Phải đế bình nén trạng thái đứng chắn tránh đổ vỡ hay dựng vào bàn làm việc có vịng sắt Phải để bình khí nén xa chỗ đun nóng nơi gây tiếng nổ mạnh Bảo vệ chúng tránh xa ánh nắng mặt trời Khi di chuyển bình khí phải dùng xe đẩy, không vác vai Tất bình khí phải lắp áp kế van điều chỉnh khí lấy Trước làm việc với bình khí nén phải xem màu đặc trưng cho loại khí dùng nhãn cho chắn, đặt bình chỗ ổn định, kiểm tra van, áp kế dây dẫn khí vào phản ứng Nguyên tắc làm việc với áp suất cao Nếu tiến hành phản ứng nhiệt độ cao nhiệt độ sôi cấu tử có hệ hay cần phải có nồng độ cao khí phải tiến hành phản ứng hệ kín áp suất cao Với lượng nhỏ chất áp suất khơng cao dùng ống hàn kín, cịn áp suất cao dùng nồi hấp kim loại Trước làm việc, cần phải biết áp suất dung môi cần dùng, đánh giá áp suất mao quản thời gian phản ứng với chất tạo thành Khi làm việc với nồi hấp, phải tuần theo quy tắc sử dụng nồi hấp phịng thí nghiệm Cách sơ cứu số trường hợp chấn thương ngộ độc Khi bỏng nhiệt, bôi dung dịch KMnO4 loãng hay ancol etylic vào chỗ bỏng, sau bơi vazơlin glixerin vào chỗ bỏng Khi bị bỏng axit, rửa chỗ bị bỏng nhiều lần dung dịch NaHCO3 3% hay dung dịch NaOH 3% Khi bị bỏng kiềm đặc, rửa chỗ bị bỏng nhiều lần nước, axit axetic loãng hay dung dịch axit boric 1% Khi bị bỏng brom, rửa nhiều lần ancol etylic Na2S2O3 10% sau bôi mỡ vazơlin vào vết bỏng Khi bị bỏng phenol, rửa nhiều lần glyxerin màu da trở lại bình thường, nước sau bang chỗ bỏng lại tẩm glyxerin Khi rơi chất hữu lên da, đa số trường hợp rửa nước khơng có tác dụng ta rửa dung mơi thích hợp Cần rửa nhanh với lượng dung mơi lớn dung mơi dễ làm thâm nhập chất độc hữu qua da nên tránh tạo thành dung dịch đậm đặc chất hữu da Khi hít phải nhiều chất khí clo hay brơm, ngửi dung dịch ammoniac hay ancol nơi thống Khi bị đầu độc hóa chất, uống lượng tương đối nhiều nước, sau đó, bị đầu độc axit uống cốc NaHCO3 2%, bị đầu độc kiềm uống cốc giấm ăn 2% Khi bị đầu độc nặng, đưa chỗ thống, làm hơ hấp nhân tạo, gọi bác sĩ đưa cấp cứu Khi bị thương thủy tinh, gắp hết mảnh thủy tinh khỏi vết thương, bôi cồn iốt 3%, băng lại vết thương Nếu chảy nhiều máu cột garơ lại đưa cấp cứu Phương pháp dập tắt đám cháy Trường hợp chất lỏng bị cháy, phải tắt hết điện hay đèn phủ lửa khăn mặt, khăn amiang, chăn, cát bình cứu hỏa Nếu chất cháy tan nước (etanol, axeton…) dập tắt nước Nếu chất cháy không tan nước (ete, xăng…) khơng dung nước mà dùng cát bình cứu hỏa Khi quần áo bị cháy, không chạy mà dội nước vào chỗ cháy hay nằm lăn sàn nhà phủ chăn vào chỗ cháy Khi áo choàng bị cháy phải cởi áo chồng Khi có đám cháy lớn phải gọi phịng cháy chữa cháy PHẦN II: DỤNG CỤ, THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM VÀ CÁC KỸ THUẬT CƠ BẢN TRONG PHỊNG THÍ NGHIỆM HĨA HỮU CƠ I CÁC DỤNG CỤ THƯỜNG DÙNG VÀ CÁCH SỬ DỤNG Dụng cụ thuỷ tinh Thuỷ tinh dùng phịng thí nghiệm loại thuỷ tinh nhiệt, bền với nước, axit kiềm, có hệ số giãn nở bé, thuỷ tinh bosilicat, ví dụ thuỷ tinh Pirex, Rasotherm… Chúng dùng để chế tạo loại dụng cụ thí nghiệm Các loại bình: Có thể tích từ vài chục ml đến vài ba chục lít, có hình dạng khác Tuỳ theo chức u cầu mà người ta sử dụng loại bình thích hợp Ví dụ, bình cầu đáy trịn để tiến hành phản ứng, bình cầu đáy dùng để hứng chưng cất, bình Claizen bình Vuyêc dùng để chưng cất…, bình tam giác dùng để hứng, bình tam giác có vịi (bình Bunzen) dùng để lọc hút chân khơng Khi dung dịch cần dùng bình tam giác hay cốc (a) (c) (d) (b) (e) (f) Hình II.1 Một số loại bình dùng thí nghiệm hố hữu (a) Bình cầu đáy trịn; (b)Bình cầu đáy bằng; (c) Bình cầu Vuyếc; (d) Bình cầu Claizen; (e) Bình lê; (f) Bình Bunzen Các loại sinh hàn: Tuỳ theo nhiệt độ đun dung dịch cách thức tiến hành công việc mà người ta chọn loại sinh hàn thích hợp Đun hồi lưu hỗn hợp phản ứng có nhiệt độ sơi cao 150°C dùng sinh hàn khơng khí; đun hồi lưu hỗn hợp có nhiệt độ sôi thấp 150°C, dùng sinh hàn bầu hay sinh hàn xoắn Khi chưng cất, dùng sinh hàn thẳng (Libic), tuỳ theo nhiệt độ sôi chất chưng cất mà sử dụng sinh hàn cách thích hợp: nhiệt độ sơi thấp 120°C cho nước chảy qua sinh hàn, nhiệt độ sôi từ 120 - 160°C dùng nước đựng sinh hàn cịn nhiệt độ cao khơng dùng nước (sinh hàn khơng khí) (a) (b) (d) (c) Hình II.2 Một số loại sinh hàn (a) Sinh hàn khơng khí; (b) Sinh hàn nước loại bầu; (c) Sinh hàn nước loại thẳng; (d) Sinh hàn nước loại xoắn Phễu: Có nhiều loại phễu khác tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng Phễu thường dùng để sang lấy hóa chất dùng để lọc tách chất rắn khỏi hỗn hợp dung dịch có độ nhớt thấp Phễu chiết dùng để tách chất lỏng không trộn lẫn với nhau, khác khối lượng riêng nên phân tách thành phần (trên/dưới), phần rút mở van đáy phễu Phễu lọc xốp phễu Bucne dùng để lọc tách chất rắn khỏi hỗn hợp có độ nhớt trung bình cao, đơi có sử dụng chân khơng để tăng hiệu lọc Phễu Bucne thường sử dụng với bình Bunzen Phễu nhỏ giọt dùng để đong cho hóa chất vào bình phản ứng (a) (b) (c) (d) (e) Hình II.3 Một số phễu (a) Phễu thường; (b) Phễu chiết; (c) Phễu nhỏ giọt; (d) Phễu lọc xốp (e) Phễu Bucne; Một số dụng cụ đo thể tích: Ống đong, buret pipet: Là dụng cụ đo thể tích, có hình dạng ống thuỷ tinh dài hình trụ Ống đong có đáy dùng để đo thể tích dung dịch tương tối xác Buret có khố nút mài phần cuối để điều chỉnh lượng dung dịch buret chảy thành dịng hay nhỏ giọt Cơng dụng buret đo trực tiếp thể tích dung dịch tiêu tốn việc chuẩn độ Pipet dụng cụ để lấy xác thể tích dung dịch Bình định mức: Là dụng cụ dùng để điều chế dung dịch chuẩn từ chất gốc, pha lỗng xác dung dịch đặc, pha chế thể tích xác dung dịch mẫu phân tích (a) (b) (c) (d) Hình II.4 Một số dụng cụ đo thể tích: (a) Ống đong, (b) Pipet, (c) Buret, (d) bình định mức Dụng cụ nối Để lắp ráp dụng cụ thuỷ tinh, người ta dùng nút lie, nút cao su, nút nhám Các chỗ nối tiếp xúc, luồn vào nhau, có dạng hình chóp hay Để chuyển từ kích thước sang kích thước kia, người ta dùng cổ nối ống nối Có nhiều loại ống nối có hình dạng cấu tạo khác dùng để nối phận hệ thống phản ứng, chưng cất Chúng lắp ghép với nút cao su chỗ nối mài nhám để 2.2 Chưng cất etanol Etanol hay rượu etylic (CH3CH2OH) có: ts° 78,33°C ; 𝑛 1,3616; 𝑑 0,7890 Etanol bán thị trường hỗn hợp đẳng phí etanol-nước, loại sơi 78,17°C, có 96% etanol 4% nước nên có tên gọi cồn 96 Trong phịng thí nghiệm cần loại etanol tuyệt đối cao (99,5%) Dùng phương pháp chưng cất đơn để tinh chế cồn công nghiệp thu cồn tuyệt đối cao Chú ý: Etanol tuyệt đối háo nước, nên cần chống ẩm tốt phải giữ bình có nút kín, chất dễ cháy, nổ, phải đề phịng Sơ đồ chưng cất etanol lắp ghép Hình 2.2 Nhiệt kế Nước Cột chưng cất đơn Sinh hàn thẳng Bình chưng cất Ống sừng bị Cồn cơng nghiệp Nước vào Bình cách thủy Etanol tinh khiết Bếp điện Bình hứng Hình 2.2 Hệ thống chưng cất etanol Hoá chất dụng cụ a Hố chất Cồn cơng nghiệp: 200 ml b Dụng cụ: Tên Số lượng Tên Số lượng Bình cầu cổ 250ml 10 Ống silicon dẫn nước 2 Bình đáy 250ml 11 Ống đong 100ml 36 Cột cất đơn 12 Vazơlin Sinh hàn thẳng 13 Cốc 100ml Cổ nối sừng bò 14 Đá bọt viên Giá đỡ 15 Cồn kế 16 Phễu thủy tinh 17 Nhiệt kế 100oC (có nhám nút cao su) Noa kẹp Bếp điện Nồi nhôm 1 hộp Thực nghiệm Xác định nồng độ cồn cồn cơng nghiệp cồn kế (có thể làm chung cho lớp) Lấy 200 ml cồn công nghiệp cho vào bình cầu cổ có nhám 500 ml Cho vài viên đá bọt vào bình Lắp hệ thống chưng cất đơn theo sơ đồ Hình 2.2 Đun cách thủy bếp điện lấy sản phẩm nhiệt độ 77-79 °C Kết Đo thể tích lượng cồn tinh khiết chưng cất (ml) Tính hiệu suất trình chưng cất Xác định lại nồng độ cồn sau chưng cất cồn kế So sánh độ cồn trước sau chưng cất 37 BÀI CHƯNG CẤT LÔI CUỐN HƠI NƯỚC: TINH CHẾ TINH DẦU VỎ CHANH Mục đích Hiểu khái niệm ý nghĩa số khúc xạ chất lỏng (phần II, mục II.3) Hiểu phương pháp cách lắp hệ thống chưng cất lôi nước Hiểu phương pháp kỹ thuật chiết chất lỏng (Phần II, mục IV.2) Cơ sở lý thuyết 2.1 Phương pháp chưng cất lôi nước Phương pháp dùng để tinh chế chất lỏng không tan nước Như ta biết, áp suất hỗn hợp hai cấu tử tan hoàn toàn vào tuân theo định luật Raoult chúng khơng có đẳng phí với Nhưng áp suất hỗn hợp hai cấu tử không tan vào tuân theo định luật Dalton: áp suất hỗn hợp tổng áp suất riêng phần cấu tử hợp thành Nếu gọi hai cấu tử X N (X chất lỏng không tan vào N), PX PN áp suất riêng phần X N, P áp suất chung hệ, ta có: P = PX + PN (3.1) Phương trình (3.1) cho thấy nhiệt độ sôi hệ thấp nhiệt độ sôi cấu tử sơi thấp nhất, cho ta thấy áp suất hệ không liên quan đến lượng cấu tử hệ pha lỏng Nếu gọi nX nN số mol X N pha hơi, ta có: n P = n P (3.2) Nếu gọi lượng X pha WX, N WN MX, MN phân tử khối X N thì: n = , n = (3.3) Thay vào phương trình (3.2) ta có: = (3.4) Cho tồn ngưng tụ thành lỏng tỉ số trọng lượng cấu tử chất lỏng thu tỉ lệ thuận với áp suất riêng phần phân tử khối chúng không bị ảnh hưởng trọng lượng chúng pha lỏng lúc chưa cất Từ ta tính phần trăm cấu tử cất theo trọng lượng: 38 %X = (3.5) Điều thật bổ ích ta biết chất khơng tan nước, biết áp suất riêng phần phân tử khối ta tính lượng nước cần thiết cho tinh chế Ví dụ: Anilin khơng tan nước, có áp suất 43 mmHg, phân tử khối 93 Như hoà tan anilin vào nước, áp suất nước 760 - 43 = 717 mmHg, hỗn hợp sôi thấp nhiệt độ sôi nước Sản phẩm có thành phần: %anilin = 100.43.93 = 23,8 % 717.18 + 43.93 Như 100 g hỗn hợp cất ta thu 23,8 g anilin 2.2 Tinh dầu chanh Tinh dầu vỏ chanh chế cách ép phần vỏ chanh tươi chưng cất lôi theo nước Tinh dầu gồm chủ yếu 92 – 95% tecpen, đó: 90% d-limonen, -phellandren, lượng vết pinen; thành phần thơm gồm 4-5% citral, citronellal, linalool, linalyl acetate, geraniol, geranyl acetate, terpineol Tinh dầu chanh chất lỏng khơng màu, có mùi thơm dịu nhẹ, tỷ trọng 15 oC từ 0,856 đến 0,861; số khúc xạ n D20 1,471-1,478; suất quay cực  D20 + 570 đến + 670 Tinh dầu vỏ chanh chất lỏng có khả lơi theo nước tan nước, khơng tác dụng với nước Vì tinh dầu chanh thơ có chứa tạp chất tinh chế cách chưng cất lơi theo nước Hóa chất dụng cụ a Hóa chất Tinh dầu vỏ chanh: 20 ml; Na2SO4 khan; Muối ăn NaCl b Dụng cụ: Tên Pipet thẳng 10ml Số lượng Số lượng 15 Quả bóp cao su 16 Giá đỡ viên 17 Bình nón 250ml Bình nón 100ml 18 Nút nhám 14,5 Nút cao su 19 Ống nối sừng bò Ống nối dẫn nước 20 Bộ chưng cất lôi Bếp điện 21 Cặp vòng Noa, kẹp Đá bọt Tên 39 Bình cầu cổ 250ml 22 Bình cầu cổ 100ml Sinh hàn thẳng 23 Sinh hàn khơng khí 10 Nhiệt kế 300oC 24 Phễu chiết 250ml 11 Phễu thủy tinh 25 Giấy lọc băng vàng 12 Ống đong 20ml 26 Ống đong 100ml 13 Vazơlin bôi nhám 27 Dây nước 14 Khúc xạ kế Abbe 28 Đèn cồn 1 hộp Cách tiến hành a Lắp dụng cụ : Lắp dụng cụ chưng cất lơi nước theo Hình 3.1 Hình 3.1 Chưng cất lôi nước Bộ chưng cất lối nước gồm: - Bình tạo bình kim loại, bên chứa nước Khi đun bếp điện, bình tạo nước Dùng ống thủy tinh dài khoảng 1m cắm sát đáy bình (qua nút đậy bình) để làm ống bảo hiểm Bên ngồi bình có ống thủy tinh nhựa suốt để theo dõi mức nước trình chưng cất (mắt thủy) - Ống dẫn nước từ bình tạo phải cắm vào lịng chất lỏng bình chưng cất Trên đoạn ống cao su dẫn nước từ nồi tạo sang bình chưng cất lắp ống thủy tinh chẽ ba (xem hình vẽ), chẽ thơng với bên ngồi có lắp đoạn cao su ngắn kẹp đóng mở dễ dàng 40 - Bình chưng cất dùng bình cầu cổ nhám, dung tích 250ml, lượng chất lỏng đựng bình khơng q 1/3 thể tích bình Cho 20 ml tinh dầu chanh thơ vào bình chưng để chưng cất b.Thao tác Chưng cất tinh dầu chanh: Sau lắp xong dụng cụ (kiểm tra lại dụng cụ chưng cẩn thận trước tiến hành chưng), cắm bếp đun nước bình tạo hơi, nước chưa thật sôi mở kẹp chẽ ba cho thông với bên ngồi để nước khơng ngưng tụ lại bình chưng cất Khi nước bình tạo sơi phun thành luồng hơi, đóng kẹp chẽ ba lại để luồng nước sục vào bình chưng cất Lúc kết thúc trình chưng phải mở kẹp chẽ ba để thơng áp với bên ngồi, tắt bếp điện (nhằm tránh tượng áp suất bình tạo giảm đột ngột làm chất lỏng bình chưng cất bị hút ngược vào bình tạo hơi) Quá trình chưng cất kết thúc giọt chất lỏng cất khơng cịn đục mà trở nên suốt Làm nguội hỗn hợp nước - tinh dầu Cho muối NaCl vào hỗn hợp, khuấy đến bão hịa, sau quan sát tượng xảy Tiến hành tách tinh dầu thu khỏi nước cách chuyển dung dịch vào phễu chiết, để yên cho tách lớp chiết tinh dầu khỏi nước (Hình 3.2) Tinh dầu Nước Hình 3.2 Sơ đồ chiết Cho tinh dầu vào bình tam giác 50ml Cho Na2SO4 khan vào bình, lắc Rót tinh dầu làm khan qua phễu có giấy lọc vào bình chưng cất 100ml Lắp sơ đồ chưng cất sinh hàn khơng khí theo Hình 3.3 Trước đun nóng cho 1-2 viên đá bọt vào bình chưng, thu lấy sản phẩm tinh dầu khoảng nhiệt độ 170-185oC (chú ý: không chưng cất đến cạn bình) 41 Đo số khúc xạ tinh dầu máy khúc xạ kế (Hình 3.4) Đo thể tích tinh dầu thu tính hiệu suất tinh chế Hình 3.3 Chưng cất tinh dầu sinh hàn khơng khí số khúc xạ nước tinh khiết nD20 = 1,333 Hình 3.4 Đo số khúc xạ Kết Thể tích tích tinh dầu chanh thu được: V = ml Kết số khúc xạ tinh dầu chanh 42 n D20 BÀI 4: SẮC KÝ CỘT VÀ SẮC KÝ LỚP MỎNG: PHÂN TÁCH CÁC CHẤT DIỆP LỤC VÀ CAROTENOIT TRONG LÁ XANH Mục đích Trang bị cho sinh viên kiến thức kỹ sử dụng phương pháp sắc ký để khảo sát thành phần tách biệt chất từ tinh dầu, chất màu tự nhiên,… Cơ sở lý thuyết 2.1 Phương pháp sắc ký khí: xem phần IV, mục 5, trang 24 2.2 Khái quát chất diệp lục (chlorophyl) carotenoit (xanthophyl caroten) 2.2.1 Các chất diệp lục (diệp lục tố, chlorophyl) Có loại chlorophyl chlorophyl a, b, c1, c2 d (có tài liệu chia thành chlorophyl a,b,c,d e), thực vật bậc cao chlorophyl a b phổ biến Công thức chlorophyl a (C55H72O5N4Mg) Công thức chlorophyl b (C55H70O6N4Mg), diệp lục b khác diệp lục a nhóm CH3 nhân pyron thứ hai thay nhóm CH=O Chlorophyl khơng tan nước, tan dung mơi hữu Vì muốn tách chlorophyl khỏi lá, bắt buộc phải dùng dung môi hữu như: ete, cồn, benzen hay axeton, 2.2.2 Carotenoit Nhóm carotenoit gồm nhóm nhỏ Caroten xanthophyl: * Caroten - C40H56 hiđrocacbon chưa bão hồ, khơng tan nước mà tan dung mơi hữu Caroten có màu vàng da cam Trong thực vật thường có loại caroten: anpha, beta, gama caroten - Công thức cấu tạo anpha caroten(C40H56): 43 - Công thức cấu tạo beta caroten(C40H56): - Công thức cấu tạo gama caroten(C40H56): * Xanthophyl - C40H56On (n = 1- 6) dẫn xuất (dạng oxi hoá) caroten Các nguyên tử oxi liên kết nhóm: hidroxy, cacboxy, axetoxy, metoxy, epoxy, Vì oxi từ đến nên có nhiều loại xanthophyl ví dụ: - Cripthoxanthin (C40H56O) - Lutein (C40H5602) - Violaxanthin (C40H56O4) 44 - Neoxanthin (C40H56O4) 2.2.3 Sự phân cực diệp lục a, diệp lục b, caroten xanthophyl Màu sắc mức độ phân cực phân tử chất tăng dần theo thứ tự từ xuống sau: chất màu sắc caroten vàng pheophytin màu xanh ô liu chất diệp lục a màu xanh xanh chất diệp lục b màu vàng xanh lutein màu vàng violaxanthin màu vàng neoxanthin màu vàng Bảng 4.1 Màu sắc thứ tự phân cực loại diệp lục, caroten xanthophyll Caroten, xanthopyl Chlorophyl a Chlorophyl b Lutein Neoxanthin (a) (b) Hình 4.1 Sắc ký cột (a) sắc ký mỏng (b) trình tách chất màu xanh 45 2.2.4 Các phương pháp sắc ký dùng để tách diệp lục carotenoid - Phương pháp sắc ký cột để tách chất màu xanh: pha tĩnh glucozơ, pha động hệ dung môi ete dầu hỏa-axeton (9,5:0,5) Thời gian chạy sắc ký khoảng 20 phút (Hình 4.1a) - Phương pháp sắc ký mỏng để tách chất màu xanh: sử dụng hệ dung môi ete dầu hỏa – axeton với tỷ lệ (5:5); (8:2) (9:1) Thời gian chạy sắc ký từ 10 – 20 phút (Hình 4.1b) Hóa chất dụng cụ a Hóa chất Tên Số lượng Tên Số lượng Axeton 50 ml Silicagel / đường glucozơ 200g Ete dầu hòa 50 ml Lá rau xanh 100g Toluen ml Bông Bột CaCO3 2g b Dụng cụ: Tên Số lượng Bản mỏng TLC silicagel 60 F254 - Merck 10x10 cm Buret 25mL Bình triển khai sắc ký bình Pipet 5ml; 10 ml Ống mao quản ống Phễu chiết Cối sứ Phễu Tên Số lượng Cách tiến hành 4.1 Chuẩn bị mẫu (chiết dịch từ xanh) Lấy 10 gam rau muống tươi (khoảng 30 lá) xanh khác cắt nhỏ cho vào cối sứ (bỏ gân lá), trộn thêm gam bột CaCO3 để trung hồ dịch axit tế bào, cho bột thuỷ tinh cho dễ nghiền Nghiền mẩu đến thành thể đồng nhất, cho 15 20 ml axeton 80% cồn etylic 90o vào cối sứ khuấy để phút lọc phễu thuỷ tinh, dung dịch thu trộn với 2,0 ml toluen chiết phễu chiết lấy phần (màu xanh đậm) dịch mẫu 4.2 Tiến hành sắc ký cột 46 Sử dụng buret chuẩn độ loại 25 ml làm cột sắc ký, pha tĩnh silicagel kích thước hạt 40 - 60 mesh; bột CaCO3 bột đường glucozơ Nạp silicagel vào buret đạt chiều cao cột khoảng 10 - 12 cm (bột đường glucozơ 25 - 30 cm; bột canxi cacbonat nạp 15 - 20 cm) Dung môi sử dụng hệ: ete dầu hỏa - axeton (9,5:0,5) Cho - giọt mẫu trực tiếp vào cột không để xáo trộn bề mặt lớp silicagel (pha tĩnh) mẫu dính lên thành thuỷ tinh phía buret Sau hồn tất việc nạp mẫu lót miếng phủ 0,3 cm cát bên mẫu để nạp dung môi vào lớp silicagel (p) mẫu không bị xáo trộn Để tốc độ chảy dung môi khoảng 12 - 15 giọt/phút 4.3 Tiến hành sắc ký lớp mỏng (thin layer chromatography) - Các hệ dung môi sử dụng: ete dầu hỏa – axeton tỷ lệ (5:5); (8:2) (9:1) - Chuẩn bị bình triển khai: Bình khai triển bình thủy tinh hình chữ nhật hình trụ cao 25 cm đường kính miệng 10 cm, có nắp đậy kín Bão hịa dung mơi bình cách lót giấy lọc xung quanh thành bình, rót lượng vừa đủ dung mơi vào bình, lắc để giấy lọc thấm dung môi Lượng dung môi sử dụng cho sau thấm giấy lọc lại lớp dày khoảng cm đáy bình Đậy kín nắp bình để n 10 phút nhiệt độ phòng - Đưa mẫu lên mỏng: Sử dụng mỏng TLC silicagel 60 F254 hãng Merck cắt kéo thành hình chữ nhật có kích thước 3,5 cm x 10 cm (có thể dùng kích thước 10 cm x 10 cm dùng chung cho mẫu nhóm) Dùng bút chì để đánh dấu đường xuất phát điểm đưa mẫu Đường xuất phát phải cách mép mỏng từ 1,5cm - 2cm cách bề mặt dung môi từ 0,8 - 1cm Các vết chấm phải nhỏ, có đường kính - 4mm cách 2cm Các vết bìa phải cách bờ bên mỏng 1cm để tránh hiệu ứng bờ Sử dụng ống thuỷ tinh mao quản micropipet để đưa mẫu lên mỏng Thể tích dung dịch từ 0,001ml đến 0,005ml trường hợp đưa mẫu lên mỏng dạng điểm từ 0,l - 0,2ml đưa mẫu lên mỏng dạng vạch Đặt mỏng gần thẳng đứng với bình triển khai (nghiêng khoảng 15o), vết chấm phải bề mặt lớp dung mơi khai triển Đậy kín bình để yên nhiệt độ không đổi Khi dung môi triển khai mỏng đoạn (cách bờ mỏng khoảng 1,5 cm), lấy mỏng khỏi bình, đánh dấu mức dung mơi, làm bay dung mơi cịn đọng lại mỏng chụp ảnh, đo khoảng di chuyển dung môi chất cần tách Tính hệ số Rf Lần lượt làm với hệ dung mơi có tỷ khác để tìm tỷ lệ tối ưu Kết - Chụp ảnh trình bày kết chạy sắc ký vào báo cáo thí nghiệm - Tính hệ số Rf với kết sắc ký mỏng 47 BÀI 5: PHẢN ỨNG ESTE HÓA: TỔNG HỢP ETYL AXETAT Mục đích Giúp sinh viên hiểu hiểu chế kỹ thuật phản ứng tổng hợp este Cơ sở lý thuyết Tổng hợp este cách cho axit cacboxylic tác dụng trực tiếp với ancol có mặt axit mạnh làm xúc tác H+ ' RCOOH + R OH R-COOR' + H2O Este etyl axetat tinh khiết chất lỏng khơng màu, có mùi thơm chín, sơi 77,2oC; d420 = 0,901; n D20 = 1,3724; nồng độ cho phép khơng khí 0,2 mg/l Hóa chất dụng cụ a Hóa chất Tên Số lượng Tên Ancol etylic 95% 30 ml Dung dịch CaCl2 50% Axit H2SO4 đặc 10 ml CaCl2 khan Axit axetic băng 20 ml Đá xay Số lượng 15 ml Dung dịch Na2CO3 2% b Dụng cụ Tên Số lượng Tên Số lượng Pipet thẳng 10ml 17 Nồi nhôm Ống đong 100ml 18 Giá đỡ 3 Đũa thủy tinh 19 Giấy thị Pipet thẳng 10ml 20 Giấy lọc hộp Bếp điện 21 Vazơlin bôi nhám hộp Quả bóp 22 Kính bảo vệ mắt Bình cầu cổ 100ml 23 Cột cất đơn 48 phong Sinh hàn nước 24 Quả bóp cao su Nhiệt kế 300oC; 100oC 25 Đá bọt 10 Ống nối cong (sừng bò) 26 Lưới amiăng 11 Máy đo chiết xuất 27 Noa – kẹp 12 Phễu chiết 250ml 28 Nút cao su 13 Phễu nhỏ giọt 50ml 29 Dây nước 14 Phễu thủy tinh 30 Bộ vịng đỡ 15 Bình nón 250ml 31 Bình cầu cổ 100ml 16 Bình nón 100ml 32 Cân kỹ thuật viên Cách tiến hành Nhiệt kế 100oC Nhiệt kế 300oC Hình 5.1 Điều chế este etyl axetat Cho 10 ml ancol etylic vào bình cầu cổ dung tích 100 ml Làm lạnh bên ngồi bình nước lạnh, cho từ từ 10 ml axit sunfuric vào lắc Lắp dụng cụ Hình 5.1 Cho hỗn hợp gồm 20 ml ancol etylic 20 ml axit axetic băng vào phễu nhỏ giọt (đuôi phễu nhỏ giọt phải cắm xuống bề mặt chất lỏng) Đun bình phản ứng bếp điện cách lưới amiăng (Chú ý: khơng cho đá bọt vào bình phản ứng) 49 Khi nhiệt độ bắt đầu đạt 115oC nhỏ từ từ hỗn hợp ancol etylic axit axetic băng từ phễu nhỏ giọt xuống bình phản ứng với vận tốc nhỏ giọt vận tốc este etyl axetat tạo thành chưng cất Duy trì nhiệt độ phản ứng khoảng 115 oC - 125 oC Sau nhỏ hết hỗn hợp ancol axit, tiếp tục thực phản ứng thêm khoảng 10 phút (có thể dùng nhiệt kế 100oC cắm vào cột chưng cất để biết este hết chưa) Dung dịch chưng cất đem trung hòa dung dịch Na 2CO3 2% đến pH = 7-8 Sau tách bỏ hồn tồn lớp nước (lớp dưới) Lớp hữu thu đem lắc với 15ml dung dịch CaCl2 50% phễu chiết (chia lượng dung dịch CaCl2 làm lần) Tách lớp este cho vào bình tam giác làm khan CaCl2 khan Sau làm khan, lọc bỏ CaCl2, chuyển este vào bình cầu 100ml, cho 1-2 viên đá bọt vào bình Lắp chưng cất theo Hình 5.2 Cân khối lượng bình hứng trước lắp vào chưng cất (mo) Chưng cất cách thủy thu sản phẩm nhiệt độ 77-78oC, qua phân đoạn chưng cất: - Phân đoạn 1: trước 75oC - Phân đoạn 2: 75-78oC Cân khối lượng sản phẩm đo chiết suất sản phẩm Nhiệt kế 100oC Hình 5.2 Chưng cất thu este etyl axetat Chú ý: Cần lọc bỏ chất làm khô trước tiến hành chưng cất Khi chưng cất phải cho đá bọt (mầm sơi) vào bình chưng! IV KẾT QUẢ Khối lượng sản phẩm: m =……(g) Hiệu suất phản ứng: Chiết xuất sản phẩm: 50 ... phịng thí nghiệm phải mặc áo blu Làm xong thí nghiệm phải dọn chỗ thí nghiệm, rửa dụng cụ làm thí nghiệm để trả lại cho phịng thí nghiệm Phải tắt điện, khóa nước báo cáo với giáo viên nhân viên. .. tránh Phải trung thực với kết thí nghiệm làm Làm xong thí nghiệm phải báo cáo kết với giáo viên ghi tường trình thí nghiệm Làm khơng có kết phải làm lại Trong q trình thí nghiệm phải giữ trật tự,... PHỊNG THÍ NGHIỆM HĨA HỌC PHẦN II: DỤNG CỤ, THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM VÀ CÁC KỸ THUẬT CƠ BẢN TRONG PHỊNG THÍ NGHIỆM HĨA HỮU CƠ I Các dụng cụ thường dùng cách sử dụng II Xác định số vật lí hợp chất hữu