Đề tài Tổng quan về các loại sáp

TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC BAÙCH KHOA –ÑHQG TPHCM KHOA COÂNG NGHEÄ HOÙA HOÏC VAØ DAÀU KHÍ BOÄ MOÂN HOÙA HOÏC THÖÏC PHAÅM (LOÂGOÂ) Baøi baùo caùo TOÅNG QUAN VEÀ CAÙC LOAÏI SAÙP GVBM: Toân Nöõ Minh Nguyeät SINH VIEÂN THÖÏC HIEÄN: 1. Nguyeãn Thò Hoàng Haïnh 2. Huøynh Ngoïc Bích TOÙM TAÉT A.Giôùi thieäu vaø phaân loaïi-------------------------------------------------------- -------- trang 3 B.Tính chaát vaø caáu taïo cuûa saùp --------------------------------------------------------- trang 5 1.Tính chaát vaät lyù---------------------------------------------------------------------------trang 5 2.Tính chaát hoùa hoïcChæ soá acid---------------------------------------------------------- trang 6 Chæ soá xaø phoøng hoùa Chæ soá ester Chæ soá Iod Chæ soá acetyl 3.1 soá loaïi saùp töï nhieân quan troïng---------------------------------------------- trang 7 Saùp ong Spermaceti Wool Grease vaø saùp lanolin Saùp Carnauba Saùp candelilla Saùp ozocerite C. Caùc quaù trình tinh cheá saùp töø saùp töï nhieân--------------------------------------------trang 8 Quaù trình chieát taùch saùp trang 8 Quaù trình taùch caùc loïai saùp khaùc nhau trang9 Ñònh tính, ñònh löôïng saùptrang 15 D. Sinh tổng hợp của sáp tự nhiên.-----------------------------------------------------------trang 19 Giới thiệu       Sáp thường được biết tới như là những hợp chất kỵ nước mạch dài, thường được tìm thấy trên bề mặt của cây cỏ và động vật. Bản chất hóa học sáp là ester của acid béo mạch dài và rượu đơn chức mạch dài phân tử lượng lớn. Dạng tổng quát là: R-O-C-R1 Với R: là gốc rượu cetilic, hexacozanol, mantanilic, cerilic, octacozanol, mirixilic…và R1là gốc acid béo như palmitic, cerotic… Tuy nhiên định nghĩa nêu trên quá hẹp về sáp cho ngành hóa lẫn giới công nghệ (sáp). Định nghĩa tường tận dịch từ German Society for Fat Technology: "Sáp là một thuật ngữ được dùng để định nghĩa những chất nhân tạo có những đặc điểm sau đây: có thể nhào trộn được ở 20 độ C, giòn cho đến rắn, chưa tinh chế hoặc đã kết tinh, mờ cho đến mờ đục, độ nhớt thấp nhưng vẫn cao hơn một tí so với nhiệt nóng chảy, không quánh, độ đặc và tính hòa tan tùy thuộc vào nhiệt độ và khả năng đánh bóng được trong điều kiện áp suất nhỏ.” Những tính chất nêu trên là đủ để phân biệt sáp và những vật phẩm thương mại khác. Trong hóa học, sáp tạo thành khá nhiều lớp hóa chất khác nhau: hydrocarbon, sáp ester, sterol ester, cetone, andehyde, rượu và sterol. Độ dài của những chất này rất khác nhau có thể từ C2 cho đến C62.Sáp được phân loại dựa theo nguồn gốc tạo thành: sáp tự nhiên và sáp nhân tạo. Saùp nhaân taïo: ngöôøi ta taïo ra baèng caùch ester hoùa caùc saûn phaåm oxyhoùa cuûa xerezin va parafin vôùi acid beùo. Saùp töï nhieân: ngoaøi caùc ester noùi treân, coøn coù moät ít röôïu baäc cao töï do vaø acid baäc cao töï do vaø moät ít hydrocacbon luoân luoân coù soá C leû(27-33), caùc chaát maøu vaø caùc chaát thôm.Haøm löôïng toång soá cuûa caùc taïp chaát naøy coù theå ñeán 50%. Trong saùp thieân nhieân thöôøng gaëp caùc loaïi röôïu coù phaân töû lôùn vaø caùc acid beùo baäc cao sau: Acid acid palmitic : CH3-(CH2)14-COOH : Saùp ong, spermaxeti Acid cacraubic : CH3-(CH2)22-COOH : Saùp cuûa caây coï Acid xerotic : CH3-(CH2)24-COOH Acid montanic : CH3-(CH2)26-COOH : saùp cuûa ong ,cuûa laù vaø cuûa quaû Acid melisic : CH3-(CH2)28-COOH Röôïu Ruôïu xetylic : CH3-(CH2)14-CH2OH : spermaxeti Röôïu xerylic : CH3-(CH2)24- CH2OH : Saùp ong Röôïu montanic : CH3-(CH2)26- CH2OH : saùp cuûa ong, cuûa laù vaø cuûa quaû Röôïu mirixylic : CH3-(CH2)28- CH2OH Caên cöù vaøo nguoàn goác saùp töï nhieân laïi ñöôïc chia ra laøm 3 loïai goàm sáp động vật, thực vật, và sáp khoáng. · Saùp ñoäng vaät : tieát ra töø tuyeán saùp cuûa coân truøng, tuyeán xöông cuït cuûa chim vaø töø tuyeán da cuûa ñoäng vaät coù vuù. Coân truøng thöôøng duøng saùp laøm vaät lieäu xaây döïng.Sáp ong, sáp spermaceti (trong mỡ cá voi), sáp mỡ lông (cừu) và sáp lanolin (cũng là một hợp chất mỡ lông cừu) là những loại sáp động vật quan trọng nhất. Trong đó, sáp ong, sáp mỡ lông và sáp lanolin là những sản phẩm phụ từ các ngành công nghệ khác. · Sáp thực vật gồm có: sáp carnauba (cọ carnauba – theo từ điển hóa - còn được gọi là sáp Brazil) – được biết đến như là loại sáp phổ biến nhất, sáp ouricouri – một loại sáp thuộc họ cau dừa khác và sáp candelilla. Ba loại sáp trên tạo nên phần chính của sáp thực vật. Saùp thöôøng coù 1 löôïng khoâng lôùn laém ôû trong thöïc vaät, treân beà maët cuûa laù, quaû, thaân caønh …chuùng coù taùc duïng baûo veä traùi, laù, thaân choáng söï xaâm nhaäp cuûa vi sinh vaät vaø moâi tröôøng (maát nöôùc, choáng thaám nöôùc). Moät löôïng ñaùng keå cuûa lôùp saùp naøy laø hydrocacbon - daõy parafin. Thaønh phaàn saùp cuûa 1 vaøi loïai rau quaû Rau quaû Thaønh phaàn saùp Laù baép caûi Röôïu C12, C18 - C28: acid palmitic vaø caùc acid khaùc Ceryl vaø stearyl alcohol Nonacozan : C29H60 vaø daãn xuaát nonacozanol coù nhoùm carbonyl  CH3-(CH2)13-CH(OH)-(CH2)13 -CH3 Thuoác laù Heptocozan C27H56; Untriacontan C31H64 Nho a.palmitic töï do; ester palmitic vôùi enocaprol; röôïu cerilic; myristic; acid cerolic… Hoa Saùp coù maøu, ester dipalmetate vôùi röôïu 2 chöùc xantophyl, zeaxanthin (coù baûn chaát carotenoid) Hoa höôùng döông Ceryl cerotate o OH CO Cutin: baûo veä caùc lôùp bieåu bì thöïc vaät (waxe cuticle); laø 1 polymer phöùc taïp, M lôùn, hoøa tan trong kieàm. OC O o OH O O o o o o OH OH co o o · Saùp khoaùng: chieát xuaát töø than ñaù linhit hoaëc than buøn nhôø dung moâi höõu cô vaø được phân ra sáp dầu mỏ, sáp ozocerite và sáp than nâu (montan). Dựa vào cấu tạo hóa học, sáp thể hiện 1 vùng quang phổ rộng của nhiều hóa chất khác nhau: từ polyethylene, polymer của ethylene oxide, dẫn xuất của sáp than nâu, alkyl ester của monocarboxylic acid, alkyl ester của hydroxy acid, rượu polydric ester của hydroxy acid, sáp Fisher-Tropsch và sáp đã được hyđro hóa cho đến sáp amide mạch dài. Tỉ trọng bằng 1, nhiệt nóng chảy 72-77oC, thành phần chính: acid montanilicvà ester của nó B. Tính chất đặc trưng và cấu tạo của sáp:       Người Ai Cập cổ đại đã dùng sáp ong để làm bảng viết và hàng mẫu. Ngày nay sáp được coi là một trong những chất dẻo thông dụng nhất. Thật vậy, ở nhiệt độ bình thường, sáp được dùng để nắn và tạo hình – đã có từ thời người Ai Cập cổ đại. Nhiệt độ nóng chảy của sáp thường khác nhau và dao động trong khoảng 40-120 °C       Sáp không tan trong nướcvà trong rượu lạnh, tan tốt trong benzen, cloroform, ether,… hòa tan trong nhiều dung môi bão hòa, và độ hòa tan thì tùy thuộc nhiều vào nhiệt độ. Sáp có thể làm ướt và phân tán chất sắc tố, không hòa tan trong nước cho nên sáp được dùng nhiều trong công nghê thực phẩm, dược và công nghệ đồ trang hoàng (furniture). Thêm vào đó, tính dễ cháy của sáp tạo cho nó một công dụng nổi bật trong việc làm đèn cầy và nhiên liệu. Sáp cũng được dùng nhiều trong công nghệ bôi trơn (nhớt hoặc những chất bôi trơn như graphite) và công nghệ tĩnh điện nhờ vào tính dẻo tự nhiên, nhiệt độ cháy cao và hằng số điện môi cao của nó.       Tính chất của sáp tùy thuộc nhiều vào cấu trúc phân tử hơn là kích cỡ phân tử hay cấu tạo chất. Thành phần cấu tạo của sáp có thể có từ hydrocarbon, ester, cetone, andehyde, rượu và acid, phần lớn là chất béo mạch dài. Hydrocarbon trong sáp dầu hỏa chủ yếu là alkan nhưng đôi khi cũng có một số hợp chất không bão hòa và hợp chất có phân mạch nhánh. Những ester thông dụng thường là những ester từ acid bão hòa với 12-28 nguyên tử carbon kết hợp với rượu bão hòa cùng độ dài.Rượu bậc 1, acid, và ester có chứa một số chẵn các nguyên tử carbon mạch thẳng. Mặt khác, đa số cetone, rượu bậc hai, và hydrocarbon lại chứa một số lẻ các nguyên tử carbon.Cấu tạo hóa học của sáp biến đổi nhiều tùy vào nguồn gốc của nguyên liệu. Một phần lớn cholesterol (C27H46O) và lanosterol (C30H50O) được tìm thấy trong sáp lông. Tính chất vật lý:  - Sáp là chất vô định hình, dễ mềm khi đun nóng, sáp không bị mềm bởi nước, không thấm nước, không dẫn điện. - Màu và mùi được xác định bằng cách so sánh với những chất mẫu chuẩn trong trạng thái nóng chảy. Trong bảng đo màu nhạt nhất được chọn là 0 và màu hổ phách là 8. Sáp tinh chế thường không có vị, tính chất này khá quan trọng cho candelilla trong việc chế tạo chewing-gum.- Nhiệt nỏng chảy và nhiêt hóa dẻo là những tính chất vật lý quan trọng. Nhiệt nóng chảy có thể được xác định bằng phương pháp mao dẫn (capillary tube method) hoặc là phương pháp điểm sương (drop point method). Nhiệt hóa dẻo của sáp là nhiệt độ mà tại đó sáp rắn bắt đầu mềm đi (softening point). - Độ thấm (penetration) của sáp được đo dựa theo chiều sâu của một cây kim có thể vào được một miếng sáp. - Độ co rút ( shrinkage) và nhiệt cháy là 2 tính chất vật lý thường đuợc để ý đến khi nói về sáp. Nhiệt độ cháy là nhiệt độ mà tại đó sự cháy xảy ra nếu một ngọn lửa nhỏ được đưa qua bề mặt của mẫu sáp. Trong thể lỏng, sáp nóng chảy co đều cho đến khi nhiệt độ tiến dần đến nhiệt hóa rắn (solidification point). Tính chất này được đo như là tỉ số phần trăm co rút của thể tích. Tính chất hóa học: Beàn hoùa hoïc ,beàn aùnh saùng, khoù oxy hoùa, khoù thuûy phaân (xaø phoøng hoùa ôû 150-160°C, moâi tröôøng kieàm). Hoøa tan toát trong dung moâi höõu cô. Chỉ số acid: mg KOH cần thiết để trung hòa 1g sáp. Nó đuợc xác định bằng sự chuẩn độ của dung dịch sáp trong ethanol-toluene với 0.5M kali hydroxide. Phenolphthalein thường được dùng làm chất chỉ thị trong sự chuẩn độ (titration). Vw là lượng KOH (mL) dùng trong sự chuẩn độ và w khối lượng của sáp dùng. MKOH = 56.104     Chỉ số acid = (Vw x 56.104) / w Chỉ số xà phòng hóa: mg KOH cần để hydro hóa 1g sáp       Chỉ số xà phòng hóa = (Vb -Vw) x 56.105 / w Với w là khối lượng của sáp, Vb là lượng dư thể tích HCl(ml), và Vw là thể tích HCl (mL) thực sự dùng.  Cách tiến hành: Sáp (2g) được hòa tan vào toluene nóng (910mL), thêm vào rượu KOH (25 mL KOH 0.5 M) và để cất hồi lưu (reflux) trong 2 tiếng. Nhỏ vài giọt phenolphthalein vào và lượng KOH còn dư sẽ được chuẩn độ với 0.5M HCl. Thực hiện một sự chuẩn độ trống ( blank titration) với 25 mL 0.5M (alcoholic) rượu KOH và toluene. Chỉ số ester: là hiệu của chỉ số xà phòng và chỉ số acid, chỉ ra lượng kali hydroxide dùng trong sự xà phòng hóa của ester. Chỉ số Iod: biểu diễn lượng iod hấp thụ bởi sáp. Đây là đơn vị đo sự không bão hòa. Chỉ số Acetyl: chỉ ra lượng KOH (mg) cần thiết cho sự xà phòng hóa của nhóm acetyl đồng hóa trong 1 g sáp trong sự acetyl hóa. Sự khác biệt của chỉ số acetyl và chỉ số ester chỉ ra lượng tự do của nhóm hydroxy (hoặc thành phần rượu) trong sáp. Cách tiến hành: lấy một mẫu sáp, acetyl hóa bằng acetic anhydride. Sau đó lấy một lượng sáp đã acetyl hóa (khoảng 2 g), cho xà phòng hóa và đo chỉ số xà phòng. Chỉ số acetyl là chỉ số xà phòng của lượng sáp đã được acetyl hóa.    3.Tính chất của những loại sáp tự nhiên quan trọng: SÁP ONG: bảo vệ mật ong khỏi hư hỏng và tổn thất, cũng như bào vệ ấu trùng phát triển bình thường. Sáp ong là một chất rắn vô định hình, thường là màu vàng cho đến màu hổ phách tùy thuộc vào nguồn gốc và khâu chế tạo. Sáp ong có độ hòa tan cao trong benzene, toluene, chloroform và những dung môi hữu cơ phân cực khác. Có thành phần chính là palmitomirixilic, ngoài ra còn có ester của acid béo không no hypogeic (C16:1 ∆2) với rượu mirixilic, rượu và acid có số C32-C34. Bình thường, sáp ong có chỉ số acid từ 17 cho đến 36, chỉ số xà phòng hóa: 90-147, nhiệt nóng chảy 60-67◦C, chỉ số ester 64-84, tỷ trọng 0.927-0.970 và cuối cùng là chỉ số iod 7-16. Sáp ong nguyên chất cấu tạo gồm có 70-80% là những chuỗi ester dài, 12-15% acid tự do, 10-15% hydrocarbon, và một lượng nhỏ diol và cholesterol (C27H46O) ester. Sáp ong là một trong những loại sáp hữu dụng và đáng giá nhất. Công dụng của nó không chỉ ở công nghiệp đèn cầy, ngành công nghiệp lâu đời nhất về sáp, mà còn được dùng nhiều trong những ngành công nghiệp khác như công nghiệp tĩnh điện, công nghiệp thực phẩm, giấy và cao su. SPERMACETI: chieám 1 löïông lôùùn trong naõo caù voi, caù nhaø taùng, laø ester cuûa acid palmitic vaø röôïu cetilic (cetyl palmitat), nhieät ñoä noùng chaûy 41-49°C, ñöôïc öùng duïng laøm chaát ñònh huông (nöôùc hoa, myõ phaåm), cao daùn y teá . SÁP MỠ LÔNG( WOOL GREASE) VÀ SÁP LANOLIN: tích tụ 1 lượng lớn ở lông, giöõ cho da vaø loâng ñoäng vaät khoâng bò thaám nöôùc .Wool Grease là hợp chất phụ từ ngành công nghiệp lông (cừu) và những loại WG tốt nhất tạo nên lanolin. Lanolin laø hoãn hôïp caùc ester cuûa röôïu sterol vôùi caùc acid beùo cao phaân töû coù nhaùnh (acid lanopalmitic, acid lanostearic). Trong y dược lanolin chiếm khoảng 80% của sự tiêu thụWG. Lanolin và Spermaceti được dùng để pha chế kem va pomat trong mỹ phẩm.WG có nhiệt nóng chảy ở 35-42◦C, chỉ số acid 7-15, chỉ số xà phòng hóa 100- 110, chỉ số ester 85-100, tỷ trọng 0.932-0.945 và chỉ số iod là 22-30. SÁP CARNAUBA: được mệnh danh là nữ hoàng của những loại sáp. Sáp carnauba là một loại sáp thực vật chế biến ở Brazil. Nó rắn, vô định hình và dẻo dai với mùi thơm dễ chịu. Sáp carnauba thường được dùng cho mỹ phẩm, trong công nghệ thực phẩm, sáp carnauba là một chất phụ tráng men cho kẹo, gôm (gum) và lớp phủ ngoài của trái cây.Sáp carnauba hòa tan được trong hầu hết các dung môi hữu cơ. Nó chứa 84-85% ester, acid tự do 3-3.5%, nhựa cây 4-6%, rượu 2-3% và hydrocarbon 1.5-2.0%. Bình thöôøng carnauba có trị acid 2.9-9.7, chỉ số este 39-55, chỉ số xà phòng hóa 79-95, chỉ số iod 7-14 và nhiệt nóng chảy trong khoảng từ 78-85 độ C. e. SÁP CANDELILLA: là một loại sáp thực vật được điều chế chủ yếu từ Mexico, được dùng khá nhiều trong sản xuất chewing-gum và mỹ phẩm (khoảng 40% thị trường). Ngoài ra, nó cũng được dùng làm vecni đánh bóng đồ đạc, sản phẩm trong công nghệ bôi trơn và làm lớp bao phủ bề mặt ngòai của giấy. Sáp candelila có tỷ trọng 0.98, chỉ số acid 12-22, chỉ số xà phòng hóa 43-65, nhiệt nóng chảy 66-71◦C, chỉ số ester 65-75 và chỉ số iod từ 12 đến 22. Cấu tạo hóa học của sáp candelila gồm 28-29% ester, 50-51% hydrocarbon, 7-9% acid tự do và một phần nhỏ rượu và cholesterol (C27H46O). OZOCERITE: là một loại sáp khoáng ở Galicia, Nga, Iran và Mỹ. Đa số ozocerite chứa hydrocarbon, nhưng thành phần hóa học lại thay đổi với những loại khác nhau. Cơ bản, ozocerite có chỉ số ester 56-66, chỉ số acid 31-38, chỉ số xà phòng hóa 87-104, nhiệt nóng chảy 93-89◦C và chỉ số iod dao động từ 14-18. Ozocerite được phân ra chưa tẩy(unbleached) (đen), tẩy 1 lần (vàng) và tẩy 2 lần (trắng). Nó được dùng chủ yếu trong chế tạo chất bôi trơn, môi son, chất đánh bóng và chất dính.     C.Các quá trình tinh chế sáp các lọai sáp từ sáp tự nhiên:     Để hiểu rõ quá trình định tính (xác định thành phần cấu tạo) của sáp tự nhiên, trước hết ta phải tìm hiểu về sự tổng hợp sinh học, sản xuất và ứng dụng của nó. Ngược lại với thành phần hóa học của sáp tổng hợp: không biến đổi và tùy thuộc nhiều vào quy trình sản xuất, sáp tự nhiên có một thành phần hóa học tương đối phức tạp. Trong quá trình chế tạo, sáp tự nhiên trước hết được cô lập bằng chiết xuất hóa học, sau đó phân ly bằng phép sắc ký bao gồm cả sắc ký lỏng cao áp (high performance liquid chromatography-HPLC) và sắc ký khí, và sau đó là định tính dựa trên các phép phân tích khối phổ. Những điều nêu sau đây đề cập cụ thể hơn về sự phân tích hóa học của sáp tự nhiên dựa trên những hiểu biết tổng quát sẵn có về chiết xuất hóa học, sắc ký (chromatography) và phép phân tích khối phổ (mass spectrometry).   1.Quaù trình chieát taùch saùp     Sáp tự nhiên là hỗn hợp của nhiều hợp chất kỵ nước mạch dài nằm trên bề mặt của thực vật và động vật. Tuy nhiên trong thực tế lipid cũng tồn tại trong hầu hết các cơ thể sinh vật. Một phương pháp được dùng nhiều trong thời gian trước đây: + Phơi khô mô thực vật và động vật, sau đó chiết lipid (chọn dung môi là hexane hoặc chroloform) bằng dụng cụ chiết xuất Soxhlet. Sử dụng phuơng pháp này thì thời gian phơi trong những dung môi hữu cơ, cụ thể là chroloform, phải ngắn để tránh việc lipid nội tạng cũng bị chiết xuất (vì ta chỉ quan tâm đến lớp sáp bề mặt). Đối với thực vật tiến hành trong điều kiên thời tiết lạnh, nhưng đôi khi cũng được thực hiện trong điều kiện nóng (điểm nóng chảy của dầu hỏa nhẹ) hoặc bằng một hình thức hấp thụ, để loại bỏ lipid bề mặt. Chroloform, được dùng khá nhiều trong quá khứ, là một chất khá độc hại, do đó dichloromethane có thể được dùng thay thế.  + Sau khi loại bỏ dung môi trong điều kiện chân không, ta đo phần dư còn lại chính là lipid đã được chiết xuất. Để đánh giá năng suất của quá trình chiết xuất trên ta cho một lượng sáp tiêu chuẩn và xác định hàm lượng của thành phần này bằng phép sắc ký cột.     2.Quaù trình taùch caùc loïai saùp khaùc nhau     Chiết xuất lipid bề mặt chứa hydrocarbon, rượu mạch dài, aldehyde và cetone, acid ester mạch ngắn tạo từ rượu mạch dài, acid béo, sterol và sterol ester, và thể oxy hóa của những hợp chất nêu trên. Trong hầu hết các trường hợp, ta cần phải phân ly chiết xuất lipid ra thành những lớp thành phần lipid khác nhau trước khi nhận biết từng thành phần. Việc phân ly sáp ra những thành phần riêng biệt có thể thực hiện bằng phép sắc ký cột. +Hòa tan chiết xuất lipid vào một dung môi phân cực thấp, thường là hexane hoặc dầu hỏa nhẹ, và cho vào sắc ký cột kế.  +Nếu phần dư không hòa tan trong hexane hay dầu hỏa nhẹ thì ta phải sử dụng một dung dịch nóng hoặc một dung môi phân cực cao hơn như là chloroform hay dichloroethane.  + Nâng dần độ phân cực của dung môi ta có thể thu được hydrocarbon, ester, aldehyde và cetone, triglyceride, rượu, hydroxy-di-cetone, sterol, và acid béo riêng biệt ra từ cột sắc ký. Các chất hấp phụ thường được dùng là alumina (Al2O 3) hoặc silica gel. H.1 sắc ký cột ;(a) từ ống pipet ;(b) từ puret solvent:dung môi Tuy nhiên, saphadex (1dẫn xuất polysarcharid – dextran) LH-20 được dùng để phân ly alkan từ Green River Shale. Sàng (Linde) 5Å có thể loại bỏ n-alkan tạo nên hydrocarbon concentrate phân nhánh và hydrocarbon vòng béo. Sau đó cho thêm bạc nitrat (AgNO3) cho vào cột alumina (Al2O 3) hoặc cột silica gel hoặc tiếp tục dùng sắc ký bản mỏng để phân ly các thành phần của sáp dựa vào sự khác biệt của độ không bão hòa. H.2 Sắc ký trên bản mỏng Filter paper: lọc giấy Component ring: Hợp thành vòng đai H.3 Phép ghi sắc dựa vào sự mở rộng của vòng đai trên bản mỏng Với sắc ký bản mỏng, chúng ta có thể thu được một lượng đáng kể các thành phần đã phân ly của sáp. Đa số các thành phần của sáp ester có thể được phân ly bán phần hay toàn phần bằng sắc ký bản mỏng; bản mỏng được dùng là 25 μm silica gel trong dung môi hexane-diethyl ether hay benzene-hexane. Hệ số chậm trễ (retardation factor) Rf của đa số các loại sáp được nêu trong bảng 1.Rf : Tỷ số giữa độ dịch chuyển của chất nghiên cứu và dung môi được gọi là hằng số sắc ký, là đại lượng đặc trưng cho từng chất. H.4 Sự quyết định của Rf trong sắc ký bảng mỏng Authentic product: sản phẩm chắc chắn được tạo ra từ phản ứng Spot: vết đen    Bảng 1: Sự phân ly của các thành phần sáp dùng sắc ký bản mỏng với silica gel: chỉ số sắcký Rf cho những thành phần sáp phổ biến. Dung môi Thành phần A B C D E F G H Hydrocarbon 0.95 0.96 0.95 0.85 0.83 0.95 0.85 Squalene 0.80 Trialkylglyceryl ether 0.90 Steryl ester 0.90 0.95 0.57 Sáp ester 0.90 0.82 0.84 0.71 0.65 0.91 0.75 β-Dixeton 0.75 0.54 Monoxeton 0.53 Acid béo methyl ester 0.65 0.47 0.75 Andehyde 0.55 0.65 0.47 0.66 Triterpenyl acetate 0.53 Rượu bậc 2 0.36 Triacylglycerol 0.35 0.61 0.37 Acid béo tự do 0.18 0.00 0.00 0.35 Triterpenol 0.22 Rượu bậc 1 0.15 0.14 0.16 0.09 0.15 0.21 0.19 Sterols 0.10 0.16 0.10 0.12 Hydroxy-β-dicetone 0.09 0.04 Triterpenoid acid 0.05 A: dầu lửa ether (nhiệt nóng chảy 60 – 70oC) –diethyl glacial acetic acid (90:10:1) B: benzene C: chloroform chứa 1% ethanol D: dầu lửa ether (nhiệt nóng chảy 40-60 oC) –diethyl ether (80:20) E: chloroform chứa 1% ethanol F: hexane-heptane-diethyl ether-glacial acetic acid (63:18.5:18.5) đến 2cm từ trên đỉnh, rồi phát triển toàn bộ với carbon tetrachloride G: (1) dầu lửa ether-diethyl ether-glacial acetic acid (80:20:1) (2) dầu lửa ether H: benzene – chloroform (70:30)       Khi sắc ký bản mỏng được dùng, các thành phần phải nhìn thấy được (visualizable), có thể dùng phương pháp phân hủy lẫn phương pháp không phân hủy. Một phương pháp phân hủy được dùng thường xuyên: xịt sulfuric hay molybdic acid lên bản mỏng rồi nung nóng. H.5 Phương pháp phân hủy + Kỹ thuật này rất nhạy, nhưng nó tiêu hủy các hợp chất và không hợp với acid tự do. + Hơi iodine làm xuất hiện một dải nền có màu, đặc biệt với những hợp chất không bão hòa, do đó được dùng rộng rãi để định vị và xác định số lượng lipid.  + Vì iodine bốc hơi khá nhanh nên các thành phần sáp thường không thay đổi gì sau khi bị loại bỏ khỏi buồng iodine (chamber). Hơi Iodine là một trong những hợp chất trung gian lý tưởng nhất dùng để tách các lớp lipid từ bảng sắc ký bản mỏngNhững bảng sắc ký bản mỏng thương mại với những chất chỉ dẫn có tính huỳnh quang cũng có thể được dùng và những dải màu có thể quan sát được dưới tia cực tím. Tuy nhiên, nếu dùng dung môi phân cực cao hơn diethyl ether để chiết xuất những thành phần phân cực từ chất nền, những chất chỉ dẫn huỳnh quang có thể cũng bị chiết xuất và những dung môi phụ thêm này có thể tạo ảnh hưởng đến quá trình tinh chế.    Phương pháp không phân hủy:  để chiết các lớp lipid từ bảng sắc ký bản mỏng sau khi thực hiện phương pháp không phân hủy, ta loại bỏ silica gel ra một phễu champage (sâm banh) và rửa đi bằng một dung môi thích hợp. Cách khác, loại bỏ silica gel vào một ống nghiệm và chất lipid kỵ nướccòn lại có thể được chiết xuất với diethyl ether bằng cách xoáy ống nghiệm, lắng ly tâm rồi gạn bỏ cặn ether. Lipid phân cực có thể được chiết xuất tương tự bằng cách dùng một dung môi phân cực cao hơn như là chloroform hoặc methanol. Sắc ký lỏng cao áp HPLC (high performance liquid chromatography) được dùng nhiều trong việc tách các loại sáp khác nhau từ sáp tự nhiên và định tính chúng, nhưng ứng dụng của nó bị hạn chế bởi sự hiếm hoi của các chất nhận biết thích hợp vì hầu hết các thành phần sáp không có các nhóm mang màu cực tím (ultra-violet chromophore) – đòi hỏi để nhận biết được bằng tia cực tím là phải có bước sóng khoảng 210 nm chỉ một số thành phần với liên kết đôi cô lập và nhóm carbonyl (ester, aldehyde, ceton) nằm trong vùng bước sóng nêu trên).  Hamilton và đồng nghiệp đã nghiên cứu một cách nhận biết khác: nhận biết dựa trên tia hồng ngoại 5.74μm, nhận biết được các thành phần hydrocarbon. Mặc dù độ nhạy không so được với sử dụng tia cực tím, phương pháp này có thể để mọi sản phẩm chảy từ cột (sắc ký) vào dụng cụ nhận biết (detector). H.6 Sơ đồ của phương pháp sắc ký lỏng cao áp Solvsnt reservoirs: Nguồn cung cấp dung môi High –Pressure pump: bơm áp suất cao Pulse dampener:làm uớt Drain:làm ráo nước Filter: lọc Injector: vòi phun Recorder: Bộ phận ghi Việc tiện lợi thứ 3 của sắc ký lỏng cao áp HPLC là khối phổ. Sự liên kết của HPLC với khối phổ(mass spectrometry) làm cho cách thức sắc ký này trở thành một kỹ thuật phân tích rất quan trọng. 3.Ñònh löôïng ñònh tính saùp        Sau khi các lớp riêng biệt của sáp đã được chiết, ta phải nhận biết từng lọai sáp. Vì sự phức tạp trong cấu tạo của các chất liệu này, đôi khi phải tổng hợp nhiều phương án để định tính sáp (ví dụ: GC-MS sắc ký khí – sắc phổ khối). Khối phổ là một phương pháp được dùng khá phổ biến. Ta cho 1dòng electron có tốc độ cao đập vào phân tử sáp cần định tính ở trạng thái khí thì electron lớp ngòai cùng bị bật ra khỏi và tạo thành ion phân tử M+ được hình thành: M + e ® M+ Thí dụ: CH4 + e ® CH4+ + 2e m/z =16 Ion phân tử có khối lượng m, điện tích z Ion phân tử lại tiếp tục va chạm với dòng electron có năng luợng cao (30 – 70 eV, 1 eV = 96.62 kJ) lại bị phá vỡ thành nhiều mảnh khác nhau , trong đó có cả ion (+) và gốc tự do Thí dụ : CH4+ ® CH3+ + H . m/z =15 CH4+ ® CH3 . + H+ m/e= 1 CH3+ ® CH2 . + + H . m/z =14 CH2+ . ® CH2+ + H . m/z =13 CH+ ® C+. + H . m/z =12 CH4.+ ® CH2 + H2+ m/z =2 Khối phổ được ghi lại dưới dạng phổ vạch đồ hoặc hoặc dưới dạng bảngvề các giá trị cùng số khối và cường độ vạch.(xem H.7) Cường độ m/z H.7 Khối phổ của metan Dạng phổ vạch Bảng các giá trị số khối và cường độ vạch Intensity: cường độ SƠ ĐỒ CẤU TẠO MÁY KHỐI PHỔ (H.8) Bộ phận nạp chất nghiên cứu (m=0.1-1mg) Buồng ion hóa dẫn dòng chất khí chạy qua môt dòng electron (có phương thẳng gốc với nhau) để ion hóa, rồi qua 1 dòng điện trường để tăng tốc các ion. Bộ phận phân tích: Sau khi tăng tốc (khỏang 100km/h), các ion này bay qua 1từ trường nhờ hai nam châm hình móng ngựa tạo ra và đường bay của chúng sẽ được lài vào những quĩ đạo vòng cung khác nhau. Nhờ bộ phận phân tích từ các ion được phân tích riêng rẽ. Bộ phân ghi tín hiệu: tín hiệu của các ion có khối lượng khác nhau được ghi lại bằng một số phương pháp. Thí dụ như đưa vào bộ nhớ của máy tính điện tử, qua máy tính các tíin hiệu sẽ được in ra dưới dạng bảng số hoăc phổ vạch đồ. H.8 Sơ đồ máy khối phổ Nam châm Nguồn ion Điện cực Bộ phận nhận biết Tập trung tia ion Khe hở để gia tốc Mẫu chất Dây tóc 4 3 1 2 1.bộ phận nạp chất. 2.Buồng ion hóa 3.Bộ phận phân tích từ 4.Bộ phận ghi tín hiệu   Trong phân tích GC-MS (sắc ký khí – khối phổ) hydrocarbon và nhiều thành phần của sáp ester có thể được phân tích trực tiếp, trong khi rượu mạch dài, aldehyde, và acid béo thường được phân tích như là acetate ester của rượu, dimethylhydrazone của aldehyde và methyl ether của acid béo.  Việc phân tích sáp ester sau khi thủy phân và biến đổi dẫn xuất sẽ cung cấp thêm thông tin về ester nặng (high molecular weight ester). Ví dụ: chuỗi phân nhánh của một thành phần có thể được xem xét trước tiên bằng chỉ số thời gian chậm trễ Rf trong phân tích sắc ký khí, sau đó xác định lại bằng cách biến đổi thành hydrocarbon khử của iodine trung gian với LiAID4 (đuôi nhóm chức gán nhãn bởi nguyên tử deuterium).  Một tiếp cận tương tự: biến đổi rượu thành alkyl chloride thông qua methanesulfonyl chloride. Phương pháp này dán nhãn đuôi nhóm chức với một nguyên tử chloride, và phổ khối của nó dễ dàng được giải thích nhờ vào đồng vị của chlorine. Như đã nêu trên, hydrocarbon không bão hòa có thể được phân ly từ hydrocarbon bão hòa và những chất đồng phân dị cấu không bão hòa bằng sắc ký cột hoặc sắc ký bản mỏng với những chất trung gian: AgNO3, silica gel hay là alumina gel. Vị trí và số liên kết đôi có ảnh hưởng lên tính dễ bay hơi của hydrocarbon, và làm biến đổi chỉ số thời gian chậm trễ trong phân tích sắc ký khí và sắc ký lỏng cao áp HPLC. Vị trí của một liên kết đôi tùy thuộc vào khối phổ của những dẫn xuất của nó, dùng chỉ số ion hóa (mềm) dương hoặc âm đều được. D. Sự tổng hợp sinh học của sáp tự nhiên:       Sáp biểu bì (epicuticular wax - từ lớp ngoài cùng của thực vật và côn trùng) gồm nhiều phân tử lipid mạch dài không phân cực, hòa tan trong dung môi hữu cơ. Trong nhiều trường hợp, những lớp lipid này chứa protein và các sắc tố, và các cấu trúc phân tử khác nhau tùy vào cấu tạo hóa học của sáp và những yếu tố môi trường.      - Nhiều thứ sáp có thể được tìm thấy ở biểu bì.  + Trên mặt ngoài cùng của thực vật, những loại sáp trong da này chứa cutin, một polime lipid không hòa tan của acid béo hydroxy và epoxy. + Đối với những lớp trong, liên quan đến những chất nền bần (suberin matrix)(chất bần :1 biến thể của gỗ), ta có thể tìm thấy một loại polime giống cutin có những thành phần béo và thơm. Trong một số trường hợp, sáp không có chất bần bên trong, trong hạt giống thực vật (seed), dự trữ nhiều năng lượng hơn cả triacylglycerol. Ở côn trùng, sáp biểu bì chiếm phần lớn những lớp biểu bì bên trong.       - Nhiều lớp lipid béo có thể được tìm thấy trong sáp biểu bì, bao gồm: + Hydrocarbon, rượu ester, ceton, aldehyde, và rất nhiều loại acid béo tự do.  + Thường ta sẽ tìm thấy những chuỗi 10 carbon nhưng nhiều nhất là chuỗi C10-35,acid béo và hydrocarbon với số C60. + Những loại lipid không phổ biến như terpenoid, flavonoid, sterol cũng xuất hiện trong sáp biểu bì. - Cấu tạo và số lượng của sáp biểu bì thay đổi khá lớn tùy theo những lớp thực vật khác nhau, và cũng tùy vào cơ quan, mô, hay là loại tế bào. Ở côn trùng, cấu tạo sáp tùy thuộc vào từng thời điểm trong chu trình sinh trưởng bao gồm tuổi, giới tính và tất nhiên cả những ảnh hưởng khác nhau trong môi trường sống.       Ở sáp, sự tổng hợp sinh học của khung carbon mạch dài được hoàn thành bằng một quy trình ngưng tụ cơ bản - giãn dài (elongation mechanism). Elongase là enzyme hỗn tạp liên tục ngưng tụ những chuỗi carbon ít hoạt tính thành một ngòi nổ hoạt hóa và bảo đảm cho chuỗi carbon đang phát triển sẵn sàng cho lần sau. Những hoạt động của 2 hỗn tạp hòa tan đó là kết quả tạo thành sự tổng hợp 16, 18 chuỗi carbonacyl đặc trưng cho màng tế bào thực vật. Mỗi sự ngưng tụ tạo ra 1 nhóm -ceto trong chuỗi elongating. Nhóm ceto này bình thường tách ra bằng 1 chuỗi 3 phản ứng: 1 –ceto thu nhỏ (reduction), 1-hydroxy dehydrat hóa, 1 enol thu nhỏ. -Những biến đổi của quá trình tổng hợp sinh học nêu trên tạo điều kiện cho sự xuất hiện của một hợp chất tên là polyketide. Chuỗi acyl của nó có thể được nhận biết bằng sự hiện diện của nhóm ceto, nhóm hydroxy, hay là liên kết đôi mà không bị loại bỏ trước khi sự ngưng tụ khác bắt đầu. TAØI LIEÄU THAM KHAÛO 1. Hoàng Trọng Yêm, Hóa hữu cơ _ Tập 1, 2. ĐồngThị Thanh Thu , Giáo trình hóa sinh cơ bản 3. Leâ Ngoïc Tuù (chuû bieân) cuøng caùc taùc giaû khaùc, Hoùa sinh coâng nghieäp 4. Casimir C.Akoh David B.Min ,Food lipids, Chemistry, Nutrition and Biotechnology. 5.Nguyễn Duy Ái-Nguyễn Tinh Sơn-Trần Thanh Huế -Trần Quốc Sơn- Nguyễn Văn Tòng, Một số vấn đề chọn lọc hóa học-tập 1