ИЗУЧЕНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КОМПЛЕКСА ГЛИЦИРРИЗИНОВОЙ КИСЛОТЫ С КАДМИЕМ

АННОТАЦИЯ

В статье описаны способы получения комплексного соединения кадмия с глицирризиноваой (Cd-R) кислотой. Представлены результаты изучения физико-химических свойств полученного соединения. Структуру комплекса Cd-R исследовали методами ИК-спектроскопии. Количественный анализ кадмия в комплексе изучали с использованием оптико-эмиссионного спектрометрического метода.

ABSTRACT

The article describes methods for obtaining a complex compound of cadmium with glycyrrhizic (Cd-R) acid. The results of studying the physicochemical properties of the obtained compound are presented. The structure of the Cd-R complex was studied by IR spectroscopy. The quantitative analysis of cadmium in the complex was studied using the optical emission spectrometric method.

Ключевые слова: глицирризиновая кислота, кадмий, экотоксиканты, структура, спектральные характеристики, ИК-спектроскопия, комплексообразование,

Keywords: glycyrrhizic acid, cadmium, ecotoxicants, structure, spectral characteristics, IR-spectroscopy, complexation.   

Одной из актуальных экологических проблем мира является загрязнение окружающей среды экотоксикантами. Возникновение токсичных загрязнений может быть связано как с накоплением природных элементов или соединений, обладающих токсичностью, так и с получением новых веществ, представляющих опасность для экосистемы. В этом случае примером служит загрязнение сточных и поверхностных вод радионуклидами и солями тяжелых токсичных металлов (ТТМ) [1; 2].  

Поэтому в последние годы все более серьезными становятся проблемы безопасности пищевых продуктов, вызванные загрязнением воды, воздуха и почвы тяжелыми и токсичными металлами. Учитывая наличие ТТМ в пищевых продуктах и ​​их сильную канцерогенность, необходимо разработать эффективные методы анализа их содержания в воде, воздухе и почве, а также в пищевых продуктах. В результатах исследований негативного воздействия соединений тяжелых и токсичных металлов на окружающую среду подтвержден высокий уровень их токсичности [3; 4]. Особенно соединения кадмия являются канцерогенными веществами. Механизм канцерогенного действия кадмия заключается в связывании карбоксильной группы, амино и особенно сульфидных групп белковых молекул в живом организме, в результате чего нарушается система активности ферментов, а также растворимые соединения кадмия после всасывания в кровь серьезно поражают центральную нервную систему, печень и почки [3; 5].

С учетом этого поставлена ​​цель разработки экспрессных, селективных, высокочувствительных аналитических методов анализа ионов кадмия. В наших исследованиях мы стремились получить комплекс глицирризиновой кислоты (ГК) с ионом кадмия, изучить ее структуру и физико-химические свойства.

Экспериментальная часть

Методы исследования. Концентрирование, тонкослойная хроматография, сушка, лиофилизирование, рН-метрия, измерения температуры плавление вещества, ИК-спектроскопия, метод оптико-эмиссионного спектрометрия с индуктивно связанной аргоновой плазмой (ИСП-ОЭС) (Аvio 200).

Химические реактивы. В работе использовали реагенты квалификации х.ч.  и  ч.д.а.

Приготовление раствора: Рабочий раствор кадмия (II) готовили растворением точной навески солью  (квалификации х.ч.) в дистиллированной воде. Исходный раствор реагента готовили растворением в этиловым спирте точной навески реагента, предварительно очищенного двойной перекристаллизацией на водно-этанольном растворе.

Использовали органические растворители квалификации х.ч. или предварительно очищали перегонкой, чистоту контролировали по температуре кипения.

Материалы и оборудование. Кислотность раствора комплекса контролировали стеклянным электродом на рН-метре COMBI 5000 (Германия). Для тонкослойной хроматографии (ТСХ) использовали пластины «Silufol» (Чехия), прибор ПТП ТУ 25-11-1144 для измерения температуры плавление вещества, мешалку магнитную ММ-5 ТУ 25-11834-80, ИК-спектры сняты с твердых образцов комплекса Cd-R на ИК-Фурье-спектрометре «FT-IR System-2000» (Perkin-Elmer).

Для получения диглицирризината кадмия, сначала взвешивают на аналитических весах 2 г глицирризиновой кислоты и 0,2 г азотнокислого кадмия и сушат (65-70 ⁰С) в муфельной печи. После обезвоживания обоих веществ растворяют глицирризиновую кислоту в 50 мл спирта и азотнокислого кадмия в 50 мл воды до образования раствора. Вливают по 25 мл каждого раствора и смешивают. Полученную смесь перемешивали в течение 5 часов на магнитной мешалке.

Результаты и их обсуждение

ГК образует водорастворимые соли с некоторыми ионами тяжелых и цветных металлов (марганец, кобальт, никель, медь I, II), основные химические изменения в молекуле связаны со структурой агликонового фрагмента глицирризиновой кислоты [6] (рис.1.).

Рисунок 1. Структура глицирризиновой кислоты

Например, принадлежность глицирризиновой кислоты к классу тритерпенов доказана ее дегидратацией.

Учитывая, что одним из важных условий протекания реакции является среда раствора, была изучена рН раствора комплексного соединения. Установлено, что среда раствора составляет рН=5,2.

В качестве элюента для контроля реакционного процесса в ТСХ использовали систему ацетон:спирт (1:2). Для открытия хроматографических пятен использовали 10 % спиртовой раствор серной кислоты (H₂SO₄).

Реакционную смесь упаривают на роторном испарителе для удаления спирта. После удаления спирта продукт сушат в лиофилной сушке. Ионы кадмия (II) выделяли из раствора с помощью реагента в виде диглицирризината кадмия бледно-желтого цвета Cd-R.

Затем была измерена температура плавления полученного вещества. Температуру плавления веществ измеряли на приборе ПТП ТУ 25-11-1144. Установлено, что температура плавления вещества равна, Т_пл=280 °C.

Полученный диглицирризинат кадмия мало растворим в воде и других органических растворителях. Эта особенность характерна для солей двухвалентных и трехвалентных металлов сапониновых кислот. Cd-R хорошо растворим в 0,01 М-1,0 М раствора щелочи. Для растворов карбонатных солей характерно выделение газа (СO₂). В таблице ниже приведены некоторые физико-химические свойства полученного вещества (таблица1.).

Таблица 1.

Некоторые физические свойства комплекса Cd-ГК

Для анализа молекулярного комплексообразования использовали метод ИК-Фурье-спектроскопии. 

ИК-спектроскопия является наиболее широко используемым аналитическим методом анализа, поскольку он прост, экономичен и легко доступен для большинства лабораторий. Этот метод является одним из наиболее часто используемых для анализа молекулярных комплексов, неразрушающих физических свойств веществ [7]. Он позволяет подтвердить факт взаимодействия веществ при молекулярном комплексообразовании и выявить функциональные группы в их молекулах, ответственных за связывание [7; 8].

В ИК-спектре ГК присутствуют сигналы, относящиеся к валентным колебаниям связей С=О в составе карбоксильных групп (1719 и 1701 см^–1 ) и С=О, сопряженной с двойной связью (1640 см^–1) (рис.2). Полоса асимметричных валентных колебаний связи С=О в СОО– найдена при 1587 см^–1 [8-10]. Валентные колебания связей СО в составе групп С–О–С и С–ОН углеводной части ГК проявляются в виде множества полос поглощения в области 1200–1000 см^–1 с главным максимумом при 1035 см^–1.

Рисунок 2. ИК-спектр ГК

Снимали ИК-спектр полученного диглицирризината кадмия и анализировали его путем сравнения с ИК-спектром ГК (рис. 3).

Рисунок 3. ИК-спектр Cd-ГК комплекса

В ИК-спектре диглицирризината кадмия в области 1700 см^-1 наблюдаются линии поглощения групп СOOН, а в части 1659-1550 см^-1 группы С¹¹=O и СOO-. Видно, что структура ГК в значительной степени сохраняется.

Так, при воздействии на 0,1% -ный раствор кадмия глицирризиновой кислоты без присутствия универсального буферного раствора, он приобретает слабо желтую окраску, что может свидетельствовать об образовании солью вещества, позволяющего количественно определить кадмий методом атомно-эмиссионной спектрометрии (ИСП-ОЕС) с индуктивно-связанной аргоновой плазмой.

Правильность полученных результатов проверялась современным методом оптико-эмиссионной спектрометрии (ИСП-ОЕС) с индуктивно-связанной аргоновой плазмой (рис.4).

Для определения количества ионов кадмия (II) в исследуемом комплексном соединении использовали градуировочную кривую спектров эмиссии в методе спектрометрия (ИСП-ОЕС). По результатам расчета диглицирризинат кадмий содержит 600051,2 мг/кг ионов кадмия (II).

Рисунок 4. а) интенсивность калибровочного раствора; б) график калибровки диглицирризината кадмия (II)

Выводы

Таким образом, можно прийти к следующим выводам:

Получено комплексное соединение кадмия с глицирризиновой (Cd-ГК) кислотой. Представлены результаты изучения физико-химических свойств полученного соединения. Структуру комплекса Cd-ГК исследовали методами ИК-спектроскопии.

Полученные результаты подтверждены современным методом (ИСП-ОЕС). Определен состав комплекса кадмия (II) с реагентом с помощью атомо-эмиссионного метода.

Список литературы:

1. Женихов Н.А., Дианова Д.Г. Металлы в окружающей среде и их влияние на здоровье человека // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. − 2017. −  № 1(4).  −  С.72 −74.
2. Hana R. Pohl, Nickolette Roney, and Henry G. Abadin. Metal ions affecting the neurological system // Metal ions in life sciences. − 2011. − Т. 8. − С. 247-262.
3. Шачнева Е.Ю. Воздействие тяжелых токсичных металлов на окружающую среду // Научный потенциал регионов на службу модернизации. − 2012. − № 2 (3). − С. 127 −134.
4. Фрадкин В. Кадмий в продуктах питания: насколько он опасен для здоровя? [Электронный ресус]. – Режим доступа: https://p.dw.com/p/IrtH (дата обращения: 15.08.2023).
5. Аскарова М.Р., Эгамбердиев Х.К. Абдурахманова У.К. Актуальность обнаружения кадмия в объектах окружающей среды // Сборник материалов III международной научно-теоретической конференции «Актуальные вопросы естественных наук». –  Нукус, 2022. – С. 245-246.
6. Толстиков ГА., Балтина Л.А., Шульц Э.Э., Покровский А.Г.      Глицирризиновая кислота // Биоорганическая химия. – Москва, 1997. –Т.23. – № 9. – С. 691–709.
7. Вaсильeв A. В., Гpинeнкo E. В., Щукин A. O., Фeдулинa Т. Г. Инфpaкpaснaя спeктpoскoпия opгaничeских и пpиpoдных сoeдинeний. – Сaнкт-Пeтepбуpг: СПбГЛТA, 2007. – 30 с.
8. Aбдуpaхмaнoвa У.К., Кушиeв Х.Х., Жумaбaeвa И.М. Пpимeнeниe мoнoaммoниeвoй сoли глициppизинoвoй кислoты в кaчeствe биoсopбaциoннoгo peaгeнтa нa иoны жeлeзa (III) // Жуpнaл Universum: химия и биoлoгия. – 2021. – №3 (81). – С. 37–42.
9. Abdurahmanova U.K., Egamberdiev K.K. Adsorption of iron to biologically active substances// Finland International Scientific Journal of Education, Social Science – Vol. 1(1).  – 2022;  – Pp.  213–219. https://doi.org/10.5281/zenodo.7254334.
10. Aбдуpaхмaнoвa У.К., Кушиев Х.Х. Применение монокалиевой соли глицирризиновой кислоты для определения меди (II). // Научный Вестник НамГУ. – 2021. – № 1 (121). – C. 65–72.