戊炔草胺成核参数研究
发布时间：2021-08-31 18:27
成核过程作为结晶的起始步骤对晶体产品的晶体纯度、形貌以及尺寸等起着决定性的作用,晶体产品的性状会进一步影响后续处理过程中过滤、干燥等单元操作,药物晶体产品的性状还会影响药物的溶解度、溶出速率以及生物利用率等。新一代酰胺类除草剂戊炔草胺因其高效低毒性的特性在全球范围内得到广泛应用,但国内的戊炔草胺产品因其质量差无法进入高端市场,亟需提高戊炔草胺晶体产品质量。本文在经典成核理论框架下,通过诱导期实验方法与分子模拟相结合对戊炔草胺的成核参数进行测定与估算,加深对成核过程的认知,以期精准控制成核过程提高产品质量,具体内容如下。实验测定了不同条件下的戊炔草胺结晶诱导期数据,通过同一实验条件下的百组诱导期数据的分布探究出戊炔草胺成核过程的随机性特征,引入泊松概率分布模型对诱导期数据进行分析处理,计算获得相应条件下的成核速率,通过成核速率与过饱和度的关系拟合计算出指前因子和界面张力,进一步在经典成核理论下计算出临界成核半径、临界成核自由能和核内分子数等成核参数,确定成核机理为非均相成核。通过平行正交实验确定增大过饱和度、提高温度、减小溶液体积的方式均能促进成核过程。实验确定了相同条件下戊炔草胺三种溶...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
成核过程自由能变化图[14]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文5图1-2所示。图1-2两步法成核理论成核过程与经典成核理论成核过程示意图[9]两步法成核理论认为成核过程是复杂的，并不是经典成核理论所认为的一个一个分子有序堆积形成了晶核。在两步法理论中，成核过程可以分为两步，第一步是分子随机的聚结在一起形成内部无序的分子聚集体，第二步则是晶体内部重整形成有序的晶核。Wolde等[19]在对均相成核的模拟计算中最先提出了两步法理论。他们发现在达到成核临界点时，密度有明显波动，同时会形成一个液滴状结构，这些也导致了成核路径的改变、此外，模拟结果显示在形成有序的晶核之前会先形成无序的溶质分子聚集体。近些年来，两步法理论逐渐被一些实验和理论研究所证明，同时发现两步法理论不仅仅适用于大分子和胶体体系，对于一些有机小分子体系同样适用[20,21]。对成核前的分子聚集体的研究是研究两步法理论的关键。但是在实验过程中，由于分子聚集体的大小和存在时间，其结构和聚集形式很难直接观测到，基本上都是通过间接的实验数据或者分子模拟等手段来进行研究，没有直接的实验数据或者直观的观测手段来证明分子聚集体的存在。此外，分子聚集体的结构与宏观的晶体产品之间的关联并没有一个完整的认知，需要更深入的研究以进行验证。综上所述，现有的成核理论都是不完善的，相比于尚未被直观手段证明的两步法理论，经典成核理论虽然对于晶核形成的路径[22]以及成核过程中是否存在某种过渡态的结构[23]未能提供解释，但是通过经典成核理论可以确定临界成核半径等成核参数，并且可以计算出不同条件下的成核速率，进而实现对成核过程的初步认知。
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文7图1-3成核速率值的频率密度分布图（N=20-蓝色，80-橘黄色，160-黄色，400-紫色）在探究影响成核速率的因素方面，DonalMealey等人[27]测定了利培酮在异丙烯、甲苯、丙酮、乙酸乙酯、甲醇、丙醇和丁醇七种溶剂中的饱和度条件下诱导期数据，实验发现对于所有溶剂随着过饱和度的增大，成核速率也逐渐增大；对于达到相同的诱导时间，所需要的驱动力依次增加:异丙烯、甲苯、丙酮、乙酸乙酯、甲醇、丙醇、丁醇，实验最终的结果表明，溶剂与利培酮分子的结合越强，成核越慢。Xu等人[7]采用泊松概率分布的方法通过对尿素在水中的成核研究，发现成核温度不仅会影响前体的集合体状态，而且会影响脱溶过程，从而导致成核速率与化学电位差之间的异常关系。Steendam等人[28]测定了10mL、85mL、340mL和680mL对乙酰氨基酚在异丙醇中的诱导期数据，并计算出了相应的成核速率及成核参数，结果表明随着测定的体积增大成核速率也逐渐增大，但在大体积溶液中增大效果不明显。ClaireHeffernan等人[29]在研究中发现杂质的存在会影响成核速率，实验测定在丙二醇中姜黄素的诱导期数据以及掺杂了不同比例的与姜黄素结构相近的二乙氧基姜黄素和双甲氧基姜黄素后的诱导期数据，并计算了三者在不同条件下的成核速率与成核参数，结果发现对于姜黄素成核，杂质主要降低了指前因子，并增加了其固液相界面张力，使得其成核速率降低。（3）介稳区研究进展陈力等人[30]探究了搅拌速率对介稳区宽度的影响，实验通过测定不同条件下氯化钾水溶液的介稳区宽度发现，在存在晶种时，搅拌速率对介稳区宽度的影响不显著；当不存在晶种时，在一定的搅拌速度范围内，随着搅拌速度的增大，介稳区宽度减校Kashchiev等人[31]也通过理论推导发现
【参考文献】：
期刊论文
[1]磷酸二氢铵结晶介稳区及诱导期的测定[J]. 齐莹莹,党乐平,王占忠,卫宏远. 化学工业与工程. 2018(02)
[2]工业结晶（Ⅰ）[J]. 王静康,张远谋. 石油化工. 1984(10)
[3]氯化钾水溶液中介稳区的研究[J]. 陈力,张远谋. 化工学报. 1983(03)
硕士论文
[1]吡氟草胺结晶成核和生长研究[D]. 赵丹洋.哈尔滨工业大学 2019
[2]戊炔草胺生产联产氯化铵及催化剂硫酸银的回收与利用[D]. 方博林.湘潭大学 2019
[3]戊炔草胺工业结晶过程的晶习调控研究[D]. 郭怀.哈尔滨工业大学 2017
[4]除草剂戊炔草胺的合成研究[D]. 刘洁.河北工业大学 2005
本文编号：3375392
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
成核过程自由能变化图[14]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文5图1-2所示。图1-2两步法成核理论成核过程与经典成核理论成核过程示意图[9]两步法成核理论认为成核过程是复杂的，并不是经典成核理论所认为的一个一个分子有序堆积形成了晶核。在两步法理论中，成核过程可以分为两步，第一步是分子随机的聚结在一起形成内部无序的分子聚集体，第二步则是晶体内部重整形成有序的晶核。Wolde等[19]在对均相成核的模拟计算中最先提出了两步法理论。他们发现在达到成核临界点时，密度有明显波动，同时会形成一个液滴状结构，这些也导致了成核路径的改变、此外，模拟结果显示在形成有序的晶核之前会先形成无序的溶质分子聚集体。近些年来，两步法理论逐渐被一些实验和理论研究所证明，同时发现两步法理论不仅仅适用于大分子和胶体体系，对于一些有机小分子体系同样适用[20,21]。对成核前的分子聚集体的研究是研究两步法理论的关键。但是在实验过程中，由于分子聚集体的大小和存在时间，其结构和聚集形式很难直接观测到，基本上都是通过间接的实验数据或者分子模拟等手段来进行研究，没有直接的实验数据或者直观的观测手段来证明分子聚集体的存在。此外，分子聚集体的结构与宏观的晶体产品之间的关联并没有一个完整的认知，需要更深入的研究以进行验证。综上所述，现有的成核理论都是不完善的，相比于尚未被直观手段证明的两步法理论，经典成核理论虽然对于晶核形成的路径[22]以及成核过程中是否存在某种过渡态的结构[23]未能提供解释，但是通过经典成核理论可以确定临界成核半径等成核参数，并且可以计算出不同条件下的成核速率，进而实现对成核过程的初步认知。
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文7图1-3成核速率值的频率密度分布图（N=20-蓝色，80-橘黄色，160-黄色，400-紫色）在探究影响成核速率的因素方面，DonalMealey等人[27]测定了利培酮在异丙烯、甲苯、丙酮、乙酸乙酯、甲醇、丙醇和丁醇七种溶剂中的饱和度条件下诱导期数据，实验发现对于所有溶剂随着过饱和度的增大，成核速率也逐渐增大；对于达到相同的诱导时间，所需要的驱动力依次增加:异丙烯、甲苯、丙酮、乙酸乙酯、甲醇、丙醇、丁醇，实验最终的结果表明，溶剂与利培酮分子的结合越强，成核越慢。Xu等人[7]采用泊松概率分布的方法通过对尿素在水中的成核研究，发现成核温度不仅会影响前体的集合体状态，而且会影响脱溶过程，从而导致成核速率与化学电位差之间的异常关系。Steendam等人[28]测定了10mL、85mL、340mL和680mL对乙酰氨基酚在异丙醇中的诱导期数据，并计算出了相应的成核速率及成核参数，结果表明随着测定的体积增大成核速率也逐渐增大，但在大体积溶液中增大效果不明显。ClaireHeffernan等人[29]在研究中发现杂质的存在会影响成核速率，实验测定在丙二醇中姜黄素的诱导期数据以及掺杂了不同比例的与姜黄素结构相近的二乙氧基姜黄素和双甲氧基姜黄素后的诱导期数据，并计算了三者在不同条件下的成核速率与成核参数，结果发现对于姜黄素成核，杂质主要降低了指前因子，并增加了其固液相界面张力，使得其成核速率降低。（3）介稳区研究进展陈力等人[30]探究了搅拌速率对介稳区宽度的影响，实验通过测定不同条件下氯化钾水溶液的介稳区宽度发现，在存在晶种时，搅拌速率对介稳区宽度的影响不显著；当不存在晶种时，在一定的搅拌速度范围内，随着搅拌速度的增大，介稳区宽度减校Kashchiev等人[31]也通过理论推导发现
【参考文献】：
期刊论文
[1]磷酸二氢铵结晶介稳区及诱导期的测定[J]. 齐莹莹,党乐平,王占忠,卫宏远. 化学工业与工程. 2018(02)
[2]工业结晶（Ⅰ）[J]. 王静康,张远谋. 石油化工. 1984(10)
[3]氯化钾水溶液中介稳区的研究[J]. 陈力,张远谋. 化工学报. 1983(03)
硕士论文
[1]吡氟草胺结晶成核和生长研究[D]. 赵丹洋.哈尔滨工业大学 2019
[2]戊炔草胺生产联产氯化铵及催化剂硫酸银的回收与利用[D]. 方博林.湘潭大学 2019
[3]戊炔草胺工业结晶过程的晶习调控研究[D]. 郭怀.哈尔滨工业大学 2017
[4]除草剂戊炔草胺的合成研究[D]. 刘洁.河北工业大学 2005
本文编号：3375392
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hxgylw/3375392.html
最近更新
教材专著
