Các giá trị thành phần chính chính xác của các dung môi không được sử dụng trong việc phát triển, thay vào đó là vị trí tương đối của chúng trên bản đồ dung môi. Các dung môi được chọn sẽ nằm trên bốn góc phần tư của trục tọa độ xy và một dung môi nằm ở vùng trung tâm (0).
Tùy thuộc vào yếu tố độ phân cực, độ chính xác hoặc tương tác liên kết hydro là quan trọng cho phản ứng đang được nghiên cứu. Trong nghiên cứu này, chỉ có năm dung môi được sử dụng, từ mỗi góc phần tư của không gian dung môi và một điểm trung tâm. Các dung môi thích hợp trên bản đồ PCA có thể dùng để thăm dò toàn bộ một phần không gian dung môi.
34
Hình 3.4 Không gian nghiên cứu dung môi trong nghiên cứu DoE
Việc lựa chọn dung môi cho một phản ứng hóa học có tác động lớn đến tác động môi trường, dung môi chiếm tỷ lệ đáng kể chất thải được tạo ra trong quá trình tổng hợp và tác động lớn đến việc sử dụng năng lượng cả trong quá trình phản ứng và trong quá trình thu hồi dung môi sau phản ứng. Do đó, việc lựa chọn dung môi [44] bao gồm các yếu tố quan trọng như độc tính, an toàn, tác động môi trường, dễ thu hồi. Từ đó, khám phá việc sử dụng các dung môi thay thế có khả năng an toàn hơn thay vì thường xuyên dựa vào một phạm vi hạn chế của dung môi truyền thống.
Trong nghiên cứu này, hiệu suất và vận tốc tạo thành rosocyanine được khảo sát theo sự thay đổi số mol xúc tác n-butylamine (0.2 – 0.3 – 0.4g) và ở ba giá trị nhiệt độ phản ứng, tùy vào nhiệt độ sôi của dung môi. Chín thí nghiệm công với ba thí nghiệm lặp lại đã được thực hiện theo thiết kế Box-Behnken.
Các dung môi được chọn để chúng trải trên một vùng dung môi khảo sát đủ rộng trên bản đồ: N,N-dimethylacetamide (79) (phân cực phi proton), n-butylacetate (81) (phân cực yếu, dễ bị phân cực), hexane (83) (không phân cực, khó bị phân cực), isopropyl alcohol (98) (phân cực proton), carbon tetrachloride (106) (Hình 3.5). Do nhiệt độ phản ứng bị giới hạn bởi nhiệt độ sôi của dung môi, các dung môi được (79) và (81) thí nghiệm ở ba nhiệt độ (70oC, 90oC, 110oC); dung môi số (98) và (106) ở nhiệt độ (60oC, 70oC, 80oC) và
x y (I) (II) (III) (IV) 0
35
dung môi số (83) ở nhiệt độ (50oC, 60oC, 70oC). Sử dụng năm dung môi đã chọn đem làm thí nghiệm cùng một lượng mol là 0.319 mol, hay tương ứng 24 mL N,N- dimethylacetamide, 42mL n-butylacetate, 24mL 2-propanol, 30mL hexane, 30mL carbon tetrachloride. Như vậy, nồng độ phần mol của các chất trong trong hỗn hợp phản ứng ban đầu đều được cố định.
Hình 3.5 Dung môi được chọn để sàng lọc trong nghiên cứu
Theo dõi tiến trình phản ứng: sau những khoảng thời gian khác nhau trong phản ứng với hệ dung môi giải ly hexane: ethyl acetate (3:2)
Hỗn hợp phản ứng pha loãng chấm bản soi trong buồn UV ở λ = 254 nm, và thấy sau bốn giờ phản ứng vanillin vẫn chưa phản ứng hết (hình 3.6) theo thứ tự từ trái sang là tại các thời điểm 15, 30, 45, 60, 90, 120, 180, 240 phút và chấm ngoài cùng là vanillin pha loãng trong ethyl acetate. Chấm trên cùng tương ứng với vanillin, còn chấm tròn đậm ở giữa chính là sản phẩm rosocyanine. 30 20 10 0 -10 -20 5 0 -5 -10 -15 First Component S e co n d C o m p o n e n t 0 1 group
36
Hình 3.6 TLC của n-butylacetate
Vậy trong phản ứng tổng hợp với dung môi này, vanillin vẫn còn sau bốn giờ phản ứng,trong hình 3.7 hỗn hợp phản ứng sau những khoảng thời gian khác nhau, sau khi pha loãng 15000 lần bằng dung môi ethyl acetate.
Hình 3.7 Đồ thị đo UV-VIS của hỗn hợp phản ứng theo thời gian
Ta thấy đỉnh ở λ = 425 nm tương ứng với curcumin tạo thành. Mặc dù sản phẩm của phản ứng là rosocyanine, trong phổ UV-VIS lại không thấy đỉnh hấp thu cực đại của chất này ở 550 nm mà chỉ thầy đỉnh hấp thụ của curcumin. Nguyên nhân là do trong quá trình pha
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 250 300 350 400 450 500 550 600 15p 30p 45p 60p 90p 120p 180p 240p
37
loãng hỗn hợp phản ứng, rosocyanine đã bị thủy phân thành curcumin do tác dụng của vết nước trong dung môi pha loãng ethyl acetate. Do mức độ pha loãng rất lớn (trên 10000 lần), nên chỉ cần một vết nước nhỏ của nước cũng đủ là rosocyanine thủy phân hoàn toàn. Trên phổ hấp thụ của hỗn hợp phản ứng còn có một đỉnh ở 305 nm của vanillin. Để kiểm chứng điều này, vanillin được pha loãng trong dung môi ethyl acetate rồi đem quét phổ UV và thu được kết quả như trong hình 3.8. Rõ ràng đỉnh hấp thụ ở 305 nm chính là vanillin còn dư trong hỗn hợp phản ứng.
Hình 3.8 Đồ thị đo UV-VIS của vanillin