Xác định HMF bằng pp trắc quang với thuốc thử p toluidin

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC




ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
KHẢO SÁT VÀ TỐI ƯU HÓA QUY TRÌNH
XÁC ĐỊNH HYDROMETHYFURFURAL
BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRẮC QUANG
VỚI THUỐC THỬ P – TOLUIDIN
VÀ AXIT BABITURIC

Giảng viên hướng dẫn: Th.S TRẦN NGUYỄN AN SA
Sinh viên thực hiện: PHAN VĂN VĨNH
Mã số sinh viên: 10046061
Lớp: DHPT6
Khóa: 2010 – 2014



Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2014


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
KHẢO SÁT VÀ TỐI ƯU HÓA QUY TRÌNH
XÁC ĐỊNH HYDROMETHYFURFURAL
BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRẮC QUANG
VỚI THUỐC THỬ P – TOLUIDIN
VÀ AXIT BABITURIC

Giảng viên hướng dẫn: Th.S TRẦN NGUYỄN AN SA
Sinh viên thực hiện: PHAN VĂN VĨNH
Mã số sinh viên: 10046061
Lớp: DHPT6
Khóa: 2010 – 2014


Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2014
i


NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
Họ và tên sinh viên: Phan Văn Vĩnh
MSSV: 10046061
Chuyên ngành: Hóa Phân tích
Lớp: DHPT6
1. Tên đề tài đồ án chuyên ngành: Khảo sát và tối ưu hóa quy trình xác định
hydroxymethylfurfural bằng phương pháp trắc quang với thuốc thử p – toluidin
và axit babituric.
2. Nhiệm vụ:
̵ Tổng quan về hydroxymethylfurfural.
̵ Tổng quan về phương pháp xác định hydroxymethylfurfural.

̵ Tổng quan về phương pháp trắc quang.
̵ Khảo sát và tối ưu hóa quy trình xác định hydroxymethylfurfural bằng trắc
quang với thuốc thử p – toluidin và axit babituric.
3. Ngày giao đồ án chuyên ngành: 02/12/2013
4. Ngày hoàn thành đồ án chuyên ngành: 7/2014
5. Họ tên giáo viên hướng dẫn: Ths.Trần Nguyễn An Sa
Tp. Hồ Chí Minh, ngày… tháng… năm 214

Trưởng bộ môn Giáo viên hướng dẫn
Chuyên ngành
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
//
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do - Hạnh phúc
//
ii

LỜI CẢM ƠN
Trải qua gần 4 năm học trên ghế nhà trường tôi đã học hỏi được rất nhiều kiến
thức quý báu từ sự chỉ dạy nhiệt tình từ quý thầy cô. Qua việc thực hiện đồ án chuyên
ngành tôi được vận dụng lại các kiến thức đó để hoàn thành tốt quy trình khảo sát:
“Khảo sát và tối ưu hóa quy trình xác định hydroxymethylfurfural bằng phương pháp
trắc quang với thuốc thử p – toluidin và axit babituric”.
Tôi xin chân thành cảm ơn ban giám hiệu Trường Đại học Công nghiệp Thành
phố Hồ Chí Minh, bộ môn công nghệ hóa và quý thầy cô đã tận tình chỉ dạy cho tôi
trong suốt quá trình học tập tại trường.
Chân thành cảm ơn cô Ths. Trần Nguyễn An Sa giảng viên khoa Công nghệ hóa
học Trường Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh đã hướng dẫn
nhiệt tình và giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đồ án này.

Tôi xin cảm ơn tất cả bạn bè và người thân đã giúp đỡ và hỗ trợ tôi làm tốt đồ
án này.

TP. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm
Sinh viên thực hiện

Phan Văn Vĩnh
iii

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN







Phần đánh giá:
 Ý thức thực hiện:
 Nội dung thực hiện:
 Hình thức trình bày:
 Tổng hợp kết quả:
Điểm bằng số: Điểm bằng chữ:
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2014
Giáo viên hướng dẫn

Th.s Trần Nguyễn An Sa

iv

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN














Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2014
Giáo viên phản biện




v

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Tổng hợp HMF sử dụng xúc tác có gốc Cr 7
Bảng 1.2. Tổng hợp HMF với xúc tác Zr và Ti 8
Bảng 1.3. Tổng hợp HMF xúc tác YbCl
3
9
Bảng 1.4. Sự hình thành HMF sử dụng các khoáng chất và axit đồng nhất 10

Bảng 3.1. Độ hấp thu của hợp chất giữa p – toluidin, axit babituric và HMF khi cho
các chất theo thứ tự khác nhau (A) 24
Bảng 3.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng thể tích của axit babituric đến độ hấp thu hợp
chất giữa p – toluidine, axit babituric và HMF 25
Bảng 3.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thể tích p - toluidin đến độ hấp thu của
hợp chất tạo thành giữa p – toluidin, axit babituric và HMF. 26
Bảng 3.4. Kết quả khảo sát thời gian phản ứng và thời gian bền màu của hợp chất tạo
thành giữa p – toluidin, axit babituric và HMF. 28
Bảng 3.5. Kết quả khảo sát LOD, LOQ 29
Bảng 3.6. Kết quả khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính 29
Bảng 3.7. Kết quả đường chuẩn của HMF với thuốc thử 30
Bảng 3.8. Kết quả khảo sát hiệu suất thu hồi của phương pháp với thuốc thử 31
vi

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Công thức cấu tạo của HMF 1
Hình 1.2. Phản ứng ester hóa của HMF 2
Hình 1.3. Phản ứng eter hóa của HMF 3
Hình 1.4. Phản ứng halogen hóa của HMF 3
Hình 1.5. Phản ứng oxy hóa trực tiếp của HMF 4
Hình 1.6. Phản ứng oxy hóa gián tiếp của HMF 4
Hình 1.7. Phản ứng khử của HMF 4
Hình 1.8. Phản ứng ngưng tụ của HMF 5
Hình 1.9. Phản ứng của vòng furan 6
Hình 1.10. Phản ứng điện hóa trong dung dịch metanol của HMF 7
Hình 1.11. Tổng hợp HMF với xúc tác là axit 11
Hình 1.12. Cơ chế mất nước của glucose và frucose 12
Hình 3.1. Phổ hấp thu của HMF, axit babituric, p - tuluidin 23
Hình 3.2. So sánh các phổ hấp thu giữa các dung dịch 24
Hình 3.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng thể tích của axit babituric đến độ hấp thu hợp

chất tạo thành giữa p – toluidin, axit babituric và HMF. 25
Hình 3.4. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thể tích p - toluidin đến độ hấp thu của hợp
chất tạo thành giữa p – toluidin, axit babituric và HMF. 27
Hình 3.5. Kết quả khảo sát thời gian phản ứng và thời gian bền màu của hợp chất tạo
thành giữa p – toluidin, axit babituric và HMF. 28
Hình 3.6. Đồ thị biểu diễn kết quả khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính 30
Hình 3.7. Đồ thị biểu diễn đường chuẩn của HMF với thuốc thử 30


vii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
AIBN: 2,2’ azoisobutylronitrile
BTSA: bis(trimethylsily)acetamide
DAD: (diot array detector) đầu dò diot array
DMSO: dimethyl sunfoxide
[EMIM][Cl]: 1 – ethyl – 3 – methylimidazolium
GC/MS: gas chromatography – mass spectrometry (sắc ký khí khối phổ)
HMF: hydroxymethylfurfural
HPLC: (High-performaISe liquid chromatography) sắc ký lỏng hiệu năng cao
[HexMIM][Cl]: 1 – hexyl – 3 – methylimidazolium
MIBK: methyl isobutyl ketone
NMP: 1 – methyl – 2 – pyrrolidinone
NBS: n – bromosuccinimide
OMBF: 5,5’ - oxydimethylenebis
[OMIM][Cl]: 1 – octyl – 3 – methylimidazolium cloride
PAD: (photodiot array detector) đầu dò photodiot array
PCC: piridinium chlorochromate
PGE: polyethylene glycol
TMACl: trimethyamonium chlorochromate

viii

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1
1.1. Tổng quan về HMF 1
1.1.1. Tính chất vật lý
[8]
1
1.1.2. Tính chất hóa học của HMF
[6]
2
1.1.3. Điều chế
[3]
7
1.1.4. Nguồn gốc hình thành HMF trong thực phẩm và tác hại
[3]
11
1.1.5. Ứng dụng
[8]
13
1.2. Các phương pháp xác định HMF 13
1.2.1. Xác định HMF bằng phương pháp trắc quang với thuốc thử p-toluidin
[2]
13
1.2.2. Xác định HMF bằng phương pháp cực phổ
[9]
13
1.2.3. Xác định HMF bằng phương pháp GC/MS
[5]
14

1.2.4. Xác định HMF bằng phương pháp HPLC/DAD
[4]
14
1.2.5. Xác định HMF bằng phương pháp HPLC/PDA
[7]
14
1.3. Tổng quan về phương pháp trắc quang
[1]
14
1.3.1. Đại cương về phương pháp trắc quang 14
1.3.2. Các định luật hấp thu cơ bản 15
1.3.3. Các đại lượng thường dùng trong phương pháp trắc quang 15
1.3.4. Nguyên tắc và cơ sở định lượng của phương pháp trắc quang 16
1.3.5. Các phương pháp định lượng trong trắc quang 17
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM 19
2.1. Mục tiêu nghiên cứu 19
2.2. Hóa chất và thiết bị 19
2.2.1. Thiết bị 19
2.2.2. Hóa chất 19
2.3. Nội dung nghiên cứu 20
2.3.1. Khảo sát thứ tự phản ứng giữa HMF, p-toluidin và axit babituric 20
ix

2.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của thể tích axit babituric đến độ hấp thu của hợp chất tạo
thành giữa p – toluidin, axit babituric và HMF 20
2.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của thể tích p-toluidin đến độ hấp thu của hợp chất tạo
thành giữa p – toluidin, axit babituric và HMF 20
2.3.4. Khảo sát thời gian phản ứng và thời gian bền màu của hợp chất tạo thành giữa
p – toluidin, axit babituric và HMF 20
2.3.5. Khảo sát giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ) và khoảng

tuyến tính 21
2.3.6. Xây dựng đường chuẩn và hiệu suất thu hồi của phương pháp 21
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 23
3.1. Kết quả khảo sát thứ tự phản ứng giữa p – toluidin, axit babituric và HMF 23
3.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thể tích axit babituric đến độ hấp thu của hợp
chất giữa p – toluidin, axit babituric và HMF 24
3.3. Khảo sát ảnh hưởng của thể tích p - toluidin đến độ hấp thu của hợp chất tạo
thành giữa p – toluidin, axit babituric và HMF 26
3.4. Kết quả khảo sát thời gian phản ứng và thời gian bền màu của hợp chất tạo thành
giữa p – toluidin, axit babituric và HMF 28
3.5. Khảo sát giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ) và khoảng tuyến
tính 29
3.6. Kết quả xây dựng đường chuẩn và hiệu suất thu hồi của phương pháp 30
KẾT LUẬN 32
KIẾN NGHỊ 33
TÀI LIỆU THAM KHẢO 34
PHỤ LỤC 35

x

LỜI MỞ ĐẦU
HMF là chất có thể được tạo thành từ glucose, fructose trong môi trường axit
và nhiệt độ. Nếu sử dụng thực phẩm có lượng lớn HMF có thể gây tử vong ở chuột
hoặc gây đột biến ADN ở người. Tuy nhiên HMF cũng có nhiều ứng dụng khác nhau:
các dẫn xuất của HMF như 2,5-dimethylfuran có thể làm nhiên liệu sinh học, 2,5-
furandicarboxylic làm thuốc gây mê. Ngoài ra HMF cũng được sử dụng trong quá
trình tổng hợp dialdehydes, glycol, ete, rượu amin và acetal. Vì thế việc xác định
HMF cũng rất quan trọng.
Hiện nay phương pháp xác định HMF phổ biến là HPLC, GC/MS. Phương pháp
trắc quang đơn giản và ít tốn kém, thường áp dụng trong các phòng thí nghiệm cho

nên việc mở rộng phương pháp này để xác định HMF là vấn đề cần thiết.
Tổng cục tiêu chuẩn đo lường chất lượng Việt Nam cũng đã ban hành tiêu chuẩn
TCVN 9041:2012 xác định HMF trong sản phẩm rau quả. Nhưng điều kiện phân tích
trong tiêu chuẩn còn thiếu sót. Do đó, chúng tôi tiến hành khảo sát và tối ưu hóa quy
trình xác định HMF bằng phương pháp trắc quang với thuốc thử p – toluidin và axit
babituric, từ đó rút ra các yếu tố ảnh hưởng và tối ưu hóa quy trình để có thể xác định
HMF ở nhiều đối tượng mẫu hơn.
1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
1.1. Tổng quan về HMF
1.1.1. Tính chất vật lý
[8]

- Tên gọi thông thường: 5 – (hydroxymethyl) – 2 – furancarboxaldehyde.
- Tên gọi khác: 5 – (hydroxymethyl) – 2 – furaldehyde; HMF; 5 –
(hydroxymethyl) – 2 – furancarbonal; 5 – hydroxymethyl) – 2 – furfural; 5 –
hydroxymethyl – 2 – formylfuran; 5 – oxymethylfurfurole; hydroxymethyl
furfuraldehyde.
- Công thức cấu tạo:
Hoặc
Hình 1.1. Công thức cấu tạo của HMF
- Công thức phân tử: C
6
H
6
O
3.

- Phân tử lượng: 126,11.

- Trạng thái: tinh thể rắn dạng kim/bột, dung dịch ở dạng màu vàng tối, mùi hoa
cúc.
- Nhiệt độ sôi: sôi ở 110
o
C 0,02 mm Hg, 114 – 116
o
C tại 1 mm Hg.
- Khả năng hòa tan: hòa tan trong nước, methanol, ethanol, acetone, ethyl acetate,
dimethylformamid, hòa tan trong ether, benzen, chloroform, ít hòa tan trong
carbon tetrachloride, ít hòa tan trong ether dầu mỏ.
- Độ nhớt: 1,2062.
- Chỉ số khúc xạ: 1,5627 tại 18
o
C.
- Điểm chớp cháy: 79
o
C.
- Khả năng phản ứng: rất nhẹ, dễ bay hơi với hơi nước (Budavari, 1989). Giữ bảo
vệ khỏi ánh sáng và không khí (Budavari, 1989). Khi đun nóng đến phân hủy
nó phát ra khói cay và hơi khó chịu (Sax & Lewis, 1989). Không tương thích
2

với bazo mạnh, oxy hóa mạnh mẽ, tác nhân khử giảm mạnh. Thải khói độc hại
của khí carbon monoxide và carbon dioxide khi đốt hoặc phân hủy (Aldrich
Chemical Co, 1994).
- Bước sóng hấp thu tối đa: 283 nm.
- Công nghệ sản xuất và tạp chất: HMF là chất có bán trên thị trường với độ tinh
khiết từ 95 – 99 (%) (Aldrich Chemical Co, năm 1994; TCI Mỹ, 1994).
1.1.2. Tính chất hóa học của HMF
[6]

1.1.2.1. Phản ứng của nhóm hydroxymethyl
Nhóm hydroxymethyl trong HMF thể hiện một cách điển hình đối với rượu
mang một nửa vòng thơm. Do đó, nó có thể được so sánh với benzyl hoặc rượu
furfuryl.
Phản ứng este hóa: sự acetyl hóa HMF với axit axetic có thể tạo thành triacetates
hoặc monoacetates. Nhưng 5 - acetoxymethylfurfural thu được dễ dàng nhất trong
phản ứng của HMF với acetic anhydride. 5 - Propionoxymethylfurfural là một loại
thuốc diệt nấm được sử dụng nhiều trong ngành dệt, công nghiệp thực phẩm và thuộc
da được thu thập bằng cách sử dụng hai phương pháp. Đầu tiên cần 15 giờ sưởi ấm
HMF với anhydride propionic; thứ hai, axit propionic phản ứng với HMF trong sự
hiện diện của acid sulfuric (hình 1.2).

Hình 1.2. Phản ứng ester hóa của HMF

3

Phản ứng eter hóa: khi nhiệt phân HMF trong môi trường axit sẽ tạo thành 5,5-
diformalfurfuryl eter. Khi HMF ngưng tụ với những diol tạo thành eter polyfran có
đặc tính phức mạnh mẽ. Cũng thu được 5 - (triphenylmethoxy) methylfurfural trong
quá trình phản ứng giữa HMF với trityl clorua trong pyridin. Với xúc tác axit phản
ứng HMF với rượu đơn giản tạo thành ete tương ứng như phản ứng với ethyl glycol
được xúc tác bởi pyridinium hydrochloride.

Hình 1.3. Phản ứng eter hóa của HMF
Phản ứng halogen hóa: nhóm hydroxyl trong HMF thay thế halogen rất dễ dàng.
Phản ứng HCl với HMF thu được 5-chloromethyl. Tương tự như vậy, 5-
bromomethylfurfural được tổng hợp từ phản ứng HMF với HBr. 5 -
halomethylfurfurals cũng thu được trực tiếp từ D-fructose, sucrose hoặc từ cellulose.
Tổng hợp 5-chloromethyl từ phản ứng của HMF với triphenylphosphine trong CCl

4

(hình 1.4).

Hình 1.4. Phản ứng halogen hóa của HMF

4

Phản ứng oxy hóa: được thể hiện ở hình 1.5 và 1.6.

Hình 1.5. Phản ứng oxy hóa trực tiếp của HMF

Hình 1.6. Phản ứng oxy hóa gián tiếp của HMF
1.1.2.2. Phản ứng của nhóm formyl
Phản ứng khử: 2,5-bis-(hydroxymethyl) furan là một hợp chất có ứng dụng
nhiều trong các loại nhựa, polyme và sợi nhân tạo. Nó đã được tổng hợp bằng việc
khử nhóm formyl trong HMF xúc tác bởi niken, crôm đồng, bạch kim oxit, oxit coban
hoặc molypden oxit, và hỗn hống natri được thể hiện ở hình 1.7.

Hình 1.7. Phản ứng khử của HMF
Phản ứng ngưng tụ (hình 1.8): Sự ngưng tụ của HMF với ure tạo ra 5-
hydroxymethylfurfurylidene-bis-urê là một phản ứng tương tự với acetamit và
benzamit để tạo ra 5 - hydroxymethylfurfurylidene – bis – acetamit và bis – benzamit.
5

Khi HMF được xử lý bằng methyl aminoformate thì dimethyl – 5 -
hydroxymethyl furfurylidene – bis - (n - aminoformate) được hình thành.

Hình 1.8. Phản ứng ngưng tụ của HMF
Phản ứng oxi hóa: nhóm formyl có thể dễ dàng được chuyển đổi thành một

nhóm cacboxylic - nhóm formyl trên HMF không ngoại lệ. HMF bị oxy hóa bởi Ag
2
O
để đạt được chuyển đổi này. Hỗn hợp của Ag và CuO và O
2
trong sự hiện diện của
kim loại quý như chất xúc tác cũng đã được sử dụng cho quá trình oxy hóa chọn lọc
của HMF. Sự oxi hóa của HMF thành axit 2,5-furandicarboxylic sử dụng O
2
và kim
loại quý làm chất xúc tác. Sử dụng nito oxit và HNO
3
cũng thu được đa axit với hiệu
suất cao.
1.1.2.3. Phản ứng polyme hóa
HMF phản ứng với phenol cho sản phẩm ngưng tụ hoặc nhựa phụ thuộc vào
pH. Các loại nhựa phản ứng với hexamethylenetetramine (aminof ORM) với sự hình
thành của chất kết dính sử dụng như chất làm dẻo. HMF tạo thành nhựa chịu nhiệt
khi phản ứng với p-toluenesulfonamide hoặc butanone. Phản ứng của HMF với
polyisocyanates cho polyurethan, được sử dụng để sản xuất sợi không thể tan và
không hòa tan. Khi tinh bột được sử dụng như một chất ổn định trong tổng hợp nhựa
phenolat, sẽ hình thành HMF bằng việc phản ứng với phenol thông qua các nhóm
formy và hydroxyl của nó.
1.1.2.4. Phản ứng của vòng furan
Sự phân cắt của vòng furan xảy ra trong môi trường axit tạo ra axit levulinic,
axit formic và các chất khác. Cơ chế làm giảm HMF có thể được mô tả bằng 2 con
đường tùy vào vị trí nước thêm vào (Hình 1.9).
6

Hình 1.9. Phản ứng của vòng furan
Phản ứng thông qua cơ chế ‘a’ dẫn đến sự hình thành của 2,5 – dioxo – 3 -
hexenal, mà phải trải qua quá trình phân hủy các acid formic và levulinic. Các phản
ứng trung gian cũng giải phóng acid formic. Phản ứng thông qua cơ chế ‘b’ kết quả
là sự hình thành của polyme.
1.1.2.5. Phản ứng điện hóa
Tiến hành điện phân HMF và các dẫn xuất của nó bằng anode Platin trong dung
môi methanol với LiClO
4
như một chất điện phân hỗ trợ. Sự điện phân anốt là 5 -
acetoxymethylfurfural tạo methyl (Z) – 5 – axetoxy - 4,4 – dimetoxy – 2 - pentenoate,
giống phản ứng với alcohol 5 - acetoxymethylfurfuryl cũng cho ra ester. Hiệu suất là
81 và 91%. (Hình 1.10).


7


Hình 1.10. Phản ứng điện hóa trong dung dịch metanol của HMF
1.1.3. Điều chế
[3]

Có nhiều cơ chế tổng hợp HMF. Có năm nhóm làm mất nước của carbohydrate:
axit hữu cơ, axit vô cơ, muối, axit Lewis và các nhóm khác. Các nhóm xúc tác khử
nước: xúc tác axit (chất lỏng đồng nhất, không đồng nhất, chất lỏng - lỏng, rắn - lỏng
và khí lỏng) và xúc tác kim loại.
1.1.3.1. Xúc tác kim loại
Chất xúc tác dựa vào Crom: có nhiều xúc tác có thêm gốc Crom như bảng 1.1.
Bảng 1.1. Tổng hợp HMF sử dụng xúc tác có gốc Cr
Mục

Nguồn
Xúc tác
(%)
Chuyển đổi
(%)
Chọn lọc HMF
Phương pháp
xác định
1
Fructose
(10 wt.%)
[EMIM][Cl]
100
70
HPLC
2
Glucose
(10 wt.%)
[EMIM][Cl]
40
<5
HPLC
3
Glucose
(10 wt.%)
[EMIM][Cl]
70
90
HPLC
4

Glucose
(10 wt.%)
[EMIM][Cl]
43
70
HPLC
5
Glucose
(10 wt.%)
[BMIM][Cl]
-
81
GC
8

Mục
Nguồn
Xúc tác
(%)
Chuyển đổi
(%)
Chọn lọc HMF
Phương pháp
xác định
6
Glucose
(20 wt.%)
[BMIM][Cl]
-
80

GC
7
Fructose
(10 wt.%)
[BMIM][Cl]
-
96
GC
8
Fructose
(20 wt.%)
[BMIM][Cl]
-
96
GC
9
Fructose
[EMIM]
[HSO
4
]/ toluene
100
79
HPLC
10
Fructose

[EMIM]
[HSO
4

]/MIBK
100
88
HPLC
Chất xúc tác zirconi và titan (bangr 1.2): hydrogenphosphates zirconi và titan
với cấu trúc α và γ đã được dùng làm chất xúc tác cho tổng hợp HMF từ inulin và
fructose. Khảo sát sự có mặt của các xúc tác đều có mặt của axit Bronted và axit
Lewis, và thực nghiệm cho thấy cả hai axit đều liên quan đến sự xúc tác quá trình.
Tuy nhiên, khi tăng độ mạnh của axit Liwis thì HMF cũng tăng một lượng tương ứng.
Bảng 1.2. Tổng hợp HMF với xúc tác Zr và Ti
Mục
Nguồn
Xúc tác
(%)
chuyển đổi
(%)
Chọn lọc HMF
Phương pháp
xác định
1
Fructose
α-Titanium phosphate
(α -TiP)
29,1
98,3
GC
2
Fructose
γ –Titanium
phosphate (γ -TiP)

33,4
34,1
36,7
83,5
75,4
96,1
MIBK
extraction/GC
9

Mục
Nguồn
Xúc tác
(%)
chuyển đổi
(%)
Chọn lọc HMF
Phương pháp
xác định
3
Fructose
Cubic titanium
pyrophosphate
(c-TiP
2
O
7
)
44,3
91,9

24,8
98
70,7
98,7
GC
4
Fructose
Cubic titanium
pyrophosphate
(c-TiP
2
O
7
)
29,3
38,7
44,4
90
72,3
99,8
MIBK
extraction/GC
5
Fructose
(2 wt.%)
ZrO
2

38,9
50,2

65,3
89,4
72,3
30,6
HPLC
6
Fructose
(2 wt.%)
ZrO
2

83,6
38,1
HPLC
7
Glucose(2
wt.%)
ZrO
2

56,7
10
HPLC
8
Glucose
(2 wt.%)
TiO
2

63,8

18,6
HPLC
Xúc tác nhóm Lantan:Ion nhóm Lantan có thể khử glucose thành HMF (bảng 1.3).
Bảng 1.3. Tổng hợp HMF xúc tác YbCl
3

Mục
Nguồn
Dung môi
Xúc tác
(%)
chuyển đổi
(%) chọn lọc
HMF
Phương pháp
xác định
1
Glucose
[EMIM][Cl]
YbCl3
-
8
HPLC
2
Glucose
[BMIM][Cl]
YbCl3
-
20
HPLC

3
Glucose
[HexMIM][Cl]
YbCl3
-
19
HPLC
4
Glucose
[OMIM][Cl]
YbCl3
-
22,5
HPLC
10

1.1.3.2. Xúc tác axit – bazo
Xúc tác dị thể: nồng độ carbohydrate ảnh hưởng đến năng suất HMF. Do sự
hình thành của một lượng lớn các humin kết quả là nó phản ứng với HMF, fructose
và sản phẩm trung gian của chúng nên hàm lượng fructose cao thì HMF sẽ giảm
(Bảng 1.4) .
Bảng 1.4. Sự hình thành HMF sử dụng các khoáng chất và axit đồng nhất
Mục
Nguồn
Dung môi
Xúc tác
(%)
chuyển hóa
(%)
chọn lọc

Phương pháp
xác định
1
Fructose
H
2
O
PTSA
-
-20
HPLC
2
Fructose
1:1 H
2
O–PEG 4000
PTSA
-
-45
HPLC
3
Fructose
H
2
O : CrCl
3

PTSA
-
-20

HPLC
4
Fructose
1:1 Fructose-PEG
HCl
-
65
-
5
Fructose
Ethylene glycol
dimethyl ethe
H
2
SO
4

100
70
GC
6
Fructose
H
2
O
HCl
52
63
HPLC
7

Fructose
H
2
O
HCl
95
55
HPLC
8
Fructose
[BMIM][Cl]
H
2
SO
4

100
85
HPLC
9
Fructose
H2O
HCl
97
59
HPLC
Xúc tác dị thể rắn - lỏng: đối với nhựa trao đổi ion. Khử nước fructose có sử
dụng cột có thể khử nước với nhựa trao đổi ion làm xúc tác và tách lớp hấp thụ HMF
nhờ cacbon hoạt tính tránh chuyến hóa thành sản phẩm phụ. Do đó, HMF được hấp
phụ chọn lọc nhờ than hoạt tính trong suốt quá trình phản ứng và sau đó chiết lớp hữu

cơ. Do đó, sự tái hợp HMF ảnh hưởng tới sự hiện diện của xúc tác trên than hoạt tính
và pH của dung dịch chiết. Dù phản ứng ở nhiệt độ không cao, phản ứng trong 8 giờ
có thể thu được 77 (%) HMF từ hệ. Tổng hợp HMF với nhựa trao đổi ion trong DMSO
ở 5 – 25 giờ, 100
o
C cũng cho độ chọn lọc HMF cao.
11

Xúc tác dị thể lỏng – khí: hệ CO
2
– nước có thể thay thế hệ axit thông thường
HCl và H
2
SO
4
, lợi thế của của dung dịch là có thể trung hòa bằng cách giảm áp suất
không cần loại muối. Lý do chính của công việc này là CO
2
trong dung dịch nước có
thể tạo ra H
2
CO
3
làm xúc tác cho phản ứng. Có mối liên hệ giữa pH của dung dịch
và áp suất của khí CO
2
. Áp suất tối đa của CO
2
có thể đạt được 6 MPa cho sản phẩm
HMF tối đa ở nhiệt độ khác nhau điều này cho biết rằng pH phản ứng tối đa ở áp suất

này. Cũng ảnh hưởng bởi nhiệt độ, thời gian và nồng độ đầu của sản phẩm HMF.
Xúc tác dị thể lỏng - lỏng (hình 1.11): để cải thiện phương pháp khử nước từ
fructose ở nồng độ cao thì cần có xúc tác axit liên quan tới việc thêm vào những thay
đổi ở cả hai pha. Thêm vào pha nước dung môi có proton phân cực (DMSO or 1 –
methyl – 2 – pyrrolidinone (NMP))/ hydrophilic polymer (poly(1 – vinyl – 2 –
pyrrolidinone)(PVP)) tăng độ chọn lọc HMF (bảng 1.2, mục 1, 2).

Hình 1.11. Tổng hợp HMF với xúc tác là axit
1.1.4. Nguồn gốc hình thành HMF trong thực phẩm và tác hại
[3]
1.1.4.1. Nguồn gốc hình thành HMF trong thực phẩm
HMF được hình thành từ sự mất nước của monosaccarit đòi hỏi sự mất của ba
phân tử nước. Disaccharides hoặc polysaccharides, chẳng hạn như sucrose,
cellobiose, inulin hoặc cellulose được thủy phân để taọ ra các mono. Sucrose thủy
phân hiệu quả hơn xúc tác bazo, tuy nhiên, tình trạng mất nước của các monome lại
được xúc tác bởi axit. Sự hình thành của HMF do mất nước là một quá trình rất phức
tạp do khả năng phản ứng phụ.
12

Sản phẩm có thể được hình thành bởi sự phân hủy của fructose trong nước ở
nhiệt độ cao, là sản phẩm của sự đồng phân hóa, mất nước, phân mảnh và ngưng tụ.
Cơ chế phản ứng fructose mất nước là không rõ ràng. Có thể chia làm hai con đường.
Con đường 'a' bao gồm việc chuyển đổi hệ thống vòng, trong khi con đường 'b' được
dựa trên các hợp chất mạch hở.

Hình 1.12. Cơ chế mất nước của glucose và frucose
1.1.4.2. Tác hại của HMF
[5]

Ảnh hưởng đến sinh vật: như đã đề cập trước, một số thực phẩm có chứa lượng

đáng kể HMF như trái cây, cafe, bánh mì, ngũ cốc. Ngoài ra, HMF cũng có trong
dung dịch thuốc tiêm vào tĩnh mạch. Do sự tiêu thụ thực phẩm hằng ngày nên lượng
HMF trong mỗi người khoảng 30 – 150 mg. Nghiên cứu với chuột và chó cho thấy
HMF có thể độc hại nếu ở liều 75 mg/kg trọng lượng cơ thể. Khi có mặt HMF sẽ bảo
vệ dòng tế bào gan LO2 của con người vì chống lại sự tiếp xúc với H
2
O
2
và nó ngăn
cản NO, hoạt hóa caspase – 3 và bắt giữ các tế bào trong pha S của chu trình tế bào.
Dòng tế bào ung thư ruột kết, dòng tế bào biểu mô thận của con người HEK 293,
dòng tế bào L5178Y của chuột ulympho , dòng tế bào V79 chuột ở Trung Quốc và
SULT1A1 sulfotransferase của con người có V79 Caco – 2, làm thiệt hại DNA khi
có mặt của HMF.vHMF ở nồng độ 23,7 mg/mL cũng gây tổn thương DNA do hoạt
động của sulfotransferase-SULT1A1.
13

Ảnh hưởng tới vi sinh vật: việc sử dụng hemicellulose trong quá trình lên men
sẽ tạo ra HMF chống lại các vi sinh vật. Một vài nghiên cứu về các chủng nấm men
Saccharomyces cerevisiae chịu đựng tốt trong HMF tuy nhiên kết quả nghiên cứu
hoàn toàn thay đổi với các chủng vi sinh vật được thể hiện ở bảng 1.5. Các nấm men
khác Pichia stipitis NRRL – Y – 7124 cũng được kiểm tra, sự sinh trưởng không ảnh
hưởng ở nồng độ 2,5 g/L HMF tuy nhiên nó sẽ suy giảm ở nồng độ 3,8 g/L.
1.1.5. Ứng dụng
[8]

HMF được sử dụng trong quá trình tổng hợp dialdehydes, glycol, ete, rượu amin
và acetal. Như một acid xúc tác mở vòng. Tổng hợp HMF ( từ tinh bột) với sự có mặt
của phenol được sử dụng để tổng hợp nhựa novolak phenol/furfural. Ứng dụng này
thì HMF được tạo ra từ glucose với sự có mặt của phenol được polyme hóa với xúc

tác bazo. Xúc tác axit mất nước của HMF tạo OMBF (5,5 ' – oxydimethylenebis (2
– furfural)), một chất trung gian trong quá trình tổng hợp một số ête vòng. Do các
chức năng khác nhau của nó, nó đã được sử dụng để sản xuất một loạt các sản phẩm
như là polyme, bề mặt, dung môi, dược phẩm, thuốc bảo vệ thực vật, năng lượng sinh
học.
1.2. Các phương pháp xác định HMF
1.2.1. Xác định HMF bằng phương pháp trắc quang với thuốc thử p-toluidin
[2]

Chuẩn bị dung dịch mẫu thử bằng cách cho thêm nước vào phần mẫu thử. Đối
với các sản phẩm chứa nhiều hơn 10 mg sulfua dioxit tự do trong một lít, thì thêm
axetaldehyd. Thêm dung dịch axit barbituric và p – toluidin vào một phần của dung
dịch mẫu thử, dung dịch màu đỏ tạo thành là do phản ứng HMF có mặt trong dung
dịch mẫu thử. Thực hiện đo phổ ở bước sóng 550 nm.
1.2.2. Xác định HMF bằng phương pháp cực phổ
[9]

Mẫu được chuẩn bị từ glucose 1 (%) pha trong NH
3
/NH
4
Cl 0,1 M. Sau đó quét
phổ ở điện thế -1,43 V với điện cực calomel bão hòa sau khi điều chỉnh thế điện cực
gốc là -1,2 V. Dòng điện đỉnh tỷ lệ tuyến tính với nồng độ của glucose từ 1 m đến
1 mM. Kết quả phân tích tốt ở vùng UV.