Transesterifikasyon Yöntemiyle Gliserol Karbonat Sentezi

Bu uygulama notu, gliserol karbonat sentezi için Xelsius sisteminin transesterifikasyon yöntemiyle kullanımını ele almaktadır.

Özet

Transesterifikasyon, bir ester grubunun alkol grubunun değiştirilmesi yoluyla bir esterin farklı bir estere dönüştüğü kimyasal bir reaksiyondur. Bu süreç genellikle bir ester ile bir alkolün reaksiyona girmesiyle gerçekleşir ve genellikle asit veya baz gibi bir katalizörün varlığında gerçekleşir, böylece değişim kolaylaştırılır.

**RCOOR’ + R”OH → RCOOR” + R’OH**

Burada:
– **RCOOR’** orijinal esteri temsil eder.
– **R”OH** eklenen alkoldür.
– **RCOOR”** yeni oluşan esteri temsil eder.
– **R’OH** serbest kalan alkoldür.

Gliserol karbonat, solvent veya reaktör olarak nükleofilik ekleme reaksiyonlarında kullanılabilen ve giderek daha önemli hale gelen bir platform kimyasalıdır. Biyolojik kaynaklı, toksik olmayan bir molekül olup, yeşil kimya uygulamalarına uygundur. En basit sentez yolu, gliserol ile bir organik karbonat arasında gerçekleşen transesterifikasyondur ve yan ürün olarak alkol meydana gelir. Biz, bu sentez için dimetil karbonat (DMC) kullanarak, MgO ve CaO’yu karşılaştırdık. Reaksiyon sıcaklığı (130 °C), DMC’nin kaynama noktası (90 °C) üzerinde olduğu için, basınçlı Xelsius şişesinin kullanılması, güvenli bir reaksiyon ortamı sağlamış ve malzeme kaybını önlemiştir.

Cihazlar

• Xelsius
• Basınç Reaktörü (15 Bar’a kadar)
• Basınç Reaktörü için Kilit Sistemi
• Soğutucu H150-1000

Materyal

Kullanılan tüm kimyasallar, ek saflaştırma işlemi uygulanmadan kullanılmıştır.

• 0.5 g – Gliserol – CAS: 56-81-5
• 1.5 mL – Dimetil karbonat (DMC) – CAS: 616-38-6
• Azot Gazı %99 – CAS: 7727-37-9
• 1 mL – Asetonitril P.A – CAS: 75-05-8

Prosedür

0.5 g gliserol (1 eşdeğer) ve 1.5 mL dimetil karbonat (DMC) (3 eşdeğer) şişeye eklenir. Ardından seçilen bazik oksit (0.15 eşdeğer) ve manyetik karıştırıcı şişeye eklenir. Şişedeki hava, gaz valfi kullanılarak kurutulmuş N2 ile boşaltılır ve reaksiyon için valf kapatılır. Reaksiyon, 130 °C’de 4 saat boyunca yürütülür ve yaklaşık 2 bar iç basınç oluşur. Deneyin sonunda, katalizör santrifüj ile uzaklaştırılır ve süpernatant, GC-MS analizi için CH3CN ile seyreltilir.

Sonuçlar

Transesterifikasyon reaksiyonu, hem MgO hem de CaO (raf kuru) üzerinde benzer sonuçlarla başarıyla gerçekleştirilmiştir. Kullanımdan önce 450 °C’de kalsinasyon yapılması, daha yüksek verim sağlar ve maksimum verim (83.5%) MgO ile elde edilmiştir.

Verim Yüzdesi Seçilen Bazik Oksite Göre

Kalsinasyon Öncesi ve Sonrası Verim Yüzdesi

Glycerol Karbonatın GC-MS ile Karakterizasyonu

Xelsius Sistemi kullanılarak yapılan sentez ürününün analizi, Kütle Spektrometresi (EI) ile entegre edilmiş Gaz Kromatografisi (GC) sistemiyle gerçekleştirilmiştir.

GC-MS analizleri, GC Agilent 6890 (Agilent Technologies, Santa Clara, CA, USA) cihazında yapılmış olup, cihazda Agilent Network 5973 kütle dedektörü kullanılmıştır. Analizde kullanılan kolonu, 30 m kapiler kolon, iç çapı 0.25 mmve film kalınlığı 0.25 μm‘dir.

GC koşulları:

• Enjeksiyon oranı: 1:10
• Enjektör sıcaklığı: 250 °C
• Dedektör sıcaklığı: 280 °C
• Taşıyıcı gaz: Helyum (1.2 mL/dak)
• Sıcaklık programı:
  • 50 °C’de (5 dakika) başlayarak,
  • 100 °C’ye (1 dakika) 10 °C/dak hızla,
  • 230 °C’ye (1 dakika) 20 °C/dak hızla,
  • 300 °C’ye (5 dakika) 20 °C/dak hızla.

MS EI (m/z) Pikleri:

• 118.8, 87.0, 75.0, 71.0, 61.0, 55.0, 44.1, 31.1, 27.1, 19.1, 15.1.

Retensiyon süresi: 14.290 dakika

Sonuç

Basınçlı vial kullanımı, DMC’nin kaynama noktasından daha yüksek bir sıcaklıkta başarılı bir şekilde gliserol karbonat sentezi yapılmasını sağladı ve bu süreçte 2 bar’lık bir içsel basınç gelişti. Temel oksitlerin katalizör olarak taranması gerçekleştirildi, bu da gelecekteki optimizasyon çalışmaları için bir temel oluşturdu.

Kaynak: LabTech