Thực nghiệm và kết quả

2 .3.3.Xác định cấu trúc sản phẩm

3.1. Thực nghiệm và kết quả

3.1.1. Tồng hơp CMC từ L-cvstein hvdroclorid monohvdrat Phưong trình phản ứng;

o

o

c

Quá trình phản ứng diễn ra như sau:

Hòa tan hỗn hợp gồm: 0,63g (3,59mmol) L-cystein hydroclorid monohydrat

(II), 0,36g (3,8mmol) acid monocloacetic (III), Iml nước và l,7ml dung dịch

NaOH 6,7 M. Sau đó khuấy thêm 5 phút, rồi điều chỉnh pH của dung dịch về 5 bằng acid acetic. Làm lạnh khối phản ứng bằng nước đá trong 2h, L-cystein dư sẽ tủa lại. Lọc loại tủa L-cystein, thu lấy dịch lọc. Điều chỉnh pH của dịch lọc về 2 bằng acid hydrocloric 6M. Sau đó làm lạnh dịch pH 2 bằng nước đá trong 2h. CMC (I) sẽ kết tinh dưới dạng muối nội. Lọc thu lấy tinh thể. Hòa tan tinh thể CMC trong 200ml nước sôi, lọc nóng thu dịch lọc. Dịch lọc được để kết tinh lạnh qua đêm. CMC sẽ kết tinh dưới dạns tinh thể trắna, ỉóng lánh. Lọc, rửa bằns nước lạnh, sấy ở

60°c.

Hiệu suất phản ứng khoảng 70%, nhiệt độ nóng chảy 204- 21

l°c.

■=> Đe xác định quy trình tối ưu cho tổng họp CMC với hiệu suất phản ứng cao nhất, tiến hành tối ưu hóa quy trình tổng họp, sử dụng phần mềm MODDE 5.0 vàlNPorm v3.1.

^ Dùng phần mềm MODDE 5.0 để thiết kế các thí nghiệm, dựa trên mặt hợp tử tại tâm rút gọn, kết quả được xử lý bằng phần mềm INForm v3.1 để tìm ra mối quan hệ giữa các biến độc lập và các biển phụ thuộc,

a, Thiết kế thí nghiệm

19

Bảng 3.1: Bảng ký hiệu và yêu cầu của các biến đầu vào ST T Biên Kỷ hiệu Đơn vị Loại biến Giới hạn

1 Tỷ lệ mol L-CHM: MCA XI Định lượng 0,5 đên 1,5

2 Nhiệt độ phản ứng X2 Định lượng 10 đên 40

3 Thới gian phản ứng X3 Phút Định lượng 5 đên 35

Lựa chọn biến đầu ra:

Bảng 3.2: Bảng kỷ hiệu và mục tiêu biến đầu ra

ST T Biên Kỷ hiệu Đơn vị Mục tiêu

1 Hiệu suât phản ứns Y % Max

Thiết kế mặt hợp tử tại tâm nhờ phần mềm MODDE 5.0 thu được bảng thiết kế thí nghiệm gồm 11 thí nghiệm trong đó có 3 thí nghiệm trung tâm (N9, NIO, NI 1) như bảng sau:

Bảng 3.3: Bảng thiết kế thỉ nghiệm phản ứng ST T ^{Kỷ hiệu thí} nghiệm Tỷlệ mol Nhiệt độ phản ứng Thời gian phản ứng Hiệu suất phản ứng 1 NI 0,5 10 5 2 N2 1.5 10 5 3 N3 0,5 40 5 4 N4 L5 40 5 5 N5 0,5 10 35 6 N6 1,5 10 35 7 N7 0,5 40 35 8 N8 1,5 40 35 9 N9 1 25 2 0 10 NIO 1 25 2 0 11 N ll 1 25 2 0 b, Tiến hành thỉ nghiệm

Tiến hành phản ứng như bảng thiết kế thí nghiệm 3.3, mỗi thí nghiệm tiến hành 3 lần thu kết quả trung bình như bảng 3.4 sau:

Bảng 3.4: Kết quà các thỉ nghiệm T N K L L - CHM (g) KL MCA (g) KLCM C(g) Hiệu suât phản ứng (%) Lần I Lần 2 Lần 3 TB 1 0,6325 0,6806

0,3603

0,6415

Dùng phần mềm ff'iForm v3.1 để xử lý sổ liệu của các biến đầu vào và biến đầu ra, tìm ra ảnh hưởng của các biến đầu vào đển biến đầu ra; thu được các mặt đap phân tích ảnh hưởng của các biến đầu vào đến biến đầu ra;

Tho! gỉan phan ung ty le mol 0 7 Q

Hình 3.1: Mặt biểu diễn ảnh hưởng của tỷ lệ molgiữa L-CHMvà MCA; thời gian phản ứng aĩkyỉ hỏa đến hiệu suất tạo CMC.

21

10

16

22

20 Nhieí do phan ung

34

Hình 3.2: Mặt đáp biểu diễn ảnh hưởng của tỷ lệ molgiữa L-CHMvà MCA; nhiệt độ phản ứng aỉkyl hỏa đến hiệu suất tạo CMC.

17 ^

Thoi giai^h iV g u n g 35

10

Nhiet do phan ung

Hình 3.3: Mặt đáp biếu diễn ảnh hưởng của thời gian phản ứng và nhiệt độ phản ứng alkyl hóa đến hiệu suất tạo CMC.

■=> Nhận xét; Tất cả các yếu tố, tỷ lệ mol của L-CHM và MCA, nhiệt độ phản ứng,

thời gian phân ứng và nhiệt độ phản ứng đều ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng tạo CMC

Theo hình 3.1 nhận tìiấy: cả tỷ lệ mol giữa L-CHM và MCA (XI ) và thời gian phản ứng alkyl hóa (X3) đều có ảnh hưởng đển hiệu suất phản ứng và các ảnh hưởng có quan hệ với nhau (nếu xét cùng nhiệt độ phản ứng)

- Khi XI <0,9: Thời gian phản ứng và hiệu suất phản ứng tỷ lệ thuận với nhau, khi tăng thời gian phản ứng lên thì hiệu suất phản ứng tăng.

• Với Xl<0,7: Hiệu suất phản ứng tăng khi thời gian phản ứng tăng.

• Với XI 0,7<X1<0,9: Hiệu suất phản ứng tăng nhẹ và có xu hướng ổn định khi tăng dần thời gian phản ứng.

- Khi XI >0,9: Tăng thời gian phản ứng, hiệu suất phản ứng thay đổi không nhiều, lúc này thời gian phản ứng ảnh hưỏng không nhiều đến hiệu suất phản ứng. - Ban đầu, khi tăng dần tỷ lệ mol (từ 0,5 đến 0,9) thì hiệu suất phản ứng tăng

nhanh, sau đó, nếu tăng tiếp tỷ lệ mol (lớn hơn 0,9) thì hiệu suất phản ứng thay đổi khônơ nhiều.

Theo hình 3.2 nhận thấy: tỷ lệ mol giữa L-CHM và MCA (XI) và nhiệt độ phản ứng (X2) đều có ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng tạo CMC (Y) và các ảnh hưcmg này có mối quan hệ với nhau (không xét tới thời gian phản ứng);

- Với nhiệt độ từ 10 đến khoảng 30°C: ban đầu khi tăng dần tỷ lệ mol (0,5 đến 0,9) thì hiệu suất phản ứng tăng theo. Sao đó, nếu tiếp tục tăng tỷ lệ mol (từ 0,9 đến 1,5) thì hiệu suất phản ứng thay đổi không đáng kể.

- Với nhiệt độ từ 30 đến khoảng 40°C: Ban đầu tăng dần tỷ lệ mol (từ 0,5 đến khoảng 0,9) thì hiệu suất phản ứng tăng, nhưng nếu tiếp tục tăng tỷ lệ mol thì hiệu suất phản ứng lại giảm, ở nhiệt độ càng cao thì hiệu suất phản ứng giảm càng mạnh.

- Với Xl<0,9; Khi tăng dần nhiệt độ phản ứng (từ 10 lên khoảng 34°C) thì hiệu suất phản ứng tăng dần. Nhưng nếu tiếp tục tăng nhiệt độ phản ứng lên tiếp thì hiệu suất phản ứng giảm mạnh.

- Với Xl>0,9: Ban đầu, khi tăng dần nhiệt độ phản ứng (từ 10 đến khoảng 25°C) thì hiệu suất phản ứng thay đổi không nhiều và có xu hướng giảm nhẹ. Nếu riếp tục tăng nhiệt độ phản ứng lên (trên 25°C) thì hiệu suất phản ứng giảm mạnh.

Theo hình 3.3: Thời gian phản ứng (X3) và nhiệt độ phản ứng (X2) đều có ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng tạo CMC (Y) và các ảnh hưỏng này có mối quan hệ với nhau (không xét tới tỷ lệ mol giữa L-CHM và MCA):

23

Nhiệt độ phản ứng có ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất phản ứng CMC. Khi tăng dần nhiệt độ phản ứng (từ 10 đến khoảng 30°C) thì hiệu suất phản ứng thay đổi không nhiều. Nếu tiếp tục tăng nhiệt độ phản ứng (từ khoảng 30 đến 40°C) thì hiệu suất phản ứng giảm mạnh.

Khi nhiệt độ phản ứng từ 10 đến khoảng 30°C; Khi tăng thời gian phản ứng thì hiệu suất phản ứng thay đổi không nhiều.

Khi nhiệt độ phản ứng từ 30 đến 40°C: Khi tăng thời gian phản ứng thì hiệu suất phản ứng giảm.

==> Sử dụng phền mềm INFORM v3.1 tìm công thức tối ưu cho quy trình tổng hợp và hiệu suất phản ứna dự đoán theo bảne sau

Bảng 3.5: Cóng thức tối ưu cho quy trình tổng hợp CMC từ L-cystein

T ỷỉệm o l ^{Nhiệt độ phản ứng} fC ) Thời gian phản ứng (phút) Hiệu suât phàn ứng dự đoán (%) 1,41 17,79 15,46 74,69

^=> Tiến hành phản ứng theo công thức tối ưu thu được kết quả như bảng 3.6:

Bảng 3.6: Kết quả phản ứng theo công thức tối ini Khôi lượng L-

CHM(gam)

Khôi lượng MCA (gam) Khôi lượng CMC (gam) Hiệu suât phản ứng (%) 0,6325 0,2414 0.3420 74,71

■=> Nhận xét: Làm thí nghiệm theo công thức tối ưu thu được kết quả như dự

đoán.

3.1.2. Tồng hop Carbocvstein từ L-cystỉn

Quy trình tổng hợp CMC từ L-cystin được tham khảo theo các nghiên cứu của các tác giả R.B.Turner và D.M.Voừle về khử hóa L-cystin, của các tác giả L. Michaelis và Maỉerhop về alkyl hóa L-cystein tạo CMC và kết thu được tại mục