אתיל קפרילט(קישור:https://www.bloomtechz.com/synthetic-chemical/additive/ethyl-caprylate-cas-106-32-1.html) הוא חומר כימי בעל ארומה וטעם פירותי, הנמצא בשימוש נרחב במזון, תבלינים, טעמים, רפואה ותחומים נוספים. בנוסף לאסטריפיקציה של אלקיד, טרנסיפיקציה והפחתת האסטריפיקציה, ישנן שיטות סינתטיות נוספות לסנתז אתיל קפרילט.
1. שיטת האסטריפיקציה של סולפט:
שיטת האסטריפיקציה של סולפט היא שיטת תגובה נפוצה להכנת תרכובות אסטר סולפט. זה יכול להגיב לאלכוהול עם חומצה גופרתית כדי ליצור את אסטר הסולפט המתאים. משוואת התגובה הכימית של שיטת האסטריפיקציה הסולפטית יכולה להתבטא כך:
ROH + HOSO₃H → RSO₃H + H₂O
ביניהם, ROH מייצג אלכוהול ו-RSO₃H מייצג אסטר סולפט. בתגובה הספציפית מערבבים אלכוהול ואתנול מוחלט ביחס של 1:1, ואז מוסיפים חומצה גופרתית מרוכזת וגופרית טריאוקסיד, והטמפרטורה נשלטת בין 0-5 מעלות לתגובה. לאחר השלמת התגובה, הוסף מים כדי לכוונן את ה-pH לנייטרלי, לאחר מכן חלץ את הפאזה האורגני עם דיאתיל אתר, ולבסוף השתמש במאייד סיבובי כדי לאדות את הדיאתיל האתר בשלב האורגני לקבלת מוצר גולמי. המוצר הגולמי מזוקק לקבלת מוצר אסטר סולפט בעל טוהר גבוה.
שלבי ניסוי:
שלב 1: מערבבים אתיל קפרילט (אתיל אצטט) ואתנול מוחלט ביחס של 1:1, מוסיפים אותו לבקבוק ומערבבים באופן שווה.
שלב 2: מערבבים חומצה גופרתית מרוכזת וגופרית טריאוקסיד ביחס של 1:1, צנח באיטיות לתוך הבקבוק, ושלוט בטמפרטורת התגובה בין 0-5 מעלות.
שלב 3: שמרו על הטמפרטורה בין 0-5 מעלות וערבבו במשך 30 דקות כדי להגיב באופן מלא בין אתיל אצטט לאתנול.
שלב 4: כמות גדולה של חום תיווצר במהלך התגובה, וניתן לשלוט בטמפרטורת התגובה באמצעות אמבט מי קרח.
שלב 5: לאחר השלמת התגובה, הוסף כמות מתאימה של מים כדי להפוך את תמיסת התגובה לחומצית, ולאחר מכן הוסף תמיסת נתרן הידרוקסיד כדי להתאים את ה-pH לנייטרלי.
שלב 6: חלץ את תמיסת התגובה עם דיאתיל אתר, ואסוף את הפאזה האורגנית על ידי הפרדת נוזלים.
שלב 7: השתמש במאייד סיבובי כדי לאדות את הדיאתיל האתר בשלב האורגני לקבלת מוצר גולמי.
שלב 8: זיקוק המוצר הגולמי, אתה יכול להשתמש בשיטות כגון זיקוק או גיבוש מחדש כדי להשיג אתיל קפרילט סולפט עם טוהר גבוה יותר.
אסטריפיקציה של חומצה גופרתית היא תגובת אסטריפיקציה המשתמשת בחומצה גופרתית כזרז. תגובה זו מתבצעת בדרך כלל בטמפרטורה מסוימת, ומוסיפים זרז חומצי כדי לקדם את התגובה. יתרה מכך, עקב הצורך בשימוש בכמות גדולה של זרזים חומציים, תיווצר כמות גדולה של פסולת של נוזל חומצה, מה שמציב בעיות סביבתיות חמורות.
2. יצירת באתרו של שיטת חומצה אצטית:
שיטת יצירת חומצה אצטית במקום היא לערבב n-אוקטנול, נתרן אצטט וכמות קטנה של מים, להוסיף כמות מתאימה של חומצה גופרתית לתערובת ולחמם את התערובת לכ-90 מעלות צלזיוס. לאחר מכן, אתנול הוסף באיטיות לתערובת התגובה, וטמפרטורת התגובה והזמן נשלטו כדי לקדם יצירת אתיל קפרילט. לבסוף, ניתן להשתמש בטכניקות כגון מיצוי וזיקוק כדי להפריד ולטהר את תוצרי התגובה.
משוואת תגובה כימית:
CH₃CH₂OH + NH₃ → CH₃CH₂ONH₃⁺ + OH⁻
CH₃CH₂OH + CO₂ → CH₃CH₂CO₂H + H₂O NH₃ + H₂O + CO₂= NH₄HCO₃
NH₄HCO₃ + H₂SO₄= NH₄HSO₄+ CO₂+ H₂O NH₄HSO4+ CH₃CH₂OH= CH₃CH₂O⁺ + NH₄⁺ + SO₂4
השלבים הספציפיים הם כדלקמן:
(1) הוסף אתנול ומי אמוניה לכור, ערבב באופן שווה, ושלוט בטמפרטורת התגובה בין 25-30 מעלות.
(2) שפכו פחמן דו חמצני לתוך הכור, השאירו את הלחץ ב-2-3 אטמוספרות, וזמן התגובה הוא 2-3 שעות.
(3) לאחר השלמת התגובה, סנן את תמיסת התגובה כדי להסיר את המשקע.
(4) הוסף חומצה גופרתית לתסנין כך שריכוז החומצה הגופרית בתמיסה יהיה 80%, לאחר מכן חממו ל-70-80 מעלות ושמרו על טמפרטורה זו למשך 2-3 שעות.
(5) לאחר התגובה, הוסף כמות מתאימה של מים כדי להפוך את תמיסת התגובה לחומצית, ולאחר מכן הוסף אתר כדי לחלץ את תמיסת התגובה.
(6) זקקו את הפאזה המימית שחולצה עם דיאתיל אתר באמצעות מאייד סיבובי לקבלת תוצר אתיל אצטט גולמי.
(7) כדי לעדן את המוצר הגולמי, ניתן להשתמש בזיקוק או בגיבוש מחדש כדי להשיג אתיל אצטט בטוהר גבוה יותר.
שיטה זו היא תגובת אסטריפיקציה היוצרת חומצה אצטית באתרו. מגיבים כוללים n-אוקטנול, נתרן אצטט וחומצה גופרתית. שיטה זו דורשת ציוד ותנאי הפעלה מיוחדים, ורגישה מאוד לריכוז חומצה גופרתית ותכולת מים, ולכן קשה לתפעול. בנוסף, שימוש בחומצה גופרתית זרז יוביל גם לכמות גדולה של חומצת פסולת, הגורמת לזיהום סביבתי.
3. שיטת חמצון בלחץ גבוה:
שיטת החמצון בלחץ גבוה היא לערבב n-אוקטנול וחומצה אצטית ביחס מולרי של 1:1, ולהוסיף את התערובת למכשיר תגובה עם חמצן וזרז. לציוד צריכים להיות תנאים ספציפיים כגון טמפרטורה, לחץ וקצב כניסת חמצן. על ידי שליטה בזמן התגובה ובתנאים, אתיל קפרילט מיוצר ביעילות. לבסוף, נעשה שימוש בטכניקות הפרדה וטיהור כדי לבודד ולטהר אתיל קפרילט מתערובת התגובה.
אתיל אצטט עובר תגובת חמצון תחת פעולת מי חמצן וחומצה גופרתית מרוכזת ליצירת חומצה אצטית ומים. משוואת התגובה הכימית היא: CH₃CH₂OOC₂H5+ H₂O₂+ H₂SO₄= CH₃CH₂OH+ CH₃COOH+ H₂O
השלבים המפורטים הם כדלקמן:
(1) הוסף אתיל אצטט, מי חמצן וחומצה גופרתית מרוכזת לכור בלחץ גבוה, ערבב באופן שווה, ושלוט בטמפרטורת התגובה בין 80-100 מעלות.
(1) אטום את הכור בלחץ גבוה, העלה את הטמפרטורה ל-100-150 מעלות ושמור על טמפרטורה זו למשך 3-5 שעות.
(1) לאחר השלמת התגובה, מצננים את נוזל התגובה לטמפרטורת החדר ומחלצים את נוזל התגובה עם טולואן.
(1) זקקו את הפאזה המימית שחולצה עם טולואן באמצעות מאייד סיבובי לקבלת תוצר אתיל אצטט גולמי.
(1) כדי לעדן את המוצר הגולמי, ניתן להשתמש בזיקוק או בגיבוש מחדש כדי להשיג אתיל אצטט בטוהר גבוה יותר.
כפי שהשם מרמז, חמצון בלחץ גבוה מתייחס לתגובת חמצון המתבצעת תחת אווירת חמצן בלחץ גבוה. שיטה זו דורשת ציוד ותנאים מיוחדים לתגובה והיא מתאימה רק לכימיקלים מיוחדים מסוימים. יחד עם זאת, בשל הצורך בשימוש בכמות גדולה של חמצן, עלות התפעול של שיטה זו גבוהה יחסית. בנוסף, קיימות סכנות בטיחותיות מסוימות בעת תגובה תחת טמפרטורה גבוהה, לחץ גבוה ואווירת חמצן בריכוז גבוה.
4. תגובת רדיקלים חופשיים בתיווך אלקיל נחושת:
תגובת רדיקלים חופשיים בתיווך נחושת אלקיל היא שיטה יעילה לסינתזה של חומרים פולימריים. מערבבים n-אוקטנול וחומצה אצטית ביחס מולרי של 1:1, ואז מוסיפים כמות מתאימה של מגיב נחושת אלקיל, והתאם את הטמפרטורה וזמן התגובה. להגיב בתנאים. אתיל קפרילט מטוהר באמצעות טכניקות בידוד וטיהור.
תגובות רדיקלים חופשיים בתיווך אלקיל נחושת כרוכים לעתים קרובות בשינוי של קבוצות פונקציונליות מרובות. הנה דוגמה למשוואת תגובה כימית:
אתיל קפרילט ומלח נחושת אלקיל עוברים תגובת צימוד תחת פעולת יוזם רדיקלים חופשיים ליצירת פולימר מולקולרי גבוה. תהליך זה יכול להתבטא כך:
nC6H5CH2CH2CuBr + (C6H5CH2CH2)mBr → (C6H5CH2CH2)n + mCuBr2+ mHBr
כאשר n מייצגת את מידת הפילמור ו-m מייצגת את מספר חוליות השרשרת. משוואת תגובה כימית זו מייצגת את המבנה של חיבור מולקולות אתיל קפרילט מרובות באמצעות תגובת רדיקלים חופשיים המתווכת על ידי נחושת אלקיל ליצירת קישור שרשרת פולימרי.
שלבי ניסוי:
(1) הוסף אתיל קפרילט ומלח נחושת לכור, ערבב באופן שווה, ושלוט בטמפרטורת התגובה בין טמפרטורת החדר ל-80 מעלות.
(2) הוסף טיפה אחר טיפה את יוזם הרדיקלים החופשיים, תוך שמירה על טמפרטורת התגובה קבועה כדי ליזום את התגובה של הרדיקלים החופשיים.
(3) במהלך תהליך התגובה, ניתן להתאים את מידת התגובה של הרדיקלים החופשיים על ידי שליטה בזמן התגובה והטמפרטורה.
(4) לאחר השלמת התגובה, השתמש במשפך הפרדה כדי להפריד את תמיסת התגובה לשלב אורגני ולפאזה מימית.
(5) אידוי סיבובי של השלב האורגני לקבלת המוצר הגולמי.
(6) כדי לזקק את המוצר הגולמי, ניתן להשתמש בזיקוק או בגיבוש מחדש כדי להשיג את מוצר היעד עם טוהר גבוה יותר.
תגובות רדיקלים חופשיים בתיווך אלקיל נחושת הן תגובות של רדיקלים חופשיים המזוזות באמצעות ריאגנטים נחושת אלקיל. תגובה זו מנצלת את המבנה והמאפיינים המיוחדים של נחושת אלקיל כדי לקדם את תגובת החמצון או ההחלפה של אטומים או מולקולות. בתגובה זו, נחושת אלקיל ממלאת את התפקיד הכפול של זרז ומינים פעילים, ומשפרת את קצב התגובה והסלקטיביות.
לסיכום, בנוסף לתגובת אסטריפיקציה אלקיד, תגובת טרנסיפיקציה ותגובת הפחתת האסטריפיקציה, ישנן שיטות נוספות שניתן להשתמש בהן כדי לסנתז אתיל קפרילט. עם זאת, לכל שיטה יש את היתרונות, החסרונות והיקף היישום הספציפיים שלה, ויש לבחור את השיטה המתאימה בהתאם למצב בפועל. יחד עם זאת, תנאי ההפעלה והעלויות הכלכליות צריכים להיות גם בקרה קפדנית במהלך התהליך כדי להבטיח את היעילות והבטיחות של התגובה.