LỜI CẢM ƠN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
------------

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP CHẤT HOẠT
ĐỘNG BỀ MẶT SINH HỌC KHÔNG ION
DIALKANOLAMIDE TỪ ACID OLEIC

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

SINH VIÊN THỰC HIỆN

TS. Bùi Thị Bửu Huê

Từ Thị Kim Cúc
MSSV: 2063944
Ngành: Công Nghệ Hóa Học-Khóa 32

Cần Thơ-2010

Từ Thị Kim Cúc

i


LỜI CẢM ƠN

LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ....................................................................................... 2
1.1 Sơ lược về acid béo ............................................................................................... 2
1.1.1 Định nghĩa ...................................................................................................... 2
1.1.2 Phân loại ......................................................................................................... 2
1.1.3 Tính chất vật lý ............................................................................................... 2
1.1.3.1 Điểm tan chảy........................................................................................... 2
1.1.3.2 Độ sôi ....................................................................................................... 3
1.1.3.3 Tính hòa tan .............................................................................................. 3
1.1.4 Tính chất hóa học ............................................................................................ 3
1.1.4.1 Sự hydrogen hóa ....................................................................................... 3
1.1.4.2 Sự halogen hóa ......................................................................................... 3
1.1.4.3 Phản ứng với alcohol ................................................................................ 3
1.2 Sơ lược về acid oleic.............................................................................................. 4
1.2.1 Giới thiệu ........................................................................................................ 4
1.2.2 Tính chất vật lý ............................................................................................... 4
1.2.3 Chức năng ....................................................................................................... 5
1.3 Tổng quan về chất hoạt động bề mặt ..................................................................... 5
1.3.1 Khái niệm về chất hoạt động bề mặt ................................................................ 5
1.3.2 Phân loại chất hoạt động bề mặt ..................................................................... 6
1.3.2.1 Chất hoạt động bề mặt anion..................................................................... 6
1.3.2.2 Chất hoạt động bề mặt không ion .............................................................. 7
1.3.2.3 Chất hoạt động bề mặt cation .................................................................. 10
1.3.2.4 Chất hoạt động bề mặt lưỡng tính ........................................................... 12
1.3.2.5 Chất hoạt động bề mặt silicon ................................................................. 13
Từ Thị Kim Cúc

ii




Từ Thị Kim Cúc

iii


MỤC LỤC

1.3.7.1 Ảnh hưởng đến sức khỏe con người ........................................................ 24
1.3.7.2. Ảnh hưởng đối với nước ........................................................................ 24
1.3.8 Chất hoạt động bề mặt sinh học..................................................................... 24
1.4 Các công trình nghiên cứu về chất hoạt động bề mặt sinh học trong
và ngoài nước ..................................................................................................... 25
1.4.1 Công trình nghiên cứu trong nước ................................................................. 25
1.4.2 Công trình nghiên cứu ngoài nước ................................................................ 27
CHƯƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.............................. 29
2.1. Nội dung nghiên cứu .......................................................................................... 29
2.1.1 Tổng hợp hai CHĐBM không ion dialkanolamide ............................................ 29
2.1.2 Đánh giá chất lượng sản phẩm .......................................................................... 30
2.2. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................... 30
CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM ................................................................................. 32
3.1. Phương tiện nghiên cứu ...................................................................................... 31
3.1.1 Hóa chất ........................................................................................................ 31
3.1.2 Thiết bị và dụng cụ ........................................................................................ 31
3.2. Thực nghiệm....................................................................................................... 31
3.2.1 Tổng hợp methyl oleate (1)........................................................................ 31
3.2.2 Tổng hợp dialkanolamide (2) ..................................................................... 32
3.2.2.1 Trường hợp không sử dụng xúc tác ..................................................... 32
3.2.2.2 Trường hợp dùng CH3ONa làm xúc tác............................................... 32
3.2.3 Tổng hợp methyl 9,10-dihydroxyoctadecanoate (3) ................................... 33

c) Khảo sát nhiệt độ phản ứng......................................................................... 60
4.1.4.2 Trường hợp sử dụng CH3ONa làm xúc tác .............................................. 61
a) Khảo sát tỉ lệ mol ........................................................................................ 61
b) Khảo sát thời gian phản ứng ....................................................................... 62
c) Khảo sát nhiệt độ phản ứng......................................................................... 63
d) Khảo sát lượng xúc tác ............................................................................... 64
4.1.4.3 Điều kiện tổng hợp dialkanolamide (4) tốt nhất ...................................... 66
4.1.5 Ứng dụng phương pháp vi sóng..................................................................... 67
4.2 Đánh giá chất lượng sản phẩm ............................................................................. 69
4.2.1 Xác định giá trị cân bằng ưa nước và kỵ nước (HLB) của sản phẩm .............. 69
4.2.2 Đánh giá khả năng tạo nhũ của sản phẩm với hệ paraffin/H2O ...................... 69
4.2.2.1 Khảo sát khả năng tạo nhũ của sản phẩm (2)........................................... 70

Từ Thị Kim Cúc

v


MỤC LỤC

4.2.2.2 Khảo sát khả năng tạo nhũ của sản phẩm (4)........................................... 72
4.2.3 Xác định nồng độ micelle tới hạn (CMC) của CHĐBM ................................ 75
4.2.3.1 Giá trị CMC của CHĐBM dialkanolamide (2) ........................................ 76
4.2.3.2 Giá trị CMC của CHĐBM dialkanolamide (4) ........................................ 76
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................. 78
5.1. Kết luận .............................................................................................................. 78
5.2. Kiến nghị ............................................................................................................ 79
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 80

Từ Thị Kim Cúc

Infrared spectroscopy

Rf

Retention factor

TLC

Thin Layer Chromatography

EtOAc

Ethyl acetate

PE

Petroleum ether

MeOH

Methanol

d

Doublet

s

Singlet



DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Một số nguyên liệu chứa acid oleic ........................................................... 5
Bảng 1.2 Mối quan hệ giữa độ tan của CHĐBM với giá trị HLB ............................15
Bảng 1.3 Giá trị HLB của nhóm ưa nước và kỵ nước .............................................16
Bảng 4.1 Điều kiện tổng hợp methyl oleate (1) từ acid oleic ...................................36
Bảng 4.2 Điều kiện sơ bộ tổng hợp dialkanolamide (2)...........................................37
Bảng 4.3 Dữ liệu phổ 13C-NMR và phổ DEPT của dialkanolamide (2) ...................39
Bảng 4.4 Điều kiện tổng hợp Methyl 9,10-dihydroxyoctadecanoate (3)..................51
Bảng 4.5 Điều kiện transester methyl 9,10-dihydroxyoctadecanoate (3) .................53
Bảng 4.6 Điều kiện sơ bộ tổng hợp dialkanolamide (4)...........................................54
Bảng 4.7 Dữ liệu phổ 13C-NMR và phổ DEPT của dialkanolamide (4) ..................56
Bảng 4.8 Các tỉ lệ phối nhũ của dialkanolamide (2) ................................................70
Bảng 4.9 Các tỉ lệ phối nhũ của dialkanolamide (4) ................................................73

Từ Thị Kim Cúc

viii


DANH MỤC SƠ ĐỒ

DANH MỤC SƠ ĐỒ

Sơ đồ 1. Quy trình tổng hợp CHĐBM không ion từ acid oleic ................................. 29
Sơ đồ 2. Quy trình tổng hợp methyl 9,10-dihydroxyoctadecanoate (3) .................... 50

Từ Thị Kim Cúc


Hình 4.13 Bản mỏng sắc ký thu được sau khi transester
hóa (hệ giải ly PE:EtOAc = 3:1) ............................................................ 53
Hình 4.14 Sản phẩm methyl 9,10-dihydroxyoctadecanoate (3) ................................. 54

Từ Thị Kim Cúc

x


DANH MỤC HÌNH

Hình 4.15 Bản mỏng thu được khi tổng hợp dialkanolamide (4) ............................... 55
Hình 4.16 Bản mỏng thu được khi khảo sát tỉ lệ mol (3):DEA .................................. 58
Hình 4.17 Bản mỏng thu được khi khảo sát thời gian phản ứng. ............................... 59
Hình 4.18 Bản mỏng thu được khi khảo sát nhiệt độ phản ứng ................................. 60
Hình 4.19 Bản mỏng thu được khi khảo sát tỉ lệ mol (3):DEA .................................. 62
Hình 4.20 Bản mỏng thu được khi khảo sát thời gian phản ứng ................................ 63
Hình 4.21 Bản mỏng thu được khi khảo sát nhiệt độ phản ứng ................................. 64
Hình 4.22 Bản mỏng thu được khi khảo sát lượng xúc tác ........................................ 65
Hình 4.23 Sản phẩm dialkanolamide (4) ................................................................... 66
Hình 4.24 Hệ nhũ tương bền của CHĐBM dialkanolamide (2) ................................. 72
Hình 4.25 Xác định kiểu nhũ của CHĐBM dialkanolamide (2) ................................ 72
Hình 4.26 Hệ nhũ tương bền của CHĐBM dialkanolamide (4) ................................. 74
Hình 4.27 Xác định kiểu nhũ của CHĐBM dialkanolamide (4) ................................ 74
Hình 4.28 Đồ thị xác định giá trị CMC của CHĐBM dialkanolamide (2) ................. 76
Hình 4.29 Đồ thị xác định giá trị CMC của CHĐBM dialkanolamide (4) ................. 77

Từ Thị Kim Cúc

xi

Phụ lục 5.5. Phổ 13C-NMR dãn rộng của (4) ......................................................... PL 24

Từ Thị Kim Cúc

xii


DANH MỤC CÁC PHỤ LỤC

Phụ lục 5.6. Phổ DEPT của (4) ............................................................................. PL 25
Phụ lục 5.7. Phổ DEPT dãn rộng của (4) .............................................................. PL 26

Từ Thị Kim Cúc

xiii


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

LỜI MỞ ĐẦU
Các chất hoạt động bề mặt (CHĐBM) đã và đang được ứng dụng rộng rãi
trong nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống cũng như trong công nghiệp, dược
phẩm, mỹ phẩm, nông nghiệp và tiêu dùng. Trước đây, CHĐBM chủ yếu được tổng
hợp từ nguồn nguyên liệu hóa thạch (dầu mỏ). Tuy nhiên, hiện nay nguồn nguyên
liệu này ngày càng cạn kiệt và đặc biệt là không thể tái tạo được. Ngoài ra, các
CHĐBM này khó phân hủy sinh học nên ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường.
Do đó vấn đề đặt ra là phải tìm ra nguồn nguyên liệu mới để thay thế đồng thời giải
quyết được vấn đề môi trường.
Từ thực trạng giải quyết vấn đề môi trường cũng như tạo nền tảng cho sự
phát triển bền vững, việc nghiên cứu tổng hợp CHĐBM sinh học trở thành một

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1 Sơ lược về acid béo[1]
1.1.1 Định nghĩa
Acid béo là một loại acid carboxylic có mạch carbon dài, là thành phần chính
của các lipid trong cơ thể cũng như các lipid trong thực phẩm. Về mặt cấu trúc hóa
học, acid béo thông thường chứa ba loại nguyên tố: carbon (C), hydro (H), và oxy
(O). Các acid béo thường mạch thẳng (RCOOH) trong đó gốc R có nhiều carbon và
có thể no (còn gọi bão hòa) hay chưa no (còn gọi bất bão hòa). Số nguyên tử carbon
trong acid béo thường là chẵn (14 – 22C). Các acid béo thường gặp có số carbon từ
16 – 18.
Số thứ tự của nguyên tử carbon trong mạch hydrocarbon của acid béo được
tính từ nguyên tử carbon của nhóm carboxyl. Theo qui ước, gọi tên acid béo thì
carbon cạnh nhóm carboxyl là carbon α, tiếp đến là carbon .... Và ở cuối mạch là
carbon  của nhóm methyl. Khoảng cách từ carbon  đến nối đôi đầu tiên gần nhất
nếu có ba carbon thì gọi là omega-3, và acid béo có cấu trúc loại này gọi là acid béo
omega-3. Ngoài ra, còn có acid béo omega-6, omega-9 (chữ số 6 và 9 chỉ vị trí của
nối đôi đầu tiên gần carbon  nhất trong cấu trúc).
1.1.2 Phân loại
Acid béo được phân loại căn cứ vào các chuỗi liên kết và mức độ bão hòa
nguyên tử hydro. Phân loại theo chuỗi liên kết là căn cứ vào số lượng nguyên tử
carbon. Phân loại theo mức độ bão hòa là căn cứ vào số lượng nối đôi giữa các
nguyên tử carbon với nhau. Các nguyên tử carbon nối với nhau bằng liên kết đơn
gọi là acid béo bão hòa, hay acid béo no. Nếu các nguyên tử carbon liên kết với
nhau bằng liên kết đôi thì gọi là acid béo chưa bão hòa hay chưa no. Nếu acid béo
có một nối đôi giữa các nguyên tử carbon được gọi là acid béo bất bão hòa đơn.
Nếu có hai hay nhiều nối đôi trong phân tử acid béo gọi là acid béo bất bão hòa đa.
1.1.3 Tính chất vật lý
1.1.3.1 Điểm tan chảy
Điểm tan chảy phụ thuộc vào số carbon của acid béo. Acid béo có chuỗi

1.1.4.2 Sự halogen hóa
Acid béo không no kết hợp với các nguyên tố thuộc họ halogen (F2, Cl2, Br2,
I2).
R-(CH2)n-CH=CH-(CH2)n-COOH + I2

R-(CH2)n-CHI-CHI-(CH2)n-COOH

Có thể dùng phản ứng này để xác định số nối đôi trong phân tử acid béo. Phản
ứng dễ dàng hay khó xảy ra tùy thuộc vào vị trí nối đôi đối với nhóm carboxyl. Nối
đôi càng gần nhóm carboxyl phản ứng càng khó xảy ra.
Để xác định số nối đôi người ta căn cứ vào chỉ số iod, là số gam iod kết hợp
với 100 gam chất béo. Chỉ số này dùng để xác định mức độ chưa bão hòa của acid
béo vì iod sẽ kết hợp với các nối đôi trong phân tử acid.
1.1.4.3 Phản ứng với alcohol
Acid béo phản ứng với alcohol, xúc tác acid tạo thành ester.
H+

R-COOH + ROH

Từ Thị Kim Cúc

RCOOR + H2O

3


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

R: gốc hydrocarbon của acid.
R: gốc hydrocarbon của alcohol.


Nhiệt độ sôi: 360C (760 mmHg).
Khối lượng riêng: 0,895-0,974 g/cm3.
Độ hòa tan: không tan trong nước nhưng tan tốt trong methanol.
1.2.3 Chức năng
Acid oleic chiếm phần lớn trong tổng lượng acid béo có trong các loại dầu
thực vật, mỡ động vật. Nó có tác dụng đáng kể trong việc ngăn chặn sự hoạt hóa
trong màng tế bào, giảm bớt sự phân hủy của quá trình oxy hóa trên các tế bào
màng trong và ngăn chặn sự sản sinh các hợp chất gây viêm trong cơ thể. Acid oleic
còn góp phần ngăn chặn các tế bào bạch cầu thâm nhập vào thành mạch máu
(nguyên nhân chính dẫn tới quá trình hoạt hóa trong màng tế bào). Các nghiên cứu
khoa học chỉ ra acid oleic làm giảm 40% quá trình sản sinh ra một protein hỗ trợ các
tế bào bạch cầu kết hợp vào màng trong tế bào nhưng chúng có khả năng kiểm soát
các gen sản sinh protein. Acid oleic làm giảm nguy cơ đau tim, xơ cứng động mạch
và giúp phòng chống ung thư.
Bảng 1.1 Một số nguyên liệu chứa acid oleic

Nguyên liệu

Hàm lượng acid oleic

Đậu nành

80%

Cây cải dầu

75%

Hạt hướng dương

benzene, naphthalene…Các gốc này liên kết tốt với dung môi không phân cực nên
còn gọi là đầu ưa dầu.

Đầu ưa nước

Đầu ưa dầu

Hình 1.2 Cấu trúc của CHĐBM
Đặc điểm của CHĐBM:
- Có độ hòa tan tương đối nhỏ, vì nếu không nó có xu hướng rời khỏi bề mặt
mà tan sâu vào trong chất lỏng.
- Làm cho sức căng bề mặt của dung dịch nhỏ hơn sức căng bề mặt của dung
môi.
- Nếu có nhiều hơn hai chất lỏng không hòa tan thì CHĐBM làm tăng diện
tích tiếp xúc giữa hai chất lỏng đó giúp chúng hòa tan tốt vào nhau.
1.3.2 Phân loại chất hoạt động bề mặt[4, 17]
CHĐBM được phân loại như sau: CHĐBM anion, CHĐBM cation, CHĐBM
không ion, CHĐBM lưỡng tính. Ngoài ra còn có CHĐBM fluorocarbon và silicon,
CHĐBM polymer.
1.3.2.1 Chất hoạt động bề mặt anion
CHĐBM anion là CHĐBM có một hay vài nhóm chức khi hoà tan trong nước
phân ly thành cation vô cơ và các anion hữu cơ.
Kí hiệu:

CHĐBM anion chiếm khoảng 55 % tổng lượng CHĐBM thương mại.
CHĐBM anion có khả năng hoạt động bề mặt mạnh nhất so với các loại khác,
làm tác nhân tẩy rửa chính khi phối liệu, khả năng lấy dầu cao và tạo bọt tốt nhưng
kém bền. Đây là loại CHĐBM được sử dụng phổ biến và rộng rãi nhất trong giặt

Từ Thị Kim Cúc

như carboxylate hoặc ester. Các hợp chất monocarboxylate không quan trọng trong
thực tế, được biết đến nhiều nhất là sodium lauryl sulfo-acetate, hợp chất được tìm
thấy trong kem đánh răng, dầu gội đầu và mỹ phẩm.
1.3.2.2 Chất hoạt động bề mặt không ion
CHĐBM không ion là CHĐBM có nhóm phân cực không bị ion hóa trong
dung dịch nước. Phần ưa nước chứa những nguyên tử oxy, nitơ hoặc lưu huỳnh
không ion hóa (ethylene oxide, propylene oxide, polyalkylglycol, diethanolamine,
glycerin, sorbitol và sucrose). Sự hòa tan là do có sự tạo liên kết hydro giữa các
phân tử nước và phần phân cực bao gồm nhóm alcohol và ester. Phần kỵ nước là
mạch hydrocarbon dài (alkylphenol, alcohol có nhánh, amine và mercaptane, acid
béo dây dài).

Từ Thị Kim Cúc

7


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Kí hiệu:

CHĐBM không ion chiếm khoảng 40 % tổng lượng CHĐBM thương mại.
CHĐBM không ion không bị ion hóa nên không tích điện do đó không bị ảnh
hưởng bởi pH, môi trường nước cứng, sự có mặt của các chất điện ly. Vì vậy,
CHĐBM không ion được ứng dụng rộng rãi vì nó có thể hoạt động trong môi
trường có chứa lượng lớn các chất điện ly, trong môi trường nước cứng, môi trường
acid, môi trường có chứa các ion kim loại nặng. CHĐBM không ion dễ dàng kết
hợp với các CHĐBM khác, đặc biệt thường phối liệu với CHĐBM anion. Loại
CHĐBM này thường êm dịu với da, lấy dầu ít, tạo bọt kém.
Một số CHĐBM không ion thường gặp:


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

dừa với diethanolamine. Cocamide DEA là chất lỏng nhớt và dùng làm chất tạo bọt
trong dầu gội đầu và các loại xà phòng rửa tay; tác nhân tạo nhũ trong trong mỹ
phẩm. Công thức hóa học là CH3(CH2)n(CO)N(CH2CH2OH)2, giá trị n phụ thuộc
vào nguồn acid béo.
Công thức phân tử là:
O
N

OH

OH

 Span: là ester của sorbitan với acid béo như lauric acid (Span 20), palmitic
acid (span 40), oleic acid (span 80), stearic acid (span 60 hoặc span 65) ở vị trí
nhóm –OH bậc 1.
Ví dụ: Span 20. Loại CHĐBM này được dùng làm chất tạo nhũ trong mỹ
phẩm và dược phẩm.
OH
O

O

HO

OH

Span 20


Span có chỉ số HLB thấp, do đó chúng ít tan trong nước nhưng tan tốt trong
các dung môi hữu cơ. Ngược lại, Tween có chỉ số HLB cao nên tan tốt trong nước.
Vì vậy, hỗn hợp của chúng có thể hòa tan tốt trong dầu và nước tạo nên cân bằng ưa
nước - kỵ nước cho sản phẩm.
Ứng dụng của CHĐBM không ion:
Từ Thị Kim Cúc

9


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

 CHĐBM không ion alkylphenol được dùng trong công nghiệp dệt nhuộm,
để giặt sợi len, sợi cotton. Chúng có ưu điểm là ổn định trong nước cứng, nước có
chứa ion kim loại nặng.
 Trong công nghiệp sản xuất dầu gội đầu và các loại mỹ phẩm khác, các
CHĐBM không ion có khả năng tạo bọt tốt, có hiệu quả làm sạch tốt. Vì vậy, chúng
đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình phối liệu.
 Nông nghiệp là một trong những ngành sử dụng CHĐBM không ion sớm
nhất. Đa số các loại thuốc trừ sâu và thuốc diệt cỏ được sản xuất ở dạng nhũ tương.
Trong đó, người ta có thể kết hợp CHĐBM anion tan trong dầu và CHĐBM không
ion tan trong nước.
1.3.2.3 Chất hoạt động bề mặt cation
CHĐBM cation là CHĐBM có một hay vài nhóm chức khi hoà tan trong nước
phân ly thành anion vô cơ và các cation hữu cơ.
Kí hiệu:

CHĐBM cation chỉ chiếm khoảng 5-6% tổng lượng CHĐBM thương mại
nhưng chúng rất hữu dụng trong những trường hợp đặc biệt vì có những tính chất


- Alkyl benzyl dimethyl ammonium:
CH3
R

N

CH3X

CH2C6H5

- Ethoxylate alkyl dimethyl ammonium:
CH3
R

N

CH3X

OCH2CH2 nH

 Nhóm cation trong vòng
- Muối alkyl pyridinium:
R

X

N

Ví dụ: Cetyl pyridinium chloride (CPC)


11