
книги из ГПНТБ / Бакасова З.Б. Физико-химические основы получения, свойств, строения новых производных L-глутаминовой кислоты и L-глутамината натрия
.pdfго типа |
твердых |
растворов с |
разрывом |
сплошности [106]. |
И. Г. Дружининым эти диаграммы были |
распространены на |
|||
твердые "фазы, |
представленные |
механической смесью, двой |
||
ными |
химическими соединениями и двумя типами твердых |
растворов ограниченного вида: односторонними и двусторон ними. При этом твердые растворы, как правило, образовыва лись двойными соединениями и одним или обоими исходными реагирующими компонентами. Кроме того, диаграммы допол нены водной проекцией с количественной характеристикой кристаллизационной воды в осадке и в жидкой фазе. Исполь зование такого вида диаграмм дает возможность одновремен но совместить линию насыщения равновесных растворов с линией кристаллизации различных твердых фаз. в изучаемой системе [106, 108].
На диаграмме (рис. 35) имеется 2 квадрата. Верхний квад рат отвечает водной проекции, а нижний — соотношению одного и того же компонента в жидкой и твердой фазах, ил люстрируя изменение выделяющихся веществ в осадок.
В верхнем квадрате кривая состоит из четырех ветвей, соответствующих содержанию воды (в процентах) в жидкой фазе. Вниз от переходных точек на диаграмме над линией раздела спроектированы участки ас, ed, ef, qn.
Линия между точками а и с характеризует выделение в донный осадок только гидроглутамииата натрия и, как видно из диаграммы, раствор содержит 9,6% воды и 90,4% гидроглу тамииата натрия. При эквивалентном отношении глутаминатиона, натрия и воды донный осадок точно отвечает одноводной соли состава C5 H8 N04Na-H2 0.
Линия Ъ—d смещена несколько вниз по сравнению с пре дыдущей и по составу четырехугольника соответствует выде
лению нового |
соединения, |
|
котором "содержится 4,3% |
воды. |
|||
По соотношению |
соли и |
воды линия е—d |
характеризовала |
||||
твердую фазу, |
состоящую |
из одноводного |
динатрийдиглута- |
||||
б |
|
|
|
|
|||
мината меди — (C5 H7N04Na)2 Cu-H20 |
(2 : 1). |
выде |
|||||
Прямая е—/ |
характеризует состав |
твердой фазы, |
ляющейся из растворов между точками 7 и 13 в виде безвод
ного среднего глутамината меди. |
И, наконец, |
линия |
q—к |
соответствует кривой двуводного хлорида меди. |
|
|
|
Таким образом, на диаграмме |
во I I квадрате |
четко |
обо |
значены области кристаллизации твердых фаз, которые пред ставлены отдельными четырехугольниками при различных соотношениях компонентов в твердой и жидкой фазах.
Область А отвечает выделению чистой одноводной соли гидроглутамииата натрия. Область, обозначенная буквой В, соответствует выделению в твердую фазу двойного соединения
о т
I1 |
Нрі/с/паллі/заці/ошслг foda |
||
|
СиС/г -гнго |
|
|
|
hpuc |
|
|
100 |
Д |
|
|
|
|
||
Ч) |
|
|
|
а |
|
|
|
І |
ГС |
CuCU |
|
40-1 |
|||
„u --Cn-C0(K |
|||
|
|||
50 |
tOONa |
|
|
t |
сн.<СН,—С00" |
|
|
C00N8 |
|
||
70 |
|
||
|
liHrCHNH^-CHrCMz-COOH |
|
СиСІг
100
100
Рис. 35. Диаграмма распределения L-глутамината натрия в жидкой и твердой фазах при образовании новых . соединений и системе C5 He NO<Na—CuCl2 —Н2 0 при 30°С.
из глутамината натрия и меди. Область С характеризует процесс образования средней безводной соли глутамината меди. И, наконец, последний участок, помеченный буквой Д, •соответствует кристаллизации двуводного хлорида меди.
В данной диаграмме не только указаны соотношения реа гирующих твердых веществ, но и представлены области воды,
:П0
Данные химического анализа равновесных растворов и твердых фаз системы C 5 H B N 0 4 N a - Z n C I 2 - H 2 0 при 30=С
|
|
|
|
Жидкая фаза, |
масс.% |
|
|
|
Процент |
раствори |
|
|
Номер |
|
|
|
|
|
|
мых Беществ |
к сум |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
ме |
солен |
|
||
точки |
|
|
|
|
|
|
сум ма |
|
|
|
|
|
|
Zn |
C I - |
ZnCl2 |
C 5 H s N0 4 Na |
HCI |
NaCI |
Н 2 0 |
|C 5 H 8 N0 4 N a |
СІ, |
C 5 H s N0 4 Na |
||
|
солен |
|||||||||||
1 |
— |
— |
— |
72.10 |
— |
— |
72.10 |
28.00 |
100,00 |
|
|
100,00 |
2 |
0,22 |
0,36 |
0,58 |
45,20 |
— |
— |
46,00 |
54.00 |
98,74 |
|
1,26 |
87,47 |
3 |
0,36 |
0,39 |
0,75 |
29,02 |
3,22 |
— |
29,77 |
70,23 |
97.48 |
|
2,52 |
75,80 |
4 |
0,41 |
0,43 |
0,84 |
26,85 |
4,12 |
— |
27,69 |
72,31 |
96.98 |
|
3,02 |
77,60 |
5 |
0,49 |
0.53 |
1,02 |
25,45 |
4.98 |
— |
26,47 |
73,53 |
96.14 |
|
3.86 |
77,60 |
6 |
0,51 |
0,57 |
1,08 |
24,75 |
5,078 |
— |
25.83 |
76.17 |
95,84 |
|
4,16 |
77,30 |
7 |
0,58 |
0.63 |
1.21 |
22,13 |
7.0-1 |
— |
23,34 |
76,66 |
94,18 |
|
5,19 |
77,30 |
8 |
0,75 |
0,81 |
1,56 |
22,71 |
7,21 |
— |
24.27 |
75.73 |
93,57 |
|
6,43 |
77,30 |
9 |
1,17 |
1,28 |
2.45 |
20,11 |
10,11 |
— |
22,56 |
77,44 |
89.14 |
|
10,86 |
77,30 |
10 |
2,43 |
2,64 |
5,07 |
17,65 |
6,44 |
— |
22.72 |
77.28 |
77,68 |
|
22,32 |
77,80 |
11 |
3.00 |
3,24 |
6,24 |
16,52 |
3.56 |
— |
22,76 |
77,24 |
72,51 |
|
27,49 |
77,30 |
12 |
3,90 |
4,23 |
8,13 |
16,83 |
— |
0,50 |
24.96 |
75.04 |
67,42 |
|
32.52 |
56,40 |
13 |
4,21 |
4,54 |
8,75 |
14,13 |
.— |
0,71 |
22,88 |
77.12 |
61.75 |
|
38,25 |
55,00 |
14 |
4,36 |
4,71 |
9,07 |
13,37 |
— |
0,93 |
22,44 |
77,56 |
59,58 |
|
40,42 |
55,32 |
15 |
5,05 |
5,47 |
10.52 |
11,65 |
— |
1,37 |
22,17 |
77,83 |
52,54 |
|
47,46 |
55,70 |
16 |
5,71 |
6.16 |
11,87 |
10,92 |
— |
1,57 |
22,79 |
77,21 |
47,91 |
|
52,09 |
54,55 |
17 |
6,35 |
6,87 |
13,22 |
9,83 |
— |
1,85 |
23.05 |
76,95 |
42,64 |
|
57,36 |
54,58 |
18 |
12,66 |
13,69 |
26;35 |
8,02 |
— |
2,31 |
34,37 |
65,63 |
23,33 |
|
76,67 |
54,28 |
19 |
18,05 |
19,31 |
37,36 |
10,22 |
—• |
1,75 |
47.58 |
58,42 |
38,75 |
|
61.2Ь |
54.1 і |
20 |
20,37 |
22,04 |
42,41 |
12,47 |
— |
1,16 |
54,88 |
45,12 |
22.74 |
|
77,26 |
53,35 |
21 |
21,63 |
23,37 |
45,00 |
14,16 |
— |
0,71 |
89,16 |
40,84 |
23,93 |
|
76,07 |
53,54 |
22 |
22,17 |
23,96 |
46,13 |
14,92 |
—• |
0,508 |
61,05 |
38,95 |
24,43 |
|
75,57 |
35,55 |
23 |
22,17 |
24,06 |
46,23 |
14,00 |
— |
— |
60,23 |
39,17 |
23,24 |
|
76.76 |
24,63 |
24 |
23,84 |
25,76 |
49;б0 |
7,23 |
—• |
— |
56,83 |
41,17 |
12,72 |
|
88,28 |
4,17 |
25 |
27,13 |
29,34 |
56,50 |
5,15 |
— |
— |
61,65 |
38,35 |
8,19 |
|
91,81 |
2,04 |
26 |
31,39 |
33,92 |
65,31 |
2,57 |
— |
—. |
67,88 |
32,12 |
3,78 |
|
96,22 |
1,42 |
27 |
36.63 |
38,50 |
74,13 |
1.03 |
— |
— |
75,16 |
24,84 |
1,37 |
|
98.63 |
0,31 |
28 |
— |
— |
82,00 |
— |
— |
— |
— |
— |
|
|
100,00 |
|
Твердый остаток, масс. %
ZnCi,
64,45
75,37
95,83
97,96
98,58
99,69
100.00
Z n + +
3,05
14,00
14,20
14,20
14,50
14,50
14,50
14.50
14,00
14,50
23,20
24,60
24,28
23,90
25,05
25,02
25,32
25,46
26,25
26,06
26,17
32,77
37,51
40,36
44,24
46,75
9,6
2,29 9,6
8,2
8,2
8,2
8,2
8,2
8,2
8,2
8,2
8,2
20,4
20,4
20,4
20,4
20,4
20,4
20,4
20,4
20,4
20,4
28,28
35,40
40,51
57,60
54,34
52,94
Истинная твердая фаза (химическая формула)
C 5 H 8 N 0 4 N a - H 2 0 C 5 H8N04 Na - H2 0
COONaCHNH,(CH,),COOZii-
- OOC(CH 2 ) 2 CHNH 2 COONa - 2H 2 0
COOCHNH2 CH2 CH2 COOZn • 3H 2 0
ZnCl> 2
связанной в виде гидратов. Количество конституционной воды в каждом новом гидрате выражено пропорциональными пло щадями, соответствующими ее наличию в отдельных соеди нениях.
Этот тип диаграммы, на наш взгляд, весьма интересен Е научном отношении, так как он дал возможность одновремен но охарактеризовать жидкую и твердую фазы, образующиеся в системе. Кроме того, он может получить большое практиче ское применение для расчетов при технологическом производ стве в заводских условиях любого желаемого соединения из всех представленных новых комплексообразований.
2.Растворимость L-гидроглутамината натрия
схлоридом цинка в воде
Система из |
L-глутамината натрия, |
хлорида цинка в |
вод |
|||
ных растворах |
изучена нами впервые. |
Полученные |
данные |
|||
по растворимости тройной |
системы |
сведены в табл. 20 |
и по |
|||
ним построена |
диаграмма |
растворимости |
(рис. 36). |
Эта |
диа |
грамма строилась так же, как и предыдущие. Методика хими ческого анализа составных компонентов описана выше [191].
Растворимость хлорида цинка при 30° равна 82,00%. Кри-
Рис. 36. Диаграмма растворимости L-глутамината натрия и хлорида цинка в воде при 25°С.
I l l
вая растворимости разбита на четыре ветви. Первая и четвер тая ветви отвечают кристаллизации из равновесных раство ров в донную фазу исходных компонентов. Точка 3 является эвтонической. Эвтоннческая жидкая фаза содержит 29,02% глутамината натрия и 0,75% хлорида цинка. От точки 3 про ходит вторая ветвь насыщения равновесных растворов глута мината натрия и хлорида цинка, отвечающая кристаллизации новой твердой фазы — двойного глутамината.натрия и цинка. Ветвь кристаллизации этого двойного комплекса лежит в пре делах от 3 до 12 точки.
На участке точек 3, 4, 5 двойная соль иногда механически загрязнялась солью гпдроглутамината натрия. По-видимому, это и обусловливает очень небольшой перегиб в эвтонике (точка 3).
Прямолинейные лучи, идущие от фигуративных точек 3—12, сходятся в полюсе Б внутри диаграммы, указывая на образование з донном осадке нового соединения. Содержание глутамината натрия в твердой фазе достигало 77,30%, цин ка"— 14,50, воды — 8,20%.
При пересчете найденных количеств веществ на молеку лярные содержания компоненты выражались следующим отношением глутамината натрия к цинку — CsH8 N04Na:Zn = = 2 : 1 , или химической формулой
COONaCHNHo (СН2 ) 2 COOZnOOC (СН2 ) 2 CHNH2 C00Na-2H2 0. Этот новый комплекс в дальнейшем мы будем называть
динатрийдиглутаминатом цинка. Его состав не только опреде лен теоретически с помощью диаграммы, но и подтвержден неоднократными химическими анализами. Точка 12 является переходной, прямолинейные лучи от нее расходятся веерооб разно от полюса Б и В. Третья ветвь (12—22 точки) отвечает процессу кристаллизации второго соединения. Составы рав новесных растворов, соответствующих этой ветви, по содер жанию исходных компонентов колеблются по глутаминату натрия от 16,83 до 8,02%, хлорида цинка — от 8,13 до 45,00%.
Прямолинейные лучи от этой ветви насыщения сходятся внутри треугольника в точке В, соответствующей образованию в твердой фазе второго нового соединения — среднего глута мината цинка.
Средний L-глутаминат цинка содержит 55,00% иона глута мината натрия, 24,60% иона цинка, 20,40% воды.
Соль выделяется в виде кристаллов белого цвета, устойчи вых на воздухе. Состав ее, определенный по диаграмме, хоро шо согласуется с данными химического анализа и отвечает химической формуле
1-12
COO—CHa—CH2 —CHNH2 —COOZn • 3H 2 0 .
Точка 22 является второй эвтоникой. Раствор содержит 14,92% глутамината натрия, 46,13% хлорида цинка.
Таким образом, при химическом взаимодействии L-гидро- глутамината натрия с хлоридом цинка в водных растворах протекает ионообменная реакция, приводящая к образованию двух новых химических соединений — динатрийдиглутамината цинка и моноглутамината цинка [30, 107, 189].
Равновесные растворы, состоящие из L-глутамината нат рия и хлорида цинка, были подвергнуты в дальнейшем спе циальному исследованию: изучали их плотность, показатель преломления и вязкость растворов. Полученные эксперимен тальные данные при определении удельных весов, показателя преломления и вязкости приведены в табл. 21 и изображены на диаграмме (рис. 37).
Диаграммы состав—свойство строились по следующему принципу: по оси абсцисс откладывали состав жидкой фазы, отнесенной по содержанию исходных компонентов к их сумме (100%); по оси ординат — удельную плотность, показатель преломления и вязкость.
Рис. 37. Изотермы плотности (d), пока зателя преломления (No) и вязкости (г)) равновесных растворов L-глутамината натрия—хлорида цинка при 30°С.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 21 |
|
Результаты |
измерения |
плотности, показателя преломления и вязкости растворов |
системы |
|
||||||
|
|
|
|
Cs H8 NO,,Na—ZnCl2 —Н2 0 |
при 30°С |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
Процент |
растворен |
|
|
|
|
|
|
Состав раствора, |
масс.% |
ных веществ |
к сум |
|
Показа |
Вязкость, |
||||
Номер |
|
|
|
|
ме |
солей |
Плотность, |
||||
|
|
|
|
тель пре |
пуаз |
||||||
точки |
|
|
|
|
|
|
|
г)слА |
|||
|
|
|
|
|
|
|
ломления |
|
|||
|
C 5 H 8 N0 4 Na |
ZnCl2 |
сумма |
Н 2 0 |
C5 H8 NO,,Na |
ZnCl2 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|||||||
|
солей |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
72,10 |
— |
— |
54,00 |
100,00 |
|
— |
1,2199 |
|
1,4080 |
6,14016 |
2 |
45,42 |
0,58 |
46,00 |
70,23 |
98,74 |
|
1,26 |
1,0950 |
|
1,3795 |
1,3630 |
3 |
29,02 |
0,75 |
29,77 |
76,44 |
97,48 |
|
2,52 |
1,1015 |
|
1,3820 |
1,3690 |
8 |
22,00 |
1,56 |
23,56 |
28,00 |
93,37 |
|
6,63 |
1,0960 |
|
1,3750 |
1,3690 |
10 |
17,65 |
5,07 |
22,72 |
77,28 |
77,68 |
|
22,32 |
1,1400 |
|
1,3920 |
1,4692 |
12 |
16,83 |
8,13 |
24,96 |
75,04 |
67,42 |
|
32,52 |
1,3939 |
|
1,4400 |
1,9170 |
15 |
11,65 |
10,52 |
22,17 |
77,83 |
52,54 |
|
47,46 |
1,2200 |
|
1,4080 |
1,6420 |
22 |
14,92 |
46,13 |
61,05 |
38,95 |
24,43 |
|
75,57 |
1,3900 |
|
1,4450 |
2,4398 |
24 |
7,23 |
49,60 |
56,83 |
41,17 |
12,72 |
|
88,28 |
1,3939 |
|
1,4490 |
2,4108 |
28 |
— |
82,00 |
— |
18,00 |
— |
|
100,00 |
1,9205 |
|
1,5010 |
22,2229 |
|
|
|
Изотерма удельной плотности |
при 30° характеризуется |
||||||
наличием |
четырех |
отчетливо |
выраженных |
ветвей, таких же, |
|||
как и а диаграмме |
растворимости. |
Первая |
ветвь отвечает ра |
||||
створам, |
выделяющим |
гидроглутаминат |
натрия. |
Удельная |
|||
плотность |
раствора, |
насыщенного |
L-глутаминатом |
натрия |
|||
при 30°С, равна 1,2199 г/см3. |
При увеличении концентрации |
||||||
хлорида цинка и уменьшении |
L-глутамината натрия |
в раство |
ре удельная плотность его падает до 1,0950 г/см3. В переходной точке 3 удельная плотность равна 1,1015 г/см3.
Вторая ветвь (точки 3—12) характеризует растворы, на ходящиеся в равновесии с донным осадком первого химиче ского соединения — динатрийдиглутамината цинка, удельная плотность их колеблется от 1,1015 до 1,3939 г/см3. В переход ной точке 12 удельная плотность равна 1,3939 г/см3". Третья ветвь (точки 12—22) отвечает растворам, находящимся в рав новесии с осадком второго соединения — L-глутамината цин ка. Плотность раствора в эвтонической точке 22 достигает 1,3900 г/см3: Для крайних ветвей, соответствующих выделе нию исходных компонентов, характерно повышение плотности жидких фаз. Изотермы плотности растворов при 30°С хорошо согласуются с ранее описанной изотермой растворимости ис следуемой системы.
Следующим характерным свойством дл-я равновесных ра створов из L-глутамината натрия и хлористого цинка, изу ченных нами, был показатель преломления. Показатель пре ломления раствора, насыщенного L-глутаминатом натрия, ра вен 1,4080, а хлоридом цинка — 1,5010. Изотерма показателя преломления при 30° разделена на четыре ветви.
Первая ветвь в точке 3 отвечает кристаллизации гидроглутамииата натрия. Между точками 3—12 простирается вторая ветвь, характеризующаяся постепенным повышением показа теля преломления до 1,4400, что обусловливало наличие в ра створе малодиссоциированного нового химического соедине ния — динатрийдиглутамината цинка. Третья ветвь (12—22 точки) отвечает закономерному повышению показателя пре ломления до значения 1,4450. Четвертая ветвь соответствует кристаллизации хлорида цинка.
Третье свойство равновесных жидких фаз — вязкость ра створов. Вязкость каждой точки измерялась 3—4 раза, на основании чего выводилось среднее ее значение.
Насыщенный раствор L-глутамината натрия имеет вяз кость 6,1401 пуаза. С понижением концентрации L-глутамина та натрия вязкость раствора имеет тенденцию к уменьшению.
В переходной точке 3 равновесный раствор, отвечающий образованию нового химического соединения — динатрийди-
глутамината цинка, обладает вязкостью в 1,3690 пуаза. В пе реходной точке 12 она увеличивается до 1,9170 и на диаграм ме лежит на пике кривой.
Далее от точки |
22 простирается ветвь растворов, отвеча |
ющая выделению |
кристаллов чистого хлорида цинка. |
При изучении вышеотмеченных свойств равновесных ра створов системы L-гидроглутаминат натрия—хлорид цинка—
вода при 30° получены |
данные, хорошо согласующиеся с диа- |
гр а м мой р а створ имости. |
|
Исследуемая система оказалась сложной многокомпонент |
|
ной, поэтому, чтобы |
охарактеризовать весь процесс химиче |
ского взаимодействия L-гидроглутамината натрия с хлоридом цинка, нами была использована многомерная диаграмма, по строенная по вышеописанному принципу [266, 267]. Химиче ские превращения, протекающие в жидкой фазе в результате
взаимодействия |
|
реагирующих |
веществ, |
представлены в |
|||||
табл. 20 и на диаграмме рис. 38. |
|
|
|
|
|||||
Данная диаграмма разделена на шесть квадрантов двумя |
|||||||||
горизонтальными |
линиями, |
перпендикулярно |
пересекающими |
||||||
ся в нулевой точке третьей вертикальной |
линией. |
|
|||||||
Каждая фигуративная точка равновесного раствора харак |
|||||||||
теризуется положением четырех |
квадрантов. |
|
|
||||||
В 1 квадранте |
влево от нуля |
в весовых процентах |
отложе |
||||||
на концентрация |
L-глутамината |
натрия |
в растворе, вправо — |
||||||
выделяющийся |
в |
процессе |
реакции |
хлористый |
водород, |
||||
вверх — процент содержания |
хлористого цинка в жидкой фа |
||||||||
зе и вниз |
— сумма растворенных веществ. |
Кривая |
первого |
||||||
квадранта |
(1—// |
|
точки) |
указывает на постепенный |
процесс |
уменьшения количества гпдроглутамината натрия вследствие
увеличения |
в растворе |
количества |
динатрийдиглутамината |
|
цинка. |
|
|
|
|
В квадранте |
I I отображен процесс образования хлористо |
|||
го водорода |
в результате ионообменной реакции между гид- |
|||
роглутаминатом |
натрия |
и хлоридом |
цинка. Наличие в раст |
воре повышенного содержания ионов водорода и хлора обус ловливало повышение кислотности среды и возможность воз никновения соляной кислоты. В результате реакции обмена накапливающаяся соляная кислота от нулевого значения уве личивается до 10% (в 9 точке) и рИ с 7 снижается до 4.
Процесс образования соляной кислоты идет вначале с возрастанием по криволинейной зависимости. Дальнейшее накопление кислотности приостанавливается в связи с появле нием в твердой фазе динатрийдиглутамината цинка. Это, ви димо, связано с понижением в растворе гидроглутаминатиона.
І га
Рис. 38. Диаграмма химическиг превращений, протекающих в жидкой фазе при взаимодействии L-гидроглутамината натрия с
хлоридом цинка при 30°С.
В I I I квадранте представлена зависимость изменения кон центрации L-гидроглутамината натрия от суммы растворен ных веществ в виде слабовогнутой кривой А, имеющей тен денцию к уменьшению растворимости реагирующих компо-