Исследование взаимодействия щавелевой кислоты с диэтаноламином методом молярных отношений

Министерство образования и молодежной политики ЧР

ГОУ ВПО «Чувашский государственный педагогический университет им. И. Я. Яковлева»

Кафедра химии

НИКОЛАЕВА ЛИЛИЯ АНДРИЯНОВНА

Исследование взаимодействия щавелевой кислоты

 с диэтаноламином методом молярных отношений

032300.00 «Химия и профессиональное обучение»

Курсовая работа студента 4 курса БХФ

Руководитель:

к. хим. н., доцент Кольцова О.В.

Чебоксары-2009

Содержание                                           стр.

Введение…………………………………………………………….3

    Глава 1. Свойства исходных веществ…………………………….4

1.1.Свойства щавелевой кислоты…………………………………....4

1.2.Свойства ДЭА……………………………………………………..6

    Глава 2. Методика проведения исследований. Метод молярных отношений.…………………………………………………..……… 11

    Глава 3.Экспериментальная часть………………………………..13

 3.1.Изучение взаимодействия щавелевой кислоты с                ДЭА………………................................................................................13

 3.2.Результаты исследований.…………………………………..…..14

   Выводы……………………………………………………………...17

   Список использованной литературы………………………...........18

Введение

ДЭА, ТЭА, щавелевая кислота, а также их соединения с некоторыми органическими и неорганическими кислотами ускоряют рост и развитие злаков, созревание фруктов. Они участвуют в окислительно-восстановительных процессах, в стимуляции белкового обмена и усилении ферментативных процессов.

Дикарбоновые кислоты обладают высокой физиологической активностью. Многие из них входят в состав микроудобрений, пищевых добавок. Янтарная и щавелевая кислоты содержатся в растениях.

Изучение взаимодействия аминоспиртов с дикарбоновыми кислотами представляет большой теоретический и практический интерес в плане синтеза новых биогенных препаратов и расширения их ассортимента.

Целью работы является изучение исследование взаимодействия щавелевой кислоты с ДЭА методом молярных отношений.

Задача: установить оптимальную концентрацию щавелевой кислоты, ДЭА и их соединения, которая оказывает положительное воздействие на рост растений, действуя как стимулятор роста.

Глава 1. Свойства исходных веществ.

1. 1. Свойства щавелевой кислоты.

Щаве́левая кислота (этандиовая кислота) НООССООН – двухосновная предельная карбоновая кислота. Принадлежит к сильным органическим кислотам. Обладает всеми химическими свойствами, характерными для карбоновых кислот. Соли и эфиры щавелевой кислоты называются оксалатами. В природе содержится в щавеле, ревене и некоторых других растениях в свободном виде и в виде оксалатов калия и кальция. Впервые щавелевая кислота синтезирована в 1842 году немецким химиком Фридрихом Вёлером из дициана. Щавелевая кислота (или оксалат-ион C2O42-) является восстановителем (обесцвечивает раствор KMnO4).

2. Свойства диэтаноламина.

Амин — органическое соединение, производное аммиака, в молекуле которого один, два или три атома водорода замещены на углеводородные радикалы.

По числу замещённых атомов водорода различают соответственно первичные, вторичные и третичные амины. Четвертичная аммониевая соль вида [R4N]+Cl- является органическим аналогом аммониевой соли.

По характеру органической группы, связанной с азотом, различают алифатические CH3-N< и ароматические С6H5-N< амины.

По числу NH2-групп в молекуле амины делят на моноамины, диамины, триамины и т. д.

Химические свойства

Амины, являясь производными аммиака, имеют сходное с ним строение и проявляют подобные ему свойства. Для них также характерно образование донорно-акцепторной связи. Азот предоставляет неподеленную электронную пару, исполняя роль донора. В качестве акцептора электоронов может выступать, например, протон Н+, образуя ион R3NH+. Возникшая ковалентная связь N-H полностью эквивалентна остальным связям N-H в амине.

Алкиламины являются сильными основаниями, ариламины менее основны.

Водные растворы алифатических аминов проявляют щелочную реакцию, так как при их взаимодействии с водой образуются гидроксиды алкиламмония, аналогичные гидроксиду аммония:

C2H5NH2 + H2O → [C2H5NH3]+ + OH-

Взаимодействуя с кислотами, амины образуют алкиламиновые соли, в большинстве случаев растворимые в воде. Например, амины присоединяют галогеноводороды:

RNH2 + HCl → [RH3]Cl-

Амины присоединяют галогеналканы RCl, с образованием донорно-акцепторной связи N-R, которая также эквивалентна уже имеющимся.

При нагревании с карбоновыми кислотами, их ангидридами, хлорангидридами или сложными эфирами первичные и вторичные амины ацилируются с образованием N-замещенных амидов, соединений с фрагментом – С (О)N<:

Применение.

Амины используются в химической промышленности для синтеза многих органических соединений, в том числе красителей и лекарств.

Вредное воздействие.

Амины являются очень токсичными веществами. Опасно как вдыхание их паров, так и контакт с кожей. Амины, например анилин, способны всасываться сквозь кожу в кровь и нарушать функции гемоглобина, что может привести к летальному исходу. Симптомами отравления крови амином являются посинение кончиков пальцев, носа, губ, одышка, учащенное дыхание и сердцебиение, потеря сознания. В случае попадания амина на незащищенные участки кожи необходимо быстро и аккуратно, не увеличивая площадь поражения, очистить пораженный участок кожи ваткой, смоченной в спирте, вывести пострадавшего на свежий воздух, обратиться к врачу.

Диэтаноламин (иминодиэтанол)  - бесцветная, вязкая, гигроскопичныая жидкость со специфическим аминным запахом, неограниченно смешивающаяся с  водой, хорошо растворимая в этаноле, бензоле, хлороформе, плохо - в гептане. Обладает свойствами  аминов и спиртов. 

Этаноламины - слабые основания, с минеральными и сильными органическими кислотами дают  соли.  Соли этаноламинов с жирными кислотами - некристаллические вещества, похожие на воск, используются в промышленности как эмульгаторы (этаноламинные мыла).

При взаимодействии со сложными эфирами  и карбоновыми кислотами или их ангидридами диэтаноламины превращаются соответственно в N-(2-гидрооксиэтил)- и N, N – ди (2-гидрооксиэтил) амиды кислот. 

При реакции с дикарбоновыми кислотами и  диэтаноламины образуют полиэфирполиамиды [—COCH(R)CONHCH2CH2O —]n. Диэтаноламин  с  формальдегидом  в присутствии  щелочи  приводит к метилольным производным, последние могут вступать в реакцию со второй молекулой  диэтаноламина  с образованием N,N,N',N'-тетра(2-гидроксиэтил) метилендиамин:

При взаимодействии  солей   диэтаноламина  с KCN или NaCN с  альдегидами  и  кетонами  образуются N-(гидроксиэтил)аминонитрилы, которые при гидролизе  превращаются в N-(гидроксиэтил)аминокислоты:

Моноэтаноламин  при реакции с CS2  образует N-(2-гидроксиэтил)дитиокарбаминовую кислоту, которая при нагревании дает меркаптотиазолин; при нагревании с  мочевиной - этиленмочевину; с бутиролактоном  - N-(2-гидроксиэтил)пирролидон, который далее превращается в N-винилпирролидон:

Диэтаноламины  с безводным СО2  дают соответствующие N-гидроксиэтилкарбаминовые кислоты и их  соли  (HOCH2CH2NHCOOH и HOCH2CH2NHCOOH x H2NCH2CH2OH), с  акрилонитрилом  - N-(2-гидроксиэтил)-аминопропионитрил (HOCH2CH2)2NCH2CH2CN, с  этиленкарбонатом  - уретановые  гликоли  HOCH2CH2OC(O)NH - СН2СН2ОН. 
Аммонолиз диэтаноламина  в присутствии Н2  и  катализаторов гидрирования  приводит к  превращению его в пиперазин  и  полиэтиленполиамин:

Глава 2. Методика проведения исследований.

2.1 Метод молярных отношений.

При определении состава этим методом готовят серию окрашенных растворов, в которых содержание одного компонента (чаще всего иона- комплексообразователя) постоянно, а содержание второго непрерывно меняется. По результатам измерений оптической плотности относительно воды вычерчивают график, откладывая на оси ординат оптическую плотность, на оси абсцисс – отношение концентрации переменного компонента (чаще реагента) к концентрации постоянного компонента.

Если бы комплекс совершенно не подвергался диссоциации, получилось бы ломаная линия, две части графика пересекались бы под каким либо углом. Абсцисса резкого излома соответствовала бы молярному соотношению иона – комплексообразователя и лиганда в комплексе. Но, вследствие диссоциации комплекса, вместо резкого излома происходит плавный переход. В этом случае для нахождения состава комплекса экстраполируют прямолинейные участки до пересечения соответствует соотношению Me: R.

Если применяемый реагент не окрашен, то после излома, насколько бы не увеличивали концентрацию реагента, оптическая плотность остается постоянной, так как ионы комплексообразователя уже полностью связаны в комплекс. Поэтому диаграмма метода молярных отношений называется кривой насыщения.

Образование устойчивого комплекса

Образование малоустойчивого комплекса.

Если используемый реагент окрашен, то после излома график будет продолжать идти вверх, но с меньшим углом наклона, чем до излома. При использовании слабо окрашенного реагента установление состава методом молярных отношений не составляет труда. Однако, если реагент сильно окрашен, то необходимо вводить поправку на поглощение избытка реагента. Для этого приблизительно установить состав комплекса из кривой насыщения, найти избыток реагента, вычислить оптическую плотность избытка реагента и ввести поправку. Если образуется достаточно устойчивый комплекс, то после введения поправки часть графика после излома будет идти несколько вверх. Иногда после излома график идет вниз, что указывает обычно на образование при больших концентрациях реагента второго комплекса, поглощающего при данной длине волны меньше, чем первый комплекс.

Глава 3. Экспериментальная часть

3.1  Изучение взаимодействия щавелевой кислоты с

ДЭА  методом молярных отношений.

Учитывая важную роль для роста и развития растений, работа имеет не только теоретический, но и практический интерес в плане получения новых физиологически активных веществ.

Для исследования взяли 0,5 М растворы щавелевой кислоты и ДЭА. Затем готовили серию растворов с различным соотношением компонентов. Для этого брали по 9 пробирок и из бюретки наливали по 1 мл щавелевой кислоты. Затем, начиная с первой пробирки, приливали ДЭА, в мольных соотношениях  щавелевая кислота: ДЭА = 1:0,2; 1:0,4; 1:0,6; 1:0,8; 1:1; 1:1,5; 1:2,0; 1:3,0; 1:4,0. Растворы доводили до 10 мл дистиллированной водой. Растворы хорошо перемешивали и через 10-15 мин. измеряли водородный показатель (pH) на ионометре марки ЭВ-74,  показатель преломления (n) на рефрактометре ИРФ-454Б и оптическую плотность (D) растворов  на фотоэлектроколориметре КФК-2. Для измерения D пользовались кюветами толщиной 5,0 мм и синим светофильтром с λ равным 490 нм.

3.2   Результаты исследований.

В ходе проведения исследования в 1-3 пробирках наблюдалось фиолетовое окрашивание, с увеличением концентрации ДЭА раствор приобретал желтый окрас. Изменение  цвета раствора и отсутствие осадка указывает на комплексообразование.  В пятой пробирке наблюдается образование осадка, раствор слабо фиолетового цвета.

 Для окрашенных растворов измеряли не только оптическую плотность (D), но и показатель рефракции (n) и рН растворов. Все данные заносили в таблицу и по ним строили графики, откладывая по оси абсцисс соотношения компонентов в растворе, а на оси ординат значения измеренных величин.

О составе образующихся в системах комплексов судили по резкому изгибу кривой. Из точки перегиба опускали перпендикуляр на ось абсцисс, и  место пересечения указывало на состав соединения.

Визуальные наблюдения подтверждали полученные результаты измерений. Так, самый большой пик на графиках совпадал с самой интенсивной окраской растворов. Это наблюдалось при избытке ДЭА и при соотношении компонентов 1:2, раствор № 7.

Полученные данные заносили в таблицу.

Построили график зависимости  показателей D, pH и n от концентрации ДЭА:

Выводы.

1. В процессе выполнения работы познакомились со свойствами щавелевой кислоты, ДЭА, а также с областями их применения.

2. Изучили взаимодействие щавелевой кислоты с ДЭА методом молярных отношений.

3. В связи с полученными положительными результатами рекомендуем продолжить испытание физиологической активности данных соединений в полевых условиях.

4. Цель дальнейшей работы синтезировать полученное вещество, выделить его в чистом  виде и провести химический анализ рентгенофазовый и рентгеноструктурный.

Список использованной литературы

1. Бондарев, Л. Т. Микроэлементы – добро и зло / Л. Т. Бондарев. – М. : Знание, 1984. – 347 с.
2. Викторов, С. И. Практикум по физиологии растений / под. ред. Гунара – М. : Колос, 1972. – 168 с.
3. Радцева, Г. Е. Физиологические аспекты действия химических регуляторов роста на растения / Г. Е. Радцева, В. С. Радцева – М. : Наука, 1982 .  – 462 с.
4. Роль минеральных элементов в обмене веществ и продуктивности растений. – М. : Наука, 1984. – 322 с.
5. Химический энциклопедический словарь под ред. Кунянца  Л. – М. : Советская энциклопедия, 1983. – 792 с.

CR / CM

2

3

CR / CM

1