Янтарная кислота НООС–СН–СН–СООН: техническая двухосновная карбоновая кислота
Янтарная кислота с формулой НООС–СН–СН–СООН — предельная двухосновная карбоновая кислота с двумя карбоксильными группами, разделёнными этиленовым мостиком. Молекулярная масса — 118,09 г/моль, температура плавления — 183–185 C, температура разложения при атмосферном давлении — около 235 C с образованием янтарного ангидрида. Вещество образует бесцветные моноклинные кристаллы, растворимость в воде при 20 C — 68 г/л, в этаноле — 54 г/л, в диэтиловом эфире — 17 г/л. Плохо растворима в бензоле, хлороформе, четырёххлористом углероде. Практически нетоксична (LD перорально для крыс — 2260 мг/кг).
Промышленный синтез реализуется гидрированием малеинового ангидрида или фумаровой кислоты на никелевых и палладиевых катализаторах при 120–180 C и давлении водорода 1,5–10 МПа. Альтернативные маршруты — окисление циклогексанола, карбонилирование этиленгликоля, ферментативное превращение глюкозы. Технические марки выпускаются по ГОСТ 6341-75 и ТУ 6-09-40-3245-90, реактивные квалификации — «ч.д.а.» и «х.ч.» по ГОСТ 6341-75.
Технические параметры и нормируемые показатели
| Показатель | Техническая марка | Реактивная «ч.д.а.» | Пищевая E363 | Метод контроля |
|---|---|---|---|---|
| Массовая доля основного вещества, % | 99,0 | 99,5 | 99,5 | титрование NaOH |
| Температура плавления, C | 182–185 | 184–186 | 184–186 | капиллярный метод |
| Нерастворимые в воде примеси, % | 0,02 | 0,005 | 0,01 | гравиметрия |
| Сульфаты (SO), % | 0,02 | 0,002 | 0,005 | турбидиметрия |
| Тяжёлые металлы (Pb), мг/кг | 20 | 5 | 2 | ААС / ICP-MS |
| Потери при высушивании, % | 0,5 | 0,2 | 0,2 | 105 C, 2 ч |
Химические свойства и реакционная способность
Двухосновный характер НООС–СН–СН–СООН определяет две ступени диссоциации: pK — 4,21, pK — 5,64 при 25 C. Близость констант обусловлена симметричным строением молекулы и отсутствием взаимного влияния карбоксильных групп через насыщенный углеводородный мостик. Кислота образует моно- и дизамещённые соли (сукцинаты), сложные эфиры, амиды, имиды. При нагревании выше 235 C дегидратируется в янтарный ангидрид. Восстановление амальгамой натрия или боргидридом натрия даёт -бутиролактон и 1,4-бутандиол. Каталитическое аминирование приводит к сукцинимиду и пирролидону.
Сукцинаты щелочных металлов и аммония хорошо растворимы в воде, соли кальция, бария, свинца — малорастворимы, что используется в аналитической химии для осаждения и гравиметрического определения. Комплексообразующая способность по отношению к ионам Fe, Al, Cu применяется в гальванотехнике для буферирования электролитов.
Технологические применения
- Производство алкидных и полиэфирных смол: янтарная кислота как дикарбоновая компонента в реакции поликонденсации с гликолями (этиленгликоль, 1,4-бутандиол, неопентилгликоль) для получения полибутиленсукцината (PBS) — биоразлагаемого полимера с температурой плавления 112–115 C.
- Синтез -бутиролактона и 1,4-бутандиола — полупродуктов для производства полиуретанов, полиэфирных пластификаторов и N-метилпирролидона.
- Гальванические ванны: буферный компонент и комплексообразователь в электролитах никелирования, меднения, золочения; стабилизирует pH в диапазоне 4,5–5,5 при плотности тока 2–8 А/дм.
- Пищевая промышленность: регулятор кислотности E363 в концентрации 0,1–0,5 % в напитках, сухих смесях, приправах; усиливает вкус и продлевает срок хранения за счёт подавления роста плесневых грибов.
- Сельское хозяйство: стимулятор роста растений (обработка семян 0,01–0,1 % раствором), адаптоген для повышения стрессоустойчивости зерновых и овощных культур.
- Фармацевтика: исходное сырьё для синтеза сукцинимидов, противосудорожных препаратов, компонент инфузионных растворов и БАД.
Условия хранения и транспортировки
Янтарная кислота хранится в герметичной таре из нержавеющей стали 12Х18Н10Т или полиэтилена высокой плотности в сухих вентилируемых складах при температуре не выше 25 C и относительной влажности не более 70 %. Гарантийный срок хранения технических марок — 24 месяца, реактивных — 36 месяцев со дня изготовления. При транспортировке железнодорожным и автомобильным транспортом вещество классифицируется как неопасный груз, не требует специальных мер предосторожности. Совместимо с большинством органических кислот, несовместимо с сильными окислителями (перманганаты, перхлораты, азотная кислота высокой концентрации).
Вопросы и ответы
Чем отличается техническая янтарная кислота от реактивной квалификации «ч.д.а.»?
Реактивная квалификация нормирует более жёсткие пределы по примесям: сульфаты 0,002 % против 0,02 %, тяжёлые металлы 5 мг/кг против 20 мг/кг, нерастворимые примеси 0,005 % против 0,02 %. Техническая марка применяется в промышленном синтезе, реактивная — в аналитических лабораториях и фармацевтике.
При какой температуре янтарная кислота дегидратируется в ангидрид?
Внутримолекулярная дегидратация с образованием янтарного ангидрида начинается при 235 C и ускоряется выше 300 C. При температуре плавления 183–185 C вещество устойчиво; длительный нагрев при 200–230 C приводит к частичной потере массы за счёт сублимации.
Какие полимеры синтезируют на основе НООС–СН–СН–СООН?
Основные продукты — полибутиленсукцинат (PBS) и полиэтиленсукцинат (PES) — алифатические сложные полиэфиры, получаемые поликонденсацией с 1,4-бутандиолом и этиленгликолем соответственно. PBS перерабатывается экструзией и литьём под давлением при 140–180 C, применяется для упаковки, сельхозплёнки, одноразовой посуды.
Как янтарная кислота используется в гальванике?
В электролитах никелирования и меднения сукцинат-ион выполняет роль буфера, поддерживая pH 4,5–5,5, и комплексообразователя для ионов металлов. Концентрация 15–40 г/л обеспечивает мелкокристаллическую структуру покрытия и снижает внутренние напряжения осадка.
