V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2013
БИОТЕХНОЛОГИЯ: НОВЫЙ ПУТЬ ПОЛУЧЕНИЯ «ЗЕЛЕНОЙ» ЯНТАРНОЙ КИСЛОТЫ
Полезные свойства янтарной кислоты для человека и живого организма изумительны. Она стимулирует клеточное дыхание, обладает антиоксидантным действием, является антистрессовым средством, способствует нейтрализации алкоголя в крови.
Янтарная кислота — важный полупродукт в химической промышленности. Используется для получения красителей, лаков, алкидных смол, инсектицидов; эфиры янтарной кислоты применяют в парфюмерно-косметической и пищевой промышленности как ароматизаторы и отдушки. В фармацевтической индустрии янтарная кислота входит в состав ряда препаратов, а также является сырьём для производства лекарственных средств седативного, спазмолитического, противоракового действия.
Ежегодно в мире производят около 25 000 тонн янтарной кислоты, а реальная потребность в ней оценивается примерно в 300 000 тонн, что на порядок выше существующих объёмов производства.
Большинство способов получения янтарной кислоты основано на использовании малеинового ангидрида и малеиновой кислоты, которые в свою очередь получают из нефти. Малеиновый ангидрид подвергают гидрированию на металлических катализаторах, в водной среде с последующей гидратацией.
В проблемной лаборатории КубГТУ разработан способ получения янтарной кислоты окислением фурфурола пероксидом водорода. Суть метода заключается в обработке фурфурола пероксидом водорода (15-30%) при различных рН. Он позволяет получить целевой продукт с выходом, близким к теоретическому или в два-три раза большим, по сравнению с существующими аналогами.
Используют и другие способы получения янтарной кислоты. Однако химический синтез требует дорогих катализаторов, высоких температур и давления. Цена янтарной кислоты зависит от цены на нефть. Применение тяжелых металлов и органических растворителей приводит к ухудшению экологической ситуации. Решать проблемы органического синтеза, а также наращивать темпы роста производства янтарной кислоты возможно с помощью биотехнологии, которая отвечает требованиям «зеленой» химии.
Биотехнология обеспечивает управляемое получение полезных продуктов для различных сфер человеческой деятельности. Она базируется на использовании микроорганизмов, вирусов, дрожжей, растительных и животных клеток.
Биотехнологические процессы, в отличие от химических, реализуются в «мягких» условиях, при нормальном давлении и невысоких температурах среды; они в меньшей степени загрязняют окружающую среду отходами и побочными продуктами.
Синтезировать янтарную кислоту для промышленного получения могут бактерии, плесневые грибы, дрожжи, все они имеют свои достоинства и недостатки. Идеальный продуцент должен использовать различные источники углерода, а не только глюкозу, быть устойчивым к высокому осмотическому давлению, не выделять побочных продуктов. Основной характеристикой продуцента является концентрация синтезируемой кислоты в культуральной жидкости.
Перспективными для синтеза янтарной кислоты являются бактерии Actinobacillus succinogenes, выделенные из желудка жвачных животных, которые способны использовать СО2 как источник углерода наряду с сахарами. Они обеспечивают высокое содержание янтарной кислоты в культуральной жидкости — 100 г/л. К сожалению, наряду с янтарной кислотой эти бактерии выделяют и другие — уксусную, муравьиную, молочную, а также этанол. Это затрудняет выделение продукта.
Новейшие технологии генной инженерии позволяют создавать новые штаммы микроорганизмов и дрожжей с заданными свойствами для биотехнологии. Например, модифицированная кишечная палочка E. coli AFP111
способна продуцировать янтарную кислоту в таких же количествах, что и A. succinogenes, но при этом у неё заблокированы гены, отвечающие за синтез побочных молочной и муравьиной кислот.
Генномодифицированные дрожжи Saccharomyces cerevisiae и Yarrowia lipolytica также используют для синтеза янтарной кислоты. В отличие от бактерий они быстро растут, не боятся кислорода и устойчивы к высоким концентрациям кислоты. Однако дрожжевые штаммы способны накапливать всего около 60 г янтарной кислоты в литре культуральной жидкости, а этого недостаточно для промышленного производства.
Биотехнология является ярким примером «высоких технологий», с которыми связывают перспективы развития многих производств. Биологические технологии находятся в настоящее время в фазе бурного развития. Янтарная кислота входит в список веществ, которые в ближайшем будущем начнут производить из биомассы, и они вытеснят продукты нефтехимического синтеза.
Источник
Янтарная кислота. Свойства, производство, применение и цена янтарной кислоты
Она появилась на Земле 50 миллионов лет назад. Это начало Третичного периода. Он отмечен потеплением.
В условиях жары стало больше вредителей, болезней. Чтобы противостоять им растения начали выработку янтарной кислоты .
Не сложно догадаться, что она названа в честь янтаря . Он считается минералом, но имеет биогенное происхождение.
Янтарь – это окаменевшая смола, то есть, сок растений, источенный ими тысячи и миллионы лет назад.
Как отдельное вещество янтарная кислота выделена из минерала Георгом Агриколой.
Немецкий ученый сделал открытие в 15-ом веке, но внимание мировой общественности кислота заслужила лишь в 19-ом.
Исследования стали поводом для реплики французского химика Луи Пастера: — «Ей нельзя пренебрегать, невзирая на ее небольшие запасы». Чем вещество так поразило ученых, расскажем далее.
Свойства янтарной кислоты
Физическое состояние вещества кристаллическое. Это белый порошок без запаха. Он хорошо растворим в воде.
С одним литром смешиваются 58 граммов кислоты . Реакция проходит при комнатной температуре.
Чтобы порошок расплавился, нужен нагрев до 188-ми градусов. Закипает вещество при 255-ти по шкале Цельсия.
Плотность кислоты равна 1,56 граммов на кубический сантиметр. Это на 0,66 единицы больше, чем у воды.
Химическая формула янтарной кислоты: — HOOC(CH2)2COOH. Получается, соединение дикарбоновое, то есть, имеет две карбоксильные группы COOH.
Между ними располагается двухвалентный органический радикал, выдающий биогенное происхождение вещества. Если упрощать его формулу, получится C4H6O4.
Пять тысячных процента порошка янтарной кислоты могут приходиться на примеси. Это хлориды и сульфиды железа .
Однако, их малое количество не влияет на химические свойства сукцината. Так иначе называют янтарную кислоту .
Ее параметры общие для всех дикарбоновых соединений своего класса . Кроме диссоциации в воде, вещество образует соли , даже кислые, на что не способны, к примеру, монокарбоновые кислоты .
Склонна янтарная кислота и к образованию галогенангидридов. В них гидроксильные группы ОН замещены атомами галогенов, то есть, элементов 17-ой группы таблицы Менделеева .
Еще одна производная от янтарной кислоты – хелаты. Название соединений переводится, как «клешня» и связано со строением веществ группы.
Они циклические. Химическая запись с указанием связей между ионами имеет клешневидные «отростки».
По составу хелаты – смесь органической составляющей с металлом . Последний удерживается в растворимом состоянии.
Во взаимодействие героиня статьи вступает и с рядом других кислот . Эта реакция тоже типична для дикарбоновых реагентов.
Образуются ангидриды – солеподобные оксиды, перенявшие часть кислотных свойств.
Отзыв янтарная кислота дает, так же, на полифункциональные соединения.
Так именуют вещества, в которых есть разные функциональные группы. В глюкозе, к примеру, гидроксогруппы уживаются с карбонильными.
Последние характерны для альдегидов, а первые – для спиртов. Итогом реакции янтарной кислоты с полифункциональными соединениями становятся полимеры.
Последние отличаются макроразмерами молекул. В них могут быть сотни и тысячи атомов.
Для человека героиня статьи стабильна, нетоксична и безвредна. Речь не о нейтральности вещества, а его полезности и широком спектре применения. Его и изучим.
Применение янтарной кислоты
Янтарная кислота применение нашла, как отвердитель. Древесная смола, кстати, каменеет именно благодаря сукцинату.
Поэтому, его добавляют в эпоксидную смолу. Ей пропитывают стекловидные ткани и нити , покрывают гидроизоляцию, добавляют в стеклопластик.
К тому же, эпоксидка используется для скрепления деталей, применяется, к примеру, ювелирами .
Пригождается янтарное соединение и в парфюмерии. Хоть сама кислота не имеет запаха, она усиливает аромат цветочных композиций.
Добавляют янтарное вещество, так же, в отдушки косметики. Хотя, в средствах по уходу за кожей героиня статьи выполняет больше ухаживающую, лечебную роль.
Кислота осветляет пигментные пятна, снимает отечность, устраняет сосудистые сетки, омолаживает.
Свойства вещества связаны с его ролью энергетической базы для клеток. Кислота способствует выработке аденозинтрифосфата, который и дает силы организму, становясь итогом взаимодействия сахаридов и протеинов.
Говоря иначе, янтарная кислота показана клеткам, как топливо машинам . Дашь горючее, и организм расцветет, пройдет еще тысячи миль.
Героиня статьи существует, так же, в виде медицинского препарата «Янтарная кислота». Инструкция к нему гласит, что соединение помогает при сердечнососудистых заболеваниях, анемии, радикулите, нарушениях кровообращения мозга.
Активность клеток, к которой приводит порция аденозинтрифосфата, позволяет, так же, применять кислоту в качестве противоядия.
Нежелательные компоненты быстрее выводятся из организма, а ткани обновляются.
Показания к применению янтарная кислота имеет и при воспалительных процессах в щитовидке.
Таблетки принимают внутрь, а снаружи втирают масло. Его тоже зовут янтарным, получая из солнечного минерала.
Правда, масло, в отличие от кислоты , неприятно пахнет. Поэтому, если проблемы со щитовидной железой имеют женщины, как правило, предпочитают носить на шее янтарные ожерелья .
Применение в медицине находит не только чистая кислота , но и ее соединения. Так, в виде соли вещество помогает пробудиться после наркоза.
Польза янтарной кислоты очевидна и при восстановлении тех, кто пережил хирургические вмешательства.
В качестве восстанавливающего агента соединение, так же, пригождается сидящим на диетах. Кислота дает клеткам энергию, чтобы пережить ее нехватку в продуктах питания.
Параллельно, сбросу кило способствует активная работа тканей, получивших аденозинтрифосфат.
Однако, стоит учесть, что янтарная кислота ускоряет выработку желудочного сока.
С одной стороны, это хорошо. Пища быстрее переваривается, улучшается обмен веществ.
С другой стороны, перебор с препаратом может привести к развитию гастрита. Обилие сока разъест стенки желудка.
На риске возникновения гастрита вред янтарной кислоты заканчивается. Плюсы продукта перевешивают.
Так, героиня статьи способствует выработке инсулина, а посему, прописывается больным диабетом второго типа.
Рекомендована кислота и при онкологии. Сукцинат облегчает течение болезни, служит профилактикой возникновения метастаз, снимает хроническую усталость.
Янтарная кислота таблетки, необходимые большинству из тех, кто чувствует постоянную усталость, забывчив, реагирует на резкую смену погоды.
Как правило, это симптомы недостатка в организме героини статьи. Правда, недостаток этот – явление редкое. Вещество вырабатывается не только растениями, но и человеческим организмом.
В итоге, есть собственные запасы и резерв, поступающий с пищей. Многие производители намеренно добавляют янтарное соединение в свою продукцию, дабы сделать ее полезнее и привлекательнее для покупателей. В качестве пищевой добавки героиня статьи зарегистрирована, как Е363.
Производство янтарной кислоты
Поскольку вещество образуется растениями, янтарная кислота для промышленности может добываться из них.
Однако, метод экономически невыгоден. Из зеленых ягод, алое, сахарной свеклы, крапивы, земляники и боярышника реагент добывают лишь в небольших количествах, как правило, в качестве эксперимента.
Переводить на кислоту дорогостоящий янтарь тоже нелогично. Поэтому, сукцинат получают путем химического синтеза.
Главный источник – малиновый ангидрид. До янтарного соединения его восстанавливают электрохимическим способом. Для него требуется катализатор. Используют палладиевый .
Цена янтарной кислоты
Цена янтарной кислоты зависит от формы выпуска. 50 граммов порошка, к примеру, стоят 150-200 рублей .
При этом, оптовики покупают на 100 рублей дороже уже кило продукта. В таблетках берут 20-40 рублей за 150 миллиграммов янтарной кислоты.
В лекарствах, как и прочих товарах, героиня статьи соединяется с другими компонентами, поэтому, ценник может сильно варьироваться.
Так, удобрения с янтарной кислотой , улучшающие прорастание семян и урожайность, стоят от 50-ти до 800-от рублей за килограмм.
Разброс цен на косметику, и вовсе, равен тысячам рублей. Дело не только в себестоимости компонентов, но и затратах на их грамотное соединение, направленное на наибольшую эффективность средств.
Источник
