CC BY
19(6Н, ЗСН2); 2.3м (Ш, СН); 3.27д (1Н, СН); 5.53м (Ш, СН=); 5.11л (1Н, СН=); 10.4 (2Н, расширен-
jf'i ы i^i ^^ * I Л ^ *
ЛИТЕРАТУРА
1. Соддатенков Д.Т., Колядина H.IYL, Шендрик И.В,
Основы органической химии лекарственных веществ,М.: Мир. 2003. С. 102.
2. Moussier N. it al. Current Org. Chem. 2003. Vol. 7. P. 1071-1080.
3. Лахвич Ф.А., Королева E.B.» Ах рем A.A. ХГС. 1989. №4. С. 435-453.
4. Садыхов Н.С., и др. Изв. РАН. Сер. хим. 1998. № 2, С. 317-319.
5. Препаративная органическая химия М: Госхимиздат. 1964. С. 830.
6. Общая орг.химия, под ред. Кочеткова // М. Химия, 1985. Т. 8. С. 442.
7. Ахмедов Ш.Т. и др. ХГС, 1987. № 6. С. 787-
791.
Кафедра органической химии
УДК 547. 583. 5
Н. Я. Мокшина1, О. А. Пахомова2 ,С. И. Нифталиев2
СИНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ ПРИ ЭКСТРАКЦИИ МЕТИОНИНА ИЗ ВОДНЫХ СРЕД
ГИДРОФИЛЬНЫМИ РАСТВОРИТЕЛЯМИ
('Воронежский государственный университет, 2Воронежская государственная технологическая академия)
E-mail: [email protected]
Изучена экстракция мемштина гидрофильными растворителями разных классов, показано преимущество применения их бинарных смесей в качестве экстрагешпов. Установлены закономерности синергизма в системах гидрофильный растворитель - насыщенный водно-солевой раствор метионина, высаливатель - сульфат лития.
Актуальность контроля качества лекарственных препаратов обусловлена возрастающими объемами их фальсификации. В этой связи необходимы новые решения, основанные, в частности, на экстракции целевых компонентов и электрохимическом детектировании экстракта.
В качестве экстрагентов органических веществ разных классов традиционно применяются гидрофобные растворители - алифатические спирты, простые и сложные эфиры, кетой ы, алифатические и ароматические углеводороды, их нитро- и галогензамещенные [1]. Анализ известных коэффициентов распределения (О) органических веществ в разнохарактерных экстракционных системах [2~А] приводит к выводу о малой
эффективности многих растворителей (Э ^ 10~2 -10"4). В полной мере это относится к физиологически активным веществам, в частности, аминокислотам.
Межфазиое распределение некоторых аминокислот изучено в системах с гидрофобными растворителями [2]. Однако эффективность таких
экстрагентов чрезвычайно мала (В = 10~1 -10"2), что делает такие системы неприменимыми для извлечения аминокислот из водных сред, например, из ферментационных растворов и белковых гидролизатов.
Применение гидрофильных растворителей, образующих самостоятельную фазу в присутствии высаливателей, обеспечивает не только высокую степень извлечения, но и возможность определения компонентов в равновесной органиче-
■А А Л
с кой фазе, минуя стадию реэкстракции [5,6]. С возрастанием числа С-атомов в молекулах растворителей-гомологов их экстрагирующая активность по отношению к органическим соединениям разных классов систематически снижается [7]. Такое явление обусловлено уменьшением прочно-
ста водородной связи между экстрагентом и распределяемым соединением вследствие утяжеления углеводородной части молекулы органического растворителя и связанным с этим ослаблением межмолекулярных взаимодействий при переходе к высшим гомологам. Так, в ряду алифатических спиртов наибольшей эффективностью отличаются низшие гомологи (пропиловый и бутиловый спирты), однако вследствие неограниченной или высокой растворимости в воде такие спирты для экстракции органических соединений из водных растворов до недавнего времени не применялись.
Объект исследования метионин
н »с—$—с Н;—<л?н—соо
относится к незаменимым аминокислотам, благотворно влияет на функцию почек и печени, ускоряет переработку жиров, служит донором метальных групп в биосинтезе ряда важнейших регуляторов жизнедеятельности организма. Фармацевтическая промышленность выпускает метионин в свободном виде и в составе аминокислотных комплексов.
Метионин относится к ряду а-амино-кислот общего состава К-СН(КН2)СООН. Алифатическая Л-группа метионина гидрофобна и способна образовывать водородные связи в системе с растворителем. Как амфотерное соединение метионин диссоциирует с одновременным отщеплением ионов Н+ и ОН" и может находиться в водном растворе в виде диполярных ионов. При рН 5,74 (изоэлектрическая точка) молекула метионина не имеет суммарного электрического заряда и не способна перемещаться в электрическом поле [8].
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Водный раствор (20 см3) метионина с исходной концентрациями 0,05 мг/см3 готовили из препарата квалификации х.ч и затем насыщали высаливателем до концентрации соли 15 мае. %. Обязательным условием применения гидрофильных растворителей в качестве экстрагентов из водных растворов явллстся введение в водную фазу электролита, снижающего растворимость распределяемого соединения в воде в результате гидратации. Происходящее при этом изменение ионной силы раствора способствует распределению вещества в органическую фазу. При изучении высаливания метионина в системах с сульфатами, хлоридами и нитратами лития, калия и натрия установлено, что сульфат лития - наиболее эффективный высаливатель и практически нерастворим в применяемых экстрагентах [9]. К водно-солевому раствору метионина добавляли 2 см3 гидрофильного растворителя (бутиловый спирт,
изопропиловый спирт, ацетон, этилацетат) или их бинарной смести и экстрагировали (вибросмеситель),
Время установления межфазного равновесия зависит от соотношения объемов водного раствора и экстрагента (г). Увеличение г снижает скорость перераспределения вещества в водном растворе и, следовательно, замедляет установление межфазного равновесия. В изученных условиях (г = 10) оно достигается в течение 5-10-минутной экстракции. После расслаивания системы (1-2 мин) экстракт количественно переносили в ячейку для ко иду кто м етр и чес ко го титрования и титровали 0,01 моль/дм3 раствором КОН в безводном этиловом спирте. Кондуктометрические измерения проводили в стандартной ячейке с двумя платиновыми электродами, отстоящими друг от друга на расстоянии 1 см. Постоянную ячейки находили с применением раствора КС1 по стандартной методике [10].
Коэффициенты распределения и степень извлечения (Я,'%) метионина рассчитывали по уравнениям:
0 = Шо/т, К =^^.100%,
со
где ШоИШ - массы метионина в водном растворе до и после экстракции; с0 и с - концентрации метионина в растворе до и после экстракции, моль/дм3,
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
На межфазное распределение метионина значительное влияние оказывает рН раствора аминокислоты. В интервале рН 5 - 7 метионин преимущественно находится в биполярном состоянии, коэффициенты распределения минимальны. При рН 6,0 - 8,5 а-амино- и а-карбоксильная группы аминокислоты ионизированы, в кислой среде метионин практически полностью находится в экстрагируемом (неионизиро-ванном) состоянии. Поэтому метионин экстрагировали из подкисленных растворов, рН которых обеспечивает постоянство коэффициентов распределения при небольших изменениях кислотности водного раствора.
В табл. 1 приведены коэффициенты распределения метионина между органическими растворителями и насыщенным раствором сульфата лития.
Экстракция метионина из водно-солевого раствора бинарной смесью гидрофильных растворителей представляет собой вариант распределения в двухфазной четырехкомпонентной системе. Компоненты смеси могут взаимодействовать друг
с другом с ооразованием малоустойчивых молекулярных комплексов, характеризующихся повышенной растворяющей способностью по сравнению с и н д и в и д у ал ь н ы м и растворителями.
Таблица 1
Коэффициенты распределения метионина между бинарной смесью органических растворителей и
насыщенным раствором сульфата лития Table 1. Partition coefficients of the methionine between mixture hydrophiiic solvents and aqueous solution Li2S04
Мольные доли экстрагента в смеси
изопропиловый ацетон D
спирт
— 1,0 440 ± 11
1,0 —> 105 ± 6
0,8 ^^ 1j dihW 150 ± 8
0,7 0,3 190 ± 14
0,6 0,4 230 i 12
0,5 340 ± 15
0,4 0,6 410 ± 10
0,3 0,7 430 ± 6
0,2 0,8 435 ± 16
бутиловый спирт ацетон
— 1,0 440 ± 11
1,0 — 45 ± 4
0,8 0,2 75 4- 14 f wfAlin J J
0,7 0,3 120 ± 9
0,6 0,4 180 i 13
0,5 0,5 290 dt 12
0?4 0,6 370 -i- 13
0,3 0,7 410 ± 18
Ö«2 0,8 420 ± 16
этилацетат ацетон
— 1,0 440 ± 11
1,0 — 395 ± 14
0,8 0,2 410 ± 17
0,7 0,3 420 ± 16
0,6 0,4 430 ± 14
0,5 0,5 460 ± 18
0,4 0,6 ^ 3 5 13
f
"Ч.И
Эффективность экстракции метионина бинарной смесью растворителей возрастает по сравнению с экстракцией отдельными компонентами смеси (синергетический эффект). Зависимость коэффициентов распределения метионина от состава смеси (изотерма экстракции) описывается кривой с выпуклостью, обращенной к оси абсцисс (рис.).
характер изотермы ствием компонентов смеси за счет водородных связей с образованием молекулярных комплексов. При экстракции смесями, содержащими до 0,4 мол. доли ацетона, коэффициенты распределения аддитивны, увеличение содержания ацетона в смеси свыше 0,7 мол. доли не оказывает влияния
на степень извлечения метионина. Априори мож но предположить, что синергизм ляться и в системах с этилацетатом, таточное содержание воды в органической фазе обусловливает аддитивность коэффициентов рас-
п
500 i
3 ___• ^
r .¡YJt V W"
vi-» ^w U4y<j» "V w i
300
200
о ^
VF***
0,
1.
0,6
мольная до.!« яцгкшя
Рис. Синергетический эффект при экстракции метионина бинарными смесями растворителей на основе ацетона: в го-рои компонент смеси - бутиловыи спирт (1), изопроииловыи
спирт (2), этил ацетат (3). Fig. Synergetic effect of methionine extraction with hydrophiiic solvents (acetone): second component of mixture: buthylic alcohol, isopropylic alcohol, ethylacetate.
Характер изотерм экстракции позволяет сделать вывод о влиянии содержания воды в экстрактах на полноту извлечения метионина. Ранее установлено, что в равновесных системах вода -гидрофильный растворитель экстракты на основе ацетона содержат максимальное количество воды [II]. При относительно невысоком содержании воды синергизм отсутствует, увеличение мольной доли ацетона повышает количество воды в экстракте, синергетический эффект возрастает. Предположение о влиянии содержания воды на синергизм подтверждается при экстракции метионина смесями изопропиловый спирт - ацетон и бутиловый спирт - ацетон (рисунок). Содержание воды в экстракте весьма значительно и способствует возрастанию коэффициентов распределения метионина по сравнению с аддитивной величиной.
Синергизм количественно оценивали по коэффициентам синергетности (S) [12], которые вычисляли как логарифм отношения коэффициента распределения к его аддитивной величине при заданной мольной доле органического растворителя (табл. 2).
Механизм экстракции метионина, содержащего протонодонорные и протоноакцепторные функциональные группы, определяется как их природой, так и взаимным
тителей. Метионин экстрагируется гидрофильны
ал
ми растворителями из водно-солевых растворов за счет образования межмолекулярных водородных
связей, причем сольватация амино- и карбоксиг-
рупп может происходить с протонным переносом и в его отсутствии [13].
Таблица 2.
Коэффициенты синергетности при экстракции ме-тионииа смесями ацетона с различными раствори-
телями
Table 2. Partitions of synergism of the methionine with
acetone mixed with other solvents
Мол. доля ацетона Изопроп иловый спирт Бутиловый спирт Эти л ацетат
0,5 0,11 0,12 0,05
0,6 0,13 0,11 0,06
0,7 0,17 0,19 0,04
0,9 0,09 0,06 0,035
ЛИТЕРАТУРА
1. Коренман И.М. Экстракция в анализе органических веществ, М: Химия. 1977. 200 с.
2. Коренман Я.И. Коэффициенты распределения органических соединений. Справочник. Воронеж: Изд- во Воронеж, гос. ун-та. 1992. 336 с.
3. Hansch С., Leo A. Substituent constants for correcation analysis in chemistry and biology., N Y: A Waley Inter-science Publication. 1979. 395 p.
Кафедра аналитической химии
4. Hansch CM Leo A., Hoekman.D. Exploring QSAR. Hydrophobic, electronic, and constants. Washington: ACS Professional Reference Book. 1995. 348 p,
5. Мокши ii а Н.Я. и др. //Ж. а налит, химии. 1994. Т. 49. № 11. С. 1193 - 1196.
6. Мокшина Н.Я. и др. // Хим. технология. 2005. № 5. С. 44 - 46.
7. Коренман Я.И. Экстракция фенолов. Горький: Волго-Вятск. изд-во. 1973. 216 с.
8. Молекулярная биология. Структура и функции белков / Под ред. А. С. Спирина // М.: Высшая школа. 1996. 335 с.
9. Ермолаева Т.Н. и др. // Меж вуз. сб. "Экстракция органических соединений". Вып. I. Воронеж: Изд-во Воронеж, гос. технол. акад. 1992. С. 106- 113.
10. Кери Ф. Углубленный курс органической химии. Кн. I. Структура и механизмы. М.: Химия. 1981. 520 с.
11. Нифталиев С.И. Экстракция ароматических кислот гидрофильными раствор и тел я м и- мод ел и ро ва н и е, закономерности межфазного распределения, прогнозирование и применение в анализе. Автореф. дис. ...докт. хим. наук. Краснодар: Кубан. гос. ун-т. 2004.
48 с.
12. Основы жидкостной эксгракции / Под ред. Г.А. Ягодина. М.: Химия. 1981. 400 с.
13. Селеменев В.Ф. и др. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 1999.Т. 42. Вып. 2. С. 32 - 35.
УДК 658.512.011.56:574
В.А. Холодное, И.В. Рудакова, Л.А, Русинов
МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ С ДВОЙНЫМ
РЕЦИКЛОМ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИЭТИЛЕНА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
(Санкт-Петербургский государственный технологический институт (университет))
Приведена расчетная структура динамической модели для определения содержания и накопления примесей, модификатора, инициатора в процессе эксплуатации технологической установки с двойным рециклом получения полиэтилена высокого давления.
При моделировании процесса химического превращения учитывается, что перемешивание реакционной смеси по высоте реактора неодинаково и имеет место градиент температур по высоте реактора. В связи с этим, реактор представлен в виде каскада последовательно соединенных четырех реакторов.
Полиэтилен высокого давления, как полуфабрикат получения различных товаров народного потребления, используется достаточно широко. Вопреки предсказаниям, что полиэтилен низкого
давления в скором времени вытеснит с рынка полиэтилен высокого давления (ПЭВД), последний продолжает удерживаться на рынке полимерных материалов благодаря ряду ценных свойств.
