Saponifikacija – Proces izrade sapuna s ultrazvukom

Saponifikacija je kemijski proces izrade sapuna. To je reakcija u kojoj sirovi materijal masti ili ulja (trigliceridi) reagiraju s alkalnim reaktantom kako bi se formirao sapun. Ultrasonication poboljšava katalizu faznog prijenosa što rezultira povećanom brzinom reakcije, potpunijom pretvorbom i izbjegava pretjeranu upotrebu baznih reagensa kao što je kalijev hidroksid (KOH) ili natrijev hidroksid (NaOH). Ultrazvučno inicirana alkalna hidroliza može se lako implementirati u komercijalnu proizvodnju sapuna. Ultrazvučni reaktori za saponifikaciju proizvode veći učinak u kraćem vremenu bez upotrebe katalizatora ili smanjenja količine korištenog katalizatora.

Ultrazvučno potaknuta saponifikacija

Studije slučaja ultrazvučne saponifikacije

Razna istraživanja pokazala su da sonikacija potiče saponifikaciju triglicerida u sapun. Ultrazvučna saponifikacija ubrzava i povećava pretvorbu uz uštedu ili izbjegavanje upotrebe katalizatora. To čini ultrazvučnu saponifikaciju vrlo učinkovitom metodom proizvodnje.

Ultrazvučno pokretanje alkalne hidrolize triglicerida (saponifikacija) bez faznog katalizatora

Mercantili i sur. (2013) proučavali su učinke ultrazvučne obrade na alkalnu hidrolizu triglicerida, poznatu kao saponifikacija. Koristili su sonikaciju za pokretanje alkalne hidrolize suncokretovog ulja. Kao alkalna baza korišten je kalijev hidroksid (KOH). Pokazalo se da je ultrazvuk učinkovit kao izvor energije za pokretanje i poticanje reakcije, da se visok prinos reakcije može postići u samo 15 minuta ukupne primjene snage dok se radi na temperaturi okoline, te da se tijekom procesa ne stvaraju nikakvi nusproizvodi koji se mogu otkriti. reakcija. Usporedba ultrazvučne kupke i ultrasonokatora tipa sonde pokazuje da je ultrazvučna sonda superiorna tehnika. Studija pokazuje da ultrazvučna saponifikacija daje dobre pretvorbe bez potrebe za viškom lužine ili katalizom faznog prijenosa.

Alkalna hidroliza triacilglicerola

Ultrazvučno potaknuta reakcija prijenosa faze za saponifikaciju

Bhatkhande i sur. (1998.) pokazali su da se sonikacija biljnih ulja kao što je sojino ulje može učinkovito saponificirati korištenjem vodene otopine KOH i različitih PTC-ova na sobnoj temperaturi. Opseg saponifikacije proučavan je korištenjem vrijednosti saponifikacije kao reference. Optimizacija različitih parametara kao što su vrijeme, odabir katalizatora faznog prijenosa, količina upotrijebljenog katalizatora, količina KOH i količina vode provedena je pomoću sonikacije i miješanja. Kako bi se proučio učinak ultrazvuka, saponifikacija je također provedena na 35ºC pod različitim uvjetima, naime miješanje, sonikacija, miješanje i sonikacija te zagrijavanje na 100ºC. Utvrđeno je da je heterogena saponifikacija faze tekućina-tekućina različitih biljnih ulja korištenjem vodenog KOH/CTAB-a značajno ubrzana na 35ºC uz sonikaciju i miješanje.

Ultrazvučni uređaji visokih performansi

Hielscher Ultrasonics isporučuje ultrazvučnu opremu visokih performansi za laboratorijsku, pilotsku i industrijsku proizvodnju. Robusni i pouzdani ultrazvučni uređaji koriste se za razne sonokemijske reakcije kao što je saponifikacija. Hielscherovi ultrazvučni uređaji tipa sonde mogu se koristiti u batch i inline modu. Svi važni procesni parametri – amplituda, pritisak, temperatura – može se precizno kontrolirati i osigurati ponovljive rezultate.
Digitalna kontrola automatski bilježi procesne parametre i pohranjuje ih na integriranu SD karticu. Prethodne postavke i daljinsko upravljanje preglednikom čine proces sonikacije vrlo jednostavnim i lakim za korištenje.
Za mnoge sonokemijske reakcije mora se održavati određena temperatura, stoga je kontrola temperature važna. Hielscherovi digitalni ultrazvučni uređaji dolaze s termo-parom i kontrolom temperature. Obložena protočna ćelija omogućuje odvođenje topline.
Robusnost Hielscherove ultrazvučne opreme omogućuje 24/7 rad pri teškim uvjetima rada iu zahtjevnim okruženjima.
Donja tablica daje vam naznaku približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:

• Bhatkhande, BS; Samant, Shriniwas D. (1998): Ultrazvučno potpomognuta PTC katalizirana saponifikacija biljnih ulja korištenjem vodene lužine. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 5, broj 1, 1998. 7-12.
• Mercantili, Laura; Séamus, Frank Davis; Higson, PJ (2014): Ultrazvučno pokretanje alkalne hidrolize triglicerida (saponifikacija) bez fazne katalize. Journal of Surfactant and Detergents Vol. 17, broj 1, siječanj 2014. 133-141.

Činjenice koje vrijedi znati

Sonokemija

Snažni ultrazvuk primjenjuje se na kemijske procese kao što su sinteza i kataliza (koje se nazivaju i sono-sinteza odnosno sono-kataliza) kako bi se pokrenula i pojačala reakcija. Različite primjene ultrazvučnog zračenja u organskoj sintezi detaljno su istražene i razvijene za industrijsku proizvodnju. Sonokemijski tretmani mogu povećati brzinu reakcije, prinos i selektivnost željenih proizvoda u znatno blažim uvjetima. To čini ultrazvučnu obradu učinkovitom i ekološki prihvatljivom tehnikom obrade. Ultrazvučno potpomognuta kataliza faznog prijenosa (PTC) dokazano je drastično učinkovitija i učinkovitija metoda za organske reakcije u usporedbi s istom reakcijom u uvjetima tišine. Na primjer, Cannizarro reakcija katalizirana ultrazvučno potpomognutom katalizom faznog prijenosa značajno je ubrzana što rezultira brzom pretvorbom. Još jedan istaknuti primjer je transesterifikacija triglicerida (tj. biljnih ulja, životinjskih masti) i metanola u prisutnosti KOH kao katalizatora i snažnog ultrazvuka. Ultrazvučna transesterifikacija daje visokokvalitetni biodizel proizveden u brzoj pretvorbi i vrlo učinkovitom, ekonomičnom procesu.

Ultrazvučna ekstrakcija temelji se na akustičnoj kavitaciji i njezinim hidrodinamičkim silama smicanja

Saponifikacija

Saponifikacija opisuje kemijsku reakciju koja proizvodi sapun. U procesu saponifikacije biljna ulja ili životinjske masti pretvaraju se u soli masnih kiselina – "sapun" – i glicerol, koji je alkohol. Reakcija zahtijeva otopinu alkalne baze (npr. NaOH ili KOH) u vodi i također zagrijavanje da bi se pokrenula reakcija.
Koraci reakcije saponifikacije su sljedeći:

1. Nukleofilni napad estera masnih kiselina od strane hidroksida
2. Napuštanje grupnog uklanjanja
3. Deprotonacija

Reakcija saponifikacije se komercijalno koristi za proizvodnju sapuna i lubrikanata.
Dok se tvrdi sapun s natrijevim hidroksidom i meki sapun s kalijevim hidroksidom koriste za svakodnevno čišćenje, postoje i posebni sapuni proizvedeni od drugih metalnih hidroksida. Na primjer, litijevi sapuni i kalcijevi sapuni koriste se kao masti za podmazivanje. Postoje također “kompleksni sapuni” koji se sastoji od mješavine metalnih sapuna.

hidroliza

Hidroliza uključuje reakciju organske kemikalije s vodom da nastane dvije ili više novih tvari i obično znači cijepanje kemijskih veza dodavanjem vode. Esteri se mogu ponovno cijepati u karboksilnu kiselinu i alkohol reakcijom s vodom i bazom. Sapun se proizvodi hidrolizom estera masti ili ulja.

Alkalna baza

Alkalne bazne reaktante (lužine) potrebne su za saponifikaciju ulja i masti. Trigliceridi reagiraju s bazom – natrijev ili kalijev hidroksid – kako bi se proizveo glicerol i sol masne kiseline, takozvani "sapun". Kalijev hidroksid je anorganski spoj formule KOH, a obično se naziva kaustična potaša. Natrijev hidroksid (NaOH) je još jedan prototip jake baze. Kada se koristi natrijev hidroksid, nastaje tvrdi sapun, dok korištenjem kalijevog hidroksida nastaje mekani sapun.

Reaktant protiv reagensa

Reaktant je tvar koja se koristi ili troši u kemijskoj reakciji. U usporedbi s reagensom, reaktant je potreban u većim količinama. Reagens je tvar koja se koristi za pokretanje reakcije, za podržavanje reakcije i koja se troši u reakciji, za razliku od katalizatora koji se ne troše u reakciji.

Saponifikacija – Često postavljana pitanja

• Što je proces saponifikacije? Saponifikacija je kemijski proces u kojem masti ili ulja reagiraju s alkalijom (obično natrijevim hidroksidom) kako bi proizveli sapun i glicerol. Ova reakcija uključuje hidrolizu triglicerida u soli masnih kiselina i glicerol.
• Koja je vrsta reakcije saponifikacija? Saponifikacija je vrsta reakcije hidrolize gdje se esterske veze u mastima ili uljima razgrađuju pomoću lužine.
• Zašto se zove saponifikacija? Ime je dobio po svom krajnjem proizvodu, sapunu, i sposobnosti stvaranja sapuna hidrolizom esterskih veza u trigliceridima.
• Koja je svrha saponifikacije? Primarna svrha je proizvodnja sapuna, površinski aktivne tvari koja se široko koristi za čišćenje i pranje.
• Je li saponifikacija hidroliza? Da, saponifikacija je specifična vrsta hidrolize koja uključuje razgradnju masti ili ulja pomoću lužine u glicerol i soli masnih kiselina (sapun).
• Koji je mehanizam saponifikacije? Uključuje nukleofilni napad hidroksidnih iona na karbonilni ugljik esterske veze u trigliceridima, što dovodi do stvaranja alkohola (glicerola) i sapuna.
• Zašto je miješanje važno za saponifikaciju? Učinkovito miješanje osigurava temeljit kontakt između reaktanata, promičući potpuniju i ujednačeniju reakciju, ključnu za postizanje optimalnih prinosa. Hielscher ultrazvučne miješalice mogu poboljšati ovaj proces kroz intenzivnu kavitaciju i smične sile.
• Što je primjer saponifikacije? Miješanje natrijevog hidroksida s kokosovim uljem u prisutnosti Hielscher ultrazvučnog reaktora za proizvodnju sapuna i glicerola predstavlja primjer saponifikacije.
• Koji je glavni proizvod saponifikacije? Glavni proizvodi su sapun (natrijeve ili kalijeve soli masnih kiselina) i glicerol.
• Zašto je vrijednost saponifikacije važna? Vrijednost saponifikacije pokazuje količinu lužine potrebne za saponificiranje određene količine masti ili ulja, što pomaže u određivanju molekularne težine masnih kiselina koje sadrži.
• Je li saponifikacija reverzibilna? U tipičnim uvjetima, saponifikacija nije reverzibilna zbog stabilne prirode nastalog sapuna.
• Što je suprotno od saponifikacije? Esterifikacija, gdje voda i alkoholi reagiraju s karboksilnim kiselinama u obliku estera i vode, je obrnuti proces.
• Zahtijeva li saponifikacija toplinu? Iako nije potrebna, toplina može ubrzati proces saponifikacije povećanjem molekularnog gibanja i brzine reakcije.
• Je li saponifikacija egzotermna ili endotermna? Saponifikacija je egzotermna reakcija koja oslobađa toplinu dok se odvija.
• Je li saponifikacija bazična ili kisela? To je bazična reakcija, budući da uključuje djelovanje baze (lužine) na ester (mast/ulje).
• Kako zaustaviti saponifikaciju? Dodavanje kiseline za neutralizaciju lužine zaustavlja reakciju, učinkovito zaustavljajući proces saponifikacije.
• Što se događa nakon saponifikacije? Nakon dovršene reakcije, smjesa se obično sastoji od sapuna i glicerola, koji se mogu pročistiti ili dalje obrađivati, ovisno o namjeni.
• Je li saponifikacija prirodna? Da, prirodna saponifikacija može se dogoditi kada mast dođe u kontakt sa zemnoalkalijskim metalima u određenim geološkim okruženjima ili kada su drevni narodi miješali životinjske masti s pepelom u tradicionalnim metodama izrade sapuna.
• Zašto se maslinovo ulje koristi u saponifikaciji? Maslinovo ulje je omiljeno u saponifikaciji zbog bogatog sadržaja oleinske kiseline, koja daje blagi, hidratantni sapun s dobrim svojstvima čišćenja i stabilnom pjenom.
• Kako mast pretvoriti u sapun? Masnoće se pretvaraju u sapun saponifikacijom zagrijavanjem s jakom otopinom lužine, obično natrijevim hidroksidom, koji razgrađuje mast na soli masnih kiselina (sapun) i glicerol.
• Koje ulje ima visoku saponifikacijsku vrijednost? Kokosovo ulje ima visoku vrijednost saponifikacije, što ukazuje na veći udio manjih molekula masnih kiselina, što ga čini vrlo reaktivnim s alkalijama za proizvodnju sapuna.
• Što se događa s uljima tijekom saponifikacije? Tijekom saponifikacije, ulja se hidroliziraju alkalijama u glicerol i soli masnih kiselina, od kojih potonje tvore sapun.
• Koja je najbolja mast za sapun? Loj (goveđa mast) i kokosovo ulje smatraju se jednima od najboljih masti za izradu sapuna zbog svojih svojstava pjene i stvrdnjavanja u konačnom proizvodu sapuna.
• Kako saponificirati ulja bez lužine? Saponificiranje ulja bez lužine nije moguće za tradicionalnu izradu sapuna; međutim, sredstva za čišćenje slična sapunu mogu se napraviti korištenjem surfaktanata i emulgatora umjesto saponifikacije na bazi lužine.