Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Giáo dục - Đào tạo Cao đẳng - Đại học Nghiên cứu động học quá trình tiêu độc một số chất độc quân sự bằng tác nhân an...

Tài liệu Nghiên cứu động học quá trình tiêu độc một số chất độc quân sự bằng tác nhân ancolat, ứng dụng để chế tạo dung dịch tiêu độc tổng hợp (tóm tắt)

.PDF
27
750
84

Mô tả:

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ -------------------------- NGUYỄN KHÁNH HƯNG NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH TIÊU ĐỘC MỘT SỐ CHẤT ĐỘC QUÂN SỰ BẰNG TÁC NHÂN ANCOLAT ỨNG DỤNG ĐỂ CHẾ TẠO DUNG DỊCH TIÊU ĐỘC TỔNG HỢP Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý Mã số: 62 44 01 19 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC HÀ NỘI - 2017 Công trình được hoàn thành tại: Viện Khoa học và Công nghệ quân sự - Bộ Quốc phòng Người hướng dẫn khoa học: GS.TSKH Đỗ Ngọc Khuê TS Lê Văn Hồng Phản biện 1: GS-TS Nguyễn Văn Tuyến Phản biện 2: PGS-TS Đỗ Quang Huy Phản biện 3: PGS-TS Trần Văn Chung Luận án được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ họp tại Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự vào hồi ...h...., ngày….tháng….năm 2017 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Viện Khoa học và Công nghệ quân sự. - Thư viện Quốc gia Việt Nam. 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của luận án Hiện nay, nguy cơ sử dụng vũ khí hóa học trong các cuộc chiến tranh và xung đột vẫn có thể xảy ra, mặc dù đã đã có những công ước về cấm sử dụng vũ khí hóa học vào những năm 1907 tại Petecbua (Nga), năm 1927 tại Giơnevơ (Thụy sỹ) và gần đây nhất là ngày 13-1-1993 tại Pari (Pháp). Các nước trên thế giới đã tiến hành nghiên cứu và tiếp tục đưa vào trang bị các loại chất tiêu độc tổng hợp thế hệ mới trong đó có dung dịch tiêu độc tổng hợp trên cơ sở tác nhân ancolat. Ở Việt Nam các nghiên cứu điều chế chất tiêu độc tổng hợp trên cơ sở tác nhân ancolat gần đây mới được đề xuất nhưng chủ yếu mới tập trung vào các nghiên cứu thực tiễn như đánh giá hiệu quả tiêu độc. Còn thiếu những nghiên cứu có tính cơ bản và cơ sở lý thuyết đến động học, nhiệt động học quá trình tiêu độc. Đề tài: “Nghiên cứu động học quá trình tiêu độc một số chất độc quân sự bằng tác nhân ancolat, ứng dụng để chế tạo dung dịch tiêu độc tổng hợp” nhằm làm sáng tỏ những nội dung trên đồng thời ứng dụng để chế tạo chất tiêu độc tổng hợp có mặt tác nhân ancolat cho mục tiêu phòng hóa và xử lý các chất độc hại. 2. Ý nghĩa khoa học, thực tiễn Luận án đã giải quyết một cách cơ bản bài toán động học của quá trình tiêu độc một số chất độc quân sự bền điển hình bằng tác nhân ancolat, dung dịch tiêu độc tổng hợp trên cơ sở tác nhân ancolat. Đã tính toán được các thông số động học (hằng số tốc độ, bậc phản ứng, năng lượng hoạt hóa của phản ứng), thông số nhiệt động học (entropi hoạt hóa, entanpi hoạt hóa, 2 năng lượng tự do) làm căn cứ để lý giải cơ chế phản ứng tiêu độc và bước đầu xác định được cơ chế, sản phản ứng tiêu độc. Về thực tiễn kết quả nghiên cứu của luận án làm cơ sở cho công nghệ sản xuất dung dịch tiêu độc tổng hợp trên cơ sở tác nhân ancolat, tạo ra sản phẩm mới là dung dịch tiêu độc tổng hợp có tính năng tác dụng tương đương một số dung dịch tiêu độc tổng hợp thế hệ mới, chủ động không phải nhập ngoại, giảm ngoại tệ cho quân đội. 3. Nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu Thử nghiệm lựa chọn các phương pháp phân tích thích hợp cho mục tiêu khảo sát đánh giá hiệu quả tiêu độc, nghiên cứu đặc điểm động học quá trình tiêu độc và xác định sản phẩm trong phản ứng tiêu độc trên ba chất độc HD, CS và MLT. Nghiên cứu động học, lựa chọn tác nhân ancolat, dung môi và chất thêm xác định đơn dung dịch tiêu độc tổng hợp có khả năng tiêu độc hiệu quả HD, CS và MLT. Nghiên cứu động học quá trình tiêu độc HD, CS và MLT bởi dung dịch tiêu độc tổng hợp điều chế, tính toán các thông số động học và nhiệt động học. Nghiên cứu xác định sản phẩm của quá trình tiêu độc, đề xuất sơ đồ dự báo về các phản ứng tiêu độc giữa dung dịch tiêu độc với HD, CS và MLT. Thử nghiệm so sánh, đánh giá hiệu quả tiêu độc của dung dịch tiêu độc tổng hợp với dung dịch tiêu độc của nước ngoài. Sử dụng các kỹ thuật phân tích hoá lý hiện đại (UV-VIS, IR, GC, HPLC, GC/MS...) xác định các sản phẩm của phản ứng tiêu độc và phân tích chất độc. 3 4. Những đóng góp mới của luận án Làm rõ được về đặc điểm động học và nhiệt động học phản ứng giữa tác nhân ancolat với ba chất độc HD, CS và MLT được lựa chọn đại diện cho ba nhóm chất độc điển hình của chất độc quân sự. Xác định được thành đơn chế tạo chất tiêu độc tổng hợp trên cơ sở tác nhân ancolat. Tính toán được các thông số nhiệt động và động học của các phản ứng tiêu độc của dung dịch điều chế với ba chất độc HD, CS và MLT. Bước đầu xác định được cơ chế và sản phẩm phản ứng tiêu độc của dung dịch tiêu độc điều chế trên cơ sở tác nhân ancolat với ba chất độc HD, CS và MLT. 5. Cấu trúc của luận án Luận án có kết cấu 142 trang được chia làm 3 chương: Chương 1. Tổng quan (40 trang); Chương 2. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu (20 trang); Chương 3. Kết quả và biện luận (82 trang); Tài liệu tham khảo gồm 122 mục với hai ngôn ngữ chính tiếng Việt và tiếng Anh. CHƯƠNG I. TỔNG QUAN Trình bày đặc điểm tính chất về một số chất độc điển hình được thường được sử dụng trong chiến tranh và các cuộc xung đột đó là các chất độc yperit (HD), CS và chất mô phỏng cho chất độc thần kinh nhóm V và G là Malathion (MLT). Bên canh đó, trong phần này cũng đề cập đến các phương pháp tiêu độc từ cổ điển đến hiện đại trong đó tập trung trình bày tiêu độc bằng phương pháp hóa học sử dụng chất tiêu độc tổng hợp có mặt 4 tác nhân ancolat natri. Theo đó dung dịch tiêu độc tổng hợp bao gồm tác nhân ancolat natri, dung môi và chất thêm. Trên cơ sở các đặc điểm của quá trình tiêu độc của tác nhân ancolat natri với các chất độc, luận án đã ứng dụng phương trình Eyring để tính toán các thông số động học và nhiệt động học. Ngoài ra, luận án cũng trình bày một số phương pháp trinh sát phát hiện chất độc trong môi trường và trong quá trình nghiên cứu ở phòng thí nghiệm cũng như các phương pháp phân tích chất độc và sản phẩm của quá trình tiêu độc. CHƯƠNG II. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Đối tượng Chất tiêu độc tổng hợp có mặt tác nhân ancolat natri, các chất độc HD, CS và MLT. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp xác định các thông số vật lý của dung dịch tiêu độc, phương pháp phân tích HD, CS và MLT và sản phẩm phản ứng tiêu độc được thực hiện trên các thiết bị hóa lý hiện đại như UV/VIS, GC/ECD, GC/MS, LC/MS và IR. Tính toán các thông số động học theo phương trình Eyring và Arrhenius. CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN Khảo sát lựa chọn phương pháp phân tích phục vụ cho nghiên cứu quá trình tiêu độc và động học các hợp chất HD, CS và MLT Xây dựng phương pháp phân tích HD, CS và MLT bằng thiết bị UV-VIS Kết quả xây dựng phương pháp UV/VIS được trình bày như sau: 5 Bảng 3.5: Kết quả sai số và độ lặp lại của phép đo đối với HD nồng độ chuẩn bị 0,500 (mg/l); 5,000 (mg/l); 10,000 (mg/l) TT Thông số 1 Nồng độ chuẩn bị (mg/l) 0,500 Kết quả 5,000 10,000 0,505 4,985 10,025 2 Nồng độ trung bình (mg/l) 3 S 0,00121 0,10825 0,08516 4 RSD (%) 0,5914 5,4812 2,1158 5 Chuẩn Student (t) 4,1239 0,2309 0,2936 6 Độ chính xác () 0,0025 0,0125 0,0125 Bảng 3.6: Kết quả sai số và độ lặp lại của phép đo đối với CS nồng độ chuẩn bị 0,020 (mg/l); 0,050 (mg/l); 0,150 (mg/l) TT Thông số 1 Nồng độ chuẩn bị (mg/l) 0,020 Kết quả 0,050 0,150 0,0190 0,0493 0,151 0,000011 0,000018 0,000696 2 Nồng độ trung bình (mg/l) 3 S 4 RSD (%) 0,0577 0,0369 0,6676 5 Chuẩn Student (t) 91,1606 41,2524 6,1064 6 Độ chính xác () 0,0005 0,00038 0,002125 Bảng 3.7: Kết quả sai số và độ lặp lại của phép đo đối với MLT nồng độ chuẩn bị 0,2000 (mg/l); 0,500 (mg/l), 1,500 (mg/l) TT Thông số 1 Nồng độ chuẩn bị (mg/l) 0,200 Kết quả 0,500 1,500 2 Nồng độ trung bình (mg/l) 0,2125 0,5125 1,525 3 S 0,088 0,496 2,165 4 RSD (%) 41,26 96,87 203,24 5 Chuẩn Student (t) 0,1426 0,0252 0,0300 6 Độ chính xác () 0,00625 0,00625 0,0325 6 Dựa vào các thông số của phương pháp khoảng tuyến tính, độ lặp lại, sai số cho kết luận phương pháp UV-VIS phân tích ổn định, độ lặp lại tốt đồng thời có độ chính xác cao, hoàn toàn phù hợp để dùng phân tích định lượng nồng độ HD, CS và MLT trong quá trình nghiên cứu của luận án. Phân tích HD, CS, MLT bằng GC/ECD và GC/MS Kết quả khảo sát khoảng tuyến tính, phương trình đường chuẩn, giới hạn phát hiện, định lượng của HD, CS và MLT bằng phương pháp GC/ECD và GC/MS được thể hiện trên bảng tổng hợp sau: Bảng 3.8;3.10;3.12: Tổng hợp thông số phương pháp phân tích HD bằng GC/ECD LOD µg/ml LOQ µg/ml Mảnh đặc trƣng phổ khối y = 36,057x + 140,98 Hệ số tƣơng quan 0,9991 0,002 0,0066 158, 109, 63, 27 CS y = 562,392x + 2894,656 0,9994 0,001 0,0035 188, 153, 126,75 MLT y = 59,053x + 217,582 0,9995 0,002 0,0066 173, 125, 93 Thông số Phƣơng trình đƣờng chuẩn HD Kết quả phổ hồng ngoại của các ancolat Kết quả đo phổ hồng ngoại (phổ IR) các natri ancolat là natri metylat (MNNa), natri etylat (ENNa), natri propylat (PNNa), natri isopropylat (IPNNa), natri metylglycolmonoetylat (MGMENa) và natri etylglycolmonoetylat (EGMENa). Phổ hồng ngoại cho các liên kết đặc trưng là dao động của nhóm CH3- mạch thẳng (2976 cm-1, 2870 cm-1, 1448 cm-1, 1398 cm-1); dao động hóa trị của liên kết C-O 1115 cm-1; dao động hóa trị của liên kết nhóm -CH2- 2931 cm-1; dao động hóa trị của nhóm -OH (-OH) vùng 3415 cm-1 đến 3420 cm-1 không xuất hiện do vậy sẽ lấy dao động đặc trưng của nhóm -OH làm căn cứ so sánh các natri ancolat điều chế với natri ancolat làm chuẩn. 7 Đánh giá hiệu quả, động học phản ứng tiêu độc và sự ảnh hƣởng của dung môi, chất thêm tới kết quả điều chế dung dịch tiêu độc tổng hợp Nghiên cứu lựa chọn tác nhân ancolat, đặc điểm động học với các chất độc Hiệu quả tiêu độc của các ancolat đối với các chất độc a) Hiệu quả tiêu độc của các ancolat đối với các chất độc HD Phản ứng giữa các natri ancolat (RO- ancolat) với HD là các phản ứng phản ứng EGMENa-HD; MGMENa-HD; IPNNa-HD; PNNa-HD; ENNaHD và MNNa-HD. Nồng độ HD 0,025 mol/l (Co=3,97 g), nhiệt độ 25oC, thời gian phản ứng 25 phút, nồng độ natri ancolat khảo sát 0,05 mol, 0,025 mol/l; 0,05mol/l; 0,075mol/l; 0,1mol/l; 0,125mol/l; 0,15mol/l; 0,2mol/l; 0,4mol/l; 0,6mol/l; 0,8mol/l và 1mol/l kết quả hiệu suất phản ứng được trình bày trên hình 3.14. Hình 3.15 thể hiện mức độ suy giảm nồng độ HD 0,025 mol/l (C o=3,97 g/l) trong các phản ứng EGMENa-HD; MGMENa-HD; IPNNa-HD; PNNa-HD; ENNa-HD và MNNa-HD ở 25oC theo thời gian phản ứng. 0,3 100 80 MGMENa 0,2 EGMENa 0,15 IPNNa H (%) C.10-1 (mol/l) 0,25 60 40 PNNa 0,1 ENNa 0,05 MNNa 0 0 5 10 15 t (phút) 20 25 30 20 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 CMGMENa (mol/l) Hình 3.14-3.15. Sự biến đổi nồng độ của HD theo thời gian phản ứng trong các hệ có chứa tác nhân ancolat khác nhau EGMENa-HD; MGMENa-HD; IPNNa-HD; PNNaHD; ENNa-HD và MNNa-HD (CHD= 0,025 mol/l), T= 25oC và Sự phụ thuộc của hiệu suất tiêu độc HD (CHD= 0,025 mol/l) vào nồng độ MGMENa, T= 25oC 8 Từ kết quả chỉ ra trên hình vẽ hình 3.14 có thể thấy rằng, sau thời gian 25 phút toàn bộ chất độc HD đã được tiêu độc bởi MGMENa hiệu suất phản ứng đạt 99,9%. Thứ tự sắp xếp theo hiệu suất phản ứng EGMENa MGMENa>IPNNa>IPNNa>ENNa>MNNa. Hình 3.15 cho thấy khi nồng độ MGMENa 0,125mol/l thì hiệu suất phản ứng tiêu độc HD không tăng. b) Hiệu quả tiêu độc của các ancolat đối với các chất độc CS Tiến hành khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ancolat tới hiệu suất phản ứng, cố định nồng độ CS 0,01 mol/l (1,90 g/l), nhiệt độ 25oC, thời gian phản ứng 60 phút, nồng độ ancolat khảo sát 0,01 mol/l; 0,05mol/l; 0,075mol/l; 0,1mol/l; 0,125mol/l; 0,15mol/l; 0,2mol/l; 0,4mol/l; 0,6mol/l; 0,8mol/l và 1mol/l kết quả hiệu suất phản ứng được trình bày trên hình 3.17 0,3 100 90 80 0,25 C (mol/l) EGMENa 0,15 IPNNa PNNa 0,1 ENNa 0,05 MNNa H (%) MGMENa 0,2 70 60 50 40 30 20 10 0 0 0 2 4 8 12 t (phút) 16 20 25 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 CMGMENa (mol/l) (a) (b) Hình 3.17: Sự biến đổi nồng độ của CS trong các hệ phản ứng EGMENa-CS; MGMENa-CS; IPNNa-CS; PNNa-CS; ENNa-CS và MNNa-CS (a), sự phụ thuộc của hiệu suất tiêu độc CS vào nồng độ MGMENa (b) (CCS=0,1 mol/l, T= 25oC) Hiệu suất phản ứng đạt 95-97% phải mất thời gian 60 phút. Hiệu quả phản ứng với CS được xếp theo thứ tự tăng dần: EGMENa; MGMENa; IPNNa; IPNNa; ENNa; MNNa Khi tiêu độc hiệu quả CS có nồng độ 0,01 mol/l (1,90 g/l) thì cần từ 0,1 mol/l đến 0,15 mol/l tác nhân MGMENa. 9 c) Hiệu quả tiêu độc của các ancolat đối với các chất độc MLT Khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ ancolat tới hiệu suất phản ứng tiêu độc MLT nồng độ đầu Co=0,01 mol/l (3,3 g/l), nhiệt độ 25oC. 100 H (%) 80 60 40 20 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 CMGMENa (mol/l) Hình 3.19. Sự biến đổi nồng độ MLT theo thời gian phản ứng trong các hệ EGMENa-MLT; MGMENa-MLT; IPNNa-MLT; PNNa-MLT; ENNa-MLT và MNNaMLT (CMLT= 0,025; 0,05; 0,10; 0,15; 0,25 mol/l, T=25oC). Hình 3.20 Sự phụ thuộc của hiệu suất tiêu độc MLT vào nồng độ MGMENa (CMLT=0,25 mol/l, T= 25oC) Từ kết quả thực nghiệm cho thấy ở 25 oC MLT phản ứng với MNNa cho hiệu suất cao nhất. Thời gian phản ứng sau 13 phút MNNa với MLT đat hiệu suất đạt 99,9%, còn đối với IPNNa; IPNNa; ENNa; MGMENa; EGMENa phản ứng với MLT hiệu suất đạt thấp hơn, phải mất 15 phút để tiêu độc MLT đạt 99,9%. Từ kết quả trên hình hình 3.19 để tiêu độc 0,01 mol MLT thì khoảng nồng độ ancolat hiệu quả 0,05 mol/l đến 0,1 mol/l thời gian phản ứng 13-15 phút, nhiệt độ 25oC. 3.2.1.3. Động học phản ứng của các ancolat với các chất độc a) Đặc điểm động học phản ứng của các ancolat với HD Nghiên cứu phản ứng tiêu độc của HD tại các nồng độ nồng độ 0,025 mol/l (3,97 g/l); 0,05 mol/l (7,95 g/l); 0,125 mol/l (19,87 g/l); 0,1875 mol/l (29,8 g/l); 0,25 mol/l (39,75 g/l) ở 25oC với MGMENa cho kết quả phản 10 ứng giữa MGMENa với HD xảy ra theo quy luật động học giả bậc 1. Khi đó hằng số tốc độ phản ứng được xác định từ hệ số góc của đương thẳng mối quan hệ giữa (lnCHD- t), xác định được hằng số tốc độ phản ứng k1HD =9,24.10 -4 (s-1). Bảng 3.21: Kết quả các thông số động học, nhiệt động học của phản ứng HD với MNNa; ENNa; PNNa; IPNNa và EGMENa Thông TT số Đơn vị Hệ phản ứng MNNa- ENNa- PNNa- IPNNa- EGNN HD HD HD HD a-HD 13,10 12,98 12,94 12,80 12,60 1 Ea kcal/mol 2 H298 Cal/mol -7640 -7880 -8060 -8280 -8450 3 S298 Cal/mol.K -17,5 -18,0 -18,5 -19,1 -19,6 4 G298 Cal/mol -2425 -2516 -2547 -2588 -2609 5 K1HD s-1 6 R2 - 9,11.10-4 9,13.10-4 9,17.10-4 9,19.10-4 9,23.10-4 0,983 0,988 0,986 0,981 0,980 Từ kết quả tính toán được trong bảng thấy rằng trong các phản ứng MNNa-HD; ENNa-HD; PNNa-HD; IPNNa-HD; EGMENa-HD xét các thống số nhiệt động là quá trình tự diễn biến nhiệt và # <0. H 298 # <0, G298 theo phản ứng tỏa Entropi hoạt hóa ở 298oK (25oC) của các phản ứng đều âm chứng tỏ hệ phản ứng có xu hướng ổn định do vậy có thể dự đoán phản ứng thế có thể xảy ra theo cơ chế SN2. Tiến hành phân tích sản phẩm phản ứng tiêu độc của MGMENa với HD nồng độ 0,025 mol/l, kết quả phân tích GC/MS ở hai chế độ quét toàn dải (m/z=15 đến m/z=550) và chế độ SIM (Selected ion monitoring). Kết quả đã xác định được sự tạo hai sản phẩm là 2-cloetyl-2-alkyloxyetyl sufit và bis(2-alkyloxyetyl) sufit tương ứng. Từ đó có thể dự đoán cơ chế phản ứng thế clo ở đầu mạch. 11 b) Đặc điểm động học phản ứng của các ancolat với CS Phản ứng MNNa-CS xảy ra theo quy luật động học giả bậc 1, hằng số tốc độ phản ứng ở nhiệt độ 25oC của các phản ứng được trình bày trong bảng 3.22. Bảng 3.22: Hằng số tốc độ của các phản ứng MGMENa-CS; MNNa-CS; ENNa-CS; PNNa-CS; IPNNa-CS và EGMENa-CS ở 25oC k1CS Đơn vị (s-1) MNNa -CS 3,85.10-4 ENNa -CS 3,81.10-4 IPNNa -CS 3,78.10-4 PNNa -CS 3,76.10-4 EGMENa -CS 3,62.10-4 MGMENa -CS 3,61.10-4 R2 - 0,981 0,985 0,985 0,982 0,980 0,988 TS Trong các phản ứng MGMENa-CS; MNNa-CS; ENNa-CS; PNNa-CS; IPNNa-CS và EGMENa-CS thì tốc độ phản ứng MNNa-CS xảy ra nhanh nhất hằng số tốc độ -4 k1CS =3,85.10 tốc độ phản ứng chậm hơn (s-1) nhưng so sánh với phản ứng MNNa-HD thì k1HD =9,11.10 -4 (s-1). Bảng 3.23: Các thông số động học và nhiệt động học của các phản ứng MNNa-CS; MGMENa-CS; ENNa-CS; PNNa-CS; IPNNa-CS và EGMENa-CS Thông TT số 1 2 Ea H298 3 S298 4 5 Hệ phản ứng MGNNa PNNa IPNNa -CS -CS -CS Đơn vị EGNNa -CS kCal/mol 14,21 -7880 13,91 -8060 18,1 ENNa - CS MNNa -CS 13,80 -8280 13,61 -8448 13,64 -8450 19,7 19,9 19,9 # Cal/mol 14,10 -7640 # Cal/mol.K 11,5 17,0 G298 # kCal/mol -11,06 -12,94 -13,27 -14,15 -14,37 -14,38 R2 - 0,983 0,988 0,986 0,983 0,980 0,981 Thông qua các thông số nhiệt động học và động học tính toán được trong bảng 3.23 nhận thấy # <0 G298 tức phản ứng tự diễn biến, # <0 H 298 các phản ứng đều tỏa nhiệt, nhưng có sự khác biệt so với phản ứng của các ancolat phản ứng với HD đó là # >0 S 298 tức hệ không trật tự, do vậy có nhận 12 định sản phẩm tạo thành của phản ứng tiêu độc bao gồm phản ứng tách và phản ứng thế nguyên tử clo ở vị trí otho trong phân tử CS. Như vậy MNNa phản ứng với CS nhanh hơn ENNa; PNNa; IPNNa MGMENa và EGMENa. Nghiên cứu kết quả sản phẩm hai hệ phản ứng MNNa-CS và MGMENaCS nồng độ CS 0,01 mol/l bằng phương pháp GC/MS (SIM ion 279) thì sản phẩm thế tạo thành là metylbenzalmalononitrile và metylbenzylmetyletylete. c) Đặc điểm động học phản ứng của các ancolat với MLT Phản ứng MNNa-MLT; ENNa-MLT; PNNa-MLT; IPNNa-MLT; EGMENa-MLT và MGMENa-MLT xảy ra theo quy luật động học giả bậc 1, hằng số tốc độ phản ứng được trình bày trong bảng 3.24. Bảng 3.24: Hằng số tốc độ của các phản ứng MNNa-MLT; ENNa-MLT; PNNa-MLT; IPNNa-MLT; EGMENa-MLT và MGMENa-MLT ở 25oC TS k1 MLT Đơn vị -1 MN Na-MLT Na-MLT -3 -3 (s ) 1,87.10 - 0,985 R2 EN 1,86.10 0,983 IPN Na-MLT EGME Na-MLT MGME Na-MLT 1,61.10-3 1,60.10-3 1,56.10-3 1,54.10-3 0,980 0,980 PN Na-MLT 0,985 0,982 Bảng 3.25: Bảng các thông số động học, nhiệt động học của phản ứng của ENNa-MLT; PNNa-MLT; IPNNa-MLT; EGMENa-MLT và MGMENa-MLT Thông TT số Phản ứng PNNa IPNNa MGNNa EGNNa -MLT -MLT -MLT -MLT Đơn vị MNNa -MLT ENNa -MLT kCal/mol 9,10 9,22 9,34 9,36 9,39 9,40 # Cal/mol -8,64 -8,58 -8,36 -8,28 -8,15 -8,15 # Cal/mol.K -23,5 -19,8 -19,5 -19,3 -19,0 -19,0 # kCal/mol -1,64 -2,68 -2,55 -2,53 -2,49 -2,49 - 0,983 0,980 0,987 0,983 0,982 0,981 1 Ea 2 H298 3 S298 4 G298 5 R2 13 Từ kết quả trên nhận thấy các phản ứng ENNa-MLT; PNNa-MLT; IPNNa-MLT; EGMENa-MLT và MGMENa-MLT là quá trình tự diễn biến # <0, G298 tốc độ phản ứng xảy ra nhanh hơn so với phản ứng tiêu độc HD và CS. Phản ứng tỏa nhiệt và # <0 S 298 điều này cho thấy phản ứng thế nuclephin tuân theo phản ứng SN2. Sự ảnh hưởng của dung môi và chất thêm đến động học phản ứng tiêu độc Kết quả sự ảnh hưởng của dung môi tới động học phản ứng của MGMENa với các chất độc Kết quả hằng số tốc độ HD nồng độ 0,025 mol/l (3,97 g/l) phản ứng với MGMENa trong các dung môi ETN, DETA, DMF, IPN và PEG 400, nhiệt độ 25oC. Bảng 3.26: Kết quả các thông số động học và nhiệt động học của phản ứng HD với MGMENa trong dung môi ETN, DETA, DMF, IPN và PEG 400 TT 1 2 3 4 5 Thông số Ea H298 S298 G298 R2 Đơn vị DETA 12,01 kcal/mol kCal/mol -11,20 Cal/mol.K -17,7 kCal/mol -5,925 0,986 - Hệ dung môi ETN 12,81 -9,80 -23,7 -2,738 0,988 DMF 12,34 -10,06 -19,5 -48,05 0,986 IPN 12,82 -8,28 -19,1 -2,59 0,981 PEG400 12,84 -8,45 -19,6 -2,61 0,980 Từ kết quả bảng 3.26 thấy rằng dung môi DETA ngoài khả năng solvat hóa các RO-, DETA còn tham gia phản ứng với HD. Sự khác biệt giữa dung môi DETA với dung môi ETN là trong dung môi DETA thì RONa tham gia vào phản ứng tách. b) Ảnh hưởng của dung môi tới tốc độ của phản ứng tiêu độc CS 14 Kết quả hằng số tốc độ phản ứng CS nồng độ 0,01 mol/l với MGMENa trong các dung môi DETA, DMF, IPN và PEG 400 và ETN khi nồng độ MGMENa trong các dung dịch khảo sát là 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 1,5; 2,0 mol/l. Nồng độ CS là 0,01 mol/l (1,9 g/l) kết quả. Bảng 3.27: Kết quả các thông số động học và nhiệt động học của phản ứng CS với MGMENa trong dung môi ETN, DETA, DMF, IPN và PEG 400 TT Thông số Ea Đơn vị DETA 1 kcal/mol 14,23 H298 2 kCal/mol -9,40 S298 3 Cal/mol.K 13,7 G298 4 kCal/mol -13,48 2 5 R 0,981 Năng lượng hoạt hóa Ea của phản Hệ dung môi ETN DMF IPN PEG400 13,81 14,34 13,80 13,83 -9,70 -9,66 -9,68 -9,45 15,7 24,5 19,8 19,7 -14,37 -16,96 -15,58 -15,32 0,982 0,984 0,985 0,980 ứng MGMENa-CS trong dung môi DETA thấp hơn so với trong dung môi ETN điều này được giả thích trong dung môi như ETN và IPN dễ dàng xảy ra phản ứng cộng hợp rồi thực hiện phản ứng tách do sự linh động của nguyên tử hydro của dung môi IPN và ETN. c) Ảnh hưởng của dung môi tới tốc độ của phản ứng tiêu độc MLT Kết quả hằng số tốc độ phản ứng MLT nồng độ 0,01 mol/l với MGMENa trong các dung môi ETN, DETA, DMF, IPN và PEG 400, nhiệt độ 25oC Bảng 3.2: Ảnh hưởng của dung môi tới các thông số động học và nhiệt động học của phản ứng MGMENa-MLT TT Thông số 1 Ea 2 3 4 5 H298 S298 G298 R2 Đơn vị DETA kcal/mol 9,10 kCal/mol -8,64 Cal/mol.K -17,5 kCal/mol -3,43 0,981 Hệ dung môi ETN 9,22 -8,58 -16,8 -3,57 0,980 DMF 9,34 -8,36 -17,0 -3,29 0,986 IPN 9,36 -8,28 -16,3 -3,42 0,981 PEG400 9,39 -8,15 -16,0 -3,38 0,980 15 Từ kết quả tính toán các thông số động học, nhiệt động học và kết quả phân tích sản phẩm thấy được dung môi DETA có vai trò quan trọng trong dung dịch tiêu độc tổng hợp. Vai trò của dung môi DETA trong hệ phản ứng MGMENa-MLT được giải thích dung môi này có khả năng solvat hóa các ion ancolat tạo thành các liên kết hydro các phân tử tạo thành các lớp solvat bao quanh phân tử MLT. Lớp solvat xuất hiện do sự phân bố các phân tử DETA quanh các ion ancolat, các phân tử chất độc và xung quanh các phức hoạt động xuất hiện trong quá trình phản ứng (các phức trung gian). Các anion tạo ra trong quá trình solvat hóa làm tăng khả năng thế. Ngoài khả năng solvat hóa các anion giải phóng ra trong quá trình tiêu độc, làm tăng tốc độ phản ứng tiêu độc, DETA còn phản ứng với MLT. Sự ảnh hưởng của chất thêm tới hệ dung dịch tiêu độc tổng hợp Kết quả khi khảo sát hai chất thêm đó là MEA và N,N DMEA ở nhiệt độ 25oC. Kết quả sự ảnh hưởng của MEA và N,N DMEA tới hằng số tốc độ của hệ phản ứng MGMENa-HD, MGMENa-CS và MGMENa-MLT thấy rằng vai trò của MEA chỉ làm tăng làm tăng tốc độ phản ứng với CS. Đối với phản ứng với CS MEA làm tăng tốc phản ứng kết quả hằng số tốc độ ở 25oC, trong tỷ lệ 9,0:1,0 (v/v) hằng số tốc độ phản ứng đạt 9,24.10-4 (s-1) - 9,26.10-4 (s-1); MLT k1 k1CS k1HD đạt từ đạt từ 3,85.10-4 (s-1) - 3,92.10-4 (s-1) và đạt từ 1,87.10-3 (s-1) - 1,98.10-4 (s-1). ĐẶC ĐIỂM ĐỘNG HỌC PHẢN ỨNG VÀ SẢN PHẨM CỦA DUNG DỊCH TIÊU ĐỘC TỔNG HỢP TĐTH 01 VỚI HD, CS VÀ MLT Đặc điểm động học và sản phẩm phản ứng TĐTH 01-HD 16 Xác định bậc của phản ứng Nồng độ HD ở các thời gian của phản ứng giữa TĐTH 01-HD nồng độ HD ban đầu là 0,025 mol/l (3,97 g/l); 0,05 mol/l (7,95 g/l); 0,125 mol/l (19,87 g/l); 0,1875 mol/l (29,8 g/l); 0,25 mol/l (39,75 g/l) ở 25oC. Nhận thấy, trong điều kiện ở 25oC thì logarit nồng độ HD (lnCHD) trong dung dịch giảm tuyến tính theo thời gian (t). Kết quả này cho thấy phản ứng giữa TĐTH 01 với HD xảy ra theo quy luật động học giả bậc 1 k 1HD =9,25.10 -4 (s-1). Tốc độ phản ứng và các thông số nhiệt động học của phản ứng tiêu độc với HD Kết quả các thông số động học và nhiệt động học trong bảng 3.30. Bảng 3.30: Kết quả hằng số tốc độ của phản ứng gi a TĐTH 01 với HD tại các nhiệt độ khác nhau -1 Nhiệt độ Hệ số tƣơng k , (s ) -ln k1 , (s-1) 1/T (K-1) o 1 ( C) quan R2 1 25 0,003356 0,0009 -6,98 2 30 0,003300 0,0011 -6,85 R2=0,9787 3 35 0,003247 0,0012 -6,69 4 40 0,003195 0,0014 -6,54 Bảng 3.31: Kết quả xác định thông số động học và nhiệt động học của TT phản ứng gi a TĐTH 01 với HD TT Thông số Đơn vị đo Kết quả 1 2 3 4 5 Ea kCal/mol kCal/mol Cal/mol.K kCal/mol - 12,01 -7,98 -23,1 -1,1 0,981 H298 S298 G298 R2 17 Kết quả tính toán các thông số động học và nhiệt động học cho thấy năng lượng hoạt hoá của phản ứng TĐTH 01-HD là Ea=12,01 kcal/mol thấp hơn so với các tác nhân ancolat. Quá trình xảy ra là quá trình tự diễn biến, nhiệt phản ứng của phản ứng giữa TĐTH 01 với HD toả ra lớn hơn các phản ứng của các ancolat khác nhưng tại 298K entropi hoạt hoá của phản ứng này thấp (-23,1 Cal/mol.K). Nghiên cứu sản phẩm phản ứng tiêu độc của TĐTH 01-HD a) Kết quả phân tích sản phẩm bằng phương pháp phổ hồng ngoại (IR) Từ kết phân tích phổ hồng ngoại cho thấy các dao động đặc trưng của HD: CH2- (2928,79 cm-1) và C-Cl (703,28 cm-1) mất đi và có sự xuất hiện các dao động đặc trưng nhóm -C=N (-C=N) (1625,54 cm-1); -C-N (-C-N) (1093,64 cm-1); -CH2-OR (689,95 cm-1) trên phổ IR của sản phẩm phản ứng. Từ kết quả đó cho thấy tác nhân ancolat trong dung môi amin phản ứng với HD, nguyên tử hydro trong phân tử HD ở vị trí và nguyên tử clo đã bị thay thế. b) Kết quả phân tích bằng phương pháp GC/MS Tiến hành đo sắc đồ GC/MS quét toàn dải từ m/z=15 m/z đến m/z=550 của HD nồng độ 0,025 mol/l và dung dịch TĐTH 01. Từ kết quả phân tích GC/MS ở hai chế độ Scan và SIM kết hợp với thư viện phổ NIST, thư viện và phần mềm EMDIS đã xác định được sản phẩm chính của phản ứng TĐTH 01-HD là divinylsulfit, vinyl-2-clo etylsulfit, 2cloetyl-2-alkyloxyetyl sufit và bis(2-alkyloxyetyl) sufit. c) Kết quả phân tích bằng phương pháp LC/MS Kết quả phân tích sản phẩm phản ứng ở các thời gian bằng phương pháp LC/MS với mục đích phân tích các sản phẩm tạo thành mà có nhiệt độ bay 18 hơi cao mà phương pháp GC/MS không phân tích được. Kết quả sắc đồ và phổ khối sản phẩm cho ta thấy sản phẩm có xuất hiện sản phẩm là vilnylthiomonoetanolamin. Đặc điểm động học phản ứng của TĐTH 01-CS Xác định bậc của phản ứng Kết quả nghiên cứu cho thấy ở điều kiện đẳng nhiệt thì lnC giảm tuyến tính theo thời gian (t) vì vậy phản ứng giữa TĐTH 01 và CS là phản ứng tuân theo quy luật giả bậc một với các thông số động học và nhiệt động học như sau: Bảng 3.35: Kết quả xác định một số thông số động học và nhiệt động học của phản ứng gi a TĐTH 01-CS TT Thông số Đơn vị đo Kết quả 1 Ea kCal/mol 14,22 2 H298 kCal/mol -9,51 3 S298 Cal/mol.K 23,70 4 G298 kCal/mol -16,66 5 R2 - 0,964 3.3.2.3. Nghiên cứu sản phẩm phản ứng tiêu độc của TĐTH 01-CS a) Kết quả phân tích sản phẩm bằng phương pháp phổ hồng ngoại (IR) Sự xuất hiện các dao động đặc trưng nhóm -CN (2256,16 cm-1) nhóm nitril của manonitril, sự suy giảm về cường độ trên phổ IR của sản phẩm phản ứng. Từ kết quả đó cho thấy tác nhân ancolat RO - thế nguyên tử clo ở vị trí otho, có xuất hiện nhóm R-CHO (1790,89 cm-1) và vẫn tồn tại đỉnh 1631 cm-1 đặc trưng ng bezen nên có thể dự đoán có phản ứng tách tạo ra benzandehyt. Dự đoán có xảy ra phản ứng đóng vòng tạo dị vòng
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan