Nghiên cứu về phản ứng hoàn nguyên phi đối xứng một số hợp chất Carbinil

Nghiên cứu về phản ứng hoàn nguyên phi đối xứng một số hợp chất Carbinil

NGHIÊN CỨU

SSS ST er ga) LUẬN VĂN THAC SI KHOA HOC HOAHOC 48 NGHIEN COU

Mục tiêu của để tài là nghiên cứu phản ứng hoàn nguyên phi đối xứng một số hợp chất carbonil sit dụng xúc tác là hệ enzim trong tế bào NMBM Chúng tôi thực hiện phản ứng trên bốn chất nền (đại diện cho một số loại hợp chất carbonil) : acetophenon (ceton hương phương), acetoacetat etil ( cetoester), 2-octanon (ceton chỉ phương bão hòa), 2-butanon (ceton tién thi tinh đơn giản nhất)

Cấu hình của sản phẩm được xác định bằng phương pháp đo góc quay trên triển quang kế sau đó so sánh với giá trị chuẩn của các đối phân theo các tài liệu nghiên cứu trước (dấu của sẵn phẩm trùng với dấu của đối phân nào thì đối phân

đó sẽ chiếm ưu thế trong sản phẩm) Kết quá nghiên cứu cho thấy : với cả bốn chất nên được khảo sát phản ứng đều xảy ra tuân theo qui tắc Prelog tức là sản phẩm có cấu hình S chiếm ưu thế

LUẬN VĂN THAC SI KHOA HQC HOA HOC _ 44 NGHIEN COU

Hỗn hợp sau phản ứng sẽ được phân tích bằng sắc kí khí trên cột thủ tính

để xác định hiệu suất và lượng thừa đối phân (ee) của sản phẩm Trong đó :

Hay : ee= Tallest len

Trong đó : - œ là góc quay đo được (độ)

~ mụ; là khối lượng hỗn hợp các đối phân sản phẩm (g)

- V là thể tích dung môi dùng để pha loãng hỗn hợp (mL)

~ 1 là chiều đài cuvet (dm)

~ [ø;]; là năng lực triển quang của đối phân S tỉnh khiết (dựa theo các tài liệu tham khảo)

Do đó khi lấy một khối lượng sản phẩm nhất định (mạ,) hòa tan vào một

thể tích dung môi xác định CV), đo góc quay trên triển quang kế (œ) chúng ta có thể xác định được lượng thừa đối phân ee của sản phẩm

SST TSP cv ee LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC _ 45 NGHIÊN CỨU

2.1 SỬ DỤNG NMBM TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC

Về cơ bản phương pháp thực hiện phần ứng tương tự nhau với các chất

(1) Rita bang dung dich Na,SO, bão hòa (2) Làm khan bằng Na;SO¿ khan

(3) Lọc, thu hồi dung môi ở áp suất kém

(1) Cân

(2) Phân tích bằng sắc kí khí

Hình 2.1 : Qui trình thực hiện phần ứng trong nước

NMBM khô được phân tán vào nước, khuấy đều một thời gian để nấm men hổi sinh, sau đó thêm chất nền và glucoz (nguồn cung cấp hidrogen cho phần ứng hoàn nguyên đồng thời cung cấp năng lượng cho tế bào)

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC 46 NGHIÊN CỨU

Hợp chất đầu tiên chúng tôi chọn khảo sát là acetophenon vì đây là một

ceton có tính thân điện tử tương đối yếu (yếu nhất trong bốn hợp chất khảo sát)

nên phẩn ứng sẽ xảy ra khó khăn hơn do đó việc khảo sát các điều kiện tiến

hành phản ứng sẽ hoàn chỉnh hơn

2.1.1 HOÀN NGUYÊN ACETOPHENON 151%

CHỊ NBM

Qua một số bước khảo sát sơ bộ chúng tôi chọn điều kiện phản ứng ban

đầu là : 15 g NMBM, 300 mL nước cất, 0,5 g acetophenon trong 3 mL etanol, 5 g đường glucoz, thực hiện phẩn ứng trong 2 ngày Chúng tôi tiến hành khảo sát

một số yếu tố có thể ảnh hưởng đến hiệu quả của phản ứng

Đầu tiên chúng tôi nhận thấy khi phân tán NMBM vào trong nước thì chỉ

có một phần rất ít tế bào tan vào nước, phần lớn còn lại tổn tại ở dạng huyền phù Nhằm tìm hiểu khả năng xúc tác của các phân này chúng tôi thực hiện phản ứng trên hai phân riêng biệt để so sánh

2.1.1.1 So sánh hiệu quả của huyền phù và dung dịch lọc NMBM

Bảng 2.1 : So sánh hiệu quả của huyền phù và dung dịch lọc NMBM

Chúng tôi nhận thấy khi sử dụng huyền phù thì kết quả tốt hơn nhiều so

với khi chỉ dùng dung dich loc (phản ứng hầu như không xảy ra), chứng tổ phần

tan của NMBM là không đáng kể và vai trò xúc tác cho phản ứng chủ yếu do

phần tế bào lơ lững (dạng huyền phù) thực hiện Trong các nghiên cứu tiếp theo chúng tôi sử dụng dịch huyền phù của NMBM để thực hiện phản ứng

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC _ 41 ee NGHIÊN CỨU

2.1.1.2 Ảnh hưởng của sự thông khí

Khi thực hiện phẩn ứng trong bình được đậy kín để tránh sự trao đổi

không khí với môi trường ngoài chúng tôi nhận thấy hiệu qua cia phan Ung cũng không có gì thay đổi (bảng 2.2) Do đó sự thông khí ít ảnh hưởng đến phản ứng

Bang 2.2 : Ảnh hưởng của sự thông khí

._ | Độ chuyển hóa | Hiệu suất ee

Bình hở 19,2 16,1 96 2.1.5

Binh kin 19,5 16,3 100 2.1.6

2.1.1.3 Phan ting trong diéu kiện có khuấy trộn

Khi thực hiện phản ứng chúng tôi nhận thấy sau khi để yên vài giờ thì tế bào nấm men bị lắng xuống đáy bình phản ứng làm hạn chế sự tiếp xúc giữa tế bào và chất nền làm cẩn trở phản ứng Vì vậy chúng tôi tiến hành phản ứng trong diéu kiện có khuấy trộn : khuấy liên tục suốt thời gian phần ứng hoặc chỉ thỉnh thoảng khuấy đều khi nấm men bị lắng

Bảng 2.3 : Phần ứng trong điều kiện có khuấy trộn

Chúng tôi cũng khảo sát ảnh hưởng của vi sóng và siêu âm lên phản ứng nhưng kết quả cho thấy cả hai phương pháp này đều không có ảnh hưởng rõ rệt đến tiến trình phần ứng Có thể do thời gian phan ứng tương đối dài trong khi thời gian chiếu xạ vi sóng hay siêu âm rất ngắn và do phản ứng xảy ra ở sâu bên trong tế bào, nơi năng lượng của vi sóng và siêu âm sẽ rất yếu vì phần lớn đã bị

———————ễ-LUẠN VAN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC — 48 NGHIÊN CỨU

2.1.1.4 Ảnh hưởng của pH

Vì hoạt động của enzim chịu ảnh hưởng mạnh bởi pH môi trường nên chúng tôi tiến hành khảo sát ảnh hưởng của pH (từ 4,0 đến 7,5) Với pH từ 4,0 đến 5,5 chúng tôi dùng dung dịch đệm CH;COOH/CH;COONa, với pH từ 6,0 đến 7,5 dùng dung dịch đệm KH;PO./K;HPO,

Bảng 2.4 : Ảnh hưởng của pH

cả các trường hợp có sử dụng dung dịch đệm thì pH sau phản ứng đều thay đổi theo xu hướng để đạt đến giá trị này, đây cũng là một điểm khá độc đáo của NMBM Từ các kết quả trên chúng tôi quyết định thực hiện phản ứng với nước cất mà không cần dùng dung dịch đệm để ổn định pH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC _ 49 NGHIÊN CỨU

2.1.1.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Bảng 2.5 : Ảnh hưởng của nhiệt độ

Trong khoảng nhiệt độ từ nhiệt độ phòng đến 40 °C hiệu suất phản ứng hầu như không bị ảnh hưởng, khi tiếp tục tăng nhiệt độ thì hiệu suất sẽ giảm do nhiệt độ cao sẽ làm ức chế hoạt động của nấm men Do đó tốt nhất là thực hiện phần ứng ở nhiệt độ phòng

2.1.1.6 Ảnh hưởng của thời gian phần ứng

Bảng 2.6 : Ảnh hưởng của thời gian phản ứng

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC _ 50 NGHIÊN CỨU

2.1.1.7 Ảnh hưởng của khối lượng acetophenon

Bảng 2.7 : Ảnh hưởng của khối lượng acetophenon

Khi dùng 1,0 g acetophenon thi lugng chat nén được hoàn nguyên ít hơn

han so với dùng 0,5 ø bất chấp qui luật dịch chuyển cân bằng là khi tăng nông độ

chất nền thì sản phẩm phải được tạo thành nhiều hơn Kết quả này có thể được giải thích là do acetophenon là chất độc đối với tế bào, khi nổng độ acetophenon cao, nhiều tế bào nấm men sẽ bị chết và phân hủy không còn khả năng xúc tác nên làm giảm hiệu suất phản ứng

2.1.1.8 Ảnh hưởng của khối lượng NMBM

Bảng 2.8 : Ảnh hưởng của khối lượng NMBM

10 g men nữa thì nhận thấy hiệu suất phản ứng có tăng lên tuy nhiên lượng thừa

đối phân (ee) của sản phẩm lại giảm tức là độ chọn lọc giảm

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC _ 51 ee NGHIÊN CUU

Bang 2.9 : Anh hưởng của số lần thêm NMBM

Bảng 2.10 : Ảnh hưởng của khối lượng glucoz

do hết glucoz, tất cả chỉ diễn ra trong khoảng vài giờ đầu tiên của phản ứng do

đó suốt thời gian còn lại tế bào không được cung cấp năng lượng và nguyên liệu cho sự hoàn nguyên Cho nên thay vì chỉ thêm glucoz một lần lúc đầu chúng tôi

chia lượng glucoz ra thành 4 lần và bổ sung vào môi trường phản ứng sau mỗi 12 giờ

ae

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC 52

NGHIEN COU

Bảng 2.11 : Ảnh hưởng của khối lượng glucoz

Độ chuyển hóa | Hiệu suất ee Glucoz

Kết quả đúng như dự đoán : việc thêm glucoz nhiều lần với lượng nhỏ tổ

ra có hiệu quả hơn khi chỉ thêm một lần với lượng lớn Chúng tôi cũng nhận thấy

là sau mỗi lần thêm glucoz đều có bọt khí CO; thoát ra chứng tỏ sau thời gian hai ngày nấm men vẫn còn hoạt động tốt nếu được bổ sung glucoz liên tục Do

đó áp dụng phương pháp này chúng tôi thực hiện phản ứng trong thời gian lâu hơn

Bảng 2.12 : Ảnh hưởng của thời gian phần ứng và khối lượng glucoz

Hiệu suất (%)

6 lần thêm glucoz (ứng với thời gian là 3 ngày)

2.1.1.10 Ảnh hưởng của lượng etanol '°!

Khi sử dụng glucoz làm nguồn cung cấp năng lượng thông qua quá trình lên men có một điểm bất lợi là sự lên men tạo ra nhiều sản phẩm phụ có thể làm bẩn sản phẩm thu được cho nên chúng tôi thử thay glucoz bằng bằng một nguồn cung cấp năng lượng khác, đó là etanol Về mặt lí thuyết tế bào NMBM có thể tiêu thụ etanol để thu năng lượng và tái sinh NADH (hai quá trình rất cẩn thiết cho phản ứng hoàn nguyên)

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC _ 53 NGHIÊN CỨU

Bảng 2.13 : Ảnh hưởng của lượng etanol

2.1.1.11 Ảnh hưởng của NaHSO;, NaHCO;, K;HPO, !*!

Theo cơ sở sinh hóa của quá trình lên men như đã trình bày trong phần

tổng quan, chúng ta nhận thấy quá trình lên men giúp tái sinh NADH nhưng cũng đồng thời tạo ra acetaldehid là chất nhận ion hidrur rất mạnh cạnh tranh

với chất nền do đó nếu loại acetaldehid khỏi môi trường phản ứng có thể sẽ giúp thúc đẩy phản ứng hoàn nguyên mong muốn

Chúng tôi thử loại acetaldehid khổi môi trường phản ứng bằng cách tạo

hợp chất cộng bisulfit với NaHSO; hay tạo ra môi trường kiểm (dùng NaHCO;

hoặc K;HPO¿) để xúc tác phản ứng súc hợp aldol giữa các phân tử acetaldehid

nhằm làm giảm khả năng nhận ion hidrur của nó

Bảng 2.14 : Ảnh hưởng của NaHSO;

Chúng tôi nhận thấy sau khi thêm NaHSO; một thời gian ngắn thì quá

trình lên men bị ngừng hẳn (bọt khí ngưng thoát ra) và tế bào nấm men bị chết đi

nhanh chóng làm cho hiệu suất phần ứng rất thấp

———————==——ễ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC _ 54 NGHIÊN CỨU

Bảng 2.15 : Ảnh hưởng của NaHCO;

Bảng 2.16 : Ảnh hưởng của K;HPO,

Như trên đã thấy, NMBM sau khi tiếp xúc với acetophenon một thời gian

sẽ bị giảm hoạt tính nhanh chóng Do đó chúng tôi thử thực hiện phần ứng nhiều lần bằng cách sau mỗi ngày phản ứng, lọc bổ men cũ và thay bằng men mới hoặc sau khi trích lấy hỗn hợp sản phẩm lại dùng hỗn hợp này làm chất nền để thực hiện phản ứng một lần nữa

LUẬN VĂN THẠC $Ï KHOA HỌC HÓA HỌC _ 55 NGHIEN COU

=

Bảng 2.17 : Kết quả khi thay NMBM nhiều lần

Khí thay nấm men cũ bằng nấm men mới nhiều lần thì độ chuyển hóa có

tăng lên, một lần nữa cho thấy độc tính của acetophenon đối với tế bào đã làm cẩn trở phản ứng Mặc dù độ chuyển hóa tăng nhưng hiệu suất phản ứng vẫn giảm vì khối lượng thu hồi giảm (mất sản phẩm trong quá trình thay men) và

quan trọng hơn cả là tính chọn lọc của phản ứng bị giảm đáng kể (ee < 70%) Cho nên với mục tiêu là tổng hợp phi đối xứng thì rõ ràng cách làm này không

có lợi

Bảng 2.18 : Kết quả khi thực hiện phần ứng lặp lại nhiều lần

Số lần | Độ chuyển hóa | Hiệu suất ee Phụ lục

Cũng tương tự như trường hợp thay men nhiều lần, tính chọn lọc của phản

ứng rất thấp cho nên cách làm này cũng không có lợi Tuy nhiên, từ các kết quả này có thể rút ra được một hệ quả quan trọng là : độ chuyển hóa của phản ứng

đã đạt đến giá trị giới hạn Điều đó cho thấy đây là một phản ứng thuận

nghịch và trong các điều kiện đã khảo sát thì tại điểm cân bằng độ chuyển hóa

của phản ứng đạt khoảng 70-80% !%,

2.1.1.13 Nhận xét và biện luận kết quả

Qua các kết quả khảo sát chúng tôi đã xác định được điều kiện tối ưu cho

phản ứng là : nhiệt độ và pH bình thường, sử dụng 0,3 g acetophenon hòa tan trong 3 mL etanol, 15 g NMBM, 300 mL nước cất, 12g glucoz được chia thành 6

lần (mỗi lần 2 g) thêm đều đặn vào phần ứng trong suốt 3 ngày Hiệu suất trung

bình của phản ứng đạt khoảng 40% (ứng với độ chuyển hóa khoảng 50%) Trong

=——————ễễễ

mm 5 ° P H m ve LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC 86 NGHIÊN CỨU

tất cả các thí nghiệm thì sản phẩm tao thành có độ tỉnh khiết đối phân rất cao (ee > 95%) Để xác định cấu hình của sản phẩm chúng tôi tiến hành đo góc quay cực, các kết quả thu được đều mang giá trị âm (quay trái) So sánh với giá trị

chuẩn theo các tài liệu nghiên cứu trước chứng tỏ sản phẩm tạo thành có cấu hình § chiếm ưu thế (tuân theo qui tắc Prelog)

Bảng 2.19 : Kết quả hoàn nguyên acetophenon

Ngoài ra, từ các kết quả khảo sát có thể rút ra một số kết luận quan trọng:

> Đây là một phản ứng cân bằng và độ chuyển hóa tối đa chỉ khoảng 70-

(20)

a 1,

80% do acetophenon có tính thân điện tử yết

> Tính chọn lọc đối phân của phản ứng rất cao và rất ổn định, ít chịu ảnh hưởng của các điều kiện bên ngoài

> Độc tính của chất nền đối với tế bào cũng có ảnh hưởng quan trọng tới hiệu quả của phản ứng

> Khi thời gian phản ứng dài thì cần phải bổ sung glucoz liên tục để cung, cấp năng lượng cho tế bào và nguyên liệu cho phản ứng hoàn nguyên

2.1.2 HOÀN NGUYÊN ACETOACETAT ETIL

— ceton (phy luc 2.1.55) cho nên việc định lượng sẽ không còn chính xác

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC _ 51 ee NGHIEN COU

Hơn nữa từ các kết quả khảo sát với acetophenon chúng tôi nhận thấy độ

tỉnh khiết đối phân của sản phẩm (phản ánh qua giá trị ee) rất ổn định, hầu như

không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố khảo sát Do đó trong trường hợp này chúng

tôi không sử dụng cột thủ tính (để xác định hiệu suất và ee của sản phẩm trong

tất cả các thí nghiệm) mà sử dụng cột thông thường (không xảy ra hiện tượng trên) và chỉ xác định hiệu suất của phản ứng trong các thí nghiệm Sau khi khảo

sát chúng tôi sẽ phân tích một số mẫu sản phẩm (chọn ngẫu nhiên các trường hợp phản ứng xảy ra hoàn toàn) dùng cột thủ tính để xác định lượng thừa đối

phân (ee) của sản phẩm, qua đó cũng xác định được tính chọn lọc đối phân của phản ứng

Dựa trên các kết quả khảo sát trong trường hợp acetophenon, chúng tôi

tiến hành khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến kết quả của phản ứng Chúng

tôi chọn điều kiện ban đầu là : 15 g NMBM khô, 200 mL nước cất, 0,5 g chất nén trong 3 mL etanol va 5 g glucoz Dau tiên chúng tôi khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng

2.1.2.1 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng

Đây là yếu tố có ảnh hưởng quan trọng đến hiệu suất phản ứng (do tốc độ của phản ứng quyết định) Đâu tiên chúng tôi nhận thấy sau 24 giờ phản ứng đã

xảy ra hoàn toàn cho nên chúng tôi rút ngắn thời gian khảo sát và thu được kết quả :

Bảng 2.20 : Ảnh hưởng của thời gian phản ứng

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC 58 NGHIÊN CỨU

“=——=———====—=—— ——ễ

Phan ứng xảy ra trong một thời gian rất ngắn (chỉ sau 40 phút) cho thấy

acetoacetat etil là một chất nên rất tốt cho phần ứng Đây cũng là khoảng thời

gian ngắn nhất so với các tài liệu nghiên cứu trước của các tác giả khác trên thế giới (thường phải mất nhiều giờ) Vì phản ứng xảy ra trong thời gian ngắn nên chúng tôi quyết định khảo sát ảnh hưởng của vi sóng và siêu âm

2.1.2.2 Ảnh hướng của vi sóng và siêu âm

Chúng tôi thực hiện phần ứng trong lò vi sóng gia dụng ở công suất thấp nhất (80 W), sau 5 phút chiếu xạ thì dung dịch đã sôi (NMBM sẽ chết và mất tác dụng xúc tác) mà hiệu suất phản ứng cũng không khác so với bình thường cho nên vi sóng không có ảnh hưởng rõ rệt đến tốc độ phản ứng Điều này cũng dễ hiểu bởi vì vận tốc chung của phản ứng trong trường hợp này không chỉ do năng lượng hoạt hóa quyết định mà còn phụ thuộc vào tốc độ khuếch tán của chất nền qua màng tế bào

Chúng tôi cũng khảo sát ảnh hưởng của siêu âm : phản ứng được thực hiện trong bổn siêu âm ở công suất 400W

Bảng 2.21 : Ảnh hưởng của siêu âm

——_————-LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC —_ 59 NGHIÊN CỨU

2.1.2.3 Ảnh hưởng khối lượng NMBM

Bảng 2.22 : Ảnh hưởng của khối lượng NMBM

hóa vẫn là 100%) do khối lượng thu hồi giảm Điều này được giải thích là đo khi

dùng lượng men lớn thì sự chênh lệch nồng độ của sản phẩm trong và ngoài tế bào không nhiều, cản trở sự khuếch tán sản phẩm ra khỏi tế bào làm cho một số phân tử sản phẩm vẫn còn nằm trong tế bào khi chúng ta thu lấy sản phẩm cho nên khối lượng thu hồi bị giảm

2.1.2.4 Ảnh hưởng khối lượng glucoz

Giữ nguyên các yếu tố khác, chúng tôi khảo sát ảnh hưởng của lượng glucoz lên phần ứng

Bang 2.23: Ảnh hưởng của khối lượng glucoz

\

„m=———————————————-——=-—>

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC 60 NGHIÊN CỨU

trình lên men xảy ra mạnh bọt khí CO; thoát ra liên tục làm hạn chế sự tiếp xúc giữa tế bào nấm men với chất nền hay do glucoz nhiều sẽ làm giảm độ tan của chất nền trong nước (vì glueoz được nước dung môi hóa rất mạnh) kết quả là hạn chế sự khuếch tán của chất nền qua màng tế bào Trong các thí nghiệm sau chúng tôi không thêm gÌucoz vào phản ứng

2.1.2.5 Ảnh hưởng khối lượng acetoacetat etil

Bảng 2.24 : Ảnh hưởng của khối lượng acetoacetat etil

Khi tăng khối lượng chất nền đến 1,0 g thì hiệu suất thu hồi giảm có thể

do nhóm ester của chất nễn và sản phẩm bị thủy giải bởi các enzim thủy giải có trong tế bào nấm men Do đó chúng tôi vẫn chọn khối lượng chất nễn là 0,5 g 2.1.2.6 Nhận xét và biện luận kết quả

Từ các kết quả khảo sát chúng tôi đã xác định được điều kiện thích hợp cho phản ứng là : dùng 15 g NMBM, 200 mL nước cất, 0,5 g acetoacetat etil trong 3 mL etanol, thời gian phản ứng là 40 phút Hiệu suất phẩn ứng trung bình đạt khoảng 70% Kết quả cũng cho thấy siêu âm có tác dụng rút ngắn thời gian phần ứng

Độ tỉnh khiết đối phân của sản phẩm được xác định bằng phương pháp sắc

kí khí trên cột thủ tính thông qua một số mẫu (có độ chuyển hóa 100%) được chọn một cách ngẫu nhiên Tất cả đều cho kết quả độ tỉnh khiết đối phân gần như tuyệt đối (ee > 99%, phy lục 2.1.75), kết quả này rất cao so với nhiều nghiên cứu trước trên thế giới (chỉ khoảng 80% - 90%) Cấu hình của sản phẩm được xác định bằng phương pháp đo góc quay cực, các giá trị thu được đều có giá trị đương (quay phải) chứng tỏ sản phẩm tạo thành có cấu hình S (tuân theo qui tắc Prelog)

a

LUẬN VĂN

Bảng 2.25 : Kết quả hoàn nguyên acetoacetat etil

> Su bay hơi của chất nền và sản phẩm trong suốt thời gian phản ứng

> Sự thủy giải nhóm ester của chất nền và sản phẩm bởi các enzim thủy giải có trong NMBM

> Sự hấp phụ (xảy ra trên bể mặt nấm men) hoặc hấp thụ (xảy ra trong tế bào nấm men) của chất nền và sản phẩm

> Phân tử acetoacetat etil hơi phân cực nên có thể tan được một phần trong nước

2.1.3 HOÀN NGUYÊN 2-OCTANON

H OH

2-Octanon là một metileeton chỉ phương bão hòa Mặc dù tính thân điện

tử của nguyên tử carbon carbonil mạnh hơn so với acetophenon nhưng dây carbon tương đối đài nên gây cản trở lập thể do đó hoạt tính của 2-octanon trong phản ứng hoàn nguyên phụ thuộc vào độ mạnh tương đối của hai yếu tố này Chúng tôi chưa thấy có tài liệu nghiên cứu trước trên hợp chất này nhưng với các ceton có cơ cấu tương tự thì hiệu quả của phản ứng rất thấp do sự cản trở lập thể của day carbon cng kểnh †?!

Chúng tôi chọn điểu kiện ban đầu là : 15 g NMBM trong 300 mL nước, 0,5 g 2-octanon trong 3 mL etanol, 5 g glucoz, thực hiện phản ứng ở nhiệt độ phòng Thật không may là cột sắc kí khí thủ tính mà chúng tôi sử dụng lại không

—————ễ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC ˆ 69 NGHIÊN CỨU

tách được hai đối phân của sản phẩm 2-octanol do đó trong các khảo sát chúng

tôi chỉ xác định hiệu suất của phản ứng Độ tỉnh khiết đối phân của sản phẩm được xác định thông qua một số mẫu đại điện (chọn ngẫu nhiên) bằng phương

pháp sử dụng triển quang kế, Chúng tôi cũng khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng

như : thời gian phần ứng, néng độ chất nền, khối lượng đường, khối lượng men,

2.L.3.1 Ảnh hưởng của thời gian phần ứng

Là yếu tố quan trọng và cần thiết, làm cơ sở ban đầu để khảo sát các yếu

Sau 2 ngày thì phản ứng hầu như không xảy ra nữa và đạt độ chuyển hóa

khá cao (trên 90%) so với trường hợp acetophenon Chúng tôi chọn thời gian

phần ứng là 2 ngày trong các nghiên cứu tiếp theo

2.1.3.2 Ảnh hưởng của khối lượng 2-octanon

Bảng 2.27 : Ảnh hưởng của khối lượng 2-octanon

"em

NGHIÊN COU

2.1.3.3 Ảnh hưởng của khối lượng NMBM

Bắng 2.28 : Ảnh hưởng của khối lượng NMBM

Khi tăng khối lượng men quá nhiều thì hiệu suất phản ứng cũng giảm do

hiệu suất thu hồi giảm

2.1.3.4 Ảnh hưởng của khối lượng glueoz

Bảng 2.29 : Ảnh bưởng của khối lượng glucoz

2,1.3.5 Nhận xét và biện luận kết quả

Qua các khảo sát trên chúng tôi đã xác định được điều kiện thích hợp cho

phản ứng là : 0,5 g 2-octanon trong 3 mL etanol, 15 g NMBM, 300 mL nước cất,

5 g glucoz, thực hiện phản ứng trong 2 ngày Kết quả cho thấy phản ứng có độ

chuyển hóa khá cao (trên 90%) Chúng tôi cũng đã tiến hành xác định độ tỉnh

khiết đối phân của sản phẩm bằng phương pháp sử dụng triển quang kế, tất cả các mẫu được xác định đều có ee > 96% và góc quay của sản phẩm mang dấu

đương chứng tỏ alcol tạo thành có cấu hình S chiếm ưu thế.

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC _ 64 NGHIÊN CỨU

Bang 2.30 : Két quả hoàn nguyên 2-octanon

của cơ cấu chất nền đến độ phản ứng Ngoài ra, kết quả mà chúng tôi thu được

tốt hơn rất nhiều so với các nghiên cứu trước và ý kiến cho rằng các ceton đây

đài sẽ cho độ phản ứng kém Ì qường như không còn phù hợp nữa

2.1.4 HOÀN NGUYÊN 2-BUTANON

2-Butanon là một ceton tiển thủ tính đơn giản nhất Khi thực hiện phản

ứng trong môi trường nước thì do san phẩm (2-butanol) tan được trong nước nên sau phản ứng không, thể trích li được sản phẩm Vì vậy với trường hợp 2-butanon chúng tôi không thể thực hiện phản ứng trong nước mà chỉ thực hiện trong dung môi hữu cơ

CO Tom lai, qua các trường hợp đã khảo sát chúng tôi nhận thấy trong môi

trường tự nhiên của mình (nước), NMBM có khả năng hoàn nguyên phi đối xứng một số ceton tién thủ tính với độ chọn lọc đối phân rất cao và hiệu suất cũng

khá cao tùy thuộc vào cơ cấu chất nền Tuy nhiên, môi trường nước cũng có

nhược điểm là không thể áp dụng cho các trường hợp mà sản phẩm tạo thành dễ

tan trong nước Bên cạnh đó, các sản phẩm phụ của quá trình lên men cũng có

thể làm bẩn sản phẩm thu được Nhằm khắc phục những nhược điểm này và mở

rộng khả năng ứng dụng của NMBM cũng như nghiên cứu đặc điểm của phản ứng trong môi trường không tự nhiên chúng tôi thực hiện phản ứng trong dung

môi hữu cơ

————ễ-—————

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC 65 NGHIÊN CỨU

2.2 SỬ DỤNG NMBM TRONG DUNG MÔI HỮU Cơ

Qui trình thực hiện phản ứng cũng tương tự như trong nước và giống nhau

với cả bốn chất nền có thể được tóm tắt như sơ đồ hình 2.2 21

l(1) Rửa bằng dung dịch NazSOx bão hòa

(2) Làm khan bằng Na;SO;¿ khan (3) Lọc, thu hồi dung môi ở áp suất kém

Hình 2.2 : Qui trình thực hiện phản ứng trong dung môi hữu cơ

Dễ thấy rằng trong môi trường không tự nhiên là dung môi hữu cơ thì

NMBM sẽ có hoạt tính kém hơn Do đó trong bốn chất đã nghiên cứu chúng tôi

chọn chất dễ phần ứng nhất là acetoacetat etil để khảo sát các điểu kiện tiến

hành phản ứng

Chúng tôi chọn điều kiện ban đầu là 20 g NMBM khô đã nghiền mịn (để

tăng diện tích tiếp xúc), 100 mL dung môi, 0,5 g chất nền, thực hiện phản ứng trong 2 ngày Đầu tiên chúng tôi thực hiện phản ứng trong các dung môi khác

nhau để chọn dung môi thích hợp.

;_ | Độ chuyển hóa | Hiệu suất

Acetat etil 0,0 0,0 2.2.1

Kết quả cho thấy phần ứng hầu như không xảy ra có thể do 'Ð;

> NMBM chưa được hồi sinh nên không hoạt động

> Dung môi hữu cơ đã phá hủy nhanh chóng tế bào khô

> Sự kết tụ của nhiều tế bào trong dung môi hữu cơ làm hạn chế sự tiếp

Œ Tóm lại, khi sử dụng NMBM khô trong dung môi hữu cơ thì phản ứng

hầu như không xảy ra do hiện tượng kết tụ của nhiều tế bào nấm men Để khắc

phục hiện tượng này phải giữ các tế bào rời xa nhau bằng cách cố định lên các chất mang Ở đây chúng tôi chọn chất mang là alginat calcium do nó có nhiều ưu điểm : dễ tìm, độ bển cao, sự cắn trở khuếch tán không đáng kể, quá trình cố định đơn giản, dễ thực hiện và không làm giảm hoạt tính của tế bào,

————=——=ễễễ—ễễ—ễễễễễễễễ