ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы МОНОСАХАРИДЫ И ОЛИГОСАХАРИДЫ Методы выделения и очистки из "Методы химии углеводов" Очистку и выделение неполимерных веществ класса углеводов осуществляют главным образом путем кристаллизации [1], так как методы перегонки и сублимации пригодны лишь для немногих веществ, выдерживающих нагревание. Даже если применяются хроматографические методы, при окончательном выделении вещества обязательна кристаллизация. Кристаллизация органических соединений усложняется наличием примесей, которые могут образовываться как побочные продукты реакции, и в еще большей степени — присутствием таутомеров, молекулы которых различаются строением, хотя и близки по составу. [c.9] Например, в-глюкоза кристаллизуется из воды при низких температурах в виде гидрата а-формы, хотя в равновесном растворе содержится около 65% Р-формы. Следовательно, до кристаллизации -форма должна медленно превратиться в ос-форму, кроме того, ее присутствие, как и присутствие любого постороннего сахара, затрудняет кристаллизацию. Кристаллизация Б-глюкозы из водных растворов усложняется еще и образованием моногидрата а-формы, который значительно менее растворим, чем безводный сахар. Точка перехода системы соответствует 50° при более низкой температуре в-глюкоза кристаллизуется как моногидрат, а при температуре выше 50° — в безводной форме. При температурах, близких к температуре кипения водного раствора, р-форма становится менее растворимой и, следовательно, она и кристаллизуется. Подобные осложнения затрудняют процесс кристаллизации даже чистых сахаров. [c.9] Небольшие различия в строении могут обусловливать заметные различия в способности к кристаллизации, и, хотя применяемые методы в общем варьируют незначительно, нельзя установить точные условия кристаллизации, пригодные для всех членов группы даже самых близких по строению углеводов. [c.9] ОТ таких факторов, как размеры и форма молекул, различие в уровне энергий для кристаллического и аморфного состояний, а также от растворителя, температуры, количества и состава примесей. [c.10] Поскольку наличие примесей может задержать кристаллизацию, желательно возможно полнее очистить вещество. Положение особенно усложняется, если кристаллизация является единственным методом чистки данного вещества и если в. габоратории нет этого вещества, могущего служить затравкой. Поскольку таутомеры содержат различные типы молекул, один из них будет подавлять кристаллизацию другого. На практике часто удается получать преимущественно один из таутомеров, подобрав соответствующие условия реакции. При хроматографическом разделении часто получается вещество, достаточно чистое для того, чтобы первые кристаллы образовались самопроизвольно. Хорошей чистки в некоторых случаях можно добиться, используя молекулярную перегонку или сублимацию. Посл( довательное фракционное осаждение аморфного вещества из раствора путем добавления смешивающейся с растворителем жидкости, в которой нерастворимо данное вещество, приводит к выделению фракций, которые иногда вызывают кристаллизацию. [c.10] Распространено мнение, что пониженная температура облегчает кристаллизацию, но оно справедливо лишь частично и основано только ыа том факте, что с понижением темтературы увеличивается степень насыщения раствора. Растворы сиропообразных сахаров часто бывают пересыщенными при комнатной или повышенной температуре, и в этих условиях они кристаллизуются легче, чем в холодильнике. В некоторых случаях лучше кристаллизовать при температуре сушильного шкафа, т. е. примерно при 70—80°. Густой сироп в большинстве случаев не кристаллизуется, его приходится разбавлять подходящим растворителем. По-видимому, для кристаллизации необходима определенная степень подвижности молекул. [c.10] Чтобы получить первые зерна кристаллов — затравку, растворяют наиболее чистый из имеющихся образцов вещества в нескольких растворителях и выдерживают полученные растворы в холодильнике, при комнатной и при повышенной температурах. Самопроизвольное испарение растворителя иногда способствует кристаллизации. Не следует также пренебрегать старым методом — потирать о стенки сосуда стеклянной палочкой (можно применять и деревянную палочку). [c.10] Известно, что производные углеводов могут внезапно кристаллизоваться после стояния в течение нескольких лет. Хотя в-фруктоза может бразовывать крупные кристаллы, з течение многих лет она была известна как некристаллизуемый сахар . Производные сахаров обычно легче кристаллизуются в тех лабораториях, где они были получены. Известен пример, когда производное сахара не закристаллизовалось после стояния в течение нескольких месяцев. Все образцы кристаллического вещества, полученного двадцать лет назад в другой лаборатории, были утеряны. Но когда сиропообразное вещество оставили в открытом сосуде в лаборатории, где это вещество было приготовлено впервые, оно закристаллизовалось в течение нескольких дней. Такие примеры показывают, что, по-видимому, зерна (зародыши) кристаллизации могут невидимо сохраняться в комнате в течение юлгого времени. Именно этим обстоятельством можно объяснить, что перекристаллизация или повторное приготовление вещества легче проходит в той лаборатории, где уже кристаллизовали подобное вещество. [c.10] Если имеется большое количество сиропообразного вещества, можно применить старый прием кристаллизации по Мичерлиху, используя изоморфизм кристаллов. Например, в каждую из - 50 мелких порций ксилита в виде подвижного сиропа, который ранее не кристаллизовался, были внесены затравки различных веществ. Примерно через десять дней закристаллизовалась проба с затравкой из пентаэритрита. [c.11] Кристаллизация нередко усложняется полиморфизмом. Часто первыми выпадают кристаллы с наиболее высокой внутренней энергией, причем иногда они гигроскопичны затем эти кристаллы переходят в более стабильную модификацию с менг шей энергией. Так было в с.пучае кристаллизации ксилита, упомянутой выше. Иногда неоншданно встречаются вещества, которые кристаллизуются только в виде полиморфных модификаций. [c.11] Наиболее подходящие растворители или смеси растворителей, при меняемые для кристаллизации аморфных сахаров, приходится подбирать эмпирически для каждого случая. Для сиропообразных незамещенных сахаров рекомендуются низшие спирты, особенно метанол, а также уксусная кислота, пиридин, диоксан, целлозольвы (моно- и диметиловые эфиры этиленгликоля) и N,N-димeтилфopмaмид. Производные сахаров — ацетаты, бензоаты, циклические ацетали (изопропилиденовые. этилиденовые и бензилиденовые), а также алкиловые и ариловые эфиры — очень хорошо растворяются в ацетоне, хлороформе и несколько хуже — в низших спиртах, эфире и бензоле. Как уже говорилось, иногда лучше использовать не индивидуальные растворители, а их смеси. В этом случае вещество вначале растворяют в растворителе с хорошей растворяющей способностью, а затем добавляют второй растворитель с меньшей растворяющей способностью до помутнения раствора. Первый растворитель можно даже разбавить другим, с меньшей растворяющей способностью, и уже затем добавлять осаждающий растворитель. Примером может служить система ацетон— эфир—лигроин в применении к ацетатным производным сахаров. [c.11] Системы растворителей, применяемые при кристаллизации сиропообразных веществ, не всегда являются лучшими растворителями для перекристаллизации полученных кристаллов. Например, ледяная уксусная кислота— превосходный растворитель, применяемый для кристаллизации многих сиропообразных сахаров она легко смешивается с сиропообразными сахарами и очень мало растворяет кристаллическую фазу. Последующую перекристаллизацию осуществляют растворением в довольно большом объеме воды с последующим упариванием в вакууме и кристаллизацией путем добавления спирта. [c.11] Установлены условия кристаллизации сахаров при введении избытка затравки найденные закономерности позволили разработать, в частности для сахарозы и моногидрата а-п-глюкопиранозы, промышленную технологию [21. [c.11] Перегонку малых количеств, 25—500 мг, метилированных, ацети-лированных и подобных им летучих производных углеводов в высоком вакууме легко осуществить, применяя простой прибор, показанный на рисунке. [c.12] Так перегоняют образцы сиропообразного вещества весом 50 мг и менее, что достаточно для получения некоторой информации. После отделения небольших проб для определения элементарного состава и снятия инфракрасного спектра на образце весом 15—20 мг можно определить показатель преломления. Этот же образец повторно используют для изучения вещества методом хроматографии на бумаге и электрофореза. На оставшемся веществе с помощью поляриметра с малой трубкой измеряют оптическое вращение. [c.13] Колоночная хроматография на угле была впервые описана в 1950 г. Уистлером и Дерсо [1]. Они использовали этот метод для разделения углеводов на классы в зависимости от степени их полимеризации, т. е. на моносахариды, дисахариды, трисахариды и т. д. Эта методика является модификацией метода Тизелиуса [2]. [c.13] Согласно работе [1], разделение проводилось как ступенчатое элюирование углеводов водным спиртом из колонки, содержащей смесь угля с целитом. Этот метод получил распространение [3] и особенно широко применялся для разделения серии гомологичных олигосахаридов. Однако для разделения более сложных смесей, например олигосахаридов одного и того же класса, необходимо градиентное элюирование [4, 5]. [c.13] Хроматография на колонках с углем пригодна не только для разделения олигосахаридов, она также применялась для разделения кислых углеводов [6], многоатомных спиртов и их ацетатов [7], олигосахаридов, содержащих амипосахара [8], и метиловых эфиров сахаров [9]. В каждом случае хроматография на угольных колонках, по-видимому, превосходит все другие методы, так как позволяет добиться желаемого разделения однако, если нужно разделить сложную смесь, обычно необходимо предварите.пьное градиентное элюирование. Новый метод разделения дисахаридов был опубликован в 1955 г. [10, 11] он основан на способности некоторых дисахаридов образовывать в мягких условиях метил-фурапозиды. Эти метилглюкозиды абсорбируются сильнее свободных сахаров. [c.13] ИЛИ степень разведения раствора сахара. В лабораториях авторов и некоторых других исследователей [12] для дезактивации угля применялась концентрированная соляная кислота. Элм, Вильямс и Тизелиус [4] насыщали уголь стеариновой кислотой (1% кислоты в 96%-ном спирте). Предварительная дезактивация или насыщение увеличивает возврат введенных в колонку веществ почти до 100%, позволяет элюировать сильно адсорбирующиеся высшие олигосахариды и улучшает разрешение зон. Чтобы исключить малое количество растворенного неорганического вещества, вносимое с наполнителем, указанные авторы часто считали удобным готовить колонки без целита. Если исключить целит, проведение операций значительно упрощается в том случае, когда вместо целита применяют уголь двух степеней измельчения смесь крупнозер- нистого угля и обычного дарко 0-60. В работе [13] описано применение колонки, содержащей только уголь. [c.14] Равные весовые части угля дарко 0-60 и целита 535 смешивают в сухом виде, к смеси прибавляк1Т воду и полученную жидкую пасту помещают в стеклянную хроматог])афическую колонку, закрытую снизу стеклянной ватой. Через колонку медленно, по каплям пропускают концентрированную соляную кислоту, чтобы дезактивировать уголь и отмыть следы железа и золы. После этого через колонку пропускают дистиллированную воду до получения нейтрального элюата. Для уменьшения длительности операций на этой и всех последующих стадиях можно применять отсасывание. [c.14] Вернуться к основной статье