Nghiên cứu thăm dò tổng hợp MENTHYL LACTATE từ menthol và lactic acid
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (762.59 KB, 34 trang )
TÁC GIẢ: Trần Thanh Vi
TÓM TẮT
Mục đích của đề tài là tiến hành nghiên cứu tổng hợp Menthyl Lactate, một tác nhân làm mát,
từ menthol và lactic acid bằng phản ứng ester hổa vđi xúc tác acid. Thông qua việc khảo sát
các yếu tổ’ ảnh hưởng đến phản ứng, ta tìm được điều kiện tổng hợp tốt nhất và hiệu suất
menthyl lactate đạt được là 48%. Từ đó bưđc đầu ứng dụng sản phẩm tổng hợp vào lăn khử
mùi và dầu gội, tiến hành khảo sát đánh giá khả năng làm mát của sản phẩm trên người tiêu
dùng. Kết quả cho thấy sản phẩm
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 - GIỚI THIỆU TÁC NHÂN LÀM MÁT MENTHYL LACTATE ..................... 4
1.1 Cấu tạo của Menthyl Lactate [18][19][25] ................................................................ 4
1.2 Tính chất vật lí của Menthyl Lactate [3] [18] [19] [24] [25] .......................................4
1.3 Hoạt tính sinh học của Menthyl Lactate [3][15][16][17][18][26] ...............................4
1.4 ứng dụng khác của Menthyl Lactate ............................................................................5
CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VA PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN cứu ................................... 6
2.1 Một số công bố tổng hợp Menthyl lactate trong và ngoài nước [2][7][22] [23][25]6
2.1.1
Ngoài nước ............................................................................................................ 6
2.1.2
Trong nước............................................................................................................7
2.2 Định hướng tổng hợp ................................................................................................... 8
CHƯƠNG 3 - KET QUA KHẢO SÁT CÁC YÊU Tố ẢNH HƯỞNGĐEN QUÁ
TRÌNH ESTER HÓA ..................................................................................................................9
3.1 Đánh giá nguyên liệu menthol [1] ...............................................................................9
3.2 Thăm dò lựa chọn xúc tác ..........................................................................................10
3.3 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ester hóa .............................................12
3.3.1
Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ mol sulfuric acid/ menthol lên quá trình ester hóa
12
3.3.2
Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ mol lactic acid/ menthol lên quá trình ester hóa 13
3.3.3
Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ lên quá trình ester hóa ...................................14
3.3.4
Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ mol heptane/ menthol lên quá trình ester hóa 15
3.3.5
Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng lên quá trình ester hóa ..................16
3.3.6
Kết luận ................ ... ............. .7. ................ .7. ...................................................17
CHƯƠNG 4 ĐANH GIÁ TÍNH CHAT SẢN PHAM DẠNG HỗN HỘP
(M+ML+MLL) 20
4.1 Kết quả đánh giá: .......................................................................................................20
4.2 ứng dụng Frescolat hong một số sản phẩm mỹ phẩm ................................................21
4.2.1
ứng dụng trên sản phẩm lăn khử mùi (Roll-on Deodorant) ................................21
4.2.2
ứng dụng trên sản phẩm dầu gội (Hair & Body Shampoo) ................................22
4.2.3
Kết quả đánh giá sản phẩm Haừ & Body shampoo SM, SF, sz .........................24
CHƯƠNG 5 - BÀN LUẬN.......................................................................................................25
5.1 Nhận
xét
chung
quá
trình
tổng
hợp
Menthyl
Lactate
25
5.1.1
Phân tích phản ứng ester hóa tổng hợp Menthyl Lactate ....................................25
5.1.2
Phản ứng thủy phân có kiểm soát [25] ...............................................................28
5.2 Nhận xét kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ester hóa
29
5.2.1
Ảnh hưởng của xúc tác .................................................................................... 29
5.2.2
Ảnh hưởng của tỷ lệ tác chất ........................................................................... 29
5.2.3
Ảnh hưởng của nhiệt độ................................................................................... 29
5.2.4
Ảnh hưởng của dung môi ................................................................................ 29
5.2.5
Ánh hưởng của thời gian phản ứng ................................................................. 29
5.3 Đánh giá hiệu quả gây mát của Frescolat trên sản phẩm mỹ phẩm............................... 30
Kếtluậa ..................................................................................................................................... 78
Tài liệu tham khảo
Phu lue
1
MỞ ĐẦU
Ngày nay, cùng với sự phát triển của nền văn minh xã hội, đời sống con người đã có
những bước tiến nhảy vọt. Nhu cầu của con người không còn dừng lại ở ăn và mặc mà còn phải
chăm sóc cơ thể. Các sản phẩm chăm sóc cá nhân ra đời chính là để thỏa mãn nhu cầu cấp thiết
này. Không chỉ dừng lại ở mức độ tạm dùng được, các sản phẩm này ngày càng được cải thiện
về mẫu mã và tính chất để đáp ứng những đòi hỏi khắt khe của người tiêu dùng.
Theo khuynh hướng hiện nay, các sản phẩm chăm sóc cá nhân thường được phối thêm
các chất tạo cảm giác tươi mát, thoải mái để mang lại sự thư giãn cho con người sau những giờ
làm việc vất vả. Một trong những tác nhân tạo cảm giác mát mẻ được biết đến rất sớm là menthol
vì khả năng làm mát nhanh chóng của nó cũng như nguồn thiên nhiên cung cấp dồi dào là bạc
hà. Tuy nhiên, menthol được khuyến cáo không nên sử dụng ở liều lượng cao vì có thể gây kích
ứng. Khả năng bay hơi cao làm menthol chỉ tạo được cảm giác mát trong thời gian ngắn. Để
khắc phục những nhược điểm này, nhiều dẫn xuất của menthol đã được nghiên cứu, trong đó
đặc biệt là menthyl lactate đã được quan tâm ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực.
Menthyl lactate vừa không gây kích ứng, vừa kéo dài được cảm giác tươi mát và không
có mùi khó chịu như các dẫn xuất khác của menthol. Nó được ứng dụng rộng rãi trong thực
phẩm, mỹ phẩm và dược phẩm.
Trong điều kiện cho phép, tôi tập trung nghiên cứu tổng hợp menthyl lactate và khảo sát
các thông số ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp.
2
GIỚI THIỆU MỤC ĐÍCH ĐE TÀI VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU:
•
Mục đích đề tài
Nghiên cứu tổng hợp dẫn xuất ester của menthol là Menthyl Lactate nhằm khắc phục các
nhược điểm của menthol khi ứng dụng vào các sản phẩm có khả năng làm mát.
•
Các nhiệm vụ trong quá trình nghiên cứu:
Các tài liệu tham khảo cho thấy có nhiều phương pháp tổng hợp Menthyl Lactate khác
nhau, trong đó tôi chọn phương pháp tổng hợp Menthyl Lactate từ nguyên liệu ban đầu là
menthol và lactic acid với sự hỗ trợ của chất xúc tác, kết hợp kiểm soát các điều kiện để hạn chế
tối đa việc tạo ra các sản phẩm phụ không mong muốn. Từ đó ta có các nhiệm vụ sau:
❖ Thăm dò
+ Thăm dò lựa chọn xúc tác tối ưư từ các xúc tác H2SO4, H3PO4.
♦> Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quả trình ester hóa menthyl ỉactate
+ Khảo sát sự ảnh hưởng của tỉ lệ mol xúc tác /tác chất.
+ Khảo sát sự ảnh hưởng của tỉ lệ mol giữa các tác chất.
+ Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ.
+ Khảo sát sự ảnh hưởng của lượng dung môi heptane.
+ Khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian phản ứng.
♦> Đánh giá chất lượng sản phẩm tổng hợp
❖ Thăm dò phối chế sản phẩm ứng dụng
Thông thường, một sản phẩm mỹ phẩm sau khi phối chế phải tiến hành đánh giá sản
phẩm theo quan điểm người tiêu dùng (vừa cảm quan vừa định lượng trên toàn bộ tính chất sản
phẩm), nhưng ở đây ta chỉ lưu ý đánh giá khả năng gây mát của sản phẩm nên chúng tôi chọn
nền sản phẩm theo công thức đề nghị của Haarmann & Reimer (H & R), một công ty mỹ phẩm
của Đức và tiến hành đánh giá chủ yếu xoay quanh tính gây mát của sản phẩm. Trong đó, quy
cách đánh giá hoàn toàn dựa theo H&R. Do điều kiện không cho phép nên trong phần đánh giá
khả năng gây mát này, thay vì đánh giá theo phân vùng đối tượng sử dụng (toàn cầu, châu Á,
châu Mỹ, châu Phi và châu Âu) thì chúng tôi đánh giá theo các tầng lớp xã hội trong nước bao
gồm sĩ, nông, công, thương.
3
• Sơ đồ các bưđc nghiên cứu
4
CHƯƠNG 1 - GIỚI THIỆU TÁC NHÂN
LÀM MÁT MENTHYL LACTATE
1.1
Cấu tạo của Menthyl Lactate [18] [19] [25]
+ Cấu trúc phân tử :
Hình 2J Cấu true phân tử menthyl ỉactate + Công
thức phân tử
: C13H24O3
+ Khối lượng phân tử
1.2
1.3
: 228,33
Tính chất vật lí của Menthyl Lactate [3] [18] [19] [24] [25]
+ Nhiệt độ sôi
+ Chĩ số acid
302.00 - 303.00 °c (760.00 mm Hg)
tối đa là 2.00 (KOH/g)
+ Nhiệt độ nóng chảy
40°c
+ Nhiệt độ chớp sáng
128°c
+ Tính tan
tan ít trong nước
+ Nồng độ sử dụng
0.1 - 2.0%
Hoạt tính sính học của Menthyl Lactate [3][15][16] [17] [18] [26]
Khả năng làm mát trong những sản phẩm mỹ phẩm là công cụ cạnh tranh quan trọng.
Do đổ, những nhà sản xuất đang cố gắng nâng cao tính làm mát cho người tiêu dùng mà vẫn
đảm bảo an toàn và mang lại cảm giác thoải mái khỉ sử dụng.
Khả năng làm mát phụ thuộc vào vị trí của những cơ quan hấp thu nhiệt cố trong da.
Những vùng trên cơ thể tập trung nhiều cơ quan hấp thu nhiệt là: mặt, da đầu, trán, bên dưới
cánh tay, nắch, phần đùi bên trong, bẹn.... Những vùng cố ít cơ quan hấp thu nhiệt hơn bao gồm
cánh tay và bàn tay. Cường độ hấp thu của cơ quan hấp thu nhiệt sẽ khác nhau giữa những vùng
khác trên cơ thể và khác nhau giữa các cơ thể.
❖ ưu điểm của Menthyl lactate:
+ Mùi nhẹ
+ Khả năng làm mát kéo dàỉ +
Không gây kích ứng
5
❖ Nhược điểm của Menthyl lactate:
Menthyl Lactate không tạo ra hiệu ứng mát lạnh ban đầu mạnh như menthol nên bị hạn
chế ở một số lĩnh vực, đặc biệt là các sản phẩm chăm sóc tóc và răng miệng là những sản phẩm
đòi hỏi tạo cảm giác mát lạnh nhanh chóng.
Để cải thiện vấn đề này, một số nhà sản xuất thêm menthyl lactate và một tác nhân làm
mát khác vào trong cùng một công thức. Tác nhân thứ hai này phải có khả năng làm mát mạnh,
nhanh chóng mới khắc phục được nhược điểm của menthyl lactate. Nhiều nghiên cứu đã cho
thấy, nếu phối trộn menthol và menthyl lactate trong mỹ phẩm với thành phần khối lượng của
menthol là 0.01- 2% và thành phần khối lượng của menthyl lactate là 0.1 - 10%, tỷ lệ khối lượng
menthol và menthyl lactate nằm trong khoảng 1/1 đến 1/10, thì những hạn chế của menthol và
menthyl lactate đều được khắc phục và không hề gây kích ứng. Hợp chất vừa tạo được cảm giác
mát lạnh ban đầu vừa duy trì được cảm giác mát lạnh đó lâu dài.
1.4
ứng dụng khác của Menthyl Lactate
Menthyl lactate là một hợp chất có tính dược lý dùng cho các sản phẩm chăm sóc nha
khoa hay trị những chứng bệnh như suy hô hấp, cảm thông thường, viêm phổi, viêm xoang... Nó
còn được xem là một tác nhân có hoạt tính giảm đau. Những nghiên cứu gần đây cho thấy,
menthyl lactate khi được kết hợp với các thuốc NSAIDs (cấu tạo không chứa gốc steroid), sẽ
giúp cho chúng thẩm thấu nhanh vào da, và góp phần làm giảm đau, chống viêm, chống sưng
rất tốt.
Menthyl lactate được ứng dụng rộng rãi trong thực phẩm do có khả năng làm giảm vị
đắng. Chúng có thể được phối trộn vào chewing gum, mứt kẹo, thức uống có và không có cồn,
những sản phẩm có một chút vị đắng.
Menthyl lactate được ứng dụng rộng rãi nhất trong lĩnh vực hóa mỹ phẩm. Chúng là
thành phần làm mát quan trọng có trong các sản phẩm chăm sóc da và tóc bao gồm dầu gội, sữa
tắm, sữa rửa mặt, kem cạo râu, chất khử mùi, sản phẩm chống nắng.... Đây lá ứng dụng có nhiều
tiềm năng phát triển ở Việt Nam.
6
CHƯƠNG 2 - TỔNG QUAN VÀ PHƯƠNG
PHÁP NGHIÊN CỨU
Một số cổng bố tổng hựp Menthyl lactate trong và ngoài nước [2] [7] [22] [23] [25]
2.1
2.1.1 Ngoải nưđc
❖ Cách đây hơn 1 thê' kỉ, Alexander McKenzie (1869 - 1951), tổng hợp Menthyl lactate dựa
trên sự khửpyruvat menthyl.
Phương pháp này sử dụng acid pyruvic và cho phản ứng với một alcohol hoạt động để
tạo ra một ester hoạt động. Ester này sẽ bị khử để thu được menthyl lactate:
Menthyl lactate
Phương pháp này sử dụng tác chất không đối xứng phức tạp, phản ứng chậm và thường
sử dụng để điều chế các hóa chất thông thường như lactic acid bằng cách thủy phân ester chứ
không dùng để tổng hợp ester.
❖ 1905, McKenzie et.al (J. Chem. Soc. 87 (1905) 1016), tổng hợp Menthyl lactate bằng
phương pháp “hydrogen chloride
Cách đơn giản nhất tạo ra Menthyl Lactate là ester hóa trực tiếp lactic acid và menthol.
McKenzie mô tả việc tạo ra 1-menthyl-dl-lactate bằng phản ứng ester giữa 1- menthol và dllactic với phương pháp “hydrogen chloride”. Quá trình ester hóa xảy ra khi sục khí HC1 vào
một dung dịch ether gồm có 1-menthol và một lượng dư dl-lactic acid, sau đó rửa pha ether bằng
dung dịch sodium carbonat và nước rồi làm khan, cô đặc và chưng cất. McKenzie quan sát
những thay đổi khi những menthyl hay bornyl (-C10H17) ester hoạt động bị thủy phân bởi KOH/
rượu ở nhiệt độ cao để tạo thành muối cacboxylic tương ứng. Điều kiện sử dụng không hiệu quả
để tối thiểu sự thủy phân của menthyl lactate mà chủ yếu lại tạo ra menthol và lactic acid từ sự
thủy phân này. Phương pháp này tạo ra menthyl
7
lactate không tinh khiết, hiệu suất không cao. Nếu càng thủy phân để giảm sản phẩm phụ thì
lượng menthyl lactate càng ít.
❖ 1979, L. Horner et.al (Liebigs Ann Chem.(1979)1232), tổng hợp Menthyl lactate bằng phản
ứng ester hóa dưới sự hiện diện của chloroform và và nhựa trao đổi ion.
Quá trình ester hóa trực tiếp L(+)-lactic acid và 1-menthol được thực hiện với sự có mặt
của chloroform và nhựa trao đổi ion có tính acid. Sau khi tá ch rửa chloroform bằng cách cho
qua cột alumina loại bỏ dung môi, phần còn lại đem chưng cất phân đoạn, hiệu suất Menthyl
lactate thu được là 39%. So với các phương pháp trước đây, hiệu suất đã được cải thiện, tuy vẫn
chưa cao lắm.
❖ 1998, Walter Kuhn et.al (U.s. Pat. No 5783 725), tổng hợp Menthyl lactate bằng phản ứng
ester hóa của L(+)-lactic acid và l-menthol trên xúc tác acid.
Những acid được đề nghị làm xúc tác cho phản ứng ester hóa là sulfuric acid, phosphoric
acid, methanesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, đất sét acid (là loại đất sét có khả năng tạo
ra H+ khi hòa tan trong nước) và nhựa trao đổi ion. Kết quả là Menthyl lactate sau chung cất đạt
độ tinh khiết 97- 98%.
❖ 04-2007, Erman, Mark, B. and Snow, Joe, w., tổng hợp Menthyl Lactate bằng phản ứng ester
hóa kết hợp với quá trình thủy phân có kiểm soát.
Phản ứng giữa lactic acid và menthol không chỉ tạo thành menthyl lactate (ML) mà còn
tạo ra một lượng đáng kể những ester lactoyl bậc cao hơn, bao gồm menthyl lactoyl lactate
(MLL) và menthyl lactoyl lactoyl lactate (MLLL). Trước đây, người ta không biết rằng những
ester lactoyl bậc cao này có thể chiếm ít nhất 25% trong hỗn hợp sản phẩm ester hóa trực tiếp,
và sự chưng cất phân đoạn như các phương pháp trên làm tiêu hao một lượng đáng kể. Nghiên
cứu tập trung khảo sát những điều kiện thủy phân để chuyển đổi hiệu quả những ester lactoyl
bậc cao thành ML và tối thiểu sự thủy phân ML thành menthol. Các điều kiện này bao gồm thứ
tự thêm tác chất, tốc độ thêm, pH, nhiệt độ, tỉ lệ base... Chúng có thể biến đổi trong khoảng
rộng, như nhiệt độ từ 5-70° c, pH dưới 14... và nhiều thông số chưa được công bố rõ trong báo
cáo. Phương pháp này tạo ra hiệu suất ML (tính theo lượng menthol ban đầu) có thể đạt được
91%.
2.1.2
Trong nưđc
Trong nước, hầu hết các sản phẩm chăm sóc cá nhân vẫn còn dùng menthol như tác
nhân làm mát, các dẫn xuất của menthol gần như vẫn chưa được nghiên cứu và ứng dụng. Vào
tháng 1 năm 2008, sinh viên Nguyễn Thị Bích Đào (trưởng đại học Tôn Đức Thắng) có tiến
hành nghiên cứu tổng hợp menthyl lactate từ menthol và lactic acid trên xúc tác acid với hiệu
suất menthyl lactate thu được là 34.52%.
8
2.2
Định hưđng tông hợp
Sơ đồ 2.1 Quy trình tổng hợp menthyl ỉactate
Từ các phương pháp tổng hợp đã nêu, tôi lựa chọn cách tổng hợp menthyl lactate từ
menthol và lactic acid trên xức tác acid. Ban đầu, ta sẽ thăm dò lựa chọn xức tác H2SO4 hay H3PO4
hiệu quả hơn. Sau đó, ta tiến hành khảo sát các thông số ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp bao
gồm:
♦♦♦ 71 lệ moi xúc tấcỉ tác chất
❖ 77 lệ tác chất lactic acỉđ/menthol
❖ Ảnh hưởng cửa nhiệt độ phản ứng
❖ Ảnh hưởng của đung môi heptane
❖ Ảnh hưởng của thời gian phản ứng
Sau khỉ đã xác định được hướng tổng hợp, ta sẽ tìm hiểu một sấ tính chất của các tác
chất chính tham gỉa phản ứng ester hóa là Menthol và Lactic add, qua đổ càng khẳng định được
những ưu điểm của Menthyl Lactate.
9
CHƯƠNG 3 - KẾT QUẢ KHẢO SẮT CẮC YẾU
TỐ ẢNH HƯỞNG ĐEN QUÁ
TRÌNH ESTER HÓA
3.1 Đánh giá nguyên liệu menthol [1]
Bảng 6.1 Bảng đánh giá nguyên liệu menthol (theo TCVN-6028,1995)
Chỉ tiêu đánh giá
Menthol chuẩn
Menthol nguyên liệu
Nhận
xét
Cảm quan
❖ Dạng
Tinh thể
Tinh thể
Đạt
❖ Màu
Không màu, sáng
Không màu, sáng
Đạt
❖ Mùi
❖ Vị
Mùi bạc hà mạnh
Mùi bạc hà mạnh
Nóng kèm theo cảm giác
Nóng kèm theo cảm giác
Đạt
Đạt
lạnh
lạnh
Rất dễ tan
Rất dễ tan
Đạt
Dễ tan
Dễ tan
Đạt
Rất khó tan
Rất khó tan
Đạt
42°c (tả triền)
Đạt
-50° (tả triền)
Đạt
Hóa lý
❖ Độ tan
> Trong cồn,
chloroform, ether,
acetic acid
> Trong dầu parafin,
dầu béo
> Trong nước
❖ Điểm chảy
41 -r 44°c (tả triền) 32 -T34°c (racemic)
❖ Năng suất quay cực (dd -47° -50° (tả triền) -2° -r +2°
10% trong (EtOH95)
Định tính
(racemic)
10
Hòa tan O.Olg chế phẩm
trong lml H2SO4 đậm đặc
Đạt
+ lml dung dịch vanilin
Dung dịch xuất hiện màu
Dung dịch xuất hiện
1% (trong H2SO4 đậm đặc)
vàng
màu vàng
+ lml nước
Màu chuyển sang đỏ tía
Màu chuyển sang đỏ tía
Đạt
>99%
99.6153
Đạt
Định lương
GC-MS (%)
2 Thăm dò lựa chọn xúc tác
Điều kiện khảo sát đối với sulfuric acid: Menthol 5.00 (g)
FL/M (TỈ lệ Lactic acid/ Menthol) 1.65 (mol/mol)
FH/M (Tỉ lệ Heptane/Menthol)
1.2 (mol/mol)
Nhiệt độ phản ứng
125°c
Thời gian phản ứng
Vận tốc khuấy
FX/M(TỈ lệ mol H2S04/Menthol)
Xem phụ lục A2 và phụ lục B
30 phút
Const
FXM= 0.005^-0.015 A
FX/M = 0.0025
Điều kiện khảo sát đối với phosphoric acid:
Menthol
FL/M (TỈ lệ Lactic acid/ Menthol)
FH/M (Tỉ lệ Heptane/Menthol)
Nhiệt độ phản ứng
Thời gian phản ứng
Vận tốc khuấy
FX/M (TỈ lệ mol H2S04/Menthol)
Xem phụ lục AI và phụ lục B
5.00 (g)
1.65 (mol/mol)
1.2 (mol/mol)
125°c
120 phút
Const
FX/M = 0.005^-0.03
A FX/M = 0.005
11
■ T%ML (H3PO4) = -55436(FX/M)2
+2798.3(FX/M) +1.5977
Cực trị (0.025; 36.9109)
■ T%ML (H2S04) = -365504(FX/M)2
+8767.5(FX/M) +1.4568
=> Cực trị (0.012; 51.1206)
Đồ thị 6.1 Ảnh hưởng của H2SO4 và H3PO4 lên thành phần sản phẩm
Đồ thị 6.2
Ảnh hưởng của H2SO4 và H3PO4 lên hiệu suất sản phẩm
♦♦♦ Từ đồ thị ta có các phương trình hồi quy sau:
■
H%ML (H3PO4) = -27389(FX/M)2+1520.5(FX/M) +0.1488
Cực trị (0.027; 21.2514)
■
H%ML(H2S04) = -268883(FX/M)2 +6453.9(FX/M) -1.6465
=> Cực trị (0.012; 37.0811)
■=> Từ kết quả thăm dò, ta thấy H2SO4 là xúc tác hiệu quả hơn cho quá trình ester hóa tổng
hợp Menthyl Lactate. Tôi tiến hành khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ester
hóa và lấy hiệu suất Menthyl lactate (HML) làm giá trị đáp ứng chính, đồng thời xem xét
thêm hai đáp ứng phụ cho quá trình khảo sát là TML và HML+MLL.
12
3.3
Khảo sát các yếu tổ' ảnh hưởng đến quá trình ester hốa
3.3.1 Kháo sát ánh hưđng của tỉ lẽ mol sulfuric acid/ menthol lẽn quá trình ester
hóa
❖ Điều kiện khảo sát
Menthol
FL/M (TỈ lệ Lactic acid/ Menthol)
FH/M (TỈ lệ Heptane/Menthol)
Nhiệt độ phản ứng
Thời gian phản ứng
Vận tốc khuấy
FX/M (TỈ lệ mol FhSCL/Menthol)
5.00 (g)
1.65 (mol/mol)
1.2 (mol/mol)
125°c
30 phút
Const
FX/M= 0.005+0.015 A
FX/M = 0.0025
Xem phụ lục A2 và phụ lục B
Đồ thị 6.3 Ảnh hưởng tỷ lệ mol xúc tác/menthol lên quá trình ester hóa Dựa
vào đồ thị khảo sát, ta được các phương trình hồi qui sau:
■
T%ML = -365504(FX/M)2+8767.5(FX/M) +1.4568
R2 = 0.9788
=> Cực tậ (0.0120; 51.1206)
■
H%ML = -268883(FX/M)2 +6453.9(Fx/m) -1.6465
R2 = 0.9553
=> Cực tậ (0.0120; 37.0811)
■
H%ML+MLL =
-30941 7(FX/M)2 +7278.7(Fx/m) -1.8754 R2
= 0.9535
=> Cực tậ (0.0118; 40.9305)
13
3.3.2
Kháo sát ánh hưđng của tỉ lệ mol lactic acid/ menthol lên quá trình ester hóa
❖ Điều kiện khảo sát
Menthol
Fx/M (Tỉ lệ H2SO4/Menthol)
FH/M (TỈ lệ Heptane/Menthol)
Nhiệt độ phản ứng
Thời gian phản ứng
Vận tốc khuấy
FL/M (TỈ lệ Lactic acid/Menthol)
5.00 (g)
0.0120 (mol/mol)
1.2 (mol/mol)
125 c
30 phút
Const
FL/M= 1.45+1.85 A
FL/M= 0.1
Xem phụ lục A3 và phụ lục B
♦ T% ML ■
%
H% ML
H% ML+MLL
----- Poly. (T% ML)
----- Poly. (H% ML)
----- Poly. (H% ML+MLL)
FL/M
ĐỒ thị 6.4 Ảnh hưởng tỷ lệ mol lactic/menthol lên quá trình ester hóa ❖ Nhận
xét
+ Dựa vào đồ thị, ta có các phương trình hồi quy:
■
T%ml= -218.19 (FL/M)2 + 730.98(Fl/m) - 560.81
R2 = 0.9662
^ Điểm cực tộ: (1.675; 51.4222)
■
H%ml= -231.69 (Fl/m)2 +772.66(Fl/m) 604.61 R2 = 0.9619
^ Điểm cực tộ: (1.667; 40.1267)
■
H%ml+mll= -211 ,34(Fl/m)2 +711.31(FL/M) 555.02 R2 = 0.9493
■=> Điểm cực trị: (1.683; 43.4965)
14
+ Hiệu suất ML cao nhất tại FL/M= 1.667 và khi đó thành phần ML và hiệu suất tổng tạo
ML và MLL cũng gần đạt đến cực trị. Ta lựa chọn FL/M= 1.667 làm giá trị thích hợp
để cố định khảo sát các thông số sau.
3.3.3
Khảo sát ảnh hưđng của nhiệt đổ lẽn quá trình ester hóa
❖ Điều kiện khảo sát
Menthol
FL/M (TỈ lệ Lactic acid/Menthol)
FH/M (TỈ lệ Heptane/Menthol)
FX/M (TỈ lệ H2S04/ Menthol)
Thời gian phản ứng
Vận tốc khuấy
5.00 (g)
Nhiệt độ phản ứng
115°C-Ỉ-135 °c
A T= 5°c
FL/M= 1.667
1.2 (mol/mol)
0.0120 (mol/mol)
30 phút
Const
Xem phụ lục A4 và phụ lục B
♦ T% ML
%
■ H% ML
60
H%ML+M LL
55
50
Poly. (T% ML)
45
----- Poly. (H% ML)
40
----- Poly.
(H9ẾML+MLL)
35
30
25
20
110
115
120
125
130
135
140
T°c
Đồ thị 6.5 Ảnh hưởng nhiệt độ lên quá trình ester hóa
❖ Nhận xét
+ Dựa vào đồ thị, ta có các phương trình hồi quy:
■
T%ML= -0.0981
(T)2 + 25.186(T) - 1536.6
R2 = 0.9677
■=> Điểm cực trị: (128.36; 52.9510)
■
H%ML= -0.1129 (T)2 +28.95(T) -1813.7
R2 = 0.9303
15
=> Điểm cực trị: (128.21; 42.15142)
- H%ML+MLL= -0.1062(T)2
+27.47(T) - 1729.4 R2 =
0.9515
■=> Điểm cực trị: (129.3; 46.9675)
+ Để đạt được hiệu suất ML cao nhất và đảm bảo chất lượng sản phẩm, ta cố định nhiệt
độ tại 128°c và tiến hành khảo sát các thông số kế tiếp.
3.3.4 Kháo sát ánh hưđng của tỉ lệ moi heptane/ menthol lên quá trình ester hóa
❖ Điều kiện khảo sát
Menthol
FL/M (TỈ lệ Lactic acid/Menthol)
FXM (Tỉ lệ H2SO4/Menthol)
Nhiệt độ phản ứng
Thời gian phản ứng
Vận tốc khuấy
FH/M (TỈ lệ Heptane/Menthol)
5.00 (g)
FL/M= 1.667
0.0120 (mol/mol)
128°c
30 phút
Const
0.8-Ỉ-1.6 A FH/M = 0.2
Xem phụ lục A5 và phụ lục B
♦
T% ML H% ML
■
H%ML+MLL Poly.
▲ (T% ML)
Poly. (H% ML)
Poly. (H96ML+MLL)
FH/M
\
V
o
*9
Đô thị 6.6 Anh hưởng tỷ lệ heptane/ menthol lên quá trình ester hóa
16
❖ Nhận xét
+ Dựa vào đồ thị, ta có các phương trình hồi quy:
- T%ML= -50.907 (FH/M)2 + 155.03(FH/M) - 45.842 R2
= 0.8903
■=> Điểm cực trị: (1.294; 54.4564)
■ H%ML= -70.909 (FH/M)2 +183.82(FH/M) -74.071 R2
= 0.9156
■=> Điểm cực trị: (1.296; 45.0598)
- H%ML+MLL= -77.367(FH/M)2 +201.04(FH/M) - 81.424 R2
= 0.9264
■=> Điểm cực trị: (1.299; 49.1388)
+ Để đạt được hiệu suất ML cao nhất ta chọn FH/M= 1.296 làm giá trị thích hợp được cố
định khảo sát thông số kế tiếp.
3.3.5 Kháo sát ánh hưđng của thời gian phản ứng lẽn quá trình ester hóa
❖ Điều kiện khảo sát
0.0120 (mol/mol)
1 296 (mol/mol)
128°c
Const
Thời gian phản ứng
30 phút
AP = 5.
o
lệ H2S04/Menthol)
FH/M (TỈ lệ Heptane/Menthol)
Nhiệt độ phản ứng
Vận tốc khuấy
VO
FXM (Tỉ
II
5.00 (g)
5
Menthol
FL/M (TỈ lệ Lactic acid/Menthol)
Xem phụ lục A6 và phụ lục B
%
♦ T%ML
■ H% ML
H%ML+M LL
Poly. (T%ML)
---- Poly. (H % M L)
---- Poly. (H%M L+MLL)
p
ĐỒ thị 6.7
Ảnh hìtòng của thời gian phản ứng lên quá trình ester hóa
17
❖ Nhận xét
+ Dựa vào đồ thị, ta có các phương trình hồi quy:
T%ML= -0.1116
■
(P)2 + 7.5422(P) - 72.697
R2 = 0.9889
=> Điểm cực trị: (33.8; 54.7330)
H%ml= -0.1341(P)2 +9.0995(P) -
■
106.72 R2 = 0.9965
■=> Điểm cực trị: (33.9; 47.6441)
■
H% ML + MLL =
-0.1616(P)2 +10.853(P) - 129.15
R2 = 0.9905
=> Điểm cực trị: (33.6; 53.0710)
+ Khi tăng thời gian thì thành phần ML, hiệu suất tạo ML, hiệu suất tổng tạo ML và MLL
đều tăng lên rất nhanh và bắt đầu giảm khi qua điểm cực trị. Sự chênh lệch giữa HML
và HML+MLL CÓ XU hướng giảm khi qua điểm cực trị chứng tỏ thời gian phản ứng càng
lâu, cả ML và MLL đều có khả năng bị oxy hóa dẫn đến hiệu suất đều giảm.
+ Để đạt được hiệu suất ML cao nhất ta chọn thời gian phản ứng là 34 phút.
3.3.6 Kết luận
❖ Qua quá trình khảo sát, điều kiện tốt nhất để thực hiện phản ứng ester hóa là:
Menthol
FL/M (TỈ lệ Lactic acid/Menthol)
FX/M (Tỉ lệ H2SO4/Menthol) FH/M
(TỈ lệ Heptane/Menthol) Nhiệt
độ phản ứng Vận tốc khuấy Thời
gian phản ứng
5.00 (g)
FL/M= 1.667
0.0120 (mol/mol)
1.296 (mol/mol)
128°c
Const
34 phút
♦> Thực hiện phản ứng tại điều kiện trên, ta thu được sản phẩm có thành phần và hiệu
suất như sau:
Mẩu
Sản phẩm ML
mSp(g)
T%ML
6.36
55.1276
H%ML
T%MLL
H%MLL
47.9920
5.0443
4.0045
T%menịỊlol
51.9965
34.9493
18
❖ Sau mỗi lần khảo sát một thông số, ta chọn điều kiện đổ làm tâm khảo sát thông số kế tiếp.
Để cố cái nhìn tổng quát về sự ảnh hưởng của các yếu tố, ta so sánh H%ML của các thí nghiệm
tại tâm qua mỗi lần khảo sát xong một thông số:
Hỉệu suất Menthyl Lactate sau mẫi lần khảo sát một thông số
STT
Tên Mẩu Thông sổ đã khảo sát
H%ML
1
Xs3
Chưa có
39.8970
2
Ms3
FX/M
40.7886
3
Ts3
FX/M ; FL/M
43.5163
4
Hs3
FX/M ; FL/M ; T°
44.0989
5
Ps3
FX/M ; FL/M ; T°; FHZM
47.9670
ML
Tất cả các thông số
47.9920
6
H%
1
ĐỔ thị 6.8
❖
2
3
4
5
6
M
ẫ
So sánh hiệu suất Menthyl Lactate qua mỗi lần khảo sát một thông số
Nhện xét:
Hiệu suất Menthyl Lactate qua mỗi lần khảo sát một thông số tăng dần chứng tỏ
các yếu tố được khảo sát đều có ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng. Qua đồ thị, ta thấy
HML tăng mạnh sau khi khảo sát tỷ lệ mol lactic acid/menthol và tỷ lệ mol
heptane/menthol, vì vậy hai yếu tố này có tác động mạnh đến phản ứng ester hốa.
u
19
■=> Tóm lại, qua quá trình khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng ester hóa, ta tìm
được điều kiện tổng hợp tốt nhất để đạt được hiệu suất Menthyl Lactate cao. Trong điều
kiện này, ta tiến hành tổng hợp 20 mẻ Menthyl Lactate với tổng khối lượng sản phẩm
thu được là 126.7g. Sản phẩm ở dạng hỗn hợp (M+ML+MLL) ta tạm gọi là Frescolat.
Từ sản phẩm được tổng hợp này, ta sẽ tiến hành đánh giá cảm quan, tính chất lý học,
hoạt tính sinh học và đặc biệt là khả năng làm mát của các sản phẩm ứng dụng theo công
thức kiểm tra của công ty Haarmann & Reimer (Đức).
20
CHƯƠNG 4 - ĐÁNH GIÁ TÍNH CHAT SẢN
PHẨM DẠNG HỖN HỘP (M+ML+MLL)
4.1 Kết quả đánh giá:
Trong điều kiện không có Menthyl Lactate chuẩn để so sánh và cũng chưa có tiêu chuẩn
về sản phẩm tổng hợp này, tôi tóm tắt kết quả đánh giá sản phẩm Frescolat và so sánh một số
tính chất với menthol như sau:
Bảng 7.1 Kết quả đánh giá túih chất sản phẩm
Chỉ tiêu đánh giá
Frescolat
Menthol
Cảm quan
• Dạng
Lỏng
Tinh thể rắn
• Màu
• Mùi
Vàng
Mùi bạc hà nhẹ, che phủ dễ
Trắng trong
Mùi bạc hà mạnh, ảnh
• Vị
bởi hương liệu
Cay the
hưởng đến hương cho vào
Nóng kèm cảm giác lạnh
Tmh chất lý hóa
• Tỷ trọng d
0.9656
20
• Chỉ số khúc xạ no
1.4530
• Góc quay cực riêng
-182.0
[
• Độ tan
Tan trong cồn 90%, 80%,
Tan trong cồn, ether,
70%, 60%, 50%
Tan trong Propylenglycol
chloroform, acetic acid
Tan trong dầu paraffin, dầu
béo.
21
Thành phần (%)
❖ Định danh
LC -MS
❖ Định lương
GC
• Menthol
34.9493
• ML
55.1276
• MLL
5.0443
• ML+MLL
60.1719
99.6153
Hoạt tính
• Cường độ gây mát
• Độ kích ứng
Trung bình
Không gây kích ứng tức thời
Mạnh
Gây kích ứng nhẹ tức thời
• Thời gian làm mát
Lâu hơn
Cực ngắn
Xem phụ lụcC
4.2
ứng dụng Frescolat trong một số' sản phẩm mỹ phẩm
4.2.1 ứng dụng trẽn sán phẩm lăn khứ mùi (Roll-on Deodorant)
Bảng 7.2 Công thức phôi c ìế Roll-on Deoc orant
Phần
Nguyên liệu
Nước deion
Methylparaben
RM
v/đ 100
0.50
RF
v/đ 100
0.50
RZ
v/đ 100
0.50
A
Propylparaben
Tween80
Propylenglycol
0.40
3.00
0.40
3.00
0.40
3.00
B
Carbopol 981
0.40
0.40
0.40
c
TEA
0.65
0.65
0.65
Menthol
1.00
0.00
0.00
Frescolat
0.00
1.00
0.00
Propylenglycol
Triclosan
Hương
1.00
0.40
0.40
1.00
0.40
0.40
1.00
0.40
0.40
D
❖ Cách tiến hành
+ Phần A: cân và phân phối nguyên liệu chung với nhau và khuấy cho đến khi hỗn hợp
phân bố đều.
+ Phần B: chuẩn bị dung dịch hệ carbopol 981 2% và lấy lượng cần thiết. Cho B vào A
, khuấy đều.
22
+ Phần C: thêm c vào, vừa thêm vừa khuấy liên tục.
+ Phần D: thêm D vào hỗn hợp trên và khuấy đến khi đồng nhất.
♦> Mau kiểm nghiệm
Mầu sản phẩm Roll-on với 1% menthol (kí hiệu RM)
Mầu sản phẩm Roll-on với 1% Frescolat D (kí hiệu RF)
Mầu sản phẩm Roll-on với 0% menthol, 0% Frescolat (kí hiệu RZ)
❖ Điều kiện thử nghiệm
Vùng thử: dưới cánh tay Lượng người thử: 40 người
❖ Câu hỏi thử nghiệm
1. Anh, chị hãy cho biết sản phẩm có tạo cảm giác mát hay không ?
Ý kiến
Sản phẩm
Có
Không
Roll-on RM
Roll-on RF
Roll-on RZ
2. Anh, chị nhận xét thế nào về cường độ gây mát của sản phẩm?
Sản phẩm
Rất mạnh
Cường độ gây mát của sản phẩm
Mạnh
Trung bình
Yếu
Không
Roll-onRM
Roll-onRF
Roll-onRZ
3. Anh, chị cho biết thời gian gây mát của sản phẩm
Sản phẩm
>25 phút
Thời gian *ây mát của sản phẩm
20 phút
15 phút
10 phút
5 phút
Roll-on RM
Roll-on RF
Roll-on RZ
4.2.2 ứng dụng trên sán phẩm dầu gội (Hair & Body Shampoo)
Bảng 7.3 Công thức phối chế Hair & Body Shampoo
Phần
Nguyên liệu
RM
RF
A
Sodium laureth sulfate (SLES)
35.00
35.00
RZ
35.00
