Научная статья на тему 'Применение водорастворимых полимеров для экстракционного извлечения ароматических аминокислот'

Применение водорастворимых полимеров для экстракционного извлечения ароматических аминокислот Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

CC BY
97
23
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Шляхина Ю. В., Мокшина Н. Я., Хохлов В. Ю., Селеменев В. Ф., Шаталов Г. В.

Для экстракционного извлечения фенилаланина, тирозина и триптофана из водно-солевых растворов применен поли-N-винил-N-метилацетамид. Изучены фазовые равновесия в системах поли-N-винил-N-метилацетамид (NH4)2SO4 и поли-N-винил-N-метилацетамид Na2SO3. Разработаны условия экстракции для достижения оптимального извлечения ароматических аминокислот.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим наукам , автор научной работы — Шляхина Ю. В., Мокшина Н. Я., Хохлов В. Ю., Селеменев В. Ф., Шаталов Г. В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Application of water soluble polymers for extraction of aromatic amino acids

The phase equilibria in the system poly-N-vinil-N-metilacetamid were investigated. To extract phenylalanine, tyrosine and triptophane from water-salts solution use has been made of poly-N-vinil-N-metilacetamide. Extraction characteristics of amino acids were measured in various systems with different pH. Quantities determination modes of aromatic amino acids in the solvents were investigated.

Текст научной работы на тему «Применение водорастворимых полимеров для экстракционного извлечения ароматических аминокислот»

45. Г асан® в Х,И„ и др. Тезисы докладов VI Совещания по кристаллохимии неорганических и координационных соединений. 1991. Львов, 21-25 сеет- С 24.

46, Гасанов Х.И-, Фэтуллаева С.С.* Мирзаи ДжЖ Современные проблемы неорганической и физической химии, Баку,: Элм. 1998. С. 59-61.

47, Гасанов Х*И. и др. Координационная химия. 2000, Т. 26.

№2. С. 117-124. 48- Гасанов Х.И. Í Респ. науч. гсоиф. "Химия коми, соед."

Сборник статей. Баку. 1999. С. 141-145. 49. Гасанов Х,Н, Азербайджанский химический журнал, 1999. №2. С. 20-23.

УДК 547-466:543,42

Ю.В. Шляхина, Н.Я. Мокшкна, В,Ю. Хохлов, В.Ф.Селеменев, Г*В. Шаталов

ПРИМЕНЕНИЕ ВОДОРАСТВОРИМЫХ ПОЛИМЕРОВ ДЛЯ ЭКСТРАКЦИОННОГО

ИЗВЛЕЧЕНИЯ АРОМАТИЧЕСКИХ АМИНОКИСЛОТ

(Воронежский государственный университет)

Для экстракционного извлечения фенилаланина, тирозина и триптофана из водно-солевых растворов применен поли-М-вмннл-М-метилацетамид* Изучены фазовые равновесия в системах поли-Ы-виныл^-метилацетамид - (МН4)^04 и поли-М~винил-1V-метилацетамид - Ма^О^ Разработаны условия экстракции для достижения оптимального извлечения ароматических аминокислот.

Разработка новых экстракционных систем для извлечения и разделения аминокислот - актуальная аналитическая задача, Такие системы, не уступая в эффективности известным^ должны отличаться экологической безопасностью, отсутствием токсичных реагентов и растворителей, отработанные растворы должны легко утилизироваться, Эти условия исключают применение многих фазовых систем, содержащих органические растворители, которые характеризуются денатурирующим действием. Кроме того, поверхность раздела жидкость - жидкость в таких фазовых системах отли чается высоким поверхностным натяжением, что может привести к повреждению хрупких клеточных структур. С целью устранения отмеченных недостатков применяют системы, состоящие из двух водных фаз [1].

При смешивании некоторых водорастворимых полимеров друг с другом образуются гетерогенные системы, при этом полимеры, как правило, концентрируются в разных фазах. Жидкостная двухфазная система образуется также при смешивании водных растворов полиэлектролита и соли [1?2]. На распределение вещества между двумя жидкими фазами влияют рН, температура,

молекулярная масса полимеров, природа фаз [3]. Например, частицы распределяемого вещества могу!' концентрироваться в разных фазах в зависимости от молекулярной массы полимера. Скорость расслаивания системы водорастворимый полимер — соль зависит от молекулярной массы полимера. С повышением молекулярной массы полимера уменьшается его количество, необходимое для образования гетерогенной системы. Скорость расслаивания и стабильность гетерогенной системы зависят от концентрации полимера и соли [1,2],

Наиболее полно перечисленным выше требованиям отвечают двухфазные водные системы на основе водорастворимых полимеров. К ним относятся полиэтпештшколь (ПЭГ) и поди-Ы-винил-М-метилацетамид (ПВМА) - экологически безопасные полимеры, при высаливании которых из водно-солевых растворов образуется вторая жидкая фаза [1 -3].

В ряду поли-К-виниламидов при общей полярной природе амидной труппы строение боковых заместителей существенно влияет на их растворимость. Поли-Н-винил-М-метилацетамид легко растворим в воде9 хлороформе, спиртах [4].

Принципиально важным свойством ПВМА является способность взаимодействовать в водных растворах со многими низко- и высокомолекулярными соединениями [5]. Это расширяет применение таких полимеров в различных областях химического производства. Макромолекулы ПВМА характеризуются высокой комилексообразую щей способностью по отношению к аминокислотам. Нами изучена экстракция фенидаланина (РЬе), тирозина (Туг) и триптофана (Тгр) в системах с ПВМА.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Средневязкостная молекулярная масса ПВМА равна 1? 275 г/моль. При выполнении эксперимента в качестве высалнвателей применяли

Ма280з, (КЩЬЗСХь Ма2304, Ыа2НР04, ЫаН2Р04>

НаС1, КО, Ка2С03г (Ш^РО* Свойства гетерогенных систем изучали на основании фазовых диаграмм, построенных по данным титрования полимера раствором соли до точки помутнения [2]. Фазовые диаграммы систем ПВМА -(№£4)2504 - Н20 и ПВМА - На2503 - Н20 приве-дены на рисунке. Правая сторона бинодалъной кривой соответствует гетерогенной системе, левая - гомогенной. Двухфазные системы, состав которых находится в области бинодалъной кривой, не стабильны,

Устойчивость гетерогенной системы в широком диапазоне концентраций полимера и рН достигается в присутствии (КН^ЗОф а в нейтральной среде также и в системах с Ка2ЗОз, Вязкость растворов полимеров и скорость их расслаивания с растворами солей зависят от молекулярной массы и концентрации полимера в системе. В насыщенном водно-солевом растворе концентрация ПВМА составляла 12 мае. %, в этих условиях разделение фаз происходит в течение 3 мин.

Для экстракции готовили водные растворы полимеров и водно-солевые растворы фенилала-нина, тирозина и триптофана (препараты квалификации ч.д.а,). В течение 15 мин устанавливается межфазное равновесие. Экстракцию проводили при различных рН водно-солевой фазы при иоиометрическом контроле.

Равновесные концентрации аминокислот в водно-солевых растворах определяли спектрофо-тометрически (СФ-26) при характеристических длинах волн 257, 275 и 279 нм для фенидаланина» тирозина и триптофана соответственно [6].

Снимав мае- %

20 -

10 5 -

0

'-J..

ю 7¥ го

Рис. Фазовые диаграммы систем ПВМА — (NHUhSO* (1) и

ПВМА - Na2S03 (2)

Fig..Phase diagrams of the systems PVMA — (NH^SO^ (1) and

PVMA - Na2SOj (2)

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Изучена экстракция фенидаланина, тирозина и триптофана в системах аминокислота - (NH4)2S04-- ПВМА, аминокислота - Na2S03 - ПВМА при различных рН водно-солевых растворов. Для экстракционных систем Phe - (NH4)2S04 - ПВМА, Тгр - (NH4)2S04 - ПВМА, Туг -(NH4bS04 - ПВМА и Phe -Na2S03 ~ ПВМА, Тгр - Na2S03 - ПВМА, Туг - Ка2503 -ПВМА рассчитаны константы распределения (D) и степень извлечения (R, %) аминокислот (табл. 1 и 2),

Таблица L

Экстракция триптофана, тирозина и фенилаланнна пол ii-N-ви н и л-N-m етил а цетам и дом; высади ватедь

Na2SO^ с = 3,3 моль/л Table 1. Extraction of triptophane,tirozin and phenyia-taulne with poIy-N-vinyl-N-methylacetantide; salting-

Аминокислота Концентрация аминокислоты, моль/л г D R, %

исходная равновесная в фазе полимера

Тгр 1,2Ъ i О"4 0,78-1 if4 0,44-10"4 0,48 0,56 54,2

Туг 2,76-Ш"3 2J0-10'5 0,66-10"5 0,54 0,31 39,2

Phe 3,64-1 (Г* 33-10'' 0,24-1 (Г* 0,52 0,07 13,4

Константу распределения вычисляли по уравнению:

0 = св/св,

где сй и св - равновесные концентрации аминокислот в органической и водной фазе.

Степень извлечения аминокислот находили по уравнению:

— —5— j 00% *

D + r

где r - соотношение равновесных объемов водной и органической фаз:

r^V /V

1 У В ' V0 *

Таблица 2.

Экстракция триптофана, тирозина и фенилаланина лоли-Н-виийл^-метилацетамйдом при различных

рН; высаливатель ( NH^SO^ с = 5,7 моль/л Table 2. Extraction of triptophane,tireziii and phenylalanine with poIy-N-vinyl-N-methylacetaniide at different pH values; salting-out agent ( NH4)2S04,c = 5,7

mole/

1 о о н X о з: |=ч < рН Концентрация аминокислоты, моль/л г D R,%

исходная равновесная В фазе полимера

2,10 7,35' 10"5 4.90-10'5 2,45 -Ю'5 0,42 0,52 55,5

Тгр 5,88 7,35-1 О*5 3,92-10~5 3,43* Ш"5 0,32 0,88 73,4

9,05 7,35-10"5 4,41-Ю'5 2,94-1 О*5 0,38 0,66 63,1

2,07 2,76-10"5 2,2 МО"5 0,55-10"3 0.42 0,25 37,3

Гуг 5,63 2,76-1 О*5 1 »66- i О'5 1,10-10"5 0,37 0,66 63,6

8,92 2,76-10'5 1,55-10'5 1,22*10"5 0,35 0,78 69,2

2,15 3,03'КГ* 2,67-10'3 3,64-10"4 0,38 0,13 25,3

Phe 5,91 3,03 >10° 2,9 МО"3 1,21-10^ 0,43 0,04 9,7

9,02 3,03--10'3 2,73-10"3 3,03*10"4 0,42 0,11 21,5

Кафедра аналитической химии

Максимальная степень извлечения триптофана при однократной экстракции в присутствий сульфата аммония достигает 73,4 %, тирозина - 69 %, фенилаланина - 25% (табл. 2).

Экспериментально установлено, что в системах с ПВМА степень извлечения аминокислот выше, чем в присутствии полиэтиленгликоля. Это можно объяснить наличием в молекуле ПВМА двух центров с повышенной электронной плотностью, приводящих к усилению ион - дипольного взаимодействия между функциональными группами полимера и аминокислоты.

Установлено, что при высаливании сульфатом аммония достигается более полное извлечение ароматических аминокислот, это согласуется с известными данными [1,3]. При этом степень извлечения фенилаланина минимальна, что связано с его высокой гидрофобностью [6].

ЛИТЕРАТУРА

К Альбертсон П. Разделение меточных частиц и макромолекул, М: Мир. 1974, 260 с.

2, Шкинев В.М. и др- Жури, аналит. химии. 1995.Т.37, № 5. С J 7-45,

3, Корепман Экстракция в анализе органических веществ. М.: Химия. 1977. 200 с.

4, Кирш КХА Полнвжшширролидон и другие поли-N-виниламиды. М.: Наука- 1998. 252 с.

5, Сиделькчшская Ф«П. Химия N- винилпирролидона и его полимеров. М.: Наука. 1970. 150 с.

6, Селеменев В.Ф. и др, Физико-химические основы еорб-ционных и мембранных методов выделения и разделения аминокислот, Воронеж: Изд-во Воронеж. гос.ун-та. 2002. 298 с.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.