Luận văn Tối ưu hóa các điều kiện tổng hợp terpin hydrate từ tinh dầu thông

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA KHOA HỌC LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC TỐI ƯU HÓA CÁC ĐIỀU KIỆN TỔNG HỢP TERPIN HYDRATE TỪ TINH DẦU THÔNG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN TS. Lê Thanh Phước Mai Bích Thoa (MSSV: 2033467) Thầy Phan Thế Duy Ngành Cử Nhân Hóa Học – Khóa 29 Tháng 06 /2007 Lời Cảm Tạ Thật vinh dự và tự hào khi được trở thành sinh viên của Trường Đại Học CầnThơ, Khoa Khoa Học. Những kiến thức mà các Thầy cô đã truyền đạt trong suốt thời gian qua, đặc biệt là trong quá trình thực hiện đề tài tốt nghiệp sẽ là hành trang quí báu giúp em vững bước vào đời. Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Lê Thanh Phước cùng thầy Phan Thế Duy đã tận tình hướng dẫn truyền đạt những kinh nghiệm quí báu cho em trong suốt quá trình thực hiện đề tài tốt nghiệp này. Em xin chân thành cảm ơn các Thầy cô Bộ Môn Hóa đã cung cấp cho em những kiến thức quí báu trong quá trình học tập tại trường. Đặc biệt em xin cảm ơn thầy Nguyễn Trọng Tuân đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành đề tài này. Em xin chân thành cảm ơn các Thầy cô trong Bộ Môn Công Nghệ Hóa Học – Khoa Công Nghệ đã cung cấp cho em những dụng cụ, trang thiết bị cần thiết khi em thực đề tài. Em xin chân thành cảm ơn Công ty cổ phần dược Hậu Giang đã hỗ trợ kinh phí cho em thực hiện đề tài này. Con xin cảm ơn gia đình, cha, mẹ đã nuôi dưỡng con tạo điều kiện và động viên con học tập để có được như ngày hôm nay! Và cuối cùng xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các bạn lớp Cử Nhân Hóa K29 - Khoa Khoa Học đã động viên và giúp đỡ em về tinh thần lẫn vật chất trong suốt quá trình học và thời gian thực hiện luận văn. Trong suốt thời gian thực hiện luận văn, dù đã cố gắng hoàn thành tốt luận văn nhưng do kiến thức, thời gian và kinh nghiệm thực tế còn hạn chế nên luận văn tốt nghiệp không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được sự thông cảm và đóng góp ý kiến của quí thầy cô cùng các bạn. Xin chân thành cảm ơn! Cần Thơ, ngày 15 tháng 6 năm 2007. Sinh viên thực hiện Mai Bích Thoa Trường Đại Học Cần Thơ Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Khoa Khoa Học Độc lập - Tự do - Hạnh phúc Bộ Môn Hóa Học ------------------- ********* Cần Thơ, ngày ..... tháng .... năm 2007 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 1. Cán bộ hướng dẫn: TS. Lê Thanh Phước Thầy Phan Thế Duy 2. Đề tài: TỐI ƯU HÓA CÁC ĐIỀU KIỆN TỔNG HỢP TERPIN HYDRATE TỪ TINH DẦU THÔNG 3. Sinh viên thực hiện: Mai Bích Thoa - MSSV: 2033467 - Lớp: Cử nhân hóa học - Khóa 29 4. Nội dung nhận xét: a. Nhận xét về hình thức LVTN: ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... b. Nhận xét về nội dung của LVTN (đề nghị ghi chi tiết và đầy đủ): ƒ Đánh giá nội dung thực hiện của đề tài: ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ƒ Những vấn đề còn hạn chế: ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... c. Nhận xét đối với từng sinh viên tham gia thực hiện đề tài (ghi rõ từng nội dung chính do sinh viên nào chịu trách nhiệm thực hiện nếu có): ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... d. Kết luận, đề nghị và điểm: ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... Cần Thơ, ngày……tháng……năm 2007. Giáo viên hướng dẫn Lê Thanh phước Phan Thế Duy Trường Đại Học Cần Thơ Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Khoa Khoa Học Độc lập - Tự do - Hạnh phúc Bộ Môn Hóa Học ------------------- ********* Cần Thơ, ngày ..... tháng .... năm 2007 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN 1. Cán bộ chấm phản biện: Thầy Nguyễn Trọng Tuân 2. Đề tài: TỐI ƯU HÓA CÁC ĐIỀU KIỆN TỔNG HỢP TERPIN HYDRATE TỪ TINH DẦU THÔNG 3. Sinh viên thực hiện: Mai Bích Thoa - MSSV: 2033467 - Lớp: Cử nhân hóa học - Khóa 29 4. Nội dung nhận xét: a. Nhận xét về hình thức LVTN: ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... b. Nhận xét về nội dung của LVTN (đề nghị ghi chi tiết và đầy đủ): ƒ Đánh giá nội dung thực hiện của đề tài: ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ƒ Những vấn đề còn hạn chế: ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... c. Nhận xét đối với từng sinh viên tham gia thực hiện đề tài (ghi rõ từng nội dung chính do sinh viên nào chịu trách nhiệm thực hiện nếu có): ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... d. Kết luận, đề nghị và điểm: ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... Cần Thơ, ngày……tháng……năm 2007. Giáo viên phản biện Nguyễn Trọng Tuân LỜI MỞ ĐẦU # " Terpin hydrate là một hợp chất thiên nhiên có trong nhiều loại trái cây (như nho …), các cây lương thực và hương liệu (như húng tây, cam thảo, nguyệt quế,…) và trong các cây thuốc (như cây khuynh diệp, gôm arabic…). Tuy nhiên do hợp chất thiên nhiên có trong thực vật ít, muốn tinh chế đòi hỏi chi phí lớn và tốn nhiều công sức. Chính vì vậy bằng những tìm tòi sáng tạo, chúng ta đã tổng hợp được các hợp chất thiên nhiên nhằm tạo ra những sản phẩm giá trị cao phục vụ cho con người mà vẫn bảo vệ được sinh thái tự nhiên. Hóa học tổng hợp có vai trò cực kỳ quan trọng trong tất cả các lĩnh vực của cuộc sống con người. Terpin hydrate là một dẫn xuất của α-pinene (thành phần chính của tinh dầu thông) có hoạt tính trên màng nhầy của hệ hô hấp và trên hệ thần kinh trung ương. Do đó ngày nay nó được sử dụng như là một tá dược chủ yếu để chữa các bệnh liên quan đến hệ hô hấp và các chứng viêm nhiễm bên trong cơ thể khác. Chính vì thế việc tìm ra qui trình để tổng hợp terpin hydrate với số lượng lớn và chi phi thấp là rất cần thiết. Đất nước ta có hàng trăm ngàn hecta trồng thông, nhờ có nguồn thông phong phú này mà việc nghiên cứu tìm phương thức tối ưu tổng hợp terpin hydrate từ tinh dầu thông là rất khả thi và thiết thực. MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN........................................................................................................ i NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ................... ii NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN...................... iv LỜI MỞ ĐẦU...................................................................................................... vi MỤC LỤC .......................................................................................................... vii DANH SÁCH BẢNG ............................................................................................x DANH SÁCH HÌNH ........................................................................................... xi Chương 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ............................................................1 1.1 Sơ lược về nhựa thông và các loài thông cho nhựa ở Việt Nam .....................1 1.1.1 Nhựa thông .........................................................................................1 1.1.2 Thông 3 lá ...........................................................................................2 1.1.3 Thông 2 lá ...........................................................................................4 1.1.4 Thông đuôi ngựa .................................................................................5 1.2 Tổng quan về tinh dầu thông, α-pinene và terpin hydrate .............................7 1.2.1 Tinh dầu thông....................................................................................7 1.2.2 α-Pinene............................................................................................11 1.2.3 Terpin hydrate...................................................................................14 1.3 Các nguồn terpin hydrate và phương pháp tổng hợp terpin hydrate .............17 1.3.1 Nguồn terpin hydrate từ tự nhiên......................................................17 1.3.2 Các phương pháp tổng hợp ...............................................................17 1.4 Cơ sở lý thuyết của một số phương pháp phổ nghiên cứu cấu trúc phân tử..21 1.4.1 Quang phổ hồng ngoại ......................................................................21 1.4.2 Quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân .................................................24 1.4.3 Trắc phổ khối ....................................................................................27 Chương 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................................................29 2.1 Mục tiêu .........................................................................................................29 2.2 Phương tiện nghiên cứu .................................................................................29 2.2.1 Hóa chất và nguyên liệu ...................................................................29 2.2.2 Tiến hành thí nghiệm ........................................................................29 2.2.2.1 Dụng cụ và thiết bị...............................................................29 2.2.2.2 Cách tiến hành .....................................................................30 2.2.3 Khảo sát các thông số ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp terpin hydrate ........................................................................................................32 2.2.3.1 Ảnh hưởng của tốc độ khuấy ...............................................32 2.2.3.2 Ảnh hưởng của nồng độ H2SO4 xúc tác .............................32 2.2.3.3 Ảnh hưởng của thời gian khuấy...........................................33 2.2.4 Khảo sát các cặp yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất tổng hợp .............34 2.2.4.1 Cặp yếu tố nồng độ H2SO4 xúc tác và thời gian khuấy......34 2.2.4.2 Cặp yếu tố tốc độ khuấy và thời gian khuấy .......................34 Chương 3: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM.........................................................35 3.1 Kết quả phân tích phổ xác định cấu trúc của terpin hydrate.........................35 3.2 Kết quả thực nghiệm theo từng yếu tố ảnh hưởng.........................................37 3.2.1 Ảnh hưởng của tốc độ khuấy ............................................................37 3.2.2 Ảnh hưởng của của nồng độ acid xúc tác .........................................39 3.2.3 Ảnh hưởng của thời gian khuấy........................................................40 3.3 Khảo sát hai yếu tố.........................................................................................43 3.3.1 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ acid xúc tác và thời gian khuấy đến khối lượng terpin hydrate thu được ...........................................................43 3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy và thời gian khuấy đến khối lượng terpin hydrate thu được ....................................................................44 Chương 4: KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ .............................................................45 4.1 Kết luận ..........................................................................................................45 4.2 Kiến nghị........................................................................................................45 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................47 PHỤ LỤC.............................................................................................................48 DANH SÁCH BẢNG BẢNG TRANG Bảng 1.1 Thành phần và tỉ trọng của dầu thông ở một số quốc gia 9 Bảng 1.2 Từ tính của một vài hạt nhân nguyên tử 24 Bảng 2.1 Các mức tốc độ khuấy (vòng/phút) 32 Bảng 2.2 Các mức nồng độ H2SO4 (%) 33 Bảng 2.3 Các mức thời gian khuấy (giờ) 33 Bảng 3.1 Độ dịch chuyển hóa học của 13C 35 Bảng 3.2 Sự nối và tương tác của 1H – 13C trong phổ hai chiều HSQC và HMBC 36 Bảng 3.3 Sự thay đổi của khối lượng terpin hydrate thu được theo tốc độ khuấy 37 Bảng 3.4 Sự thay đổi của khối lượng terpin hydrate thu được theo nồng độ H2SO4 xúc tác 39 Bảng 3.5 Sự thay đổi của khối lượng terpin hydrate thu được theo thời gian khuấy 41 Bảng 3.6 Khối lượng terpin hydrate thu được theo nồng độ và thời gian khuấy 43 Bảng 3.7 Khối lượng terpin hydrate thu được theo tốc độ khuấy và thời gian khuấy 44 DANH SÁCH HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1 Nhựa thông 1 Hình 1.2 Khai thác nhựa thông 1 Hình 1.3 Thông 3 lá 3 Hình 1.4 Thông 2 lá 4 Hình 1.5 Thông đuôi ngựa 5 Hình 1.6 Tinh thể terpin hydrate 14 Hình 1.7 Máy quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân 25 Hình 1.8 Máy trắc phổ khối 27 Hình 2.1 Máy khuấy đũa 30 Hình 2.2 Hỗn hợp phản ứng đang khuấy 30 Hình 3.1 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa tốc độ khuấy - khối lượng sản phẩm 38 Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa khối lượng terpin hydrate - nồng độ H2SO4 xúc tác 40 Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa khối lượng terpin hydrate - thời gian khuấy 42 Chương 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1 SƠ LƯỢC VỀ NHỰA THÔNG VÀ CÁC LOÀI THÔNG CHO NHỰA Ở VIỆT NAM 5, 11, 12, 13 1.1.1 Nhựa thông 13 Là các khối đục, nhớt có màu trắng dần dần chuyển thành vàng nhạt có mùi thông. Thông thường có lẫn các tạp chất như: nước, vỏ cây, lá khô, đất, cát, … Hình 1.1 Nhựa thông Nhựa thông ở nước ta đang được đẩy mạnh khai thác trên qui mô công nghiệp và nó được thu lấy bằng phương pháp giống như phương pháp lấy mủ cao su và đang được áp dụng nhiều biện pháp để nâng cao năng suất. Hình 1.2 Khai thác nhựa thông Khả năng tăng sản lượng nhựa bằng cách áp dụng qui trình công nghệ khai thác tối ưu, sử dụng kích thích tố và chọn giống thông cao sản.... Việc sử dụng kích thích tố đã làm sản lượng nhựa thông 3 lá tăng từ 34 – 55%. Đây là một tiến bộ kỹ thuật đưa vào trong sản xuất từ những năm 1990 đến nay. Bên cạnh đó, chọn giống nhằm xây dựng những khu rừng chuyên doanh về khai thác nhựa từ những cá thể ưu thế cao sản cần được quan tâm. Thông qua con đường nhân giống hữu tính và vô tính chọn các cá thể có năng suất nhựa cao để gây trồng. Hai trung tâm chế biến nhựa lớn nhất trong cả nước là Quảng Ninh và Quảng Bình đã liên doanh chế biến với Nhật Bản và phía Nhật bao tiêu toàn bộ sản phẩm chế biến với tổng công suất 3.000 tấn nhựa/năm. Trong vòng 20 năm qua trên thị trường thế giới giá cả collophane và tinh dầu thông tăng gấp đôi: 600 USD/tấn collophane; 650 USD/tấn tinh dầu thông. Do đó ta cần đẩy mạnh khai thác và chế biến nhựa thông. Việc áp dụng các tiến bộ kỹ thuật về công nghệ khai thác, cải tiến các công cụ trong đó bộ dụng cụ chích nhựa dùng cho phương pháp chích hình xương cá (chữ V) đối với thông 3 lá và áp dụng cho rừng thông nhựa tỉa thưa, chích diệt đối với những cây tỉa thưa lần 2 và lần 3. Nhựa thông Việt Nam được lấy từ 3 loại thông chính: thông 3 lá (Pinus Keiya - Royle ex Gordon), thông 2 lá (Pinus merkusii Jungh. Et Vriese), thông đuôi ngựa (Pinus massoniana Lambert). 1.1.2 Thông 3 lá 11 Tên khoa học: Pinus Keiya - Royle ex Gordon Thân: Cây gỗ lớn, cao 30 – 35 m, thân thẳng, tròn, vỏ dài màu nâu sẫm. Cành thô màu nâu đỏ. Lá: Lá màu xanh thẫm, mềm thường có 3 dạng lá kim mọc cụm trong một bẹ ở đầu cành, lá dài 15 – 20 cm, bẹ dài 1,2 cm. Hoa: Nón cái hình trứng viên chùy, dài 5 – 9 cm, thường quặp xuống, đôi khi quả hơi quẹo. Vảy quả năm thứ 2 có mắt vảy dài, rốn hơi lồi, đôi khi có gai nhọn, có 2 đường gờ ngang và dọc đi qua giữa mặt vảy, hạt chín sau 2 năm. Hình 1.3 Thông 3 lá Hạt: Hạt có cánh dài 1,5 – 2,5 cm. Đặc điểm gỗ: Gỗ mềm, nhẹ, màu vàng cam nhạt, có ống tiết. Tỷ trọng 0,610 - 0,750 g/cm3. Gỗ dùng trong xây dựng, que diêm, trụ điện, … Đặc điểm sinh thái: Thường mọc thuần loại hoặc hỗn giao với một số cây lá rộng khác nhưng không đáng kể tạo thành loại rừng thưa lá kim. Cây ưa sáng, thích hợp với điều kiện mưa nhiều, có mùa mưa và mùa khô rõ rệt, độ ẩm không khí không xuống quá thấp (70%). Có khả năng chịu lạnh, sương muối, có thể mọc được ở điều kiện đất xấu nhưng thoát nước. Tái sinh hạt mạnh ở nơi đất trống. Đặc điểm khác: Có nhựa tốt, nhưng ít nên không được chú ý khai thác. Phân bố tại Việt Nam: Bắc Bộ, Tây Nguyên. 1.1.3 Thông 2 lá 11 Tên Khoa học: Pinus Merkusiana - E.N.G.Cooling et. H. Gauss Thân: Cây gỗ lớn, cao 30 – 35 m, thân thẳng, tròn, có nhiều nhựa. Vỏ dày màu nâu đ