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

даиит аммония. Последний адсорбировался осадком сильнее и вытеснял из него йод.

Изменение окраски в конце титрования становилось отчет­

вор азотнокислого серебра, титр которого проверялся по раст­ вору хлорида натрия, в качестве индикатора использовался хромовокислый калий. По количеству израсходованного азот­ нокислого серебра вычислялось содержание хлора.

Количественное содержание ионов кальция, магния, строн­ ция, бария, кобальта, никеля, марганца, меди, цинка и железа дополнительно контролировалось определением хлор-нона, полученного при титровании азотнокислым серебром.

Ион натрия определялся двумя методами: цинк-уранил- ацетатным способом [263] и пламенно-фотометрическим мето­ дом [188].

Анализ натрия методом пламенной фотометрии является наиболее быстрым и точным и характеризуется большой спе­ цифичностью.

Лучше всего определять натрий в низкотемпературном пламени смеси «светильный газ—воздух», так как в этом слу­ чае интенсивность излучения щелочноземельных элементов значительно слабее интенсивности излучения натрия и калия. Определение натрия производится по линиям 589,0—589,6 ммк.

Ход определения исследуемых веществ

Для изучения исследуемого вещества навеску из 0,1000 г тонкоизмельченного порошка помещали в платиновый тигель или чашку, смачивали несколькими каплями воды, затем к ней приливали 5 мл 40%-ной HF, 1 мл H2SO4 (1 :2) . Смесь, не до-

водя до кипения, выпаривали на электроплитке или песчаной бане почти до прекращения выделения паров S03 . После охлаждения к остатку приливали 5 мл 5 н. НС1, 5 мл воды и нагревали до растворения солей, затем охлаждали, переводили в мерную колбу емкостью 100 мл, разбавляли дистиллирован­ ной водой до метки и тщательно перемешивали.

При фотометрировании натрия использовали пламя све­ тильного газа, его концентрацию в растворе определяли пу­ тем сравнения с двумя стандартными растворами, из которых один давал больший, а другой — меньший отсчет, чем иссле­ дуемый раствор. Отсчет повторяли в обратном порядке и бра­ ли средний результат.

Расчет производили графическим путем: откладывали на оси абсцисс концентрацию элементов в мкг/мл, а на оси орди­ нат вели отсчеты по гальванометру. На график наносили точ­ ки, соответствующие двум стандартным растворам, и соединя­ ли прямой линией. На оси ординат из точки, соответствующей отсчету исследуемого раствора, проводили линию, параллель­ ную оси абсцисс, до пересечения ее с линией, соединяющей точки двух стандартных растворов. Из точки пересечения опускали перпендикуляр на ось абсцисс. Величина отрезка от начала координат до основания опущенного перпендикуляра показывала содержание элемента в исследуемом растворе в

мкг/мл.

Для пересчета найденного количества натрия (в мкг/мл) в процентное содержание анализируемой пробы полученные числа делили на 10.

Определение кристаллизационной воды, особенно при установлении химического состава твердых фаз, имеет важное значение. Вода в остатках может находиться в различных формах: гигроскопической, сорбированной, окклюдированной и кристаллизационной. Количественное определение воды мы проводили реактивом Фишера с титром 1,2—0,3—0,4 мг/мл по микрометоду, разработанному А. М. Львовым, В. А. Климовой и др. [149, 161]. Титрование проводилось визуально и электро­ метрически. Этот метод прост, навески варьировали от 3 мг до 20 г. Продолжительность определения — 15—20 мин. Метод позволял определять следы влаги в количествах до 0,0005% [149]. Это давало возможность с большей точностью устанав­ ливать гидратность новых выделенных нами производных L-глутаминовой кислоты.

С ГИДРООКИСЯМИ НАТРИЯ, КАЛЬЦИЯ, МАГНИЯ, УГЛЕКИСЛЫМ ЛИТИЕМ И ХЛОРИДОМ КОБАЛЬТА

Из литературных данных известно, что глутамииовая кис­ лота является двухосновной и при взаимодействии с гидрооки­ сями может образовывать два типа солеи: бпметаллглутамннаты (средняя соль) и монометаллглутамииаты (кислая соль). Перед нами стояла задача выяснить последовательность обра­ зования глутаминатов натрия, кальция, магния и лития, при каких соотношениях исходных компонентов они возникают, какова степень активности кислоты при взаимодействии со щелочами, а также пределы концентрации растворов при об­ разовании кислой, средней солей или их смеси. Не менее ин­ тересным представляется вопрос о концентрационных преде­ лах гидроокисей в равновесных растворах при образовании желаемых солей.

Необходимо заметить, что изучение этих вопросов сопря­ жено с некоторыми техническими трудностями, обусловлен­ ными, во-первых, тем, что образуемая хорошо растворимая гидратированная соль (например, мононатрийглутаминат) плохо кристаллизуется, и, во-вторых, при ее выделении разви­ ты метастабнльные состояния, часто заканчивающиеся появ­ лением аморфной, комкообразной массы. При организации промышленного производства физиологически активного ме­ дицинского и консервирующего мононатрийглутамата необхо­ димо точно знать условия, при которых образуются кристаллы соли с хорошим выходом. При этом желательно весь процесс получения моносоли проводить при обычной температуре (20—25°) с использованием простой и вполне доступной аппа­ ратуры. Для решения этих задач и было предпринято изуче­ ние системы глутамииовая кислота—NaOH—вода при 25°.

1. Тройная система L-глутаминовая кислота— гидроокись натрия—вода

Для исследования системы L-глутаминовая кислота—гид­ роокись натрия—вода было проведено 25 опытов. Изучение

/ЪаРН

Рис. 15. Диаграмма растьиримости ь-глутаминовой кис­ лоты и гидроокиси натрия в воде при 25°С.

данной системы выполнено изотермическим методом раство­

исследуемой системы сведены в табл. 3 и представлены в виде диаграммы растворимости на рис. 15.

Прием построения диаграмм в треугольнике широко при­ нят, так как он одновременно позволяет связать состав равно­ весного раствора и твердой фазы. Помимо того, он позволяет теоретически определить характер новой фазы и состав нового соединения или твердого раствора.

Из рис. 15 видно, что растворимость глутаминовой кисло­ ты при 25° относительно невысокая — до 0,9%, а раствори­ мость гидроокиси натрия равна 53,5%. Изотерма растворимо­ сти представлена четырьмя ветвями. Первая ветвь, резко под­ нимающаяся от 1 до 6 точки, отвечает наличию в твердой фа­ зе глутаминовой кислоты. Прямолинейные лучи, соединяющие фигуративные точки жидких и твердых фаз, сходятся в полю-

се А, отвечающем 100%-ному составу глутаминовой кислоты, указывая на ее присутствие в донном осадке. По направлению ветви видно, что имеющаяся в растворе кислота нейтрализует­ ся гидроокисью натрия с образованием хорошо растворимой соли натрия. С накоплением натриевой соли в жидкой фазе наблюдается заметное увеличение глутаминат-аниона. В ко­ нечной точке 6 количество глутаминовой кислоты и глутами- нат-иона доходит до 42,35% при содержании гидроокиси нат­ рия 10,83%. Эта точка по составу раствора может быть отне­ сена к эвтонической, прямолинейный луч от нее простирается до полюса кислоты, а от следующей близлежащей точки 6а— до точки мононатрийглутамината.

Вторая ветвь (точки 6—14) соответствует выделению в твердой фазе однозамещенной соли — L-мононатрийглутами- ната. Ветви от эвтонической точки спускаются вниз почти вер­ тикально (от 6 до // , 12), указывая на процесс нейтрализации кислоты едким натром. После некоторого минимума по содер­ жанию L-глутаминовой кислоты (24,59% — точки 13—14) на­ блюдается повышение ветви, обусловленное накоплением в растворе глутамината натрия.

Прямолинейные лучи, идущие от фигуративных точек этой ветви, пересекаются в точке Б, указывая на кристаллизацию в твердой фазе двойного гидратированного соединения посто­

воды — 10,00%, что соответствует формуле COONa—CHNH2 —

— (СН 2 ) 2 — СООН - Н 2 0 и молекулярному весу 187,13. L-глута- минат натрия был выделен из раствора и проанализирован. Найденное весовое соотношение компонентов строго соответ­ ствует указанной формуле химического соединения.

Точка 14 является переходной от моноглутамината к сред­ ней соли (бинатрийглутаминат). В состав раствора входит 29,42% кислоты и 18,8% гидроокиси натрия.

Третья ветвь, включающая точки 14—22, отвечает кристал­ лизации в донный осадок второго химического соединения, характеризующегося содержанием глутаминовой кислоты — 69,40%, гидроокиси натрия — 21,99, воды — 8,61% и соответ­ ствующего химической формуле NaOOC — CHNH 2 — (СН 2 ) 2 — —COONa-H2 0. На диаграмме прямолинейные лучи пересека­ ются в полюсе этой соли, указывая на образование двузамещенной (средней) соли глутаминовой кислоты.

Рис. 16. Вязкость, удельная плотность и показатель преломления растворов системы C5H9NO4—NaOH—Н2 0 при 25°С.

Точка 22 является переходной и характеризует раствор следующего состава: глутаминовой кислоты — 3,99%, гидро­ окиси натрия — 48,12%.

Четвертая ветвь соответствует выделению в твердую фазу гидроокиси натрия.

При исследовании растворимости системы из L-глутамино­ вой кислоты, гидроокиси натрия в воде при 25° одновременно были изучены удельные массы, вязкость и показатель прелом­ ления растворов (табл. 4, рис. 16). С помощью этих показате­ лей можно расширить химическую характеристику равновес­ ных жидких и выделяющихся твердых фаз. С другой стороны, знаниесвойств равновесных растворов при получении в про­ мышленных условиях глутаминовой кислоты и ее солей позво­

кислоты при 25?'равна 1,0053. Изменение удельной массы в за-

висимости от переменного состава равновесных растворов по­ казано на диаграмме в виде четырёх ветвей.

лизующим гидрат окиси натрия.

Соответственно четырем ветвям равновесных растворов на рис. 16 представлено закономерное изменение вязкости. Кри­ вая вязкости также характеризуется четырьмя ветвями с тре­ мя максимумами.

Первый участок отвечает кристаллизации из равновесных растворов глутаминовой кислоты. От точки 5 отмечено повы­ шение вязкости. Первый максимум соответствует растворам следующего содержания составных компонентов, отнесенных к сумме растворенных веществ: L-глутамииовой кислоты — 79,6%, гидроокиси натрия — 20,4% с вязкостью 3,28 пз, указы­ вающих на одновременное выделение в донный осадок L-глу­ таминовой кислоты и однозамещенной двойной соли глутами­ ната натрия с соотношением 1:1. От этого максимума вниз направляется кривая вязкости, отвечающая кристаллизации гидратированной двойной соли. Около переходной точки 14 наблюдается подъем к новому максимуму вязкости, равному 5,28 пз п указывающему на одновременное выделение в дон­ ный осадок однозамещенной и двузамещенной солей L-глута­ миновой кислоты. Однако составы растворов, соответствую­ щие образованию двузамещенного глутамината натрия, не да­ вали закономерного повышения вязкости. Второй максимум, находящийся между второй и третьей ветвями, характеризу­ ется выделением второго двойного соединения с соотноше­ нием аниона L-глутаминовой кислоты к катиону натрия, рав­ ным 1 : 2.

От переходной точки 22 простирается четвертая ветвь кри­ вой вязкости растворов, находящихся в равновесии с твердой фазой из гидроокиси натрия. Вязкость равновесных растворов, содержащих в своем составе чистую гидроокись натрия, зако­ номерно повышается по сравнению с остальными тремя ветвя­ ми. Вязкость растворов в переходных точках различна: для точки 6 она составляет 3,28, для точки 14 — 5,28, для точки 22 — 13,55 пз. Вязкость насыщенного раствора гидроокиси натрия равна 35,5248 пз.

наличие в системе четырех фаз и трех эвтонических точек. Первая ветвь (точки 1—6) отвечает выделению из равновес­ ных растворов в донный осадок L-глутаминовой кислоты; по­ казатель преломления ее колеблется в пределах 1,3360—1,4150. Из равновесных растворов второй ветви выделяется в донную фазу COONaCHNH2 (CH2 )2 COOH; показатель преломле­ ния варьирует от 1,4150 до 1,3950, в третьей ветви — от 1,3950 до 1,4119 и в последней (от 1,4119) наблюдается повышение показателя преломления. Таким образом, первая и четвертая ветви отвечают выделению из равновесных растворов в дон­ ный осадок исходных компонентов. Вторая ветвь соответству­ ет участку образования моноглутамината натрия, третья —• двузамещенной соли L-глутаминовой кислоты.

2. Растворимость систем L-глутаминовая кислота— гидроокись кальция—вода, L-глутаминовая кислота— гидроокись магния—вода при 25°

Система из глутаминовой кислоты и гидроокиси кальция и

ставлена гидроокисью кальция. Лучи от 1-и 2 точек почти схо­ дятся в его полюсе. Далее от 3—8 точек наблюдается расхож­ дение прямолинейных лучей, указывающих на образование в осадке фазы переменного состава. Но при этом образование твердых растворов является очень сложным процессом. Вопервых, возникновение изоморфных смесей между гидро­ окисью и средним глутаминатом кальция вряд ли можно до­ пустить, так как они из-за различия структуры не могут быть изоморфными. Средний глугаминат кальция имеет четко вы­ раженную кристаллическую структуру ромбических индиви­ дов. Под микроскопом при перекрещивании никелей проявля­ ется отчетливая анизотропность с яркой окраской'кристаллов,, а аморфная гидроокись кальция выражена в виде отдельных