CC BY
88
УДК 541.123.3 + 66.096.4 + 539.27
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЯНТАРНОЙ КИСЛОТЫ С МОНОЭТАНОЛАМИНОМ
RESEARCH OF SUCCINIC ACID AND MONOETHANOLAMINE INTERACTION
А. Ю. Цыпленкова1, В. Г. Скворцов1, О. В. Кольцова1, Ю. Ю. Пыльчикова1,
М. А. Ершов2
A. Y. Tsyplenkova1, V. G. Skvortsov1, O. V. Koltsova1, Y. Y. Pylchikova1,
M. A. Ershov2
гФГБОУВПО «Чувашский государственный педагогический университет им. И. Я. Яковлева», г. Чебоксары,
2ФГБОУВПО «Чувашская государственная сельскохозяйственная академия»,
г. Чебоксары
Аннотация. Методами физико-химического анализа изучено взаимодействие янтарной кислоты (ЯК) с моноэтаноламином (МЭА). Получено комплексное соединение, имеющее состав: C2H4(COOH)2-NH2C2H4OH. Исследована его структура и биогенные свойства. Установлено, что сукцинат моноэтаноламмония обладает ростстимулирующим действием.
Abstract. The succinic acid (SA) and monoethanolamine (MEA) interaction has been researched with the help of methods of physical and chemical analysis. The complex compound of the following composition: C2H4(COOH)2-NH2C2H4OH has been obtained. The structure and biogenetic properties have been also researched. It has been established that monoethanolammonium succinate increases the germination power of plants.
Ключевые слова: янтарная кислота, моноэтаноламин, сукцинат моноэтаноламмония, изотермическая растворимость, тройная система.
Keywords: succinic acid, monoethanolamine, monoethanolammonium succinate, isothermal solubility, triple system.
Актуальность исследуемой проблемы. Интерес к данному исследованию вызван тем, что исходные вещества - янтарная кислота и моноэтаноламин - обладают биологической активностью. ЯК - сильный антиоксидант, она ускоряет созревание, повышает урожайность, увеличивает содержание витаминов и сахаров в плодах [2].
Моноэтаноламин участвует в стимуляции белкового обмена, усилении ферментативных процессов в организме, применяется для синтеза лекарственных препаратов, ПАВ, удобрений [5]. Поэтому получение комплексных соединений на основе янтарной кислоты и моноэтаноламина представляет значительный научный и практический интерес в плане синтеза новых биогенных препаратов и расширения их ассортимента [4].
Нами изучена тройная система янтарная кислота - моноэтаноламин - вода при 25 С. Исследование проводили методами изотермической растворимости, денси-, реф-ракто- и рН-метрии [1].
Материал и методика исследований. Для опытов использовали предварительно очищенные янтарную кислоту С2Н4 (СООН)2 марки «х.ч.» и моноэтаноламин NH2C2H4OH квалификации «ч».
Изотермическую среду создавали в водном термостате 1ТЖ-0-03 с точностью ±0,1 °С. Равновесие в системе при постоянном энергичном перемешивании устанавливалось через 8-10 ч. Взятие проб жидких и твердых фаз проводили фильтруя насыщенные равновесные растворы через стеклянный фильтр Шотта средней пористости № 4. Плотность растворов измеряли пикнометрически, показатель преломления - на рефрактометре ИРФ-454Б, рН - милливольтметром рН-121. Составы кристаллизующихся твердых фаз устанавливали по Скрейнемакерсу.
Химический анализ жидких и твердых фаз проводили следующим образом: азот аминоспирта (АМС) определяли методом Кьельдаля, содержание кислоты - потенциометрическим титрованием с помощью рН-метра. Анализ проб начинали с определения содержания моноэтаноламина. Затем рассчитывали объем кислоты (0,1н. НС1), необходимый для нейтрализации найденного количества АМС. Перед титрованием ЯК к пробе добавляли рассчитанный объем 0,1н. соляной кислоты и титровали 0,1н. раствором NaOH до рН 5,6.
Экспериментальные данные по растворимости и свойствам жидких фаз системы С2Н4(СООН)2 - NH2C2H4OH - Н2О при 25 °С представлены в табл. 1 и на рис. 1, 2.
ИК-спектры записывали на спектрофотометрах SPECORD-75IR и UR-20 в вазелиновом масле и в таблетках с бромидом калия.
Рентгенофазовый анализ (РФА) образцов проводили на дифрактометре ДРОН-3,0 (CuKa-излучение).
Результаты исследований и их обсуждение. Гетерогенные равновесия в тройной системе С2Н4 (СООН)2 - NH2C2H4OH - Н2О начали изучать со стороны янтарной кислоты. Из табл. 1 видно, что по мере добавления МЭА растворимость кислоты несколько возрастает: с 7,80 до 10,35 мас. % (до эвтонической точки), а затем - до 14,99 мас. %. Первая ветвь на диаграмме растворимости ограничивает область кристаллизации янтарной кислоты. Вторая ветвь соответствует формированию нового соединения, содержащего 65,92 мас. % янтарной кислоты и 34,08 мас. % моноэтаноламина, что соответствует молекулярной формуле С2Н4(С00Н)2•NH2C2H40H. При дальнейшем добавлении небольшого количества МЭА в реакционную смесь твердая фаза исчезает. Раствор становится гомогенным и вязким. При изотермическом испарении из него выкристаллизовывается вещество вышеуказанного состава. Для исследования системы со стороны АМС готовили 75 %-ный раствор. При добавлении к нему янтарной кислоты образование твердой фазы не наблюдалось. Реакционная смесь становилась густой и вязкой. Через некоторое время из нее выпадали прозрачные кристаллы. Химический анализ показал, что данное вещество имеет тот же состав ЯК:МЭА= 1:1, т. е. образуется кислая соль - гидросукцинат моноэтаноламмония.
Параллельно с растворимостью определяли плотность (d), показатель преломления (n), рН, сумму молей солей на 1000 молей воды (Е) насыщенных равновесных растворов и строили их изотермы (рис. 2). Они изменяются в соответствии с характером диаграммы растворимости, подтверждая ее характер. Каждой фазе, возникающей в системе, соответствует своя ветвь на изотермах свойств.
Взаимодействие ЯК с МЭА параллельно исследовали методами изомолярных серий и молярных отношений. Для изомолярных растворов измеряли плотность, коэффициент рефракции и рН среды. По полученным результатам строили изотермы свойств изомолярных серий, откладывая на оси ординат свойства (плотность, показатель преломления, рН), а на оси абсцисс - составы растворов. По излому изотерм находили состав соединения, опуская перпендикуляр на ось абсцисс. Установлено, что в изомолярных растворах также образуется соединение с мольным соотношением ЯК:МЭА, равным 1:1.
С2Н4(СООН)2
Рис. 1. Диаграмма растворимости системы С2Н4 (СООН)2 - NH2C2H4OH - Н2О при 25 °С
Рис. 2. Свойства насыщенных растворов системы С2Н4 (СООН)2 - NH2C2H4OH - Н2О при 25 С
Метод молярных отношений подтверждает образование сукцинатного комплекса С2Н4(С00Н)2-КН2С2Н40Н.
Таблица 1
Растворимость и свойства жидких фаз системы С2Н4 (СООН)2 - №Н2С2Н4ОН - Н2О при 25 °С
№ точ- ки Жидкая фаза, мас. % Е п d pH Твердый остаток, мас. % Твердая фаза
ЯК МЭА ЯК МЭА
1 7,80 - 13,03 1,343 1,052 2,3 100,00 - С2Н4 (СООН)2
2 9,23 4,61 32,11 1,358 0,050 3,6 85,04 1,22 То же
3 10,35 11,48 63,50 1,369 1,045 4,2 83,25 2,74 То же
4 10,33 11,50 63,55 1,370 1,044 4,2 54,13 28,36 С2Н4 (СООН)2 •Ж2С2Н4ОН
5 12,05 19,64 111,81 1,378 1,025 5,8 55,41 30,82 То же
6 14,37 29,19 191,45 1,385 1,020 6,8 65,92 34,08 То же
7 14,99 33,42 235,41 1,388 1,014 7,1 - - -
8 9,78 43,62 308,08 1,404 1,002 9,7 - - -
9 5,02 57,95 482,45 1,420 0,988 11,6 - - -
10 - 75,00 884,73 1,434 0,980 12,8 - - -
Идентификацию вновь полученного соединения проводили методами ИК-спектроскопии и рентгенофазового анализа (PФA).
^блюдаемые изменения частот поглощения в ИК-спектрах указывают на образование комплекса в результате перехода протона от карбоксильной группы кислоты к атому азота аминогруппы с образованием соли Aррениyса.
Данные PФA свидетельствуют о том, что новые соединения по положению и интенсивности пиков резко отличаются от таковых исходных веществ.
Сукцинат моноэтаноламмония испытан в лабораторных условиях в качестве стимулятора роста на семенах яровой пшеницы сорта «Mосковская-35». Опыты проводили согласно требованиям ГОСТ 12038-84 «Семена сельскохозяйственных культур. Mетоды определения всхожести» [3]. Выявлено, что полученное соединение является биологически активным веществом: оно увеличивает всхожесть и энергию прорастания семян пшеницы.
Резюме. Получено новое соединение - гидросукцинат моноэтаноламмония. Установлено, что данный комплекс является стимулятором роста растений.
ЛИТЕPAТУPA
1. Аносов, В. Я. Основы физико-химического анализа / В. Я. Aносов, M. И. Озерова, Ю. Я. Фиалков. -M. : Шука, 197S. - 504 с.
2. Пейве, Я. В. Ыикроэлемент^: - регуляторы жизнедеятельности и продуктивности растений / Я. В. Пейве. - Рига : Зинатне, 1971. - 249 с.
3. Радцева, Г. Е. Физиологические аспекты действия химических регуляторов роста на растения / Г. Е. Радцева, В. С. Радцев. - M. : Hаyка, 19S2. - 147 с.
4. Скворцов, В. Г. Тройная система щавелевая кислота - моноэтаноламин - вода при 25 °С / В. Г. Скворцов, О. В. Кольцова и др. // Вестник Чувашского государственного педагогического университета им. И. Я. Яковлева. - 2009. - № 2 (б2). - С. 101-104.
5. Школьник, М. Я. Mикроэлементы в жизни растений / M. Я. Школьник. - Л. : ^ука, 1974. - 324 с.
1S2
