Taurate tan trong nước nhiều hơn isethionate và cũng cĩ tính tẩy rửa rất nhẹ. Taurates thường được sử dụng trong dầu gội, kem đánh răng, sản phẩm cạo râu và trong nhiều kỹ thuật ng dụng khác.
Năm 2003, Peter S. Piispanen và Torbjorn Norin thuộc Viện Cơng Nghệ Hồng Gia Thụy Điển đã báo cáo một phương pháp cải tiến cho sự tổng hợp hai loại CHĐBM sinh học từ carbohydrate là: 2-alkylamino-2-deoxy-D-glucopyranose
và 1,2-dialkylamino-1,2-dideoxy-D-(N)-β-glucoside[4]. Các CHĐBM này được tổng
hợp với hiệu suất cao từ D-fructose và alkylamines phù hợp, sử dụng muối kẽm to
chloride làm chất xúc tác. Phản ng đầu tiên là một phản ng Amadori, và 1,2- dialkylamino-1,2-dideoxy-D-(N)-β-glucozide kết tủa trong phản ng. Sản phẩm này cĩ thể dễ dàng bị thủy phân tạo thành dẫn xuất monoalkyl cũng là một CHĐBM là 2-alkylamino-2-deoxy-D-glucopyranose. D-fructose xt ZnCl2 R-NH2 HO O NH HO HO NH R R O HO OH HO HO NH R hydrolysis ultrasound
R=benzyl, octyl hay hexyl R=octyl
Sơ đồ 1.6 Tổng hợp CHĐBM sinh học từ carbohydrate
1.3 Hố học vi sĩng
1.3.1 Sĩng điện từ[7]
Sĩng điện từ được đề cập lần đầu tiên do Jame Clerk Maxwell (1831-1879). Sĩng điện từ là sự kết hợp dao động của điện trường và từ trường theo hai phương vuơng gĩc nhau và vuơng gĩc với phương truyền trong khơng gian dưới dạng sĩng. Vận tốc truyền bằng vận tốc ánh sáng (2.998 x 108
m/s).
Hình 1.10 Thành phần điện và thành phần từ của sĩng điện từ [7]
Cĩ thể phân loại dựa theo tần số và độ dài sĩng (Bảng 1.5).
Thủy phân Siêu âm ZnCl2 (xt)
Bảng 1.5 Phân loại sĩng điện từ theo tần số và độ dài sĩng [7] Loại sĩng Loại sĩng điện từ Độ dài sĩng (m) Tần số (Hz) Ứng dụng Radio 10-1 – 104
109 - 104 Các trạm truyền thanh, truyền hình, cơng nghệ viễn thong, y học.
Vi sĩng 10-3 - 10-1 1011 - 109 Truyền thơng và thơng tin vơ tuyến,
rađa, đun nĩng.
Hồng ngoại 10-7 - 10-3 1014 - 107 Đun nĩng, sấy, camera hồng ngoại,
các thiết bị điều khiển từ
Ánh sang nhìn thấy được 4x10 -7 -7x10-7 7.5x10 14 - 4.3x1014 Nhìn thấy bằng mắt thường, sử dụng vào nhiếp ảnh, điện ảnh
Tia tử ngoại
(UV) 10
-8
- 7x10-7 1016-1014 Thanh trùng, quang hĩa học, điện
quang…
Tia X 10-11 - 10-8 1019-1016 Y học, tinh thể học, vật lý thiên
thể…
Tia gamma <10-11 >1019 Nghiên c u cơ cấu hạt nhân địa
Hình 1.11 Phổ điện từ [7]
1.3.2 Vi sĩng
Như đã giới thiệu ở trên, vi sĩng là sĩng điện từ, độ dài sĩng nằm trong khoảng 0.03- 0.1m, tần số nằm trong khoảng 1GHz-30GHz, nằm giữa vùng radio và vùng hồng ngoại trong phổ điện từ [14]. Vi sĩng sử dụng trong các thiết bị gia dụng và phịng thí nghiệm cĩ tần số là 2.45GHz và độ dài sĩng là 12.24cm để tránh trùng lặp với sĩng điện từ dùng trong viễn thơng.
Năng lượng photon của vi sĩng là 0.0016eV, rất nhỏ khơng đủ để bẻ gãy một nối hĩa học, nĩ cịn nhỏ hơn năng lượng chuyển động Brownian. Điều đĩ cho thấy năng lượng vi sĩng khơng thể gây ra một biến đổi hĩa học.
1.3.3 Sự làm nĩng vật chất do chiếu xạ vi sĩng
Đặc trưng tạo nhiệt của vật chất dưới tác động của vi sĩng chủ yếu dựa vào độ phân cực của nĩ. Khả năng một vật chất cĩ thể chuyển hĩa năng lượng điện từ thành nhiệt năng ở một tần số được gọi là tan . Một mơi trường cĩ tan lớn sẽ hấp thu hiệu quả vi sĩng và nĩng nhanh lên.
Các dung mơi cĩ thể được sắp xếp vào các nhĩm: hấp thu vi sĩng tốt (tan > 0.5), trung bình (0.1<tan <0.5) và hấp thu vi sĩng yếu (tan <0.1). Giá trị tan của một số dung mơi hữu cơ được trình bày trong Bảng 1.5.
Bảng 1.6: Tan của một số dung mơi [7]
Dung mơi tan Dung mơi tan
Ethylene glycol Ethanol DMSO 2 – Propanol Formic acid Methanol Nitrobenzene 1 – Butanol 2 – Butanol 1,2 - Diclorobenzene NMP Acetic acid 1.350 0.941 0.825 0.799 0.722 0.659 0.589 0.571 0.447 0.280 0.275 0.174 DMF 1,2 – Dicloroethane Nước Chlorobenzene Chlorofrom Acetonitrile Ethyl acetate Acetone Tetrahydrofuran Dichloromethane Toluene Hexane 0.161 0.127 0.123 0.101 0.091 0.062 0.059 0.054 0.047 0.042 0.040 0.020
1. . . Cơ ch tạo nhiệt khi vật chất được chi u xạ vi sĩng
Lý thuyết cơ bản của sự sản sinh nhiệt bởi vi sĩng khi tác động lên vật chất bao gồm sự khuấy động của các phân tử phân cực hoặc những ion được kích động bởi sự dao động theo sĩng điện từ. Tuy nhiên, sự chuyển động của các phân tử này sẽ dao động ngẫu nhiên và những va chạm ngẫu nhiên giữa các phân tử này là nguồn gốc tạo nên nhiệt.
Khơng phải tất cả các vật liệu đều cĩ khả năng hấp thu vi sĩng và bị đun nĩng. Tùy thuộc vào sự tương tác giữa vật liệu và vi sĩng mà người ta sắp xếp như sau:
Vật chất trong suốt với vi sĩng: lưu huỳnh, thủy tinh, sành s … Vật liệu phản xạ vi sĩng: kim loại..
Vật liệu hấp thu vi sĩng: nước, ethanol… a. Cơ chế phân cực lưỡng cực
Áp dụng cho những vật chất cĩ phân tử phân cực khơng phân ly thành ion trong dung dịch. Khi nằm trong vùng dao động của điện từ trường các phân tử phân cực cĩ xu hướng xoay và sắp xếp theo chiều của thành phần điện trường của điện từ trường. Khi điện trường đổi chiều, các phân tử phân cực xoay chiều và sắp xếp theo chiều mới. Tuy nhiên, các phân tử cĩ quán tính của nĩ, ma sát và va chạm cĩ xu hướng chống lại sự sắp xếp mới nên chúng khơng thể sắp xếp kịp theo chiều của điện từ trường được nếu tần số quá lớn, do đĩ ở tần số phù hợp các phân tử này sẽ dao động ngẫu nhiên, và những tương tác ngẫu nhiên do sự va chạm sẽ sản sinh nhiệt.
Điểm cốt yếu của quá trình này là tần số dao động của vi sĩng phải phù hợp để gây nên sự dao động ngẫu nhiên. Sự chênh lệch giữa thời gian đổi chiều của điện trường và thời gian các phân tử sắp xếp hồn thiện theo chiều của điện trường được gọi là sự tổn hao điện mơi của một chất. Nếu sự chênh lệch quá lớn, các lực nội phân tử, va chạm và ma sát sẽ ngăn cản sự dao động của phân tử trước khi chúng kịp sắp xếp theo chiều của điện từ trường. Ngược lại, nếu tần số quá thấp, các phân tử sẽ cĩ đủ thời gian sắp xếp theo chiều của điện từ trường. Tần số phù hợp trong khoảng 0.3-30 GHz.
b. Cơ chế dẫn truyền
Nhiệt được tạo thành do sự cản trở dịng điện. Những hợp chất điện ly sẽ phân ly thành ion trong dung dịch. Sự dao động của điện từ trường sẽ tạo nên dịng ion hoặc điện tử dao động trong dung dịch. Dịng điện này bị cản trở bởi điện trở nên sinh ra nhiệt. Điểm hạn chế của cơ chế này là khơng sử dụng được cho những vật liệu dẫn điện tốt, cĩ điện trở nhỏ.
c. Cơ chế tương tác phân cực bề mặt chung
Được xem như là sự kết hợp giữa cơ chế dẫn truyền và cơ chế phân cực lưỡng cực. Sự phối hợp giữa một vật chất trong suốt với vi sĩng và kim loại tạo nên một hỗn hợp hấp thu tốt vi sĩng. Ví dụ hỗn hợp bột kim loại và bột lưu huỳnh là một hỗn hợp hấp thu vi sĩng rất tốt. Tuy nhiên, kim loại dùng trong trường hợp này phải ở dạng bột mịn vì kim loại dạng bột hấp thu sĩng tốt.
1.3.3.2 Đặc đi m đun nĩng tr c ti p c a vi sĩng
Theo truyền thống một phản ng hĩa học được kích hoạt bằng phương pháp đun nĩng cổ điển thì nhiệt độ các chất tham gia phản ng tăng tương đối chậm, nhiệt độ bên ngồi bình phản ng cao hơn nhiệt độ các chất tham gia phản ng (Hình 1.11 B). Ngược lại sự chiếu xạ vi sĩng cung cấp nhiệt trực tiếp vào hỗn hợp
phản ng. Do đĩ chỉ cĩ hỗn hợp phản ng được đun nĩng mà bình ch a khơng bị đun nĩng (Hình 1.11 A).
(A) (B)
Hình 1.12: Sự phân bố nhiệt độ khác nhau bên trong một ống nghiệm khi đun nĩng bằng phƣơng pháp chiếu xạ vi sĩng (A) và đun nĩng cổ điển (B) [7]
1.3.4 Tác động của vi sĩng vào phản ứng hĩa học
Tác động về mặt nhiệt động lực học
Ngay từ những ngày đầu áp dụng vi sĩng vào tổng hợp hữu cơ, người ta quan sát chủ yếu về tốc độ phản ng và tỉ lệ phân bố sản phẩm tạo thành rồi so sánh với phương pháp đun nĩng cổ điển và đã rút ra kết luận quan trọng là tác động của vi sĩng là một tác động đặc biệt, và phi nhiệt động lực học.
Ngày nay, hầu hết các nhà khoa học thế giới đều đồng ý rằng nguyên nhân chủ yếu của sự gia tăng vận tốc phản ng khi thực hiện phản ng dưới sự chiếu xạ vi sĩng chỉ là hiệu ng nhiệt đơn thuần. Nhiệt độ phản ng cao cĩ thể đạt được nhanh chĩng khi chiếu xạ những chất phân cực. Đồ thị 1.1. mơ tả methanol cĩ thể bị đun quá nhiệt một cách nhanh chĩng lên >100C, trên cả nhiệt độ sơi khi chiếu xạ vi sĩng trong một bình kín. Sự gia tăng nhiệt độ sẽ diễn ra dữ dội khi chiếu xạ vi sĩng lên những vật chất cĩ tan lớn, nhiệt độ cĩ thể tăng đến 200oC trong vài giây. Tất
nhiên là sự gia tăng nhiệt độ như thế rất khĩ đạt được nếu áp dụng các biện pháp thơng thường.
Hình 1.13 Mối quan hệ giữa cơng suất, nhiệt độ và áp suất khi gia nhiệt methanol bằng vi sĩng [9]
Đồ thị trên biểu diển sự thay đổi nhiệt độ, áp suất của 3ml methanol trong bình kín dưới sự chiếu xạ của lị vi sĩng monomode, 250W, thời gian chiếu xạ 0- 20s, theo dõi nhiệt độ bằng đầu dị hồng ngoại (thời gian 40-300 giây) và làm lạnh bằng khí nén (300-360 giây). Áp suất tối đa là 16bar, nhiệt độ 160oC. Từ hình trên ta thấy áp suất cực đại của bình phản ng khoảng 16 bar tương ng với nhiệt độ 160
Chƣơng 2
NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Nội dung nghiên cứu
2.1.1 Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu của đề tài là nghiên c u để thiết lập điều kiện tổng hợp CHĐBM khơng ion loại alkanolamie từ nguyên liệu mỡ cá basa bằng phương pháp vi sĩng.
2.1.2 Nội dung nghiên cứu
Tổng hợp ba loại CHĐBM khơng ion từ mỡ cá basa ở quy mơ phịng thí nghiệm:
Tổng hợp CHĐBM ethanolamide (3). Quá trình tổng hợp được mơ tả như Sơ đồ 2.1.
Sơ đồ 2.1 Tổng hợp ethanolamide từ mỡ cá basa
Tổng hợp CHĐBM ethylendiamide (4). Quá trình tổng hợp được mơ tả như Sơ đồ 2.2.
Tổng hợp dialkanolamide (5). Quá trình tổng hợp được mơ tả như Sơ đồ
2.3.
Sơ đồ 2.3 Tổng hợp diethanolamide từ mỡ cá basa
Kết luận về tính ưu nhược điểm so với phương pháp cổ điển.
2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu
Để đạt được nội dung nghiên c u trên, phương pháp nghiên c u của đề tài là: Dùng phương pháp vi sĩng để tổng hợp các loại chất hoạt động bề mặt khơng ion .
Các yếu tố khảo sát:
Tỉ lệ mol giữa các tác chất
Nhiệt độ phản ng
Thời gian phản ng
Tiến trình phản ng được theo dõi bằng việc sử dụng sắc ký bản mỏng silica gel với thuốc hiện màu là dung dịch KMnO4.
Hiệu suất phản ng: 100 tt lt m m H . Trong đĩ:
mtt: khối lượng thực tế sản phẩm thu được.
mlt: khối lượng lý thuyết của sản phẩm theo phương trình phản ng.
Chƣơng 3 THỰC NGHIỆM THỰC NGHIỆM
3.1 Phƣơng tiện nghiên cứu
3.1.1 Thiết bị và dụng cụ
Máy vi sĩng, ống vi sĩng, cá từ, hủ bi, ống mao quản
Máy cơ quay HEIDOLPH
Cân điện tử GF-300
Máy lọc chân khơng
Phễu chiết
Phễu lọc
Buret
Tủ sấy MEMMERT
ng đong, ống nghiệm, đũa thủy tinh, đĩa thủy tinh
Bình cầu 50ml, 100ml, 250ml
Cốc thủy tinh 100ml, 250ml, 500ml
Erlen 100ml, 250ml, 500ml
Giấy đo pH, giấy lọc (TQ)
3.1.2 Nguyện liệu-hĩa chất
Mỡ cá basa (mua ở cơng ty Minh Tú ở Cần Thơ).
KOH (xuất x TQ).
Methanol (xuất x TQ).
Ethanolamine (xuất x TQ).
Ethylendiamine (xuất x TQ).
Diethanolamine (xuất x TQ).
NaCl (xuất x Việt Nam).
Bản mỏng silical gel (xuất s Merk).
Ethyl acetate (xuất x TQ).
Petroleum ether (xuất x TQ).
Na2SO4 (xuất x TQ).
Acid acetic (xuất x TQ).
Acetone (xuất x TQ).
3.2 Tổng hợp
3.2.1 Tổng hợp methyl ester (2)
Cân 1g mỡ cá (1), 0.2g methanol và 0.015g KOH cho vào ống vi sĩng 10ml. Đem thực hiện phản ng ở 60C, thời gian 20 phút. Hỗn hợp sau phản ng được cho vào phễu chiết và để yên trong 10 phút hỗn hợp tách hai pha: pha trên là methyl ester dạng thơ, pha dưới là là glycerol. Tách lấy pha trên, hịa tan trong ethyl acetate, rửa với dung dịch acid acetic 5% để loại KOH dư, sau đĩ rửa nước cất nhiều lần cho đến khi pH dung dịch bằng 7. Cuối cùng cho dung dịch NaCl bão hịa vào, thu lớp dung dịch bên trên làm khan bằng Na2SO4 và lọc thu được chất lỏng màu vàng đem cơ quay để đuổi dung mơi thu được methyl ester (2) là chất lỏng
màu vàng nhạt. Từ 2.02g mỡ cá chúng tơi điều chế được g 1.52g methyl ester (2),
hiệu suất 74.7%.
3.2.2 Tổng hợp ethanolamide (3)
Cân 0.8g methyl ester (2) và 0.51g ethanolamine cho vào ống vi sĩng 10ml. Đem thực hiện phản ng ở 150C, thời gian 30 phút. Thực hiện 2 mẻ phản ng. Hỗn hợp sau phản ng là chất lỏng sệt màu vàng đậm để yên trong 15 phút tạo dạng wax. Hịa tan hỗn hợp trong một lượng tối thiểu dung mơi ethyl acetate (cĩ thể gia nhiệt nhẹ). Sau đĩ đậy kín và để yên để ethanolamide cĩ thể kết tinh. Tiếp theo đem hỗn hợp này đi lọc chân khơng. Tiến hành rửa nhiều lần với nước cất để loại ethanolamine dư. Cuối cùng thu được sản phẩm ethanolamide (3) dạng chất rắn
màu trắng. Từ 1.61 g methyl ester (2) điều chế được 1.566g ethanolamide (3), hiệu suất 89.3%.
3.2.3 Tổng hợp ethanolamide (3) trực tiếp từ mỡ cá
Cân 1g mỡ (1) và 0.426g ethanolamine cho vào ống vi sĩng. Đem thực hiện
vàng đậm để yên trong 15 phút tạo dạng wax. Hịa tan hỗn hợp trong một lượng tối thiểu dung mơi ethyl acetate (cĩ thể gia nhiệt nhẹ). Sau đĩ đậy kín và để yên để ethanolamide cĩ thể kết tinh. Tiếp theo đem hỗn hợp này đi lọc chân khơng. Tiến hành rửa nhiều lần chất rắn thu được với nước cất để loại ethanolamine dư. Cuối cùng thu được sản phẩm ethanolamide (3) dạng chất rắn màu trắng. Thực hiện hai mẻ phản ng, từ 2.02g mỡ cá phản ng với 0.86g ethanolamine sau khi kết tinh và rửa nhiều lần với nước thu được 1.945g ethanolamide (3). Hiệu suất 87.2%.
3.2.4 Tổng hợp ethylendiamide (4)
Cân 0.5g methyl ester (2) từ mỡ cá và 0.625g ethylendiamine cho vào ống vi sĩng 10ml. Đem thực hiện phản ng ở 160C, thời gian 30 phút. Hỗn hợp sau phản ng là chất lỏng sệt màu vàng đậm để yên trong 15 phút tạo dạng wax. Hịa tan hỗn hợp trong một lượng tối thiểu dung mơi ethyl acetate (cĩ thể gia nhiệt nhẹ). Sau đĩ đậy kín và để yên để ethylendiamide cĩ thể kết tinh. Tiếp theo đem hỗn hợp này đi lọc chân khơng. Tiến hành rửa nhiều lần với nước cất để loại ethylenediamine dư. Cuối cùng thu được sản phẩm ethylendiamide (4) dạng chất rắn màu trắng. Thực
hiện hai mẻ phản ng, từ 1.02g methyl ester (2) phản ng với 1.21g
ethylenediamine sau khi kết tinh và rửa nhiều lần với nước thu được 1.174g ethylenediamide (4). Hiệu suất 58.7%.
3.2.5 Tổng hợp ethylendiamide (4) trực tiếp từ mỡ cá
Cân 1g mỡ cá (1) và 0.284g ethylendiamine cho vào ống vi sĩng 10ml. Đem
thực hiện phản ng ở 150C, thời gian 30 phút. Hỗn hợp sau phản ng là chất lỏng sệt màu vàng đậm để yên trong 15 phút tạo dạng wax. Hịa tan hỗn hợp trong một