
книги из ГПНТБ / Бакасова З.Б. Физико-химические основы получения, свойств, строения новых производных L-глутаминовой кислоты и L-глутамината натрия
.pdfнис. 17. Диаграмма растворимости L-глутаминовой кислоты и гидроокиси кальция в воде при 25°С.
изотропных образований темной окраски. Это позволяет пред положить, что твердые растворы формируются на основе средней соли и, возможно, появившегося основного глутамината кальция. Во-вторых, трудность образования твердых ра створов между реагирующими веществами осложняется их физическими особенностями. Попадая в раствор глутаминовой кислоты, отдельные агрегаты (комочки) извести сверху по крываются оболочкой глутамината кальция, в результате чего возникают прочные, неразрушающиеся образования. При анализе твердые фазы, состоящие из таких образований, соз дают впечатление о наличии «псевдотвердых растворов». В- третьих, медленное возникновение истинных твердых раство ров также обусловлено относительно низкой растворимостью реагирующих компонентов и медленной скоростью формиро вания среднего глутамината.
На диаграмме (рис. 17) точка 8 соответствует эвтоническим растворам, содержащим 30,05% глутаминат-иона и 8,52% гидроокиси кальция. От эвтонической точки простирается вто рая ветвь, характеризующая процесс выделения средней соли. При выделении соли в виде мелких ромбических кристаллов
|
|
Данные химического анализа |
равновесных растворов и твердых фаз системы |
Таблица 5 |
||||||||
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
C 5 H g N 0 4 - C a ( O H ) 2 - H 2 0 |
при 25°С |
|
|
|
||||
|
|
Жидкая фаза, масс.% |
|
Процент |
раст |
Твердый оста |
|
|
|
|||
|
|
|
воренных |
ве |
ток. |
масс.% |
Истинная |
твердая |
фаза |
|||
|
|
|
|
|
ществ |
к сумме |
|
|
||||
|
C5H9NO4 |
С а ( О Н ) 2 |
сумма |
Н 2 0 |
солей |
|
C 5 H 9 N 0 4 |
С а ( О Н ) 2 |
(химическая формула) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
солей |
|
C 5 H 9 N 0 4 |
С а ( О Н ) 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
1 |
0,80 |
— |
0,80 |
99,20 |
.— |
|
— |
100 |
— |
С а ( О Н ) 2 |
|
|
2 |
3,35 |
0,98 |
4,33 |
95,67 |
77,36 |
22,64 |
1,49 |
82,50 |
|
» |
|
|
3 |
6,93 |
1,43 |
8,36 |
91,64 |
82,89 |
17,11 |
2,37 |
79,20 |
|
» |
|
|
4 |
10,56 |
1,98 |
12,54 |
87,46 |
84,21 |
15,79 |
2,80 |
87,90 |
|
» |
|
|
5 |
14,50 |
3,83 |
18,33 |
81,67 |
79,10 |
20,90 |
5,76 |
85,20 |
|
|
|
|
6 |
18,82 |
4,11 |
22,93 |
77,07 |
82,07 |
17,93 |
13,51 |
60,62 |
|
» |
|
|
7 |
27,46 |
6,40 |
33,86 |
66,14 |
81,09 |
18,91 |
18,01 |
78,90 |
|
» |
|
|
8 |
30,05 |
8,52 |
38,57 |
61,43 |
77,91 |
22,09 |
37,64 |
45,02 |
|
|
||
8а |
30,05 |
8,52 |
38,57 |
61,43 |
77,91 |
22,09 |
65,73 |
18,46 |
C 5 H 7 N 0 4 C a H 2 0 |
|||
9 |
32,95 |
7,16 |
4Q.11 |
59,89 |
82,14 |
17,86 |
68,49 |
19,47 |
|
> |
|
|
10 |
36,30 |
6,54 |
42,84 |
57,16 |
84,73 |
15,27 |
66,50 |
17,62 |
|
> |
|
|
11 |
41,20 |
6,50 |
47,70 |
52,30 |
86,37 |
13,63 |
7,20 |
17,46 |
|
> |
|
|
12 |
42,50 |
5,75 |
48,25 |
51,75 |
88,08 |
11,92 |
63,21 |
16,50 |
|
|
|
|
12а |
42,50 |
5,75 |
48,25 |
51,75 |
88,08 |
11,92 |
75,11 |
17,83 |
C1 0 H,6 N2 |
O8 Ca-2H |
2 O |
|
13 |
41,30 |
5,11 |
46,41 |
53,59 |
88,10 |
11,90 |
75,12 |
9,05 |
|
» |
|
|
14 |
40,51 |
4,02 |
44,53 |
55,47 |
90,97 |
|
9,03 |
74,11 |
9,31 |
C,0 H1 6 N2 O8 Ca-2H2 O |
||
15 |
39,50 |
3,53 |
43,03 |
56,97 |
91,09 |
|
8,91 |
71,09 |
7,90 |
|
|
|
15а |
39,50 |
3,53 |
43,03 |
56,97 |
91,09 |
|
8,91 |
82,01 |
0,99 |
C5H9NO4 |
|
|
16 |
32,00 |
2,07 |
34,07 |
65,93 |
93,92 |
|
6,08 |
68,43 |
0,54 |
|
> |
|
17 |
26,20 |
1,56 |
27,76 |
72,24 |
94,38 |
|
5,62 |
100 |
—. |
|
> |
|
18 |
21,50 |
1,85 |
23,35 |
76,65 |
92,07 |
|
7,93 |
100 |
—. |
|
> |
|
19 |
16,50 |
0,50 |
17,00 |
83,00 |
97,05 |
|
2,95 |
100 |
— |
|
> |
|
20 |
10,15 |
0,35 |
10,50 |
89,50 |
96,66 |
|
3,34 |
. 100 |
— |
|
> |
|
21 |
5,12 |
0,25 |
5,37 |
94,63 |
95,34 |
|
4,66 |
100 |
— |
|
|
|
растворимость глутаминовой кислоты нарастает до 42,5%, а содержание гидроокиси падает до 5,75%. Третья ветвь (между точками 12а—15) отвечает кристаллизации гидроглутамииата кальция. Ветвь по простиранию небольшая, после выделения соли в растворе содержится 39,55% глутаминовой кислоты и 3,53% щелочи. Соль также выделяется в виде мелкокристалли ческой массы, кристаллы относятся к ромбической сингонии.
Молекулярное соотношение реагирующих веществ в твер
дой фазе |
представлено 84,5% |
глутаминат-иона |
и |
7,00% |
|
кальция, |
что |
соответствует |
химической |
формуле |
|
(COOHCHNH2 (CH2)2COO)2Ca-2H2 0. |
эвтони- |
||||
Раствор, |
характеризующийся точкой 15, является |
||||
ческим и находится |
в равновесии |
с твердой фазой из глутами |
|||
новой кислоты и гидроглутамииата |
кальция. |
|
|
||
Четвертая ветвь |
отвечает кристаллизации в твердой |
фазе |
|||
чистой глутаминовой |
кислоты. |
|
|
|
Номе| точки
1
2
3
4
5
6
7
8
8а
9
10
10а
11
12
12а
13
14
15
|
Данные химического |
анализа |
равновесных |
растворов и твердых |
фаз системы |
|
||
|
|
|
C 5 H 9 N C y - M g ( O H ) 2 - H 2 0 |
при 25°С |
|
|
||
|
Жидкая фаза, |
масс. % |
|
Процент |
раство |
Твердый |
остаток, |
|
|
|
|
|
ренных |
веществ |
масс.% |
Истинная твердая |
|
|
|
сумма |
|
к сумме солей |
|
|
фаза (химическая |
|
C 5 H 9 N0 |
4 M g ( O H ) 2 |
Н 2 0 |
|
|
C5 H9 NO, |
Mg(:OH)2 |
формула) |
|
солей |
C5H9NO4 |
M g ( O H ) 2 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|||
0,80 |
— |
0,80 |
99,20 |
—. |
— |
100 |
— |
M g ( 0 H ) 2 |
5,67 |
0,70 |
6,37 |
93,63 |
89,01 |
10,99 |
5,11 |
50,00 |
» |
10,80 |
1,62 |
12,42 |
87,58 |
87,00 |
13,00 |
8,90 |
55,80 |
> |
18,60 |
2,05 |
20,65 |
78,85 |
90,07 |
9,93 |
16,42 |
60,00 |
|
25,01 |
2,90 |
27,91 |
72,09 |
89,60 |
10,40 |
21,30 |
66,56 |
» |
31,62 |
4,62 |
36,24 |
63,76 |
87,25 |
12,75 |
26,54 |
68,68 |
|
38,13 |
7,40 |
45,53 |
54,47 |
83,74 |
16,26 |
40,48 |
51,56 |
|
39,90 |
8,64 |
48,54 |
51,46 |
82",20 |
17,80 |
54,12 |
35,39 |
» |
39,90 |
8,64 |
48,54 |
51,46 |
82,20 |
17,80 |
59,63 |
11,34 |
C 6 H 7 M g N C V H 2 0 |
42,51 |
6,01 |
48,52 |
51,48 |
87,61 |
12,39 |
66,52 |
10,47 |
х> |
45,07 |
5,85 |
50,92 |
49,08 |
88,51 |
11,49 |
63,84 |
9,10 |
» |
45,07 |
5,85 |
50,92 |
49,08 |
88,51 |
11,49 |
77,36 |
6,59 |
C 1 0 H 1 6 M g N 2 C v 2 H 2 O |
42,06 |
3,41 |
45,47 |
54,53 |
92,50 |
7,50 |
76,61 |
6,42 |
» |
40,06 |
2,45 |
42,51 |
57,49 |
94,23 |
5,77 |
78,52 |
5,57 |
» |
40,06 |
2,45 |
42,51 |
57,49 |
94,23 |
5,77 |
81,24 |
1,50 |
CsHgNO, |
38,90 |
7,57 |
46,47 |
53,53 |
83,70 |
16,30 |
91,66 |
1,02 |
|
35,40 |
0,97 |
36,37 |
63,63 |
97,33 |
2,67 |
90,20 |
0,97 |
» |
32,43 |
0,92 |
33,35 |
66,65 |
97,24 |
2,76 |
95,13 |
0,21 |
|
Тройная |
система |
из глутаминовой кислоты |
и гидроокиси |
||||
магния |
раньше никем не исследовалась. Нами |
поставлено 26 |
|||||
опытов, |
данные 15 опытов |
приведены в табл. 6, |
по ним по |
||||
строена |
изотермическая диаграмма |
растворимости |
(рис: 18).. |
||||
Изотермическая |
кривая |
состоит |
из четырех |
ветвей. Взаи |
|||
модействия |
реагирующих веществ |
по направлению процесса |
аналогичны предыдущей системе. Первая ветвь отвечает выде лению твердых растворов. Линия выделения гидроокиси маг
ния из растворов поднимается |
от нуля до 8,64%. |
|
|
||||||||
Точку |
8 характеризуют |
эвтоиические |
растворы, |
содержа |
|||||||
щие 39,90% глутаминовой |
кислоты и 8,64% |
гидроокиси |
магния. |
||||||||
От этой эвтоники простирается |
вторая ветвь |
кристаллизации |
|||||||||
среднего |
глутамината магния COOCTlNH^CbbbCOOMg-IH^O. |
||||||||||
Прямолинейные лучи, |
идущие |
от этой ветви, пересекаются, |
|||||||||
указывая |
на следующие |
содержания |
компонентов: |
|
глутами- |
||||||
нат иона |
— 77,50%, магния |
— 12,70%, воды — 9,80%. |
|
||||||||
На диаграмме |
точка |
|
10 соответствует |
переходным |
раство |
||||||
рам, находящимся |
в равновесии с твердыми |
фазами |
из одно- |
||||||||
водного среднего глутамината |
и двухводного |
гидроглутамииа- |
|||||||||
та магния. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Третья ветвь выделения |
кислой |
соли относительно корот |
|||||||||
кая. Концентрация |
растворов от переходной |
точки |
до эвтони |
||||||||
ки по содержанию |
глутаминовой кислоты |
падает до 40,06%, а |
|||||||||
гидроокиси — до 2,40%. |
От второй эвтоники вблизи |
оси абс |
цисс простирается четвертая ветвь выделения исходной L-глу таминовой кислоты в твердую фазу [34,38].
3. Растворимость системы L-глутаминовая кислота— углекислый литий—вода при 25°С
Исследование системы C5H9NO4—1л2СОз—НгО ранее не производилось. Полученные данные по растворимости трой ной системы при 25° нами сведены в табл. 7 и представлены на диаграмме (рис. 19). Построение диаграммы было произ ведено по тому же принципу, как и для предыдущих систем, только оба катета уменьшены в середине на 30%. Такое услов ное допущение было сделано для лучшей наглядности харак тера изотермы.
Изотермическая кривая |
растворимости |
представлена тре |
мя ветвями. Первая ветвь |
(1—3 точки) |
отвечает наличию в |
твердой фазе карбоната лития. Прямолинейные лучи, связы
вающие фигуративные |
точки кривой насыщения и соответ |
||
ствующие |
им составы твердых остатков,- сходятся |
в полюсе |
|
углекислой |
соли лития. |
Вторая ветвь (4—8 точки) |
соответ- |
Рис. 19. Диаграмма растворимости L-глутаминовой кис лоты н углекислого лития в воде при 25°С.
ствует кристаллизации в твердую фазу нового химического соединения в гидратной форме.
Прямолинейные лучи, идущие от фигуративных точек этой ветви, пересекаются в одной точке внутри диаграммы, указы вая на постоянно выделяющуюся твердую фазу. По данным физико-химической диаграммы, эта точка характеризуется следующим соотношением исходных компонентов: глутамино вой кислоты — 74,4%, лития — 7,12%, воды — 18,48%, что С о о т в е т с т в у е т НОВОМУ СОеДИНеНИЮ С5Н7ГТОДЛ2-Н20.
Под микроскопом твердые фазы, отвечающие .данной ветви насыщения, являются однородными мелкокристаллическими порошками.
Химический анализ этого соединения, тщательно освобож денного от маточного раствора, показал следующее количест во компонентов: L-глутаминовой кислоты — .74,05%, лития —
Ном«р точки
1
2
3
4
5
6
7
8
0
10
11
|
Данные химического анализа равновесных |
|
растворов |
и твердых фаз системы |
Таблица. 7 |
|||||
|
|
|
||||||||
|
|
|
C5 H9 N04 — Li 2 C0 3 — Н 2 0 при 25°С |
|
|
|
||||
Состав жидкой |
фазы, |
масс.% |
Состав |
.твердо? |
фазы, |
масс.% |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Истинная твердая фаза |
|
L i 2 0 |
CsHgNO., |
сумма |
Н 2 0 |
L i 2 0 |
C 5 H 9 N0 4 |
сумма |
Н 2 0 |
(химическая |
формула) |
|
солей |
солей |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
1,45 |
2,89 |
4,34 |
95,66 |
69,61 |
|
1,38 |
70,99 |
29,01 |
L i 2 0 + C 5 H 9 N 0 4 |
|
2,50 |
6,21 |
8,71 |
91,29 |
80,00 |
|
2,56 |
82,56 |
17,44 |
» |
|
3,56 |
9,15 |
12,51 |
87,49 |
62,51 |
|
5,03 |
67,54 |
32,46 |
» |
|
4,79 |
11,26 |
16,05 |
83,49 |
10,23 |
|
57,31 |
67,54 |
32,46 |
L i 2 C 5 H 7 N O r 2 H , 0 |
|
4,01 |
11,95 |
15,96 |
84,04 |
8,65 |
|
54,13 |
62,13 |
37,22 |
» |
|
3,48 |
12,62 |
16,10 |
83,90 |
8,55 |
|
55,10 |
63,65 |
36,35 |
|
|
2,46 |
12,40 |
14,86 |
85,14 |
7,16 |
|
53,50 |
60,66 |
39,34 |
|
|
1,65 |
11,82 |
13,47 |
86,53 |
7,79 |
|
55,25 |
62,04 |
37,96 |
|
|
1,63 |
11,80 |
13,43 |
86,57 |
4,92 |
|
66,90 |
71,82 |
28,18 |
C 5 H s N 0 4 |
+ L i 2 0 |
1,22 |
9,49 |
10,71 |
89,29 |
0,90 |
|
71,00 |
71,90 |
28,10 |
» |
|
0,89 |
5,34 |
6,23 |
93,77 |
0,86 |
|
74,12 |
74,98 |
25,02 |
|
|
7,02%, воды — 18,26%, что весьма близко к составу соедине ния, найденного теоретически (L-глутаминовой кислоты — 74,40%, лития — 7,12%) согласно диаграмме растворимости. Как видно из физико-химической диаграммы, выделенное но
вое соединение |
инконгруентно |
растворимо в воде. |
Точка 9 |
||
представляет собой вторую |
переходную и отвечает |
насыщен |
|||
ному раствору, |
содержащему |
11,1% L-глутаминовой |
кислоты, |
||
8.8% углекислого лития. Далее начинается третья ветвь |
(точ |
||||
ки 10, 11, 12), |
характеризующая |
выделение в твердую |
фазу |
||
чистой глутаминовой кислоты. |
|
|
|
4. Система L-глутаминовая кислота — хлорид кобальта—вода при 25°
Систематическое исследование тройной системы L-глута миновая кислота—хлорид кобальта—вода ранее не проводи лось. В настоящем разделе освещаются данные по раствори мости этой системы при 25° (табл. 8, рис. 20).
1OO/.C5H9N0,
0 |
!0 |
20 |
30 |
40 |
5 0 |
60 |
70 |
80 |
90 |
10'.' |
|
|
|
°/.СоС(,. |
|
|
|
|
|
||
Рис. |
20. |
Изотерма |
растворимости |
L-глутамино |
|
|||||
вой кислоты и хлористого |
кобальта |
в воде при 25°С. |
|
|
Данные |
химического анализа |
равновесных |
растворов и твердых фаз системы |
|||||
|
|
|
|
|
C 5 H S N0 4 — СоС1 2 — Н 2 0 при 25°С |
|
||||
|
Жидкая фаза, масс.% |
|
Процент |
раство |
Тведрый |
оста |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
ренных |
веществ |
ток, масс.% |
|
||
|
О |
|
|
|
к |
сумме |
солеіі |
|
|
Истинная твердая фаза |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(химическая формула) |
|
|
•z. |
|
|
о |
|
|
|
C 5 H 3 N 0 4 |
C0CI2 |
|
|
О |
о |
|
C5 H9 NO., |
СоС12 |
|
||||
|
X |
|
|
|
|
|
||||
|
о |
U |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
0,80 |
— |
0,80 |
99,20 |
100,00 |
—, |
100,00 |
.— СООН—CHNI-b—СН2 —СН2 —СООН |
||
2 |
1,28 |
4,76 |
6,04 |
93,96 |
21,40 |
78,60 |
90,00 |
0,61 |
> |
|
3 |
1,35 |
5,64 |
6,99 |
93,01 |
19,43 |
80,77 |
88,28 |
1,32 |
|
|
4 |
1,36 |
6,54 |
7,90 |
92,10 |
17,22 |
82,78 |
87,30 |
2,07 |
|
|
5 |
1,98 |
10,42 |
12,40 |
87,60 |
15,95 |
84,05 |
90,00 |
5,80 |
|
|
6 |
2,48 |
12,73 |
15,21 |
84,79 |
16,31 |
83,69 |
85,45 |
9,73 |
» |
|
7 |
3,67 |
21,41 |
25,08 |
74,92 |
14,64 |
85,36 |
85,02 |
6,32 |
» |
|
8 |
3,78 |
21,45 |
25,23 |
74,77 |
14,98 |
85,02 |
25,86 |
6,94 |
» |
|
9 |
4,77 |
22,69 |
27,46 |
72,54 |
17,38 |
82,62 |
84,29 |
7,64 |
|
|
10 |
5,45 |
24,45 |
29,90 |
70,10 |
18,20 |
81,80 |
69,54 |
19,04 |
|
|
11 |
6,53 |
25,04 |
31,57 |
68,43 |
20,68 |
79,32 |
21,82 |
30,76 |
C5 H9 N04-CoCl2 -2H20 |
|
12 |
5,44 |
27,48 |
32,92 |
67,08 |
26,43 |
83,57 |
30,58 |
35,11 |
> |
|
13 |
5,41 |
28,24 |
33,65 |
66,35 |
16,08 |
83,92 |
27,56 |
34,97 |
» |
|
14 |
5,45 |
33,04 |
38,49 |
61,51 |
14,16 |
85,84 |
32,47 |
37,48 |
» |
|
15 |
5,38 |
32,82 |
38,20 |
67,80 |
14,08 |
85,92 |
23,15 |
36,64 |
» |
|
16 |
5,38 |
32,82 |
38,20 |
67,80 |
14,08 |
85,92 |
17,05 |
36,64 |
СоС12 -6Н2 0 |
|
17 |
3,86 |
34,01 |
37,87 |
62,13 |
10,19 |
89,81 |
2,03 |
44,75 |
» |
|
18 |
1,84 |
35,11 |
36,95 |
63,05 |
4,98 |
95,02 |
0,81 |
47,44 |
» |
|
19 |
— |
36,54 |
36,54 |
63,46 |
— |
100,00 |
— |
55,00 |
|
Построение диаграммы растворимости для этой системы осуществлялось следующим образом: в прямоугольных коор динатах по оси абсцисс откладывалось содержание шестивод-
ного хлорида кобальта в весовых |
процентах, а по оси орди |
нат — количество L-глутаминовой |
кислоты. |
Точки, соответствующие 100%-ному содержанию этих ве ществ (L-глутаминовая кислота и хлорид кобальта), соединя лись прямой линией — гипотенузой, которая по существу ха рактеризует переменный состав исходных компонентов в твер дых фазах в безводном состоянии. Так как в системе имеются гидратные формы (СоС12 -6Н2 0) и гидратное двойное соедине ние из L-глутаминовой кислоты и хлористого кобальта, линия истинного состава твердых фаз смещена к началу координат.
Точка А отвечает L-глутаминовой кислоте, точка Б соответ
ствует СОСТаву ДВОЙНОГО ХИМИчеСКОГО СОеДИНеНИЯ (C5H9NCV
•СоС12 -2Н2 0), точка В характеризует твердую фазу, представ ленную шестиводиым хлористым кобальтом.
Диаграмма растворимости этой системы состоит из трех ветвей. Первая ветвь (точки /—10) соответствует кристалли зации в твердую фазу L-глутаминовой кислоты. Прямолиней ные лучи от фигуративных точек, расположенных по этой вет ви, сходятся в полюсе А, указывая на кристаллизацию в дон ной фазе только L-глутаминовой кислоты. Точка 11 является переходной и характеризуется следующим составом раствора: L-глутаминовой кислоты — 6,53%, хлористого кобальта —• 25,04%.
Вторая ветвь (точки //—15) соответствует растворам, вы деляющим двойное соединение. Прямолинейные лучи, идущие от фигуративных точек этой ветви, пересекаются в точке Б, подтверждающей постоянный состав твердой фазы. Твердая фаза характеризуется следующим содержанием исходных ком понентов: L-глутаминовой кислоты — 46,99%, хлористого ко бальта — 41,51%, воды — 11,50%.
В пересчете на молекулярное содержание веществ новое химическое соединение выражается формулой: C5H9NCV •СоС12 -2Н2 0.
Третья ветвь (точки 15—18) отвечает растворам, находя щимся в равновесном состоянии с донным осадком из чистого шестиводного хлористого кобальта {28, 225].