Производство гваякола

МИНИСТЕРСТВО  СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

«ОРЛОВСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

Факультет биотехнологии и ветеринарной медицины

 

Кафедра Биотехнологии

    

КУРСОВАЯ  РАБОТА

по  технологии белка 

на  тему:

«Производство гваякола»

 

Выполнила студентка

4 курса

специальность «Биотехнология»

группа 481

Кленышева С. В.

 

Проверил 

доцент кафедры  биотехнологии

к. с.-х. н.

Бородин Д. Б.

 

ОРЕЛ – 2011

Содержание

Задание

Введение…………………………………………………………………………3

1.Характеристика гваякола…………………………………………………….4

1.1 Структура, физико-химические  свойства гваякола………………………4

1.2 Токсическое воздействие на человека и животных………………………6

1.3 Применение в народном хозяйстве и медицине………………………….7

1.4 Фармакологические  свойства………………………………………………8

2. Реакции, лежащие  в основе синтеза гваякола  – нитрозование и диазотирование………………………………………………………………….10

2.1 Механизмы процессов………………………………………………….…10

2.2 Влияние основных технологических параметров на ход процесса диазотирования…………………………………………………………………12

3. Промышленное производство  гваякола……………………………….….16

3.1 Технологическая схема ……………………………………………………16

3.2 Изложение технологического процесса …………………………………17

4. Техника безопасности на гваяколовом производстве……………….……21

4.1 Производственная санитария…………………………………………..…21

4.2 Пожарная безопасность……………………………………………………..22

Заключение………………………………………………………………..……26

Библиографический список

 

Введение.

Актуальность проблемы. Среди фенольных соединений особое место занимает гваякол. Он применяется как интермедиат при синтезе душистых веществ, а также он и его производные широко применяется в медицине, в частности при лечении такого тяжелого заболевания, как туберкулез.

Целью данной курсовой работы является изучение технологии производства гваякола, а также предложение мер по улучшению рассмотренной технологии. Учитывая особенности реакции нитрозвания, выход продукта может быть почти количественным. В работе подробно рассмотрены применение гваякола в народном хозяйстве, его фармако-токсикологические свойства и лечебно-профилактическая эффективность его препаратов  в медицине, ветеринарии и животноводстве. Дана характеристика физико-химических свойств гваякола.

Основными задачами при выполнении курсовой работы являются:

1. аналитический сбор литературы;
2. выполнение патентного поиска;
3. изучение нормативно-технической документации;
4. изучение технологии химического синтеза гваякола с применением реакций диазотирования и нитрозования.

Практическая значимость. На основе проведенных исследований и патентного поиска была предложена улучшенная технология промышленного производства гваякола на основе химического синтеза из  о-анизидина.

 

1.Характеристика  гваякола.

1.1 Структура, физико-химические  свойства гваякола.

Гваякол – бесцветное или слабожелтое, кристаллическое, темнеющее на воздухе и свету вещество со своеобразным запахом (Guajacolum crystallisatum), или прозрачная светло-желтого цвета жидкость со специфическим ароматическим запахом и острым вкусом (Guajacolum absolutum).

Гваякол сочетает в себе свойства фенола и простого эфира. Он метилируется диметилсульфатом, в результате чего получается вератрол (диметиловый  эфир пирокатехина). Синонимы - монометиловый эфир пирокатехина, 2-метоксифенол, орто-метоксифенол, орто-оксианизол, англ. – guaiacol, catechol monomethyl ether, 2-methoxyphenol.

CAS-номер 90-05-1

ТУ 64-6-167-81

ТН ВЭД 2909501000

Структурная формула:

Брутто-формула (система  Хилла) C₇H₈O₂ . Молекулярная масса (в а.е.м.): 124,14. Температура плавления - 28,5°C, температура кипения - 205°C.

Растворимость в г/100 г воды - 1,6 (15°C), растворим в диэтиловом эфире, уксусной кислоте, хлороформе, растворах щелочей и этаноле. Легко перегоняется с водяным паром.

Плотность: 1,1287 (21,4°C, г/см3)

Показатель преломления (для D-линии натрия): 1,5385 (21,4°C)

Температура вспышки  в воздухе (°C): 91 Температура самовоспламенения  на воздухе (°C): 385 ПДК (мг/л): в воздухе  рабочей зоны = 0,02

Аналитическое обнаружение.

• Хлорид железа (III) окрашивает спиртовой раствор гваякола в синий цвет, переходящий в зеленый.

Дополнительная информация:

• Темнеет на воздухе и на свету. Растворим в щелочах, щелочные соли легко растворимы в воде, соли магния и кальция - трудно. С бензидином образует плохо растворимое в воде соединение, что используется для выделения гваякола. Растворяет йод и серу. [13]

• При метилировании дает вератрол, а при деметилировании - пирокатехин.

Горит коптящим пламенем, негигроскопичен, пары гваякола в смеси с воздухом взрывоопасны. [4]

Дополнительные числовые константы:

• верхний концентрационный предел взрываемости газов, паров или пыли в воздухе (%): 2,3
• нижний концентрационный предел взрываемости газов, паров или пыли в воздухе (%): 0,12

Алкилирование гваякола аллиловым спиртом или аллилхлоридом

приводит к образованию эвгенола:

Содержится в продуктах  перегонки гваяковой и некоторых  других смол.[9]

 

 

 

1.2 Токсическое  воздействие на человека и  животных.

- Острое отравление. Животные. При ингаляции паров в течение 2 ч для мышей ЛК₅₀  = 7570 мг/м³ . Картина отравления: одышка, тонические и клинические судороги, боковое положение, смерть. При 1980-4000 мг/м³ умеренное раздражение ВДП и глаз, двигательное беспокойство, сменяющееся апатией. На вскрытии погибших животных: полнокровие внутренних органов и кровоизлияния в оболочках и веществе головного мозга, а также в мышцах, сердце и легких. Проникает в опасных для жизни количествах через кожу кроликов (ВВП).

Гидробионты. Для черноголовой пимефалес ЛК₅₀ = 76 мг/л (Phiрps et al.).

Человек. Быстро проникает через кожу, и 2 г или даже меньше могут вызвать слабость, падение температуры тела, коллапс и смерть.

- Хроническое отравление. В производственных условиях известны лишь легкие явления, проявлявшиеся в раздражении глаз, потении, понижении или повышении температуры тела, полиурии. При концентрациях в производственных помещениях 92 мг/м³ у 2/5 обспедуемых рабочих обнаружены бронхит, в крови - эозинофилия, увеличение СОЭ, резко выраженный астеноневротическнй синдром.

- Местное действие. Животные. Нанесение в течение 6 месяцев гваяколовой смолы на кожу кроликов и линейных мышей не вызвало раздражения крови и не оказало бластомогенного действия.

Человек. Вызывает анестезию  кожи, иногда экзему, дерматиты, сухость. Пары и туман раздражают слизистые  оболочки глаз и органов дыхания.

- Хемобиокинетика. Выводится с мочой в связанном состоянии с серной и глюкуроновой кислотами.

- Гигиенические нормативы. ОБУВ а.в = 0,015 мг/м³. Рекомендована ПДК = 20,0 мг/м³.

- Методы определения. В воздухе: колориметрия азокрасителя, образуемого гваяколом при взаимодействии с 4-нитрофенилдиазонием в щелочной среде; чувствительность 1 мкг в пробе. Фенол, крезол и эфиры пирогаллола мешают определению. Разработано раздельное определение гваякола, фенола и о-крезола. [8]

 

1.3 Применение  в народном хозяйстве и медицине.

Гваякол производится химико-фармацевтической промышленностью и служит исходным сырьем для производства ванилина. Это двухстадийный процесс, в котором гваякол (1) реагирует с глиоксиловой кислотой (так называемое электрофильное ароматическое замещение). Образующаяся ванилилминдальная кислота (2) затем в одну стадию окисляется до 4-гидрокси-3-метоксифенилглиоксиловой кислоты (3) и декарбоксилируется с образованием ванилина (4).

 

 

 

Также ванилин, в свою очередь, используется для синтеза противотуберкулезного препарата фтивазид. Гваякол применяют как интермедиат (полупродукт) в производстве некоторых фармацевтических препаратов, например, папаверина (C₂₀H₂₁NO₄, спазмолитическое, оказывает гипотензивное действие).[10]

• Гваякол - исходное соединение при синтезе ряда душистых веществ: эвгенола, изоэвгенола, санталидола;

• промежуточное соединение в производстве синтетического ванилина;

• применяется для получения стабилизаторов и антиоксидантов для пластиков и каучуков;

• как местный анестетик.[1]

 

1.4 Фармакологические  свойства.

Гваякол является главной составной частью креозота, из которого и получается путем повторной фракционной перегонки; поступает в продажу или в виде бесцветных или желтоватых кристаллов, или в виде прозрачной маслообразной жидкости  ароматического запаха, жгучего вкуса. Гваякол легко всасывается слизистыми оболочками и кожей, через 3 часа после приема внутрь или смазывания кожи  присутствие его может быть обнаружено в моче; выделяется в незначительном количестве дыхательными путями, главным образом, почками. IIри действии на кожу в масляных растворах (1—5%), особенно при ожогах 1-й (и 2-й) степени наблюдается местное анестезирующее действие. Если намазать кожу 1,0—2,0 жидкого гваякола и покрыть непроницаемой повязкой, то наблюдается быстрое понижение температуры на несколько часов, нередко сопровождающееся коллапсом (характерное и для фенолов действие). Как дезинфицирующее, так и общее после всасывания действие и креозота, и гваякола весьма близки вообще фенолам. [5]

Предложен вместо непостоянного в своем составе и сильно местно раздражающего креозота, при туберкулезе. Механизм действия гваякола при туберкулезе не может считаться вполне выясненным, достаточных фармакологических  данных считать его специфическим средством против туберкулеза в настоящее время пока не имеется; однако, многочисленные клинические наблюдения с достаточной убедительностью показали, что длительное применение при хронических катарах легочных путей и легочной чахотке оказывает благотворное влияние на больного.

Широкое применение креозота и гваякола при лечении туберкулеза легких и нередко вообще хронических катарров дыхательных путей до сих пор не находит несомненного и полного объяснения. Во всяком случае нужно считать, что как ни велика дезинфицирующая сила креозота (гваякола), накопление его в организме не может вызвать губительного действия на микроорганизмы и специально на туберкулезные палочки, на которые действуют концентрации только 1 на 4000 (прекращение роста, но не гибель). Кроме того, нужно иметь в виду превращение производных фенолов в организме, их окисление и образование парных кислот, когда энергия действия резко падает, если не вовсе исчезает.

Отхаркивающее действие и увеличение секреции с последующим ее уменьшением могут наблюдаться при всех производных фенола, преимущественно более или менее летучего характера. [8]

 

2. Реакции,  лежащие в основе синтеза гваякола.

Замена атома водорода в молекуле органического соединения у атома углерода, азота, кислорода  на нитрозогруппу, называется, соответственно, С-, N-, и О-нитрозированием.

Нитрозирование первичных аминов, с образованием солей диазония (R-N^źNX^-), называется реакцией диазотирования.

Диазотирование и нитрозирование являются быстрыми, необратимыми, экзотермическими и очень «капризными» процессами.

При соблюдении технологии выход целевого продукта – почти количественный. При отклонении технологических  параметров от оптимальных значений выход целевого продукта резко снижается  вследствие протекания большого количества побочных реакций. При этом выделение и очистка целевых диазо- или нитрозосоединений может оказаться экономически нецелесообразной или технически невыполнимой. Такое положение во многом справедливо и для процессов последующей переработки диазо- и нитрозосоединений.

Диазо- и нитрозосоединения обладают высокой реакционной способностью и широко используются в синтезе лекарственных веществ и витаминов. Поскольку диазо- и нитрозосоединения нестабильны, получать их необходимо на том же предприятии, где производят целевой продукт.

Следует отметить, что алифатические и ароматические диазосоединения значительно отличаются как по своим свойствам, так и основным способам получения.

 

2.1 Механизмы процессов

Большинство реакций нитрозирования формально можно отнести к реакциям электрофильного замещения.

1) Активные частицы (нитрозацидий-катион H₂NO₂^Å, катион нитрозония NO^Å, нитрозилгалогенид NOHlg, азотистый ангидрид N₂O₃) образуются при взаимодействии солей азотистой кислоты с минеральными кислотами.

Соотношение активных частиц в реакционной массе зависит от кислотности среды и природы минеральной кислоты. При проведении реакции в соляной кислоте основной диазотирующей частицей является нитрозилхлорид NOCl, а в среде серной кислоты – азотистый ангидрид N₂O₃. Катион нитрозония NO^Å в заметных количествах образуется лишь в концентрированной серной кислоте. Активность нитрозацидий катиона значительно меньше, чем активность перечисленных частиц.

- Лимитирующей стадией процесса является нитрозирование, поэтому скорость реакции зависит от рК_а амина и кислотности среды. Поскольку в кислой среде амин находится в состоянии динамического равновесия с солью, реакция идет тем быстрее, чем в большей степени равновесие смещено в сторону свободного основания.