Как сделать сульфаминовую кислоту в домашних условиях

Обновлено: 05.07.2024

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Васильева Наталья Юрьевна, Левданский Александр Владимирович, Кузнецов Борис Николаевич, Скворцова Галина Павловна, Казаченко Анна Семеновна

Изучено сульфатирование арабиногалактана (АГ) сульфаминовой кислотой в присутствии мочевины в среде диоксана . Степень сульфатирования арабиногалактана увеличивается с ростом температуры сульфатирования от 70 до 95 °C. Согласно данным ЯМР 13C спектроскопии в сульфатированном АГ сульфатные группы находятся при C2 и C4 углеродных атомах основной галактановой цепи и при C6 углеродных атомах концевых звеньев галактозы основной и боковой цепей арабиногалактана . Сульфатирование АГ-комплексом сульфаминовая кислота мочевина в среде диоксана позволяет повысить экологическую безопасность и эффективность процесса по сравнению с известными способами сульфатирования .

Похожие темы научных работ по химическим наукам , автор научной работы — Васильева Наталья Юрьевна, Левданский Александр Владимирович, Кузнецов Борис Николаевич, Скворцова Галина Павловна, Казаченко Анна Семеновна

Сульфатирование механоактивированного арабиногалактана комплексом серный ангидрид – пиридин в среде пиридина

Исследование методами кр, РФА, РЭМ и АСМ сульфатов арабиногалактана, полученных с использованием сульфаминовой кислоты

Изучение сульфатов микрокристаллической целлюлозы, полученных с использованием хлорсульфоновой и сульфаминовой кислот

Разработка метода сульфатирования этаноллигнина древесины пихты с использованием сульфаминовой кислоты

Химия растительного сырья. 2014. №1. С. 87-95. DOI: 10.14258/jcprm.1401087

СУЛЬФАТИРОВАНИЕ АРАБИНОГАЛАКТАНА СУЛЬФАМИНОВОЙ КИСЛОТОЙ В ДИОКСАНЕ

2Сибирский федеральный университет, пр. Свободный, 79, Красноярск, 660041 (Россия)

3IRCELYON, 2 avenue Albert Einstein, F-69626 Villeurbanne Cedex, Lyon (France)

Изучено сульфатирование арабиногалактана (АГ) сульфаминовой кислотой в присутствии мочевины в среде диоксана. Степень сульфатирования арабиногалактана увеличивается с ростом температуры сульфатирования от 70 до 95 °C. Согласно данным ЯМР 13C спектроскопии в сульфатированном АГ сульфатные группы находятся при C2 и C4 углеродных атомах основной галактановой цепи и при C6 углеродных атомах концевых звеньев галактозы основной и боковой цепей арабиногалактана. Сульфатирование АГ-комплексом сульфаминовая кислота - мочевина в среде диоксана позволяет повысить экологическую безопасность и эффективность процесса по сравнению с известными способами сульфатирования.

Ключевые слова: арабиногалактан, сульфатирование, сульфаминовая кислота, диоксан, сульфатированный ара-биногалактан, строение.

Древесина лиственницы сибирской содержит до 15-20% масс. арабиногалактана - водорастворимого биологически активного полисахарида, обладающего широким спектром уникальных и полезных свойств, что обуславливает его практическую значимость для применения в медицине, ветеринарии, пище—-—-—-- вой и косметической промышленности [1, 2].

Васильева Наталья Юрьевна - доцент, кандидат

ЛевданскийАлександр Владимирович - научный народного хозяйства, в первую очередь для медицины,

сотрудниц тел.: (391) 249-55-84, e-mail: inm@icctra представляют продукты модифицирования АГ. Так,

например, сульфатированные производные арабинога-

Кузнецов Борис Николаевич - первый заместитель директора Института химии и химической технологии СО РАН, профессор, доктор химических наук, лакгана сохраняют водорастворимость и мембрано-

заведующий кафедройаналитической и органической тропность природного полисахарида, обладают антихимии Сибирского федерального университета,

коагулянтнои и гиполипидемическои активностью, т.е.

Скворцова Галина Павловна - научный сотрудник, введение сульфатных групп в структуру арабиногалак-

Казаченко Анна Семеновна - доцент кафедры физической и неорганической химии, канд. хим. наук Djakovitch Laurent - Director of Research, PhD,

а также самостоятельным антимикробным агентом 4. Антикоагулянты, получаемые на основе суль-

e-mail: Laurent.Djakovitch@ircelyon.univ-lyon1.fr фатированных производных различных полисахари-

Pinel Catherine - Assistant Director, e-mail: catherine.pinel@ircelyon.univ-lyon1 .fr

дов растительного происхождения, могут составить альтернативу гепарину. Используемый в клинической

* Автор, с которым следует вести переписку

практике в качестве антикоагулянта гепарин - серосодержащий гликозаминогликан, который получают из сырья животного происхождения, способен вызывать негативное побочное действие на организм человека и быть источником патогенной микрофлоры.

При сульфатировании полисахаридов в качестве сульфатирующих агентов нашли широкое применение комплексы серного ангидрида с различными основными реагентами. Этот метод широко используется с небольшими изменениями для сульфатирования многих углеводов и родственных им соединений [5, 7].

Удобным способом получения комплексов серного ангидрида с основаниями является использование в качестве источника серного ангидрида хлорсульфоновой кислоты. При взаимодействии хлорсульфоновой кислоты с пиридином при температуре 0 °C образуется комплекс SO3 - пиридин и пиридиний хлорид [7].

CISO3H + 2C5H5N ^ SO3«C5H5N + C5H5N«HCl.

Во всех перечисленных способах получения сульфатированных производных арабиногалактана применяются экологически небезопасные сульфатирующие реагенты и растворители. При использовании таких растворителей, как пиридин и диметилсульфоксид, возникают трудности при удалении их от целевого продукта. Вследствие этого сульфатированный арабиногалактан длительное время сохраняет неприятный запах этих веществ.

Сульфатирующим агентом, близко примыкающим к комплексам серного ангидрида с основаниями, является сульфаминовая кислота, которую можно рассматривать как комплекс SO3-NH3 [7, 13, 14]. Как правило, сульфаминовая кислота при нагревании со спиртами образует сульфаты в виде соответствующих аммониевых солей по реакции

ROH + NH2SO3H —> ROSO3NH4.

По свойствам в реакциях сульфатирования и сульфирования, сульфаминовая кислота близка к комплексам SO3-TpeTH4Hbifi амин. Однако сульфаминовая кислота менее реакционноспособна и не затрагивает кратные связи. В промышленности используют взаимодействие сульфаминовой кислоты со спиртами в присутствии катализаторов типа морфолина, триэтиламина или мочевины для снижения температуры процессов сульфатирования [14]. В литературе отсутствуют сведения о сульфатировании арабиногалактана сульфаминовой кислотой. Известен способ сульфатирования хлопковой целлюлозы, в котором в качестве сульфатирующего комплекса используют смесь сульфаминовой кислоты и мочевины в диметилформамиде. Реагенты смешивают при температуре около 80 °C и после добавления хлопковой целлюлозы реакционную смесь нагревают при 150 °C [13].

Применение в качестве сульфатирующего реагента сульфаминовой кислоты имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с комплексами серного ангидрида. Приготовление сульфатирующего комплекса - серного ангидрида и пиридина (SO3-C5H5N) - длительно и трудоемко. Добавление серного ангидрида или хлорсульфоновой кислоты к пиридину сопровождается выделением большого количества тепла, что требует интенсивного охлаждения для поддерживания необходимого температурного режима реакции.

Хлорсульфоновая кислота неудобна в использовании, так как она токсична и коррозионно агрессивна. На воздухе эта кислота сильно дымит с образованием во влажном воздухе тумана продуктов разложения - серной и соляной кислот, которые вызывают раздражение верхних дыхательных путей и слизистой оболочки глаз.

В отличие от хлорсульфоновой кислоты сульфаминовая кислота представляет собой кристалличе -ское стабильное вещество. Причем сульфатирующую смесь: сульфаминовую кислоту-основание готовят простым смешением реагентов при комнатной температуре без охлаждения.

Целью данной работы являлась разработка нового, более простого и экологически безопасного, чем известные, способа сульфатирования арабиногалактана сульфаминовой кислотой в диоксане.

Сульфатирование арабиногалактана осуществляли сульфаминовой кислотой в диоксане в присутстст-вии мочевины. Для этого в трехгорлую колбу, снабженную термометром, механической мешалкой и водяной баней помещали 50 мл диоксана, 4,9-12,1 г (50-125 ммоль) сульфаминовой кислоты и 3,1-7,8 г (50-125 ммоль) мочевины, образовавшуюся смесь нагревали при интенсивном перемешивании до 50 °C и добавляли к ней 5 г воздушно-сухого арабиногалактана. Затем температуру реакционной смеси поднимали до фиксированного значения (в соответствии с условиями сульфатирования, приведенными в таблице 1) и перемешивали при этой температуре в течение 0,5-4 ч. По окончании сульфатирования растворитель декантировали, а образовавшийся вязкий остаток растворяли в 25 мл воды, избыток сульфаминовой кислоты нейтрализовали 25% водным раствором аммиака до нейтральной реакции и выливали в 100 мл этанола. Отделяли выделившийся вязкий продукт, который затем промывали 3 раза порциями этанола по 10 мл до образования твердого осадка. Осадок, представляющий собой сульфатированное производное арабиногалактана в виде аммониевой соли, отфильтровывали, промывали на фильтре 10 мл этанола и высушивали на воздухе.

Очистку аммониевой соли сульфатированного арабиногалактана проводили путем диализа на целлофане против дистиллированной воды. Продукт подвергали диализу в течение 10 ч, меняя воду с интервалом 1-2 ч.

Перевод аммониевой соли сульфатированного арабиногалактана в натриевую соль осуществляли путем постепенного добавления 10% водного раствора гидроксида натрия к раствору 5 г полученной аммониевой соли в 20 мл воды при нагревании на водяной бане при температуре 70-75 °C до исчезновения запаха аммиака. На ротационном испарителе отгоняли воду до остаточного объема 20-25 мл. Остаток выливали в 80 мл этанола, выпавший осадок - натриевую соль сульфатированного арабиногалактана отфильтровывали, промывали на фильтре 20 мл этанола и высушивали на воздухе.

Содержание серы в сульфате арабиногалактана определяли по модифицированной методике [15] сжиганием в токе кислорода с последующим поглощением продуктов сжигания пероксидом водорода и титрованием щелочью в присутствии индикатора метилового красного.

ИК-спектры АГ и продуктов его сульфатирования сняты с использованием ИК-Фурье спектрометра Tensor-27 (Bruker, Германия) в области длин волн 400-4000 см-1. Обработка спектральной информации проведена по программе OPUS (версия 5.0). Твердые образцы для анализа готовили в виде таблеток в матрице KBr (2 мг образца / 1000 мг KBr).

ЯМР 13C спектры исходного и сульфатированного арабиногалактана сняты при температуре 25 °C с использованием спектрометра Bruker Avance III 600 МГц в D2O с привязкой к дейтериевому резонансу растворителя.

Результаты и обсуждение

Сульфатирование арабиногалактана. Реакцию сульфатирования арабиногалактана сульфаминовой кислотой в диоксане в присутствии основного катализатора мочевины и последующее выделение сульфата арабиногалактана в виде аммониевой и натриевой солей осуществляли по схеме:

Предварительные эксперименты показали, что в отсутствии основного катализатора (мочевины или пиридина) сульфатирование арабиногалактана не происходит. Увеличение реакционной способности сульфаминовой кислоты в присутствии основных катализаторов объясняется образованием донорно -акцепторного комплекса, обладающего повышеннойреакционной способностью к сульфатированию [14]:

При исследовании сульфатирования арабиногалактана сульфаминовой кислотой в диоксане варьировали соотношение реагентов, время и температуру процесса. Данные о содержании серы в сульфатиро-ванных производных арабиногалактана, полученных при вариации соотношения арабиногалактана (АГ) и сульфатирующего комплекса (СК), температуры и продолжительности процесса приведены в таблице 1.

Как следует из полученных данных, степень сульфатирования АГ возрастает как с ростом температуры процесса от 70 до 90 °С, так и с увеличением его продолжительности от 0,5 до 2,5 ч. Дальнейший рост температуры процесса до 95 °С и его продолжительности до 4 ч существенно не сказывается на степени сульфатирования, однако целевой продукт приобретает тёмный цвет в результате усиления реакции деструкции. Следует отметить, что уменьшение соотношения АГ : сульфатирующий комплекс до 1 : 10 (г : ммоль) приводит к резкому снижению степени сульфатирования, даже при повышенной температуре и продолжительности процесса. Увеличение же этого соотношения выше 1 : 20 не оказывает значительного влияния на содержание серы в продукте, однако приводит к его загрязнению избытком сульфатирующих реагентов.

Таким образом, высокая степень сульфатирования арабиногалактана (11,5-11,8%) достигается при проведении процесса сульфатирования в течение 2,5-3,0 ч при температуре 85-90 °С при соотношении реагентов (АГ : СК) не менее, чем 1 : 14 (г : ммоль).

В процессе исследования отмечено, что при сульфатировании арабиногалактана в присутствии пиридина содержание серы в полученном продукте в 3,6 раза ниже по сравнению с сульфатированием в аналогичных условиях в присутствии мочевины.

Таблица 1. Содержание серы в продуктах сульфатироватирования арабиногалактана сульфаминовой кислотой в среде диоксана

№ опыта Температура реакции, °С Время реакции, ч Соотношение АГ : СК, г : ммоль Содержание серы, % (масс.)

Сульфаминовая кислота - это кристаллический продукт от белого до светло-серого цвета. Растворим в формамиде, умеренно растворим в воде, не растворим в органических растворителях и концентрированной серной кислоте.

Спецификация на сульфаминовую кислоту 99,5%

Содержание сульфаминовой кислоты, не менее:	99,80
Содержание сульфата,в сульфаминовой кислоте, не более:	0,05
Содержание железа,в сульфаминовой кислоте, не более:	0,001
Содержание свинца, в сульфаминовой кислоте, не более:	0,001
Содержание нерастворимых веществ в сульфаминовой кислоте, не более:	0,05
Содержание влаги,в сульфаминовой кислоте, не более:	0,01

Применение сульфаминовой кислоты

Cульфаминувую кислоту применяют в синтезе химических веществ, применяется для очистки промышленной аппаратуры в пищевой отрасли, для удаления молочного камня, для очистки пастеризующих нержавеющих аппаратов , а также для очистки прочих коммуникаций. Сульфаминовая кислота применяется взамен соляной и азотной кислот, едкого натра, кальцинированной соды. Основные преимущества сульфаминовой кислоты это ее эффективность, экономичность и простота в применении.

Сульфаминовая кислота входит в перечень чистящих средств, разрешенных Главным санитарно-эпидемиологическим управлением Минздрава СССР для обработки столовой и кухонной посуды на предприятиях общественного питания и в быту (№ 123-6/216а7 от 5.06.87).

Способы применения

Для удаления накипи (карбонатных отложений) с теплообменной аппаратуры, радиаторов. Необходимо изготовить 2-3% водный раствор. Возможно применение эмульгаторов ОП-7 или ОП-10 (0,1%) Промывку вести при температуре 90-100 °C, продолжительность промывки - примерно 7 ч. После использования сульфаминовой кислоты, оборудование промывается водой или 5%-ным раствором соды.

Для удаления молочного камня и мойки пастеризационных нержавеющих аппаратов, пластинчатых и трубчатых пастеризаторов на молоко- и маслозаводах: Необходимо изготовить 1,5-2,0%-ного водного раствора. Промывку вести при температуре 70-75 °C, время промывки 30-40 минут.

Расходная стандартная норма: 0,07 кг/т молока.

Преимущества применения

Отработанный раствор имеет нейтральную среду и не требует дополнительной утилизации.

Сульфаминовая кислота легко растворяется в теплой воде, раствор кислоты, в отличии от азотной, не вызывает ожогов.

Быстро растворяет карбонатные отложения, молочный и пивной камень, оказывает Дезинфицирующее воздействие среднее по силе.

Оказывает более щадящее действие на металл, но самым безопасным в в этом случае, все же является ТРИЛОН Б, или А.

Взрыво- и пожароопасность

Трудногорючее вещество

Опасность для человека

По степени воздействия на организм относится к веществам 3-го класса опасности.

В сухом виде оказывает сильное раздражающее действие на кожу и слизистые оболочки глаз.

Продолжительный контакт с водным раствором вызывает сухость кожи, и дерматиты.

Сульфаминовая кислота представляет собой кристаллический продукт. Кристаллы имеют ромбическую форму белого или светло-серого цвета. Хорошо растворяется в формамиде, умеренно - в воде, не растворяется в концентрированной серной кислоте и органических растворителях.

Очистка промышленных аппаратов:

от минеральных отложений (соли жесткости, окисные пленки, соединения железа);
от пивного и молочного винного камня, карбоновых отложений.

для обработки и дезинфекции кухонной и столовой посуды;
в составе рецептурных моющих, чистящих и дезинфицирующих средств.

позволяет получить огнестойкие материалы;
гербициды.

для травления пищевой жести;
для приготовления электролитов.

Сульфаминовая кислота

Технические характеристики	Норма
Массовая доля сульфаминовой кислоты, %, не менее	90,0
Массовая доля сульфат-иона, %, не более	6,0
Гарантированная массовая доля свинца, ppm, не более	0,10

Сульфаминовую кислоту упаковывают в полипропиленовые мешки с полиэтиленовыми вкладышами по 40кг.

Хранение:

Гарантийный срок хранения - один год со дня изготовления.

Сульфаминовая кислота

Стандарт HGT 2527-1993

Технические характеристики	Норма
Внешний вид	Кристаллический продукт белого или светло-серого цвета
Массовая доля сульфаминовой кислоты, %, не менее	99,5
Содержание тяж металлов, %, не более	0,0003
Нерастворимый в воде остаток, %, не более	0,01
Массовая доля сульфатов, %, не более	0,05
Массовая доля железа, %, не более	0,001

Сульфаминовую кислоту упаковывают в полипропиленовые мешки с полиэтиленовыми вкладышами по 25кг.

Хранение:

Гарантийный срок хранения - один год со дня изготовления.

Транспортировка:
Кислота сульфаминовая перевозится любым видом транспорта, с соблюдением правил перевозки грузов, прописанных для данного вида транспорта.

Меры безопасности:
Трудногорючее вещество, при длительном контакте с водным раствором сульфаминовой кислоты оказывает раздражающее действие на кожные покровы и слизистые оболочки. По результатам воздействия на человеческий организм присвоен третий класс опасности. Следует избегать попадания вещества с органы дыхания и пищеварения.

Анионные ПАВ (АПАВ) – это дифильные органические соединения, ко торые, диссоциируя в воде, образуют анион с длинным углеводородным ради калом – носителем поверхностной активности; катион при этом не является по верхностно-активным. К числу основных АПАВ относятся:
- мыла RCOONa, RCOOK;
- алкилсульфаты и алкилфосфаты ROSO₃Me, ROPO₃Me₂;
- алкиларилсульфонаты (чаще всего алкилбензолсульфо наты RC₆H₄SO₃Me);
- алкилсульфонаты и алкилфосфонаты RSO₃Me, RPO₃Me₂;
- алкилсульфосукцинаты

- алкилэтоксисульфаты и алкилэтоксифосфаты

Анионные ПАВ используют как смачиватели, детергенты, пенообразова тели. Они являются главными мицеллообразующими ПАВ с наибольшим объё мом производства и ассортиментом. Наиболее активно проявляют свои свойст ва в щелочных средах, хотя могут использоваться и в кислых, например, при обработке металлов кислотами для снятия окисной плёнки.
Полярная группа может содержаться не только в конце углеводородной цепи. Кроме того, в молекуле могут быть и другие полярные группы, которые увеличивают дифильность молекулы. К таким группам относят карбамидную - CONH2, cульфамидную - OSO2NH2, простую эфирную - С-О-С- и сложноэфир ную связь -СОО-.

Большой интерес представляют соли полуэфиров сульфоянтарной кисло ты – сульфосукцинаты. Сульфосукцинаты служат активной основой туалетных мыл, синтетических кусковых и пастообразных моющих средств, шампуней и пенных препаратов для ванн.

Читайте также: