Embed Size (px)
Citation preview
Cukoralapú epoxi-komponens kontrollált előállítása PAT reaktorban
Témavezető: Dr. Csontos István, egyetemi adjunktus
Konzulensek: Dr. Rapi Zsolt, tudományos munkatárs
Farkas Attila, doktoráns
Dénes Márk
BME-SZKT, ELTE TTK
Kémia BSc. IV. évfolyam
1
Célvegyület
O
O
O
OO
O
O
O
O
Célkitűzés
Új cukoralapú epoxi-komponens optimalizált előállítása
Előállítás monitorozása
A reakció biztonságtechnikai kockázatainak csökkentése
Előállítási ár csökkentésehttp://education.kilroy.no/media/5811097/studere-luftfart.jpg?class=Image520x292 2
IPAR 4.0
http://blog.ebv.com/wp-content/uploads/2015/12/Fotolia_94832214_Subscription_Yearly_M.jpg
Gyártási folyamatok szabályozása PAT alkalmazásával
PAT - Process Analytical Technology:
Olyan tervezett minőségbiztosító rendszer, melyek valós idejű folyamatos elemzést végez, és ennek alapján avatkozik be a folyamat kritikusparamétereit megváltoztatva. ( FDA, 2004 )
www.fda.gov/downloads/Drugs/Guidances/ucm070305.pd
BiztonságKiszámíthatóság
4
PAT rendszervázlatos felépítése
Vezérlőegység
5
A bilinearitás teljesülése
𝒍𝐠 𝑰𝟎𝑰 =𝒄 𝜺𝒍
𝑰 0 𝑰
Az alkotó komponensek lineáris kombinációja a termék
A Lambert-Beer-törvény érvényesülése
1.
2.
A reakció elegy összetételének meghatározása
6
Előfeldolgozás Nyers spektrumok
15 pontos, másodfokú Savitsky-Golay simítás
Alapvonal korrekció(Automatikus Whittaker szűrő)
Hossz szerinti normálás
Simítás Alapvonal korrekció
A reakció elegy összetételének meghatározása
7
Spektrumok
Beállított komponensszám
MCR-ALSmódszer
Koncentráció profilok
Virtuális spektrumok
Kemometriai értékelési módszerek I.
„Multivariate Curve Resolution-Alternating Least Squares”
(PCA és kémiai ismeretek alapján)
Többváltozós görbefelbontás -Váltakozó legkisebb négyzetek módszerével
8
Spektrumok
Referencia komponensek
CLSmódszer
Koncentráció profilok
Kemometriai értékelési módszerek II.
„Classical Least Squares”
Klasszikus legkisebb négyzetek módszere
9
10
Új, cukoralapú epoxi-komponens szintézise
O
OH
OH
OH
OHHO
O
O
O
OHOO
O
OH
O
O
OHOH
IPGF
O
H3O+
H2SO4
H2O
D-glükóz
O
O
O
O
OO
Br
TAGF
KOH
O
O
O
O
OO
O
O
O
TEG
F
DIPGF
oxid
áci ó
DIPGF = 1,2:5,6-di-O-izopropilidén-α-D-glükofuranozid
IPGF = 1,2-O-izopropilidén-α-D-glükofuranozid
TAGF = 3,5,6-tri-O-allil- 1,2-O-izopropilidén-α-D-glükofuranozid
TEGF = 3,5,6-tri-O-(2’,3’-epoxipropil)-1,2-O-izopropilidén-α-D-glükofuranozid
Allilezés
Epoxidálás
Allilezési lépés
LETAPADÁSMEGNÖVEKEDETT RAYLEIGH-SZÓRÓDÁS
CSAK A TOLUOL JELEI LÁTHATÓAK
A jelentkező problémák:
O
OH
O
O
OHOH
O
O
O
O
OO
Br
KOH
IPGF TAGF
11
A megfelelő oldószer kiválasztása Raman alapú monitorozáshozIn
tenz
itás /
cnt
Raman eltolódás / cm-1
12
TELJES SPEKTRUMBANINTENZITÁS NÖVEKEDÉS
Inte
nzitá
s / c
nt
Idő / percRaman eltolódás / cm-1
MIÉRT?
Allilezés követése n-oktánban 13
Szilárd anyagok kiválása 75 pontnál
Diszpergált részecskék zavarása
Diszpergált részecskék zavarása
Zavarás megszűnik, jelek megnőnek
Inte
nzitá
s / c
nt
Idő / percRaman eltolódás / cm-1
14
O
OH
O
O
OHOH
O
O
O
O
OO
Br
KOH
IPGF TAGF
+ 3KBr + 3 H2O
HO H I D R O L Í Z I S
Allilezési lépés tanulmányozása
15
0 20 40 60 80 1000
50
100
150
200
250
300
350
0 20 40 60 80 1000
50
100
150
200
250
300
350
0 20 40 60 80 1000
50
100
150
200
250
300
350
0 20 40 60 80 1000
50
100
150
200
250
300
350 KBr
mold
ott a
nyag /
100g
vízb
en
T / °C
Különböző vízoldhatóságok összehasonlítása
NaOH
T / °C
NaBr
T / °C
KOH
T / °C
Hidrolízis visszaszorítása
16
NaBr vízoldhatósága nagyobb, ezért kevesebb víz bevitelére van szükség, mint a KBr esetén
Optimális reakcióidő meghatározása
A reakció lelassulAllil-bromid jellemző csúcsai
Inte
nzitá
s / c
nt
Raman eltolódás / cm-1
Allilezés követése 1,4-dioxán-víz rendszerben
17
Idő / perc
IPGF allilezési reakciója - Raman-követés
A reakció becsült ideje: (140-15) perc = 125 perc
Spek
trális
kon
cent
ráci
ó / %
18
Idő / perc
1,4-Dioxán
Allil-bromid
FTIR-követés
A reakció becsült ideje:
(2,2-0,25) óra = 117 perc
Hullámszám
Abs
zorb
anci
a
Idő / óra
Abs
zorb
anci
a
19
TAGF optimalizált oxidációja
O
O
O
O
OO
O
O
O
O
OO
O
O
O
meta-klór-perbenzoesav
TAGF TEGF
KOH
MEGNÖVEKEDETT RAYLEIGH-SZÓRÁS
RENDKÍVÜL DRÁGA(200 000 Ft / kg)
A jelentkező problémák:
20
R C N+ H2O2
pH=10R
NH
OOH
peroxi-imidsavnitril
R
NH2
O
amid
+ H2O2
H2O + O2 +
Q
QO
Hidrogén-peroxidos epoxidáló rendszerek I.
21
R
O
Q
R
O
QO
Z
HN
O
OH
peroxi-imidsav
Z
H2N
O
R
R
O
dioxirán
keton
amid
epoxi
allil
ZC
N
+ H2O2
pH=10
nitril
H2O + O2
H2O2
Hidrogén-peroxidos epoxidáló rendszerek II.
22
Hidrogén-peroxidos epoxidáló rendszerek III.
CH3
O
HO CH3
O
O
HOH2O2 + H2O +
RRO
23
Peroxi-imidsavas epoxidáció követése
Acetonitril
Hidrogén-peroxid
TAGF
TEGF
Inte
nzitá
s / c
nt
24
Idő / perc
R C N+ H2O2
pH=10R
NH
OOH
peroxi-imidsavnitril
R
NH2
O
amid
+ H2O2
H2O + O2 +
Q
QO
Mellékreakciók visszaszorítása
25
Peroxi-imidsavas epoxidáció követése
Acetonitril
Hidrogén-peroxid
TAGF
TEGF
Inte
nzitá
s / c
nt
26
Idő / perc
Peroxi-imidsavas epoxidáció követéseSp
ektrá
lis k
once
ntrá
ció
27Idő / perc
ÖSSZEFOGLALÁS
• Szabályozást zavaró hatások megszüntetése
• Allilezési reakció letapadásának megszüntetése
• Olcsóbb és környezetbarátabb eljárás alkalmazása az epoxidálási lépésben
• Mellékreakciók visszaszorítása, az optimális reakcióidő meghatározásával
28
