L ỜI MỞ ĐẦ U
3.1.1 Dụng cụ và thiết bị
Hệ thống đun hoàn lưu
Máy khuấy từ gia nhiệt và bộ kiểm soát nhiệt độ IKA Máy cô quay chân không HEIDOLPH
Bình cầu đáy tròn 100 mL, 250 mL, 500 mL Cột sắc ký Cân điện tử GF – 300 Bình chiết 100 mL, 500 mL Bình tam giác 100 mL Cốc thủy tinh 100 mL, 250 mL Phễu lọc Phễu chiết 250 mL, 1000 mL Đũa thủy tinh Bình định mức 100 mL Ống đong 10 mL 3.1.2 Hóa chất Acetic acid (TQ)
Acetic anhyride (Merck) Acetone (VN) Bản mỏng silica gel 20×20 cm Citric acid (TQ) Dầu khoáng (VN) Ethyl acetate (TQ) Ethyl acetate (VN) Giấy đo pH, giấy lọc Glycerol (TQ) H2SO4 (TQ) KOH (TQ) Lactic acid (TQ) Methanol (TQ) NaCl (VN) NaHCO3 (TQ)
Na2SO4 (TQ) Nước cất (VN) Ống mao quản Petroleum ether (TQ) Petroleum ether (VN) Silica gel 60 F254 Tartaric acid (TQ) Vitamin C (TQ) 3.2 Nguyên liệu
Nguồn nguyên liệu là dầu dừa ép máy được thu mua từ hộ gia đình ở số 11,
đường Nguyễn Thị Minh Khai, Thành Phố Cần Thơ.
3.3 Chuẩn bị nguyên liệu
Dầu dừa được lọc sạch sẽ được xác định một số chỉ tiêu chất lượng. Kết quả
các chỉ tiêu chất lượng của dầu dừa và kết quả xác định thành phần acid béo trong
dầu dừa được suy ra từ kết quả đo GC - MS methyl ester được trình bày trong Bảng
3.1 và Bảng 3.2.
Bảng 3.1 Kết quả các chỉ tiêu chất lượng của dầu dừa
STT Tên chỉ tiêu Giá trị
1 Tỷ trọng 0,911
2 Chỉ số acid (mg KOH/g dầu) 77,68 3 Chỉ số xà phòng (mg KOH/g dầu) 258,92 4 Chỉ số iod (g I2/ 100 g dầu) 1,27
Bảng 3.2 Kết quả xác định thành phần acid béo trong dầu dừa (phụ lục 1)
STT Acid béo Hàm lượng (%)
Acid béo mạch carbon no
1 C8:0 Caprylic acid 5,56 2 C10:0 Capric acid 4,97 3 C12:0 Lauric acid 44,67 4 C 14:0 Myristic acid 19,86 5 C 16:0 Palmitic acid 11,43 6 C 18:0 Stearic acid 2,35
Acid béo mạch carbon không no
7 C 18:1 Oleic acid 8,51
3.4 Tổng hợp methyl ester (2)
3.4.1 Ester hóa dầu dừa
Phản ứng ester hóa dầu dừa được thực hiện giữa acid béo tự do (38,84% - 22,375 g - 0,1 mol) trong 57,608 g dầu dừa và methanol ( 25,632 g - 0,8 mol) với xúc tác H2SO4 đậm đặc (98% - 1,119 g - 5% khối lượng acid béo), ở nhiệt độ 80oC trong 4 giờ. Phản ứng được thực hiện trong bình cầu gắn với ống sinh hàn, hỗn hợp
được khuấy đều với tốc độ 700 vòng/phút. Hỗn hợp sau phản ứng được cho vào phễu chiết, rửa với dung dịch NaHCO3 bão hòa. Cho dung môi EtOAc vào để chiết và rửa nhiều lần với nước cho đến khi pH dung dịch là 7 (kiểm tra bằng giấy đo pH),
cuối cùng cho dung dịch NaCl bão hòa vào. Thu lớp dịch hữu cơ và đem làm khan
với Na2SO4, lọc, lấy dung dịch lọc đem cô quay đuổi dung môi thu được 36,685 g hỗn hợp methyl ester và triglyceride.
3.4.2 Transester hóa hỗn hợp methyl ester và triglyceride
Hỗn hợp methyl ester, triglyceride (57,984 g, ứng với 35,463 g – 0,05 mol triglyceride) và methanol (8,01 g – 0,25 mol) với xúc tác KOH (1,773 g - 5% khối
lượng triglyceride) được khuấy ở 700 v/p, nhiệt độ phản ứng 120ºC trong thời gian
3 giờ. Hỗn hợp sau phản ứng được cho vào phễu chiết và được rửa với dung dịch
CH3COOH 5%, cho dung môi EtOAc vào để chiết và rửa với nước nhiều lần cho
đến khi pH dung dịch là 7 (kiểm tra bằng giấy đo pH), cuối cùng cho dung dịch NaCl bão hòa vào. Thu lớp dung dịch hữu cơ bên trên bình chiết đem làm khan với Na2SO4, lọc, lấy dung dịch qua lọc đem cô quay đuổi dung môi thu được 30,968 g hỗn hợp sản phẩm.
Hình 3.1 Hỗn hợp methyl ester tách lớp sau khi được rửa với dung dịch NaHCO3 bão hòa
3.5 Tổng hợp monoglyceride (3)
Hỗn hợp methyl ester (23,775 g - 0,1 mol) và glycerol (64,463 g - 0,7 mol)
được transester hóa với xúc tác KOH (1,189 g - 5% khối lượng methyl ester). Hỗn
hợp phản ứng được cho vào bình cầu gắn với ống sinh hàn, được khuấy với tốc độ
700 vòng/phút ở nhiệt độ 140oC trong 3 giờ. Hỗn hợp sau phản ứng được cho vào phễu chiết, được rửa với dung dịch CH3COOH 5%, cho dung môi EtOAc vào để
chiết và rửa với nước nhiều lần cho đến khi pH dung dịch là 7 (kiểm tra bằng giấy
đo pH), cuối cùng cho dung dịch NaCl bão hòa vào. Thu lớp dung dịch hữu cơ và
đem làm khan với Na2SO4, lọc, lấy dung dịch qua lọc đem cô quay đuổi dung môi
thu được 18,932 g hỗn hợp sản phẩm.
Hỗn hợp sản phẩm được tiến hành sắc ký cột với 1,3 g mẫu hỗn hợp sản phẩm
(PE:EtOAc = 4:1), thu được 0,588 g monoglyceride, hiệu suất tổng hợp
monoglyceride sau khi qua cột là 45,21%, sản phẩm có Rf = 0,232 (hệ giải ly PE:EtOAc = 1:1).
3.6 Tổng hợp acetylated monoglyceride (4a)
Hỗn hợp monoglyceride (65,859 g, ứng với 29,775 g monoglyceride - 0,1 mol) và acetic acid (60 g - 1 mol) được thực hiện phản ứng ester hóa với xúc tác H2SO4
đậm đặc (98% - 1,489 g - 5% khối lượng monoglyceride). Hỗn hợp phản ứng được
cho vào bình cầu gắn với ống sinh hàn, được khuấy với tốc độ 700 vòng/phút ở
nhiệt độ 110oC trong 3 giờ. Hỗn hợp sau phản ứng được cho vào phễu chiết, được
rửa với dung dịch NaHCO3 bão hòa, cho dung môi EtOAc vào để chiết và rửa với
nước nhiều lần cho đến khi pH dung dịch là 7 (kiểm tra bằng giấy đo pH), cuối cùng cho dung dịch NaCl bão hòa vào. Thu lớp dung dịch hữu cơ và đem làm khan
với Na2SO4, lọc, lấy dung dịch qua lọc đem cô quay đuổi dung môi thu được 21,591 g hỗn hợp sản phẩm.
Hỗn hợp sản phẩm được tiến hành sắc ký cột với 0,83 g mẫu hỗn hợp sản phẩm (PE:EtOAc = 7:1), thu được 0,425g acetylated monoglyceride, hiệu suất tổng hợp acetylated monoglyceride sau khi qua cột là 51,2%,sản phẩmcó Rf = 0,471 (hệ
giải ly PE:EtOAc = 2:1).
3.7 Tổng hợp lactylated monoglyceride (4b)
Hỗn hợp monoglyceride (65,859 g, ứng với 29,775 g monoglyceride - 0,1 mol) và lactic acid (27 g – 0,3 mol) được ester hóa với xúc tác H2SO4 đậm đặc (98% - 1,489 g - 5% khối lượng monoglyceride).Hỗn hợp phản ứng được cho vào bình cầu
4 giờ. Hỗn hợp sau phản ứng được cho vào phễu chiết, được rửa với dung dịch NaHCO3 bão hóa, cho dung môi EtOAc vào để chiết và rửa với nước nhiều lần cho
đến khi pH dung dịch là 7 (kiểm tra bằng giấy đo pH), cuối cùng cho dung dịch NaCl bão hòa vào. Thu lớp dung dịch hữu cơ và đem làm khan với Na2SO4, lọc, lấy dung dịch qua lọc đem cô quay đuổi dung môi thu được 23,498 g hỗn hợp sản phẩm.
Hỗn hợp sản phẩm được tiến hành sắc ký cột với 0,76 g mẫu hỗn hợp sản
phẩm (PE:EtOAc = 5:1), thu được 0,308 g lactylated monoglyceride, hiệu suất tổng
hợp lactylated monoglyceride sau khi qua cột là 40,53%, sản phẩm có Rf = 0,476 (hệ giải ly PE:EtOAc = 2:3).
3.8 Tổng hợp tartarylated monoglyceride (4c)
Hỗn hợp monoglyceride (65,859 g, ứng với 29,775 g monoglyceride - 0,1 mol) và tartaric acid (15 g – 0,1 mol) được ester hóa với xúc tác H2SO4đậm đặc (98% - 1,489 g - 5% khối lượng monoglyceride).Hỗn hợp phản ứng được cho vào bình cầu
gắn với ống sinh hàn, được khuấy với tốc độ 700 vòng/phút ở nhiệt độ 140oC trong
1 giờ. Hỗn hợp sau phản ứng được cho vào phễu chiết, được rửa với dung dịch NaHCO3 bão hóa, cho dung môi EtOAc vào để chiết và rửa với nước nhiều lần cho
đến khi pH dung dịch là 7 (kiểm tra bằng giấy đo pH), cuối cùng cho dung dịch NaCl bão hòa vào. Thu lớp dung dịch hữu cơ và đem làm khan với Na2SO4, lọc, lấy dung dịch qua lọc đem cô quay đuổi dung môi thu được 27,311 g hỗn hợp sản phẩm.
Hỗn hợp sản phẩm được tiến hành sắc ký cột với 0,875 g mẫu hỗn hợp sản
phẩm (PE:EtOAc = 5:1), thu được 0,362 g tartarylated monoglyceride, hiệu suất
tổng hợp tartarylated monoglyceride sau khi qua cột là 41,38%, sản phẩm có Rf = 0,442 (hệ giải ly PE:EtOAc = 2:1).
4.1 Tổng hợp methyl ester (2)
Theo các nghiên cứu trước đây [3], methyl ester được tổng hợp trực tiếp bằng phản ứng transester giữa dầu mỡ động thực vật và methanol với xúc tác KOH. Tuy nhiên, dầu dừa ép máy có chỉ số acid khá cao nên methyl ester được tổng hợp qua
hai giai đoạn: giai đoạn một là phản ứng ester hóa giữa dầu dừa (acid béo trong dầu
dừa ép máy) và methanol với xúc tác H2SO4, giai đoạn hai là phản ứng transester hóa giữa dầu dừa đã ester hóa ở giai đoạn một (triglyceride) và methanol với xúc tác
KOH. Điều kiện sơ bộ giai đoạn một và hai của chuỗi phản ứng tổng hợp methyl
ester được trình bày ở Bảng 4.1 và Bảng 4.2.
Bảng 4.1 Điều kiện sơ bộ tổng hợp methyl ester (2) ở giai đoạn một
Các yếu tố Giá trị
Tỉ lệ mol acid béo trong dầu dừa:methanol 1:8
Nhiệt độ phản ứng 80oC
Thời gian phản ứng 4 giờ
Lượng xúc tác H2SO4 (so với khối lượng acid béo) 5%
Bảng 4.2 Điều kiện sơ bộ tổng hợp methyl ester (2) ở giai đoạn hai
Các yếu tố Giá trị
Tỉ lệ mol triglyceride trong dầu dừa:methanol 1:5
Nhiệt độ phản ứng 120oC
Thời gian phản ứng 3 giờ
Lượng xúc tác KOH (so với khối lượng triglyceride) 5%
Theo tài liệu tham khảo [1] [5] [7] [8], xúc tác của phản ứng ester hóa được sử
dụng phù hợp là H2SO4 (5% so với khối lượng acid) và xúc tác của phản ứng
transester hóa được sử dụng phù hợp là KOH (5% so với khối lượng ester). Do đó,
các phản ứng tổng hợp trong đề tài này không tiến hành khảo sát ởảnh hưởng của yếu tố xúc tác đến tốc độ phản ứng.
4.2 Tổng hợp monoglyceride (3)
Monoglyceride có thể được tổng hợp bằng cách transester hóa trực tiếp triglyceride có trong dầu dừa và glycerol với xúc tác acid hoặc base. Tuy nhiên, dầu
dừa được sử dụng trong đề tài có chỉ số acid khá cao nên monoglyceride không thể
được tổng hợp trực tiếp từ dầu dừa mà gián tiếp qua hỗn hợp methyl ester được điều
chế từ dầu dừa. Monoglyceride được tổng hợp bằng phản ứng transester hóa giữa
hỗn hợp methyl ester và glycerol với xúc tác KOH. Phương trình phản ứng:
Methyl ester (2) Monoglyceride (3)
Trong đó, R là gốc hydrocarbon của acid béo.
Bảng 4.3 Điều kiện sơ bộ tổng hợp monoglyceride (3)
Các yếu tố Giá trị
Tỉ lệ mol methyl ester:glycerol 1:3
Nhiệt độ phản ứng 140oC
Thời gian phản ứng 3 giờ
Lượng xúc tác KOH (so với khối lượng methyl ester) 5%
Bản mỏng sắc ký hỗn hợp sau phản ứng được trình bày ở Hình 4.1.
Hình 4.1 Bản mỏng sắc ký thu được sau phản ứng tổng hợp monoglyceride (3) (hệ giải ly PE:EtOAc = 1:1)
Nhận xét
Trên bản mỏng, vết bên trái là tác chất được chấm đối chứng với vết bên phải có Rf = 0,232 là hỗn hợp sản phẩm sau phản ứng. Theo tài liệu tham khảo [1] [5], vết
Rf = 0,232 Rf = 0,744
T 1:3
có Rf = 0,232 là vết sản phẩm monoglyceride, vết tác chất methyl ester có Rf = 0,744 (hệ giải ly PE:EtOAc = 1:1).
Vết sản phẩm monoglyceride (Rf = 0,232) đậm đồng thời vết tác chất methyl ester (Rf = 0,744) còn rất đậm chứng tỏ tác chất vẫn chưa phản ứng hết. Chính vì thế, phản ứng tổng hợp monoglyceride được tiến hành khảo sát lại tỉ lệ mol giữa các tác chất, nhiệt độ phản ứng và thời gian phản ứng để tìm ra điều kiện thích hợp.
4.2.1 Khảo sát tỉ lệ mol Yếu tố cố định: Yếu tố cố định:
Nhiệt độ phản ứng: 140oC
Thời gian phản ứng: 3 giờ
Lượng xúc tác KOH: 5% so với khối lượng methyl ester
Tốc độ khuấy: 700 vòng/phút
Yếu tố thay đổi:
Tỉ lệ mol methyl ester:glycerol được thay đổi lần lượt là 1:3; 1:5 và 1:7.
Kết quả sắc ký bản mỏng của sản phẩm với tác chất ở các tỉ lệ mol khảo sát
được trình bày ở Hình 4.2.
Hình 4.2 Bản mỏng sắc ký thu được khi khảo sát tỉ lệ mol methyl ester:glycerol (hệ giải ly PE:EtOAc = 1:1) Nhận xét
Trên bản mỏng, từ trái sang phải, cả ba tỉ lệ mol đều xuất hiện vết sản phẩm monogyceride (Rf = 0,232).
Rf = 0,232 Rf = 0,744
T 1:3 1:5 1:7
Ở tỉ lệ mol methyl ester:glycerol = 1:3, vết tác chất methyl ester (Rf = 0,744) còn rất đậm đồng thời vết sản phẩm phụ diglyceride (Rf = 0,569) cũng đậm. Sự hình
thành diglyceride được giải thích bởi phương trình phản ứng sau:
Monoglyceride (3) Diglyceride
Trong đó, R là gốc hydrocarbon của acid béo
Ở tỉ lệ mol methyl ester:glycerol = 1:5, vết tác chất methyl ester (Rf = 0,744)
cũng còn rất đậm.
Ở tỉ lệ mol methyl ester:glycerol = 1:7, vết tác chất methyl ester (Rf = 0,744) và mờ dần so với vết sản phẩm monoglyceride (Rf = 0,232), vết sản phẩm phụ
diglyceride (Rf = 0,569) cũng mờ dần.
Kết luận
Từ kết quả sắc ký bản mỏng, tỉ lệ mol methyl ester:glycerol thích hợp cho phản ứng tổng hợp monoglyceride là 1:7.
4.2.2 Khảo sát nhiệt độ phản ứng Yếu tố cố định: Yếu tố cố định:
Tỉ lệ mol methyl ester:glycerol = 1:7 Thời gian phản ứng: 3 giờ
Lượng xúc tác KOH: 5% so với khối lượng methyl ester
Tốc độ khuấy: 700 vòng/phút
Yếu tố thay đổi:
Nhiệt độ phản ứng: 120oC, 130oC, 140oC và 150oC.
Kết quả sắc ký bản mỏng của sản phẩm với tác chất ở các nhiệt độ khảo sát
Hình 4.3 Bản mỏng sắc ký thu được khi khảo sát tỉ lệ nhiệt độ phản ứng tổng hợp monoglyceride (3) (hệ giải ly PE:EtOAc = 1:1) Nhận xét
Trên bản mỏng, từ trái sang phải, cả bốn nhiệt độđều xuất hiện vết sản phẩm monogyceride (Rf = 0,232).
Vết tác chất methyl ester (Rf = 0,744) còn đậm đồng thời vết sản phẩm phụ
diglyceride (Rf = 0,569) cũng đậm ở nhiệt độ 120oC, 130oC và 150oC.
Tuy nhiên, ở nhiệt độ 140oC, vết tác chất methyl ester (Rf = 0,744) và vết sản phẩm phụ diglyceride (Rf = 0,569) mờ dần so với vết monoglyceride (Rf = 0,232). Kết luận Từ kết quả sắc ký bản mỏng, nhiệt độ thích hợp cho phản ứng tổng hợp monoglyceride là 140oC. 4.2.3 Khảo sát thời gian phản ứng Yếu tố cố định:
Tỉ lệ mol methyl ester:glycerol = 1:7 Nhiệt độ phản ứng: 140oC
Lượng xúc tác KOH: 5% so với khối lượng methyl ester
Tốc độ khuấy: 700 vòng/phút Yếu tố thay đổi: Thời gian phản ứng: 2 giờ, 3 giờ, 4 giờ, 5 giờ. Rf = 0,232 Rf = 0,744 Rf = 0,569 T 120oC 130oC 140oC 150oC
Kết quả sắc ký bản mỏng của sản phẩm với tác chất ở các thời gian khảo sát
được trình bày ở Hình 4.4.
Hình 4.4 Bản mỏng sắc ký thu được khi khảo sát thời gian phản ứng tổng hợp monoglyceride (3) (hệ giải ly PE:EtOAc = 1:1)
Nhận xét
Trên bản mỏng, từ trái sang phải, cả bốn thời gian đều xuất hiện vết sản phẩm monogyceride (Rf = 0,232).
Vết tác chất methyl ester (Rf = 0,744) còn đậm đồng thời vết sản phẩm phụ
diglyceride (Rf = 0,569) cũng đậm ở cả bốn thời gian.
Ở thời gian 3 giờ, vết sản phẩm phụ diglyceride (Rf = 0,569) tương đối mờ so với vết sản phẩm monoglyceride (Rf = 0,232).
Kết luận
Từ kết quả sắc ký bản mỏng, thời gian thích hợp cho phản ứng tổng hợp monoglyceride là 3 giờ.
4.2.4 Điều kiện thích hợp
Qua kết quả khảo sát, điều kiện thích hợp cho phản ứng tổng hợp
monoglyceride được trình bày ở Bảng 4.4.
Bảng 4.4 Điều kiện thích hợp cho phản ứng tổng hợp monoglyceride (3)
Các yếu tố Giá trị
Tỉ lệ mol methyl ester:glycerol 1:7
Nhiệt độ phản ứng 140oC Thời gian phản ứng 3 giờ Rf = 0,232 Rf = 0,744 Rf = 0,569 T 2h 3h 4h 5h
Hiệu suất tổng hợp monoglyceride từ methyl ester trong điều kiện thích hợp là 45,21%, thu được bằng phương pháp sắc kí cột (PE:EtOAc = 4:1).
Hình 4.5 Sản phẩm monoglyceride (3) được điều chế theo điều kiện thích hợp
4.3 Tổng hợp acetylated monoglyceride (4a)
Hỗn hợp monoglyceride (45,21%) đã được sử dụng để tổng hợp acetylated
monoglyceride bằng phản ứng ester hóa với acetic acid, xúc tác được chọn là H2SO4
đậm đặc (98%). Phương trình phản ứng như sau:
Monoglyceride (3) Acetylated monoglyceride (4a)
Trong đó, R là gốc hydrocarbon của acid béo.
Bảng 4.5 Điều kiện sơ bộ tổng hợp acetylated monoglyceride (4a)
Các yếu tố Giá trị
Tỉ lệ mol monoglyceride:acetic acid 1:7
Nhiệt độ phản ứng 140oC
Thời gian phản ứng 3 giờ
Lượng xúc tác H2SO4 (so với khối lượng monoglyceride) 5%
Hình 4.6 Bản mỏng sắc ký thu được sau phản ứng tổng hợp acetylated monoglyceride (4a) (hệ giải ly PE:EtOAc = 2:1) Nhận xét
Trên bản mỏng, vết bên trái là tác chất monoglyceride được chấm đối chứng với vết bên trái là hỗn hợp thu được sau phản ứng. Theo tài liệu tham khảo [1] [5], vết có Rf = 0,471 là sản phẩm acetylated monoglyceride, vết tác chất monoglyceride có Rf = 0,117 (hệ giải ly PE:EtOAc = 2:1).
Vết sản phẩm acetylated monoglyceride (Rf = 0,471) tương đối đậm. Tuy nhiên, vết tác chất monoglyceride (Rf = 0,117) vẫn còn đậm. Chính vì vậy, phản
ứng tổng hợp acetylated monoglyceride được tiến hành khảo sát lại tỉ lệ mol giữa các tác chất, nhiệt độ phản ứng và thời gian phản ứng để tìm ra điều kiện thích hợp.
4.3.1 Khảo sát tỉ lệ mol Yếu tố cố định: Yếu tố cố định:
Nhiệt độ phản ứng: 140oC
Thời gian phản ứng: 3 giờ
Lượng xúc tác H2SO4 : 5% so với khối lượng monoglyceride
Tốc độ khuấy: 700 vòng/phút
Yếu tố thay đổi:
Tỉ lệmol monoglyceride:acetic acid được thay đổi lần lượt là 1:7; 1:8; 1:9 và
1:10. Kết quả sắc ký bản mỏng của sản phẩm với tác chất ở các tỉ lệ mol khảo sát