Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТРИГЛИЦИНАТА КОБАЛЬТА ДИГИДРАТА

Изобретение относится к органической химии. Заключается в усовершенствованном способе получения глицината кобальта дигидрата, в котором в качестве реагентов используют карбонат кобальта (II), который порционно добавляется к водному раствору глицина в соотношении 1:3:2,5 в молях при постоянном поддержании температуры 60-65°С. Каждая последующая порция вносится после полного растворения карбоната кобальта с последующим выделением целевого продукта путем перекристаллизации. Способ может быть использован в промышленном производстве. Данный способ позволяет получить глицинат кобальта высокой степени чистоты при минимальном использовании реагентов реакции, а также исключить образование побочных примесей.

В реакциях соединения металлов и аминокислот образуются хелатные соединения. Аминокислотные хелатные соединениия широко используются в животноводстве в качестве БАД, улучшая эффективность усвоения микроэлементов из пищи и снижая скорость их выделения [2, 7].

Кроме того известно, что применение микроэлементов, связанных с органическими соединениями, позитивно влияет на их использование и включение в органы и ткани организма сельскохозяйственных животных. Вышесказанное отражается в улучшении зоотехнических показателей, качестве получаемого молодняка, повышении продуктивной и репродуктивной эффективности [1,6].

В настоящее время известно разрешенное на законодательном уровне применение следующих глициновых хелатов: глицинат железа (глицин-железо гидрат), глицинат меди (глицин-медь гидрат), глицинат марганца (глицин-марганец хелат гидрат), глицинат цинка (глицин-цинк хелат гидрат) [5].

Стоит отметить, что представленные глицинаты значительно отличаются в отношении качественного и количественного содержания микроэлементов. Это объясняется различиями в используемых способах получения веществ, а также выбранном соотношении компонентов реакции и чистотой сырья.

Методика получения глицинатов обычно заключается в приготовлении растворов глицина с различными микроэлементами, которым дают прореагировать в условиях повышенной температуры. Затем следуют стадии упаривания полученного вещества, кристаллизация, затем сушка и размол.

Известны способы получения глицината меди (II). Сущность способа заключается во взаимодействии гидроксокарбоната меди (II) с метанольными растворами глицина. Недостаток этого способа заключается в том, что из-за содержания в целевом продукте метанола затруднительно выделение и очистка комплексного соединения глицината меди. Кроме того, данный факт не допускает применение вещества в качестве биологически активной добавки из-за загрязнения целевого продукта токсичными примесями [4].

Также известны способы получения хелатных соединений в реакциях взаимодействия с хлоридами металлов (Патент ЕР 0230893). Недостаток способа заключается в том, что несмотря на высокий практический выход целевого продукта синтеза, полученный комплекс невозможно применять в качестве добавки из-за невозможности полного удаления остаточных солей, образующихся в реакции комплексообразования.

Известно получение металлорганических комплексов при взаимодействии оксидов металлов и хелатообразующего реагента. Данный способ имеет преимущество перед выше указанным из-за отсутствия примесей побочных продуктов реакции в виде солей (Патент ЕР 0434345). Однако при проведении реакции требуется выдержать условия для полного растворения оксида металла, в частности, поддержание высоких температур реакционной среды. Недостаток способа связан как с риском получения нежелательных вторичных продуктов реакции, так и с возможностью разложения полученного хелатного комплекса. Кроме того, данные синтезы затруднительно выполнить без соответствующего оборудования, а также условия реакции неприемлемы для получения глицината кобальта и для дальнейшего его использования в качестве добавки.

В литературных данных описываются исследования реакции комплексообразования глицината кобальта [3]. В представленном источнике синтез проводят применяя 5 г (0,066 моль) глицина, растворенном в 30 мл воды, прибавляя 2,64 г (0,066 моль) гидроксида натрия при температуре 40°С. К гомогенному раствору присыпают порциями 7,8 г (0,033 моль) хлорида кобальта и выдерживают при комнатной температуре в течение двух часов. Реакционный раствор упаривают, остаток промывают спиртом и сушат. Выход целевого продукта составляет 86,42%. Представленный нами синтез отличается тем, что подобранные компоненты реакции исключают образование вторичных (токсичных для организма) продуктов реакции и практический выход составляет 88-92%.

Задачей изобретения является совершенствование способа получения глицината кобальта дигидрата при минимальном использовании реагентов реакции, а также исключить загрязнение конечного продукта примесями, образующимися в процессе превращения исходных веществ.

Полученный таким способом глицинат кобальта может быть использован в медицине, ветеринарии, фармакологии, пищевой и химической промышленности в качестве лекарственного средства, биологически активной добавки и реагента в различных синтезах, так как целевой продукт исключает побочных примесей. Вторичными продуктами реакции являются углекислота, выделяющаяся во внешнюю среду, и вода, следовательно, не являющиеся токсичными.

Поставленная задача получения глицината кобальта высокой степени чистоты при минимальном использовании реагентов реакции решается действием 1 моля карбоната кобальта на 3 моля глицина, растворенном в 2,5 молях дистиллированной воды при температуре 60-65°С.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

В химическом стеклянном стакане растворяют 0,3 моль (7,51*3=22,53 г) глицина в 56 мл дистиллированной воды. Затем вещество помещают через приемник форштосс холодильника в колбу, нагревая реакционную смесь до температуры 60-65°С. После полного растворения глицина к раствору порциями по 1-2 г добавляют 0,1 моль (11,89 г) карбоната кобальта. Каждую новую порцию карбоната кобальта следует добавлять после того, как растворится предыдущая и перестанет выделяться СО₂ в виде пузырьков. Температура маточного раствора постоянно поддерживать на уровне 60-65°С, до полного растворения карбоната кобальта. Полученный насыщенный раствор подвергают фильтрации с помощью прибора для горячего фильтрования.

На последней стадии синтеза стакан с фильтратом накрывают фильтровальной бумагой, затем ставят в кристаллизатор и остужают полученную смесь до комнатной температуры. Далее в кристаллизатор добавляют лед и оставляют экспонироваться на сутки в холодильнике.

По истечении суток в осадок начинают выпадать темно-вишневые кристаллы глицината кобальта. Следующим этапом проводят фильтрацию маточного раствора для отделения кристаллов. Отфильтрованные кристаллы глицината кобальта подвергают перекристаллизации. Для этого повторно растворяем полученное вещество в необходимом количестве дистиллированной воды до полного растворения, при этом подогревая смесь. Затем химический стаканчик накрывают фильтровальной бумагой и помещают на сутки в кристаллизатор, остужая в холодильнике.

После последней стадии наблюдается выпадение соли в форме мелкокристаллической массы, которую отделяют от маточного раствора фильтрованием при пониженном давлении на воронке Бюхнера, соединенной с колбой Бунзена, тщательно отжимая стеклянной палочкой от маточного раствора. Полученную мелкокристаллическую соль высушивают на фильтровальной бумаге в комнатных условиях или в термостате при температуре не выше 50°С.

При проведении синтеза изучалось изменение рН-среды реакции с помощью рН- метра-милливольтметр рН-410 фирмы «Аквилон».

Структура глицината кобальта установлена при проведении рентгено-структурного анализа на дифрактометре CAD4 Enraf-Nonius (табл. 2, табл. 3, рис. 1. Пространственная кристаллическая структура триглицината кобальта дигидрата). Брутто формула С₆Н₁₆СоN₂О₈. Массовая доля кобальта 22,48% (табл. 4).

Таким образом, представленный способ позволяет получить глицинат кобальта высокой степени чистоты, при этом исключая в процессе реакции образование побочных примесей. Выход целевого продукта составил 88-92% (табл. 1).

Полученные результаты дают основание для использования полученного таким образом глицината кобальта в фармакологии, медицине, ветеринарии, в частности в качестве биологически активной добавки, а также как реагента в различных синтезах.

Примеры конкретного выполнения синтеза для получения глицината кобальта.

Пример 1. В чистом химическом стеклянном стакане растворяют 22,53 г глицина в 56 мл дистиллированной воды, рН раствора 4,0-4,5. После полного растворения глицина к раствору добавляют 11,89 г карбоната кобальта. При этом происходит выделение пузырьков СО₂, но не происходит полного растворения карбоната кобальта, рН раствора составляет 5,0-5,2. В результате чего практически все количество карбоната кобальта оседает на дно в неизмененном состоянии. Синтез не происходит.

Пример 2. Синтез начинают проводить по схеме вышеописанного примера 1. Но после растворения глицина в дистиллированной воде раствор помещают через приемник форштосс холодильника в колбу, нагревая реакционную смесь до температуры 60-65°С. После полного растворения глицина к раствору одномоментно добавляют 11,89 г карбоната кобальта. При этом рН раствора составляет 5,2-6,0. После прекращения выделения пузырьков CO₂, Полученный насыщенный раствор подвергают фильтрации с помощью прибора для горячего фильтрования. Затем стакан с раствором накрывают фильтровальной бумагой и оставляют при комнатной температуре. При данном способе наблюдается осаждение большого количества глицината кобальта, однако, выпадение кристаллов выявляется единичное. На основании этого можно предположить, что большая часть карбоната кобальта не прореагировала с субстратом реакции - глицином. Не завершается эквивалентный синтез.

Пример 3. Начинаем проведение синтеза такое же, как и в примере 2.

После помещения раствора глицина в колбу, разогретую до температуры 60-65°С, в раствор порциями добавляем карбонат кобальта от общего количества 11,89 г, при этом диапазон рН раствора варьирует 6,3-6,8. Каждую последующую навеску реагента добавляют после окончания выделения пузырьков газа СО₂ и частичного растворения реагента. В процессе реакции температура не поддерживается на неизменной величине, то есть постепенно снижается. После добавления в реакционную смесь последней порции карбоната кобальта, раствор подвергают фильтрации с помощью прибора для горячего фильтрования. Затем стакан с полученным веществом накрывается фильтровальной бумагой и ставится на ледяную баню. После истечения времени экспозиции, значительная часть реагента карбоната кобальта оседает на дно стакана, а на поверхности раствора выпадают единичные кристаллы фиолетового цвета. Если механически воздействовать с помощью стеклянной палочки на кристаллы в маточном растворе, тем самым разрушая их, то через сутки количество кристаллов увеличится. Однако в растворе преобладает значительное количество нерастворенного карбоната кобальта в виде осадка. Затем маточный раствор с кристаллами снова фильтруют, а полученные кристаллы очищают от карбоната кобальта и других примесей, образовавшихся в процессе перекристаллизации. Практический выход глицината кобальта имеет малую эффективность.

Пример 4. Синтез начинают по схеме, представленной в примере 3.

После полного растворения глицина к раствору небольшими порциями добавляют реагент реакции - карбонат кобальта. Каждую новую порцию от общего количества карбоната кобальта (11,89 г) добавляют после полного растворения предыдущей, оценивая по выделению пузырьков CO₂. При этом рН раствора имеет тенденцию к сдвигу в сторону нейтральной реакции и составляет 6,8-7,2. Температуру маточного раствора поддерживаем на протяжении всего синтеза в диапазоне 60-65°С до полного растворения реагентов реакции. После окончания синтеза, раствор подвергают фильтрации с помощью прибора для горячего фильтрования, а затем стакан с полученным веществом накрывают фильтровальной бумагой и ставят на ледяную баню, оставляя в течение суток в холодильнике. По истечении времени экспозиции наблюдаем выпадение в осадок темно-вишневых кристаллов глицината кобальта. Полученные кристаллы отфильтровываем из маточного раствора, а затем подвергаем перекристаллизации. На последнем этапе кристаллы глицината кобальта представляют собой мелкокристаллическую взвесь, которую необходимо отделить от маточного раствора фильтрованием на воронке Бюхнера, соединенной с колбой Бунзена, тщательно отжимая стеклянной палочкой. Полученный мелкокристаллический препарат высушивают на воздухе или термостате при температуре не выше 50°С.

Пример 5. Синтез начинают по схеме, представленной в примере 3. Отличие в том, что после добавления первой порции карбоната кобальта, температуру реакционной смеси доводят до 80-100°С и поддерживают на протяжении всего синтеза. После растворения последней навески карбоната кобальта, раствор подвергают фильтрации с помощью прибора для горячего фильтрования, а затем стакан с продуктом реакции накрывают фильтровальной бумагой и ставят на ледяную баню. По истечению суток наблюдается выпадение темно-фиолетового осадка, не растворимого в воде. После его фильтрации выявляется наличие единичных кристаллов фиолетового цвета глицината кобальта. Данный пример синтеза не эквивалентный.

Литература:

1. Кабиров, Г.Ф. Хелатные формы биогенных металлов в животноводстве / Г.Ф. Кабиров, Г.П. Логинов, Н.З. Хазипов; ФГОУ ВПО «Казанская гос.акад.вет.мед». Казань, 2004. - 248 с.

2. Кармолиев, Р.Х. Реакция цыплят на введение глицината и сукцината / Р.Х. Кармолиев, В.А. Лукичева, М.С. Найденский, А.Д. Чикмарев // Птицеводство. - 2003. - №2. - С. 6-7.

3. Муллахметов, Р.Р. Исследование реакции комплексообразования а-аминокислот с кобальтом (III) / P.P. Муллахаметов, Г.Ф. Кабиров, Р.Г. Кадырова // Ученые записки казанской государственной академии ветеринарной медицины им. Н.Э. Баумана. - 2014. - Т. 220. - №. 4. - С. 118-123.

4. Новаковский М.С. Лабораторные работы по химии комплексных соединений. - Харьков: Из-во Харьковского ун-та. - 1972, стр. 80

5. Стид Дж. В., Этвуд Дж. Л. Супрамолекулярная химия. Т. 1. - М.: Академкнига, 2007 - с. 38-41

6. Тен, Э.В. Влияние глицинатов меди и цинка на продуктивные качества кур-несушек / Э.В. Тен, Я.Л. Гудкович, И.И. Стеценко // Эндемические болезни и микроэлементы: Сб. науч. тр. Казан, зоовет. ин-тут. - Казань, 1977. - С. 90-91.

7. Тен, Э.В. Метаболические маршруты биогенных металлов в организме животных / Э.В. Тен // Биохимические аспекты использованя хелатных структур переходных металлов в животноводстве. - Ульяновск, 1997. - С. 4-9.