成核過程作為結(jié)晶的起始步驟對晶體產(chǎn)品的晶體純度、形貌以及尺寸等起著決定性的作用,晶體產(chǎn)品的性狀會進一步影響后續(xù)處理過程中過濾、干燥等單元操作,藥物晶體產(chǎn)品的性狀還會影響藥物的溶解度、溶出速率以及生物利用率等。新一代酰胺類除草劑戊炔草胺因其高效低毒性的特性在全球范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用,但國內(nèi)的戊炔草胺產(chǎn)品因其質(zhì)量差無法進入高端市場,亟需提高戊炔草胺晶體產(chǎn)品質(zhì)量。本文在經(jīng)典成核理論框架下,通過誘導(dǎo)期實驗方法與分子模擬相結(jié)合對戊炔草胺的成核參數(shù)進行測定與估算,加深對成核過程的認知,以期精準控制成核過程提高產(chǎn)品質(zhì)量,具體內(nèi)容如下。實驗測定了不同條件下的戊炔草胺結(jié)晶誘導(dǎo)期數(shù)據(jù),通過同一實驗條件下的百組誘導(dǎo)期數(shù)據(jù)的分布探究出戊炔草胺成核過程的隨機性特征,引入泊松概率分布模型對誘導(dǎo)期數(shù)據(jù)進行分析處理,計算獲得相應(yīng)條件下的成核速率,通過成核速率與過飽和度的關(guān)系擬合計算出指前因子和界面張力,進一步在經(jīng)典成核理論下計算出臨界成核半徑、臨界成核自由能和核內(nèi)分子數(shù)等成核參數(shù),確定成核機理為非均相成核。通過平行正交實驗確定增大過飽和度、提高溫度、減小溶液體積的方式均能促進成核過程。實驗確定了相同條件下戊炔草胺三種溶... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

成核過程自由能變化圖[14]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文5圖1-2所示。圖1-2兩步法成核理論成核過程與經(jīng)典成核理論成核過程示意圖[9]兩步法成核理論認為成核過程是復(fù)雜的，并不是經(jīng)典成核理論所認為的一個一個分子有序堆積形成了晶核。在兩步法理論中，成核過程可以分為兩步，第一步是分子隨機的聚結(jié)在一起形成內(nèi)部無序的分子聚集體，第二步則是晶體內(nèi)部重整形成有序的晶核。Wolde等[19]在對均相成核的模擬計算中最先提出了兩步法理論。他們發(fā)現(xiàn)在達到成核臨界點時，密度有明顯波動，同時會形成一個液滴狀結(jié)構(gòu)，這些也導(dǎo)致了成核路徑的改變、此外，模擬結(jié)果顯示在形成有序的晶核之前會先形成無序的溶質(zhì)分子聚集體。近些年來，兩步法理論逐漸被一些實驗和理論研究所證明，同時發(fā)現(xiàn)兩步法理論不僅僅適用于大分子和膠體體系，對于一些有機小分子體系同樣適用[20,21]。對成核前的分子聚集體的研究是研究兩步法理論的關(guān)鍵。但是在實驗過程中，由于分子聚集體的大小和存在時間，其結(jié)構(gòu)和聚集形式很難直接觀測到，基本上都是通過間接的實驗數(shù)據(jù)或者分子模擬等手段來進行研究，沒有直接的實驗數(shù)據(jù)或者直觀的觀測手段來證明分子聚集體的存在。此外，分子聚集體的結(jié)構(gòu)與宏觀的晶體產(chǎn)品之間的關(guān)聯(lián)并沒有一個完整的認知，需要更深入的研究以進行驗證。綜上所述，現(xiàn)有的成核理論都是不完善的，相比于尚未被直觀手段證明的兩步法理論，經(jīng)典成核理論雖然對于晶核形成的路徑[22]以及成核過程中是否存在某種過渡態(tài)的結(jié)構(gòu)[23]未能提供解釋，但是通過經(jīng)典成核理論可以確定臨界成核半徑等成核參數(shù)，并且可以計算出不同條件下的成核速率，進而實現(xiàn)對成核過程的初步認知。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文7圖1-3成核速率值的頻率密度分布圖（N=20-藍色，80-橘黃色，160-黃色，400-紫色）在探究影響成核速率的因素方面，DonalMealey等人[27]測定了利培酮在異丙烯、甲苯、丙酮、乙酸乙酯、甲醇、丙醇和丁醇七種溶劑中的飽和度條件下誘導(dǎo)期數(shù)據(jù)，實驗發(fā)現(xiàn)對于所有溶劑隨著過飽和度的增大，成核速率也逐漸增大；對于達到相同的誘導(dǎo)時間，所需要的驅(qū)動力依次增加:異丙烯、甲苯、丙酮、乙酸乙酯、甲醇、丙醇、丁醇，實驗最終的結(jié)果表明，溶劑與利培酮分子的結(jié)合越強，成核越慢。Xu等人[7]采用泊松概率分布的方法通過對尿素在水中的成核研究，發(fā)現(xiàn)成核溫度不僅會影響前體的集合體狀態(tài)，而且會影響脫溶過程，從而導(dǎo)致成核速率與化學(xué)電位差之間的異常關(guān)系。Steendam等人[28]測定了10mL、85mL、340mL和680mL對乙酰氨基酚在異丙醇中的誘導(dǎo)期數(shù)據(jù)，并計算出了相應(yīng)的成核速率及成核參數(shù)，結(jié)果表明隨著測定的體積增大成核速率也逐漸增大，但在大體積溶液中增大效果不明顯。ClaireHeffernan等人[29]在研究中發(fā)現(xiàn)雜質(zhì)的存在會影響成核速率，實驗測定在丙二醇中姜黃素的誘導(dǎo)期數(shù)據(jù)以及摻雜了不同比例的與姜黃素結(jié)構(gòu)相近的二乙氧基姜黃素和雙甲氧基姜黃素后的誘導(dǎo)期數(shù)據(jù)，并計算了三者在不同條件下的成核速率與成核參數(shù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)對于姜黃素成核，雜質(zhì)主要降低了指前因子，并增加了其固液相界面張力，使得其成核速率降低。（3）介穩(wěn)區(qū)研究進展陳力等人[30]探究了攪拌速率對介穩(wěn)區(qū)寬度的影響，實驗通過測定不同條件下氯化鉀水溶液的介穩(wěn)區(qū)寬度發(fā)現(xiàn)，在存在晶種時，攪拌速率對介穩(wěn)區(qū)寬度的影響不顯著；當不存在晶種時，在一定的攪拌速度范圍內(nèi)，隨著攪拌速度的增大，介穩(wěn)區(qū)寬度減校Kashchiev等人[31]也通過理論推導(dǎo)發(fā)現(xiàn)

【參考文獻】：
期刊論文
[1]磷酸二氫銨結(jié)晶介穩(wěn)區(qū)及誘導(dǎo)期的測定[J]. 齊瑩瑩,黨樂平,王占忠,衛(wèi)宏遠.  化學(xué)工業(yè)與工程. 2018(02)
[2]工業(yè)結(jié)晶（Ⅰ）[J]. 王靜康,張遠謀.  石油化工. 1984(10)
[3]氯化鉀水溶液中介穩(wěn)區(qū)的研究[J]. 陳力,張遠謀.  化工學(xué)報. 1983(03)

碩士論文
[1]吡氟草胺結(jié)晶成核和生長研究[D]. 趙丹洋.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2019
[2]戊炔草胺生產(chǎn)聯(lián)產(chǎn)氯化銨及催化劑硫酸銀的回收與利用[D]. 方博林.湘潭大學(xué) 2019
[3]戊炔草胺工業(yè)結(jié)晶過程的晶習(xí)調(diào)控研究[D]. 郭懷.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[4]除草劑戊炔草胺的合成研究[D]. 劉潔.河北工業(yè)大學(xué) 2005



本文編號：3375392