Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Бакасова З.Б. Физико-химические основы получения, свойств, строения новых производных L-глутаминовой кислоты и L-глутамината натрия

.pdf
Скачиваний:
9
Добавлен:
24.10.2023
Размер:
11.86 Mб
Скачать

го 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 312, 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-

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ