доктор философии (phD) по техническим наукам, младший научные сотрудник Института общей и неорганической химии АН Республика Узбекистан, 100170, Узбекистан, г. Ташкент
Изучение взаимного влияния компонентов в системе муравьиная кислота–моноэтаноламин–вода
АННОТАЦИЯ
Методом изомолярных серий изучена тройная система муравьиная кислота–моноэтаноламин–вода. Показано, что в изомолярных растворах образуются соединения с мольным соотношением компонентов муравьиная кислота:моноэтаноламин равным 1:1 и 2:1. В жидком виде выделено соединение HCOOH.NH2C2H4OH и 2HCOOH.NH2C2H4OH. идентифицированы химическим, ИК-спектроскопическим, термическим методами анализа. Однозамещенный муравьинокислый моноэтаноламмоний и двухзамещенный муравьинокислый моноэтаноламмоний является индивидуальным веществам в жидком виде.
ABSTRACT
The formic acid – monoethanolamine – water ternary system was studied by the isomolar series method. It is shown that compounds with a molar ratio of the components of the formic acid: monoethanolamine of 1: 1 and 2: 1 are formed in isomolar solutions. In liquid form, the compound HCOOH.NH2C2H4OH and 2HCOOH.NH2C2H4OH is isolated. identified by chemical, infrared spectroscopic, thermal analysis methods. The monosodium monoethanol monoethanol and monosodium monoethanol ammonium monoethanol are individual substances in liquid form.
Ключевые слова: муравьиная кислота, моноэтаноламин, однозамещенный муравьинокислый моноэтаноламмоний, двухзамещенный муравьинокислый моноэтаноламмоний
Keywords: formic acid, monoethanolamine, monoethanol monoethanol monoethanolamine, monoethanol monoethanol formic acid.
Моноэтаноламин, обладая биологической активностью, играет большую роль в окислительно-восстановительных процессах, также является стимулятором роста растений. В молекуле моноэтаноламина учатвуют две различные координационно-активные группы (–OH) и (–NH2) которые способны образовать комплексные соединения [1]
Изучению взаимодействия моноэтаноламина с неорганическими кислотами и их солями посвящена работа [2], а в работе [3] приведены результаты исследований с использованием концентрированных растворов уксусной кислоты и моноэтаноламина при 20°С, однако взаимодействие моноэтаноламина с муравьиной кислотой в водных растворах не исследовано.
Цель настоящей работы является изучение взаимодействия моноэтаноламина с муравьиной кислотой.
Для исследования использовали уксусную кислоту марки «ч» с концентрацией (99,96%), моноэтаноламин- марки «ч» (99,9%), дополнительно перегнанный в вакууме при 80-90°С, концентрация водных растворов моноэтаноламина и муравьиной кислоты составляла 2 моль/л. Все измерения проводили в водяном термостате при (20±0,1)°С.
Комплексную соль моноэтаноламина с уксусной кислотой синтезировали при взаимодействии концентрированного моноэтаноламина с уксусной кислотой, взятыми в соотношениях применяемых при изучении растворов методом изомолярных серий [4]. Для синтезированного соединения выполнен элементный анализ на содержание N, H, C. При количественном химическом анализе содержание азота определяли по Къельдалю [5], углерод и водород – по микрометоду Дюма [6], кислород – по разности содержания остальных компонентов.
Измерение вязкости растворов проводили с помощью вискозиметра типа ВПЖ, рН растворов на рН метре METTLER TOLEDO FE 20/ FG 2,показатель преломления на рефрактометре ИРФ 454 модели БМ.
ИК-спектры поглощения исходных компонентов и исследуемых соединений регистрировали на спектрофотометре Specord IR -75, в области частот 400 – 4000 см–1. Образцы готовили прессованием с КВr, а также растиранием в вазелиновом масле [7,8].
Термический анализ проводили на деривитографе системы Паулик –Паулик – Эрдей со скоростью нагревания 10-12 град/мин., навески вещества 100-200 мг, чувствительности гальванометров ДТА-1/10, ДТГ-1/15, ТГ‒200 в интервале температур 20-900°С. Запись проводили при атмосферных условиях с постоянным удалением газа с помощью водоструйного насоса. Держателем служил платиновый тигель диаметром 7мм. В качестве эталона использовали прокаленную окись алюминия [9,10].
Для установления механизма взаимодействия между муравьиной кислотой и моноэтаноламином исследовали систему НСООН-H2NC2H4OH-Н2О методом изомолярных серий т.е. измеряли показатель преломления, вязкость, плотность и рН среды, изотермы которых характеризуются двумя точками перегиба, отвечающими 50; 40 моль% моноэтаноламина (рис. 1), т.е. при мольных соотношениях: муравьиная кислота: моноэтаноламин = (1:1) и (2:1).
Рисунок 1. Диаграмма “состав-свойства” системы муравьиная кислота – моноэтаноламин –вода.
(1)- рН среды, (2) -показателя преломления,(3)- вязкости и (4) плотности
Полученные жидкие комплексы с соотношением исходных компонентов НСООН·H2NC2H4OH (1:1) и (2:1) имеют значения рН среды 7,85 и 3,5 соответственно. Это говорит о том, что образовались комплексы с растворами исходных компонентов, но они находятся в жидком состоянии, вероятно образующиеся за счет переходов протона кислоты к атому азота. Из этого следует, что образование ионной пары при взаимодействии моноэтаноламина и муравьиной кислоты свойственно не только изомолярным растворам, но и концентрированным растворам моноэтаноламина и муравьиной кислоты.
Однозамещенный муравьинокислый моноэтаноламмоний с соотношением исходных компонентов 1:1 - прозрачная гомогенная жидкость со слабым желтоватым оттенком, без запаха. Вероятная эмпирическая формула –НСООН∙H2NC2H4OH.
Химический анализ показал следующие результаты: Для состава 1:1
НСООН ·NH2C2H4OH |
С |
O |
N |
Н |
Найдено, масс. %: |
30,77 |
41,02 |
11,86 |
7,69 |
Вычислено, масс.%: |
30,78 |
41,02 |
11,96 |
7,695 |
Температура кипения (168,0–169,0°С); Температура кристаллизация (–15,0°); рН среды 7,80-7,85; d20=1,05851-,0586г/см3; η20=168,0- 168,5 мм2/с; n20=1,480-1,482.
Комплексное соединение, образовавшееся при изучении системы НСООН-H2NC2H4OH-Н2О, с соотношениями исходных компонентов 2НСООН∙H2NC2H4OH (2:1) –также представляет собой прозрачную гомогенную жидкость со слегка желтоватым оттенком, без запаха. Вероятная эмпирическая формула – 2НСООН∙H2NC2H4OH.
Вероятные структурные формулы:
НСООН∙H2NC2H4OH |
2НСООН∙H2NC2H4OH |
![]() |
![]() |
Химический анализ показал следующие результаты: Для состава 2:1
НСООН ·NH2C2H4OH |
С |
O |
N |
Н |
Найдено, масс. %: |
31,37 |
52,28 |
9,15 |
7,19 |
Вычислено, масс.%: |
31,372 |
52,283 |
9,15 |
7,192 |
Температура кипения 122,0-122,5°С. Температура кристаллизация (–4,10°С); рН среды–3,3-3,5; d20=1,0220-1,0223г/см3; η20=17,95-18,5мм2/; n20=1,4420-1,4422.
Термический анализ соединений HCOOH.NH2C2H4OH и 2HCOOH.NH2C2H4OH показал, что на их кривых нагревания наблюдается ряд эндотермических эффектов, соответствующих разложению данных соединений.
Рисунок 2. Дериватограммы:
а)НСООН·H2NC2H4OH; б)2НСООН·H2NC2H4OH;
На первой стадии разложения соединений т.е при температурах 185ºС и 202 ºС потеря в массе составляет соответственно 13,44% и 15,54%. На второй стадии разложения, которая наблюдается при 286ºС и 287ºС потеря в массе составляет соответственно 48,54%. и 58,82% . Эффекты при 525, 527 и 730ºС соответствуют дальнейшему разложении соединений. Общая потеря массы составляет 100%. Термический анализ показал, что соединение HCOOH.NH2C2H4OH более устойчиво, чем 2HCOOH.NH2C2H4OH (рис. 2.).
Рисунок 3. ИК-спектры. 1 –НСООН; 2- НСООН·H2NC2H4OH;
3- 2НСООН·H2NC2H4OH
По литературным данным в НСОО- два атома кислорода бывает делокализированным. На ИК- спектрах полосы поглощения резонансной структуры равняется 1555-1605 νA 1390-1430 νS и дают две интенсивные полосы поглощения, соответсвуюших при валентных колебаням.
Полосы поглощения в интервале 1740-1720см-1 характерны для НСООН, которые в ИК-спектре нового соединения не наблюдаются. Интенсивные полосы поглощения проявляются в интервале частот 1580- 1385см-1, что свидетельствует об образовании соединения HCOOH.NH2C2H4OH.
Также на ИК-спектре соединения 2HCOOH.NH2C2H4OH полосы в области частот 1740-1720см-1 характерные HCOOH про являются при 1670см-1. Полосы поглощения в интервале частот 1580-1390см-1 свидетельствуют об образовании соединения 2HCOOH.NH2C2H4OH.
Кроме того, полосы поглощения в области частот 1670см-1 и 1720см-1 говорит о том, что присутствуют карбоксильные группы COOH в интервале 1600-1800см-1 и новые полосы в интервале 1580-1385см-1 свидетельствует о том, что в процессе комплексооброзования участвует анион HCOO- (рис. 3.).
Таким образом, в изученной системе установлено образование соединений составов 1:1 (НСООН∙H2NC2H4OH) и 2:1 (2НСООН∙Н2NC2H4OH), которые идентифицированы химическим и физико-химическими методами анализа.
Методом изомолярных серий изучена тройная система муравьиная кислота–моноэтаноламин–вода. Показано, что в изомолярных растворах образуются соединения с мольным соотношением компонентов муравьиная кислота:моноэтаноламин равным 1:1 и 2:1. В жидком виде выделены соединения HCOOH.NH2C2H4OH и 2HCOOH.NH2C2H4OH и идентифицированы химическим, ИК-спектроскопическим, термическим методами анализа.
Список литературы:
1. Патент США. Kл 71-113, (А01 №9/24), №3897241. Ethanolamine l organic carboxylic acid composition for accelerating fruit repening / Патент США - 1975 №387, // Washio Shigeaki, Kiguchi Yukiaki. (США)
2. Хасанова В.М., Саибова М.Т., Исмаилова Г.Х. Изучение взаимодействия моноэтаноламина с серной кислотой // Журн. неорган. химии – М, 1983,
1. –Т.28, № 1. –С. 228-231.
2. Нарходжаев А.Х., Тухтаев С., Адилова М.Ш., Погосян А.Г. Исследование физико –химических и реологических свойств растворов в системе уксусная кислота – моноэтаноламин при 20°С // Докл. Академ. наук Респ. Узб. –Ташкент, 2007. – №6. –С. 52-55.
3. Аносов В.Я и др. Основы физико-химического анализа. –М.:Наука, 1976. 255 с.
4. Методы анализа фосфатного сырья, фосфорных и комплексных удобрений, кормовых фосфатов. – М.: Химия, 1975. 215 с .
5. Климова В.А. Основные микрометоды анализа органических соединений. – М.: Химия, 1975. 224 с.
6. 7.Накамото К. ИК-спектры и спектры КР неорганических и координационных соединений. –М.: Мир, 1991. 536 с. .
7. Васильев А.В., Гриненко Е.В., Щукин А.О., Федулина Т.Г. Инфракрасная спектроскопия органических и природных соединений :учебное пособие. СПб. : СП бГЛТА, 2007. 54 с.
8. Берг. Л. Г., Бурмистрова Н.П., Озерова М.И., Пуринов Г.Г. Практическое руководство по термографии /–Казань.: Изд-во Казанского университета, 1976. – 222 с.
9. Берг Л.Г. Введение в термографию. – М.: Наука, 1969. 395 с.