| Limon kislotasi | |
|---|---|
  | |
 | |
| Umumiy ma’lumotlar | |
| Tizimli nomi |
3-gidroksi-3-karboksipentandioat kislota |
| An’anaviy nomlari | Limon kislotasi |
| Kimyoviy formula | C6H8O7 |
| Ratsional formula | HOOC-CH2-C(OH)COOH-CH2COOH |
| Fizik xossalari | |
| Molyar massa | 192,12532 g/mol |
| Zichlik | 1,665 g/sm³ |
| Issiqlik xossalari | |
| Harorat | |
| • erish | 153 °C |
| • parchalanish | 175 °C |
| Kimyoviy xossalari | |
| Kislota dissotsiatsiya konstantasi | 3,128 4,761 6,388 (25°C) |
| Eruvchanlik | |
| • suvda | 133 g/100 ml |
| Tasnifi | |
| Ro‘yxatga olish raqami CAS | 77-92-9 |
| PubChem | 311 |
| Ro‘yxatga olish raqami EINECS | 201-069-1 |
| SMILES | |
| InChI | |
| Kodeks Alimentarius | E330 |
| RTECS | GE7350000 |
| ChEBI | 30769 |
| BMT raqami | 1789 |
| ChemSpider | 305 |
| Xavfsizlik | |
| Xavfning qisqacha tavsifi (H) |
H319 |
| Ehtiyot choralari (P) |
P264, P280, P305+P351+P338, P337+P313 |
| Ogohlantiruvchi so‘z | ehtiyot bo‘ling |
| GHS piktogrammalari |
  |
| NFPA 704 | |
| Ma’lumotlarstandart sharoitlar (25 °C, 100 kPa) uchun keltirilgan, agar boshqacha ko‘rsatilmagan bo‘lsa. | |
 Vikimedia omboridagi mediafayllar | |
Limon kislotasi (kimyoviy formulasi — C6H8O7) — organik kislota bo‘lib, o‘rtacha kuchga ega va to‘yingan karbon kislotalar sinfiga kiradi. Ushbu kislotaning tuzlari va anionlari limon kislotasiga mansub bo‘lib, sitratlar deb ataladi.
Standart sharoitda limon kislotasi — uch asosli karbon gidroksikislota bo‘lib, oq rangli kristall moddadan iborat.
Kashf etilishi
Limon kislotasining kashf etilishi arab alkimyogari Jobir ibn Hayyonga nisbat beriladi. Uni birinchi bo‘lib ajratib olishga shved dorishunosi Karl Sheele erishgan. 1784-yilda u limon kislotasini kalsiy sitrati shaklida limon sharbatidan cho‘ktirib olgan.
1838-yilda Yustus fon Libix limon kislotasi molekulasida bitta gidroksil guruhi va uchta karboksil guruhi mavjudligini aniqlagan. Sof limon kislotasi esa kalsiy sitratidan 1860-yilda Angliyada olingan.
Fizik xossalari
Tizimli nomi: 2-gidroksipropan-1,2,3-trikarbon kislota yoki 3-gidroksi-3-karboksipentandioat kislota.
Ratsional formulasi: HOOC-CH2-C(OH)COOH-CH2COOH yoki (HOOCCH2)2C(OH)COOH
Limon kislotasi suvda va etil spirtida yaxshi, dietil efirida esa kam eriydi. Limon kislotasining tuzlari va murakkab efirlari sitratlar deb ataladi.
Limon kislotasi oq rangli, hidsiz, kuchli nordon ta’mli kristall moddadir. 36,6 °C dan past haroratda u kristallanadi va suvli eritmadan monogidrat shaklida ajraladi; uning zichligi 1,542 g/sm3 bo‘lib, u 100 °C haroratda eriydi. Uning kristallari ortorombik singoniyaga ega. Suvsiz limon kislotasining nisbiy zichligi 1,665 g/sm3 bo‘lib, u 153 °C da eriydi.
Monogidrat monoklinik singoniyada kristallanadi. Monogidratni vakuumda sulfat kislota ishtirokida suvsiz shaklga o‘tkazish mumkin. Suvsiz holatda u gigroskopik bo‘lib, havodagi namlikni yutadi.
Kimyoviy xossalari
Harorat 175 °C dan oshirilganda limon kislotasi akonit kislotaga aylanadi, quruq haydash jarayonida esa suv ajraladi va modda dekarboksillanadi, ayni paytda atseton hosil bo‘ladi hamda angidridlar, ya’ni itakon va sitrakon kislotalarining angidridlari hosil bo‘ladi. Kaliy permanganat bilan 35 °C haroratda oksidlanganda atsetondikarbon kislota, 85 °C da esa oksalat kislota hosil bo‘ladi.
— dissotsiatsiyalanmagan molekula;
— bir zaryadli ion;
— ikki zaryadli ion;
— uch zaryadli ion
Limon kislotasi o‘rtacha kuchli uch asosli kislota bo‘lib, uch turdagi tuzlarni hosil qiladi va eritmada bosqichma-bosqich elektrolitik dissotsiatsiyaga uchraydi. Dissotsiatsiya konstantalari quyidagicha:
| Кa (18 °C) | Ka (25 °C) | |
|---|---|---|
| К1 | 8,2⋅10−4 | 1,3⋅10−3 |
| K2 | 1,8⋅10−5 | 5,8⋅10−4 |
| K3 | 4,0⋅10−6 | 2,4⋅10−6 |
Suvli eritmada limon kislotasi xelat komplekslarni kalsiy, magniy, mis, temir ionlari va boshqalar bilan hosil qiladi. Ba’zan kompleks hosil bo‘lishida limon kislotasining bittadan ortiq molekulasi qatnashadi.
Limon kislotasi murakkab efirlarni spirtlar bilan odatdagi kislotali katalizatorlar (sulfat kislota, para-toluolsulfon kislota, ion almashinuvchi smolalar) ishtirokida yoki katalizatorsiz (yuqori haroratda qaynaydigan spirtlar bilan) hosil qiladi. Ayrim efirlar, masalan, trimetilsitrat, trietilsitrat va tributilsitrat plastifikatorlar sifatida ishlatiladi. Ikki va ko‘p atomli spirtlar bilan limon kislotasi poliefirlar hosil qiladi.
Limon kislotasining gidroksil guruhi organik kislotalarning xlorangidridlari va angidridlari bilan ishlov berilganda murakkab efirlar hosil bo‘lishida qatnashadi, shuningdek, epoksidlar bilan reaksiyaga kirishadi.
Olinishi
Sanoatda
1800-yillarning o‘rtalaridan boshlab limon kislotasi faqat pishmagan limonlar sharbatidan olingan: sharbat so‘ndirilmagan ohak bilan aralashtirilib, shu tariqa yomon eriydigan kalsiy sitrati cho‘ktirilgan. Kalsiy sitratiga sulfat kislota bilan ishlov berilganda kalsiy sulfat cho‘kmasi hosil bo‘ladi, cho‘kma ustidagi suyuqlikdan esa kristallash yo‘li bilan limon kislotasi ajratib olingan. Bu jarayonning mahsulot chiqishi mevalarning quruq massasiga nisbatan 2–3 massa %ni tashkil etgan. Adabiyotlarda limon kislotasi kalsiyli tuz shaklida Sitsiliya va Janubiy Italiyadan iste’mol qilinadigan joylarga (asosan Angliya, Fransiya va AQSHga) tashilgani, kislotaning o‘zi esa o‘sha joyning o‘zida ajratib olingani qayd etiladi.
1893-yilda limon kislotasini olishning birinchi fermentativ usuli kashf etildi: nemis kimyogari va mikologi Karl Vemer buning uchun mog‘or zamburug‘larining Penicillium turkumidan foydalangan. Biroq mahsulotni tozalashdagi qiyinchiliklar sababli bu usulni sanoatga joriy etishning iloji bo‘lmagan. Muvaffaqiyatga faqat 1919-yilda, fermentativ jarayon Belgiyada tashkil etilgach erishilgan. Fermentativ olish usulining ustunligi Birinchi jahon urushidan keyin yaqqol namoyon bo‘ldi: Italiyadan limon kislotasi yetkazib berishda muammolar yuzaga keldi, jahon ehtiyoji esa tobora ortdi. 1923-yilda Pfayzer kompaniyasi ilgari Jeyms Karri va Charlz Tom tomonidan kashf etilgan, uglevodlarni Aspergillus niger turiga mansub mog‘or zamburug‘lari yordamida oz miqdordagi anorganik tuzlar ishtirokida limon kislotasiga aylantirish jarayonini tijoratlashtirdi.
XXI asr boshlaridagi holatga ko‘ra, sanoat miqyosidagi limon kislotasining barchasi biosintez yordamida ishlab chiqariladi. Xomashyo sifatida makkajo‘xori gidrolizati (Shimoliy va Janubiy Amerikada hamda Yevropada), shuningdek maniok, batat va makkajo‘xori gidrolizatlari (Osiyoda), kristall saxaroza (Janubiy Amerikada) va melassa (Osiyo va Yevropada) ishlatiladi. Ayrim hollarda limon kislotasi qishloq xo‘jaligi chiqindilaridan olinadi.
Bu jarayon 1930-yillardan beri qo‘llanadi. Nazariy jihatdan 100 kg saxarozadan 123 kg limon kislotasi monogidrati yoki 112 kg suvsiz limon kislotasi olish mumkin. Amalda mahsulot chiqishi bundan kam, chunki zamburug‘lar saxarozaning bir qismini o‘zining o‘sishi va nafas olishi uchun sarflaydi. Haqiqiy mahsulot chiqishi nazariy ko‘rsatkichning 60–85 %ini tashkil qiladi. Fermentativ jarayon uch xil usulda olib borilishi mumkin:
- qattiq fazali fermentatsiya;
- sirtqi fermentatsiya;
- chuqur qatlamli fermentatsiya.
Bunda qattiq fazali fermentatsiyada xomashyo novlarga joylanib, suv bilan namlanadi. Zarur bo‘lsa, suvga oziq moddalar qo‘shiladi, so‘ng zamburug‘ kulturasi kiritiladi. Jarayon tugagach, limon kislotasi suv bilan yuvib olinadi, eritmadan ajratiladi va tozalanadi.
Sirtqi fermentatsiya maxsus lotoklarda amalga oshiriladi. Ularga substrat va ayrim anorganik oziq moddalar joylanadi. Muhitning pH qiymati substrat turiga qarab 3–7 oralig‘ida sozlanadi, so‘ng sterilizatsiya qilinib, zarur harorat o‘rnatiladi. Keyin lotoklarga zamburug‘ kulturasi kiritiladi; zamburug‘lar ko‘payib, substratning butun yuzasini qoplaydi va shundan so‘ng limon kislotasi hosil bo‘la boshlaydi. Jarayon yakunida suyuqlikdan limon kislotasi ajratib olinadi.
Chuqur qatlamli fermentatsiya katta sig‘imli idishlarda ikki bosqichda olib boriladi. Dastlab 10 % substrat 1 kun davomida boshlang‘ich kultura sifatida fermentatsiya qilinadi; keyin aralashma asosiy massaga qo‘shilib, 3-7 kun davomida fermentatsiya qilinadi. Jarayon kompressor yordamida suyuqlikdan uzluksiz havo o‘tkazib turish bilan olib boriladi.
Fermentatsiyadan keyin suyuqlik membranadan filtrlab o‘tkaziladi va limon kislotasi oqsillar hamda qoldiq uglevodlardan so‘ndirilmagan ohak, ekstraksiya yoki xromatografiya yordamida ajratiladi. Eng keng tarqalgan birinchi usulda limon kislotasi kalsiyli tuz shaklida cho‘ktiriladi, so‘ng unga sulfat kislota bilan ishlov berilib, erimaydigan gips va tozalangan limon kislotasi eritmasi olinadi. Ikkinchi usul limon kislotasi aralashmalarga qaraganda yaxshiroq eriydigan maxsus erituvchidan foydalanishga asoslangan.
Xromatografik tozalash anion almashinuvchi smolalarga asoslanadi: limon kislotasi tashuvchi modda yuzasiga sorbsiyalanadi, so‘ng suyultirilgan sulfat kislota bilan sorbentdan yuvib olinadi.
Ajratib olingach, mahsulot yana tozalanadi. Buning uchun ifloslangan limon kislotasiga rangli aralashmalarni yo‘qotish maqsadida faollashtirilgan ko‘mir bilan ishlov beriladi, erigan tuzlarni ketkazish uchun ion almashinuvchi smolalar qatlamidan o‘tkaziladi, erimaydigan aralashmalar filtrlanadi va mahsulot kristallanadi.
2012-yilda dunyoda limon kislotasi ishlab chiqarish hajmi taxminan 1,6 mln tonnani tashkil etgan. Shundan 0,8-0,9 mln tonnasi Xitoyda ishlab chiqarilgan. Umumiy ishlab chiqarishning qariyb 70 % qismi oziq-ovqat sanoatida ishlatiladi.
Rossiyadagi Belgorod limon kislotasi zavodi — «Sitrobel» — yiliga 15 ming tonna limon kislotasi ishlab chiqargan, biroq 2020-yilda yopilgan. Zavod yopilgach, Rossiya har yili qariyb 60 ming tonna limon kislotasini, asosan, Xitoydan import qiladi. 2022-yilda umumiy ishlab chiqarish quvvati 158 ming tonna bo‘lgan ikkita yangi zavod qurilishi haqida xabarlar paydo bo‘lgan.
Laboratoriyada sintez qilish
Limon kislotasining klassik laboratoriya sintezida boshlang‘ich modda sifatida atseton olinib, uning bromlanishi metil guruhlari bo‘yicha olib boriladi. Shundan so‘ng mahsulot vodorod sianid bilan reaksiyaga kiritilib, gidrolizlanadi.
To‘liq sintez
Limon kislotasini birinchi marta kimyoviy sintez yo‘li bilan 1880-yilda Grimo (Grimaux) va Adam (Adam) olishgan. Ushbu sintezda boshlang‘ich birikma sifatida glitserin ishlatilgan. Glitserin molekulasining birlamchi gidroksil guruhlari avval xlor atomlariga, keyin esa nitril guruhlarga almashtirilgan. Ular gidrolizlanganda oxirgi karboksil guruhlar hosil bo‘lgan. Ikkilamchi gidroksil guruhi esa keto guruhga oksidlangan. Keyin unga vodorod sianid biriktirilib, hosil bo‘lgan siangidrin ham gidroliz natijasida karboksil guruhni hosil qilgan.
1890-yilda boshqa yondashuv taklif etilgan. Unda atsetosirka efiri o‘zgartirilgan: avval u taxminlarga ko‘ra chekka α-holatda xlorlangan, keyin xuddi shu joyga nitril guruhi kiritilgan va nihoyat u gidroliz orqali karboksil guruhiga aylantirilgan. Oxirgi bosqichda C2 atomida o‘rinbosarlar hosil qilinib, siangidrin olingan va u kislotali muhitda gidrolizlangan. Bu to‘liq sintez sxemasi shubha ostiga olingan. Ayrim kimyogarlar, masalan, Sharl Prevo, atsetosirka efirining chekka emas, balki o‘rtadagi α-holati xlorlanadi, natijada limon kislotasining o‘zi emas, uning izomeri hosil bo‘ladi, degan fikrni ilgari surgan. Bahs, taxminlarga ko‘ra, XIX asr oxirida bu farqni aniqlay oladigan spektroskopik usullar hali mavjud bo‘lmagani sababli yuzaga kelgan.
1891-yilda limon kislotasi atsetondikarbon kislotaning monoetil efiriga sianid kislota biriktirib, so‘ng gidrolizlash orqali olingan. Biroq boshlang‘ich moddaning o‘zi avval limon kislotasidan olingan edi.
1897-yilda limon kislotasini sintez qilish uchun yaqinda kashf etilgan Reformatskiy reaksiyasi (1895) asosidagi usul taklif etilgan. Ushbu usulda etilbromatsetat va dietiloksaloatsetat rux ishtirokida reaksiyaga kiritilgan.
Keyingi usullardan biri 1973-yilda taklif etilgan. Unda oksalsirka kislota o‘z-o‘zidan kondensatsiyalanish va dekarboksillanish orqali sitroilchumoli kislotasini hosil qiladi. So‘ng u vodorod peroksid yoki tret-butilgidroperoksid ishtirokida limon kislotasiga aylantirilgan.
1980-yilda limon kislotasi 3-metilbuten-3-ol-1 va formaldegidning kondensatsiyasi va hosil bo‘lgan mahsulotni keyinchalik azot dioksid bilan oksidlash orqali olingan.
3-metilenpentan-1,5-diol o‘rniga shu tarzda 4-metilentetragidropiranni ham oksidlash mumkin. Bu modda sanoat miqyosida izoprenni izobutilen va formaldegiddan Prins reaksiyasi yordamida olish jarayonida ko‘p miqdorda hosil bo‘ladigan qo‘shimcha mahsulotdir.
Tabiatda uchrashi
Limon kislotasi turli mevalarda, ayniqsa sitrus mevalarda ko‘p uchraydi (meva tarkibida taxminan 5 % gacha, sharbatida esa 9 % gacha). 100 g laym tarkibida 7 g limon kislotasi, limonda — 5,6 g; malinada — 2,5 g; qora qorag‘atda — 1,2 g; pomidorda — 1,0 g; ananasda va qulupnayda — 0,6 g; klyukvada — 0,2 g; olmada — 14 mg.
Limon kislotasi trikarbon kislotalar siklida — hujayra nafas olishining asosiy jarayonida — ishtirok etadi, shuning uchun u barcha hayvonlar va o‘simliklar organizmida ma’lum miqdorda uchraydi. Trikarbon kislotalar sikli (limon kislotasi sikli yoki Krebs sikli) hayvonlar va inson mitoxondriyalarida universal energiya manbai — ATF hosil bo‘lishining asosiy kimyoviy mexanizmidir.
Qo‘llanilishi
Limon kislotasining o‘zi ham, uning tuzlari (natriy sitrat, kaliy sitrat, kalsiy sitrat, vismut trikaliy ditsitrati) ham oziq-ovqat sanoatida ta’m beruvchi qo‘shimcha, kislotalilikni tartibga soluvchi modda va konservant sifatida keng qo‘llanadi (oziq-ovqat qo‘shimchalari E330—E333). Shuningdek, eritilgan pishloqlar, ichimliklar va gazlanadigan ichimliklar tayyorlash uchun quruq aralashmalar ishlab chiqarishda ishlatiladi.
Shuningdek, kosmetikada kosmetika vositalarining kislotaliligini tartibga soluvchi modda, bufer eritmalar, xelatlovchi vosita hamda ko‘pikli vannalar tayyorlash uchun aralashmalarda qo‘llanadi.
Neft qazib olishda, neft va gaz quduqlarini burg‘ilash paytida ishqorli ishlovdan so‘ng burg‘ilash eritmasining pH qiymatini pasaytirish uchun qo‘llanadi.
Qurilishda limon kislotasi sement va gips qorishmalariga qotish jarayonini sekinlashtirish uchun qo‘shiladi.
Limon kislotasi bosma platalardagi mis qatlamini kimyoviy yemirishda vodorod peroksid bilan birga ishlatiladi.
Maishiy kimyoda qiziydigan yuzalardagi, masalan, choynak tubidagi qasmog‘ni tozalash vositasi sifatida keng qo‘llanadi.
Sog‘liqqa ta’siri
1970-yillar oxirida G‘arbiy Yevropada soxta ma’lumot tarqalgan. U «Viljyuyf ro‘yxati» nomi bilan tanilgan bo‘lib, unda limon kislotasi kuchli kanserogen deb ko‘rsatilgan. Aslida oziq-ovqat tarkibida ishlatilganda limon kislotasi xavfsiz qo‘shimcha hisoblanadi.
Yevropa qonunchiligiga ko‘ra, limon kislotasidan GMP doirasida cheklovlarsiz foydalanish mumkin. AQSHning FDA idorasi limon kislotasini GRAS (inglizcha: generally recognized as safe — «umuman xavfsiz deb e’tirof etilgan») toifasiga kiritadi va uni xavfsiz deb hisoblaydi.
Quruq limon kislotasi va uning konsentrlangan eritmalari ko‘zga tushganda kuchli ta’sirlanishni, teriga tekkanda esa yengil ta’sirlanishni keltirib chiqarishi mumkin. Ko‘p miqdordagi limon kislotasi birdaniga ichga qabul qilinsa, me’da shilliq qavati ta’sirlanishi, yo‘tal, og‘riq va qon aralash qusish yuz berishi mumkin. Quruq limon kislotasi changi nafas bilan yutilganda nafas yo‘llari ta’sirlanadi.
LD50 kalamushlarda og‘iz orqali qabul qilinganda: 3 g/kg.
Adabiyotlar
- Limon kislotasi // Ovqatlanish madaniyati. Ensiklopedik ma’lumotnoma / I. A. Chaxovskiy tahriri ostida. — 3-nashr. — Minsk: Petrus Brovka nomidagi Belarus ensiklopediyasi, 1993. — B. 160. — 540 b. — ISBN 5-85700-122-6.
- Apelblat A. Citric Acid. — Springer, 2014. — ISBN 978-3-319-11233-6. — doi:10.1007/978-3-319-11233-6.
- Verhoff F. H., Bauweleers H. Citric Acid (inglizcha) // Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. — Wiley, 2014. — doi:10.1002/14356007.a07_103.pub3.
- W. M. Haynes. CRC Handbook of Chemistry and Physics (inglizcha) // 97th ed. — CRC Press, 2016—2017. — P. 5—90.
Havolalar
- Limon kislotasi — bozor sharhi, ishlab chiqarish
- Limon kislotasi oziq-ovqat qo‘shimchasi sifatida
- Volkov A. I., Jarskiy I. M. Katta kimyo ma’lumotnomasi. — Minsk: Zamonaviy maktab.
- GOST 31726-2012. Oziq-ovqat qo‘shimchalari. Suvsiz limon kislotasi E330. Texnik shartlar
