Sut kislotasi haqida

Sut kislotasi
Изображение химической структуры
Изображение молекулярной модели
Umumiy ma’lumotlar
Sistematik
nomi
2-​gidroksipropan kislotasi
An’anaviy nomlari Sut kislotasi
Kimyoviy formulasi CH3CH(OH)COOH
Molekulyar formulasi C3H6O3
Fizik xossalari
Molyar massasi 90,08 g/mol
Issiqlik xossalari
Harorat
 • qaynash 122 °C
Kimyoviy xossalari
Kislotaning dissotsiatsiya konstantasi pKa 3,86 (25 °C da)
Tasnifi
Ro‘yxatga olish raqami CAS

50-21-5; (S)-sut kislotasi 79-33-4;

(R)-sut kislotasi 103226-41-7.
PubChem
Ro‘yxatga olish raqami EINECS 200-018-0
SMILES
InChI
Kodeks Alimentarius E270
ChEBI 78320
ChemSpider
Xavfsizlik
Xavfning qisqacha tavsifi (H)
H315, H318
Ehtiyot choralari (P)
P280, P305+P351+P338
Ogohlantiruvchi so‘z Xavfli
GHS piktogrammalari Пиктограмма «Коррозия» системы СГС
Qiymatlar standart sharoit (25 °C, 100 kPa) uchun keltirilgan, agar boshqacha ko‘rsatilmagan bo‘lsa.
Логотип Викисклада Vikimedia omboridagi mediafayllar

Sut kislotasi (kimyoviy formulasi — C3H6O3) — kuchsiz organik kislota, to‘yingan karbon kislotalar sinfiga mansub.

Odatdagi standart sharoitda sut kislotasi — bir asosli karbon oksikislota bo‘lib, oq rangli va o‘ziga xos hidga ega. Sut kislotasi tuzlari va efirlarining umumiy nomi — laktatlar.

Kichik hajmli kimyo ishlab chiqarish korxonalari sut kislotasini tozalikning 5 darajasida ishlab chiqaradi: tahlil uchun toza (ChDA), kimyoviy toza (XCh), «farmakopeya», «texnik» va «oziq-ovqat» navlari.

Tarixi

Sut kislotasini kashf etgan shvetsiyalik kimyogar — Karl Sheele. 1780-yilda u bu moddani achigan sutdan jigarrang sirop shaklida ajratib olgan. Fransuz kimyogari Anri Brakonno uning sut kislotali bijg‘ish jarayonida hosil bo‘lishini aniqlagan.

1807-yilda Yens Yakob Berselius mushaklardan sut kislotasining rux tuzini ajratib olgan.

Sovet Ittifoqida sut kislotasi ishlab chiqarish 1930-yilda quyidagi olimlarning ishlari asosida yo‘lga qo‘yilgan: Sergey Pavlovich Kostichev va Vladimir Stepanovich Butkevich.

Fizik xossalari

Sut kislotasi eng oddiy xiral karbon kislota bo‘lib, ikki xil enantiomer: L-(+)-sut kislotasi, D-(-)-sut kislotasi yoki ularning ratsemik aralashmasi — DL-sut kislotasi shaklida mavjud bo‘lishi mumkin. Agar enantiomerlar aralashmasida ulardan biri ortiqcha bo‘lsa, uni aralashmadan fraksion qayta kristallash usuli bilan, dietil efir va diizopropil efiraralashmasidan ajratib olish mumkin. Sof enantiomerlarning erish harorati 52,7—52,8 °C.

Sut kislotasining enantiomerlari: L-(-)-sut kislotasi (chapda) va D-(+)-sut kislotasi (o‘ngda)

Sut kislotasi juda gigroskopik bo‘lib, odatda massaviy konsentratsiyasi 90 % gacha bo‘lgan suvli eritma shaklida uchraydi. Shu sababli uning erish haroratini aniqlash juda qiyin; adabiyotlarda 18 dan 33 °C gacha qiymatlar keltiriladi. Bundan tashqari, bunday eritmalarda sezilarli miqdorda laktoilsut kislotasi va boshqa oligomerlar ham mavjud bo‘ladi.

Sut kislotasi suvda, etanolda va suv bilan aralashadigan boshqa organik erituvchilarda, shuningdek, dietil efirda eriydi. Biroq u quyidagi erituvchilarda deyarli erimaydi: benzol va xloroform.

Kimyoviy xossalari

Oksidlovchilar bilan reaksiyaga kirishganda sut kislotasi parchalanadi. Uni havo kislorodi yoki nitrat kislota bilan temir yoki mis ishtirokida oksidlaganda chumoli kislotasi, sirka kislotasi, oksalat kislotasi, atsetaldegid, karbonat angidrid va pirouzum kislotasi hosil bo‘ladi. Sut kislotasini propion kislotasigacha qaytarishda vodorod yodid ishlatiladi

Sanoatda quyidagi jarayonlar muhim: sut kislotasini degidratlash orqali akril kislotasi olish va uni qaytarish orqali propilenglikol olish.

Sut kislotasi bir vaqtning o‘zida karbon kislota va spirtbo‘lgani sababli molekulalararo eterifikatsiyareaksiyasiga kirishib, laktoilsut kislotasini hosil qiladi. Keyingi kondensatsiya natijasida laktid — siklik murakkab efirhosil bo‘ladi. Kondensatsiya jarayonida chiziqsimon polilaktidlarham hosil bo‘lishi mumkin. Bu birikmalar sut kislotasidagi aralashmalar hisoblanadi. Masalan, 6,5% li sut kislotasida taxminan 0,2% laktoilsut kislotasi bo‘ladi; 88% li sut kislotasida erkin sut kislotasi 60% dan kam, 100% li sut kislotasida esa atigi 32% bo‘ladi.

Olinishi

Fermentativ usulda olinishi

Sanoatda sut kislotasi fermentativ yoki sintetik usulda olinadi. Birinchi usul yuqoriroq stereokimyoviy tozalikka ega sut kislotasini olish imkonini beradi. Shuning uchun 1995-yildan boshlab ishga tushirilgan yangi ishlab chiqarish korxonalari aynan shu usuldan foydalanadi.

Sut kislotasini fermentativ usulda ishlab chiqarish uchun uglevodli xomashyo, oziqa moddalari va mos mikroorganizmlar kerak bo‘ladi. Xomashyo sifatida glyukoza, makkajo‘xori siropi, melassa, shuningdek, qandlavlagi sharbati, zardob va kraxmalishlatiladi. Oziqa moddalari sifatida peptidlar va aminokislotalar, fosfatlar, shuningdek, ammoniy tuzlari va vitaminlar. Bu yerda achitqi ekstrakti, makkajo‘xori ekstrakti (corn steep liquor)[inglizcha], makkajo‘xori glyuten uni[inglizcha], solod nihollari, soya yoki go‘sht peptoniishlatiladi. Uglevodlardan sut kislotasini Lactobacillus, Bacillus va Rhizopuskulturalari ishlab chiqaradi. Ularning oxirgisi zamburug‘larga mansub bo‘lib, murakkab azot manbalarini talab qilmaydi, biroq bakterial kulturalarga qaraganda mahsulot unumi pastroq bo‘ladi.

Jarayon davomida kislota hosil bo‘ladi, shu sababli pH qiymatini 5,0—6,5 oralig‘ida ushlab turish kerak. Buning uchun kalsiy gidroksid, kalsiy karbonat, ammiak va natriy gidroksidishlatiladi. Shu bois fermentatsiya jarayonida sut kislotasining tegishli tuzlari hosil bo‘ladi. Fermentatsiyaning yangi usullarini ishlab chiqish past pH muhitida ishlay oladigan bakteriyalarni yaratish bilan bog‘liq. Bu tuzlar o‘rniga bevosita sut kislotasini olish, ishqoriylashtiruvchi reagentlarga hamda tuzlardan sut kislotasini ajratib olish uchun ishlatiladigan sulfat kislotaga sarflanadigan xarajatlarni kamaytirish imkonini beradi.

Fermentatsiyadan keyin sut kislotasi tozalanadi. Mikroorganizmlar ishqoriy muhitda flokulyatsiya yoki ultrafiltratsiyausuli bilan ajratiladi. Hosil bo‘lgan sut kislotasi tuzlariga sulfat kislotata’sir ettirib, erkin sut kislotasi olinadi. Bunda kam foydali yon mahsulot — kalsiy sulfatham hosil bo‘ladi. Bu yon tuz hosil bo‘lmaydigan boshqa tozalash usullari izlanmoqda. Ayrim oziq-ovqat maqsadlari uchun aralashma faollashtirilgan ko‘mir va ion almashinish kolonnasidan o‘tkaziladi.

Farmatsevtika sanoati va polimerlar ishlab chiqarish uchun yanada chuqur tozalash zarur. Bunda ekstraksiya orqali sut kislotasini organik fazaga uzun zanjirli uchlamchi aminlar yordamida o‘tkazish, so‘ng uni suvga qayta ekstraksiya qilish usuli katta qiziqish uyg‘otadi. Bu usul mahsulotni qoldiq uglevodlar va oqsillardan samarali tozalaydi. Bundan tashqari, sut kislotasini distillatsiya usuli bilan ham tozalash mumkin, biroq bunda uning oligomerlanishining oldini olish kerak.

Fermentatsiya jarayonida sut kislotasining unumi 85—95% ni tashkil etadi. Yon mahsulotlar chumoli va sirka kislotalaridir.

Sintetik usulda olinishi

1960-yillardan boshlab ratsemik sut kislotasi sanoatda sintetik usul bilan ham ishlab chiqariladi. Bu usul atsetaldegid bilan vodorod sianid reaksiyasiga va hosil bo‘lgan laktonitrilningkeyingi gidroliziga asoslanadi. Sintetik usulning kamchiligi — olingan sut kislotasi ratsemik bo‘lishidir. Mos keladigan va arzon xiral katalizator esa hozircha topilmagan. Sintetik sut kislotasining eng yirik ishlab chiqaruvchilaridan biri — «Musashino» kompaniyasi.

Iqtisodiy jihatlari

Sut kislotasiga yillik ehtiyoj taxminan 450 ming tonnani tashkil etadi. Sut kislotasining eng yirik ishlab chiqaruvchisi — NatureWorks LLC kompaniyasi. Uning zavodi Nebraska (AQSH) shtatida joylashgan bo‘lib, yillik taxminiy quvvati 180 ming tonna. Bu ko‘rsatkich quvvati bo‘yicha keyingi zavodnikidan 3—4 baravar yuqori. Sut kislotasi bozori polilaktidgabo‘lgan talabga juda sezgir, chunki uni ishlab chiqarish sut kislotasidan foydalanishning eng katta yo‘nalishiga aylangan yoki yaqin orada aylanadi.

Odam va hayvonlar organizmidagi sut kislotasi

Sut kislotasi glyukozaning anaerob parchalanishi natijasida hosil bo‘ladi. Ba’zan «qon shakari» deb ataladigan glyukoza organizmimizdagi asosiy uglevoddir. Glyukoza miya va asab tizimi, shuningdek, jismoniy yuklama paytida mushaklar uchun asosiy energiya manbayidir. Glyukoza parchalanganda hujayralar ATF (adenozintrifosfat)hosil qiladi. U organizmdagi aksariyat kimyoviy reaksiyalarni energiya bilan ta’minlaydi. ATF darajasi mushaklar jismoniy yuklama vaqtida qanchalik tez va qancha davomida qisqara olishini belgilaydi.

Sut kislotasini hosil qilish kislorod ishtirokini talab qilmaydi. Shu sababli uning sintez jarayoni ko‘pincha «anaerob metabolizm» deb yuritiladi (qarang: Aerob mashg‘ulot). Ilgari mushaklar qonda kislorod yetishmaganda sut kislotasini ishlab chiqaradi, deb hisoblangan. Biroq zamonaviy tadqiqotlarga ko‘ra, kislorod yetarli bo‘lgan mushaklarda ham sut kislotasi hosil bo‘ladi. Qonda sut kislotasi miqdorining ortishi faqat uning qonga kelib tushish tezligi chiqarib yuborilish tezligidan yuqori ekanini bildiradi. Qon zardobidagi laktat darajasining keskin (2—3 marta) oshishi gemorragik shok, o‘tkir chap qorincha yetishmovchiligi va boshqa og‘ir qon aylanishi buzilishlarida kuzatiladi. Bunday holatlarda to‘qimalarga kislorod yetkazilishi hamda jigar qon aylanishi bir vaqtda izdan chiqadi.

Laktatga bog‘liq ATF ishlab chiqarish miqdori juda kichik, ammo tezligi yuqori. Shu sababli yuklama maksimal darajaning 50% idan oshganda u energiya manbayi sifatida ayniqsa qulaydir. Dam olish va o‘rtacha jismoniy yuklama paytida organizm energiya olish uchun yog‘larni parchalashni afzal ko‘radi. Yuklama maksimal darajaning 50% iga yetganda (ko‘pchilik mashg‘ulot dasturlari uchun intensivlik chegarasi) organizm asosan uglevodlardan foydalanishga o‘tadi. Inson energiya manbayi sifatida qancha ko‘p uglevod ishlatsa, sut kislotasi shuncha ko‘p hosil bo‘ladi.

Tadqiqotlarga ko‘ra, keksa odamlarning bosh miyasida kislota tuzlari (laktatlar) miqdori oshgan.

Modda almashinuvini boshqaruvchi omil

Organizmda glyukoza hujayra membranalari orqali o‘tishi uchun ungainsulin zarur. Sut kislotasi molekulasi esa glyukoza molekulasidan ikki baravar kichik va gormonal ko‘makka muhtoj emas — u hujayra membranalaridan osongina o‘ta oladi.

Tahlil

Sut kislotasining miqdoriy tahlilida odatda titrlash usulidan natriy gidroksid va fenolftalein ishtirokida foydalaniladi. Bu usul konsentrlangan eritmalarga mos kelmaydi, chunki ularda sut kislotasining bir qismi laktoilsut kislotasi ko‘rinishida bo‘ladi. Bunday eritmani titrlash kerak bo‘lsa, qayta titrlashusuli qo‘llanadi: sut kislotasiga ortiqcha ishqor ta’sir ettiriladi (bunda laktoilsut kislotasi gidrolizlanadi), so‘ng qolgan ishqor xlorid kislota bilan titrlanadi.

Sanoat korxonalari va tadqiqot laboratoriyalarida sut kislotasi yuqori samarali suyuqlik xromatografiyasi (YSSX)usuli bilan tahlil qilinadi. Sut kislotasidagi enantiomer shakllarning miqdorini fermentativ usulda yoki xiral kolonkada YSSX yordamida aniqlash mumkin. Bunday kolonkalar ham, sut kislotasining yuqori darajada toza enantiomerlari namunalari ham sotuvda mavjud.

Sut kislotasini quyidagi sifat reaksiyalari yordamida aniqlash mumkin:

  • Quyidagi moddalar bilan o‘zaro ta’siri — n-oksidifenil va sulfat kislota:

Sut kislotasini konsentrlangan sulfat kislota bilan ehtiyotkorlik bilan qizdirganda, dastlab atsetaldegid va chumoli kislotasi hosil bo‘ladi; chumoli kislotasi darhol parchalanadi:
CH3CH(OH)COOH → CH3CHO + HCOOH (→ H2O + CO)
Atsetaldegid n-oksidifenil bilan reaksiyaga kirishadi va, ehtimol, kondensatsiya OH guruhi yonidagi o-holatda sodir bo‘lib, 1,1-di(oksidifenil)etan hosil bo‘ladi:

Sulfat kislota eritmasida u sekin oksidlanib, tarkibi noma’lum binafsharang mahsulotga aylanadi. Shunday qilib, glikol kislotasini 2,7-dioksinaftalin yordamida aniqlashdagi kabi, bunda ham aldegid fenol bilan reaksiyaga kirishadi; konsentrlangan sulfat kislota kondensatsiyalovchi va oksidlovchi modda vazifasini bajaradi. Xuddi shunday rangli reaksiyani α-oksimoy kislotasi va pirouzum kislotalari ham beradi.
Reaksiyani bajarish tartibi: Quruq probirkada tekshirilayotgan eritmaning bir tomchisi 2 daqiqa davomida 85 °C li suv hammomida 1 ml konsentrlangan sulfat kislota bilan qizdiriladi. Shundan so‘ng oqar suv ostida 28 °C gacha sovitilib, oz miqdorda qattiq n-oksidifenil qo‘shiladi. Bir necha marta aralashtirilgach, 10-30 daqiqaga qoldiriladi. Binafsharang tus asta-sekin paydo bo‘lib, vaqt o‘tishi bilan to‘qroq bo‘ladi. Aniqlashning eng kichik miqdori: 1,5⋅10−6 g sut kislotasi.

  • Sulfat kislota bilan kislotalangan kaliy permanganat eritmasi bilan o‘zaro ta’siri

Reaksiyani bajarish tartibi: Probirkaga 1 ml sut kislotasi, so‘ng sulfat kislota bilan kislotalangan kaliy permanganat eritmasidan ozgina qo‘shiladi. Past olovda 2 daqiqa qizdiriladi. Sirka kislotasining hidi seziladi.

С3Н6О3 + [O] = C3Н4O3 + H2O↑

Bu reaksiyaning mahsuloti sirka kislotasi hidiga o‘xshash hidga ega pirouzum kislotasi С3Н4О3ham bo‘lishi mumkin. Biroq pirouzum kislotasi oddiy sharoitda beqaror bo‘lib, tezda oksidlanib sirka kislotasiga aylanadi. Shu bois reaksiya quyidagi umumiy tenglama bo‘yicha boradi:

С3Н6О3 + 2[O] = CH3COOH + CO2↑ + H2O

  • Temir fenolyati bilan o‘zaro ta’siri

Reaksiya tavsifi: Bu reaksiya Uffelman reaksiyasi deb ataladi va, masalan, klinik tibbiyotda me’da shirasida sut kislotasi borligini aniqlash uchun ishlatiladi. Uni Yulius Uffelman[nemischa] 1880-yillarda kashf etgan. Reaksiyani o‘tkazish uchun bir tomchi temir xlorid va 0,4 gramm fenol 50 sm3 suvda eritiladi. So‘ng tekshirilayotgan suyuqlik qo‘shiladi. Agar unda sut kislotasi bo‘lsa, eritmaning ko‘k rangi sariqqa o‘zgaradi, chunki temir laktati hosil bo‘ladi.

Qo‘llanilishi

Sut kislotasi asosan ikki sohada: oziq-ovqat sanoati va polimerlarishlab chiqarishda, shuningdek, boshqa sanoat maqsadlarida qo‘llanadi.

Oziq-ovqat sanoatida sut kislotasi konservant va kislotalilikni oshiruvchi moddasifatida ishlatiladi. Uning tuzlari suvda yaxshi erigani sababli ular pHqiymati muhim bo‘lgan mahsulotlarda ham qo‘llanadi. Sut kislotasi va uning tuzlari ichimliklar, qandolat mahsulotlari, go‘sht mahsulotlari va souslarda ishlatiladi. Kalsiy laktati mahsulotlarga kalsiy manbayi sifatida qo‘shiladi.

Polimer sanoatida sut kislotasidan polilaktidolinadi. U laktid halqasini ochish orqali polimerlashyo‘li bilan ishlab chiqariladi. Laktidning o‘zi esa sut kislotasining kondensatsiyasi orqali olinadi.

Sut kislotasi metall qoplamalarida, kosmetika, to‘qimachilik va charm sanoatida ham ishlatiladi. Uning efirlari bo‘yoq va siyohlar, elektronika mahsulotlari ishlab chiqarishda hamda metallarni tozalashda qo‘llanadi.

Xavfsizlik

Sut kislotasi ko‘plab organizmlarda uchraydigan va atrof-muhit uchun xavfsiz hisoblangan organik karbon kislotadir. Sut kislotasi va unga mos ravishda polilaktid ishlab chiqarishning ko‘payishi neftdan olinadigan polimerlar o‘rnini bosishi, karbonat angidrid chiqindilarini kamaytirishi hamda chiqindilarni utilizatsiya qilish imkoniyatlarini kengaytirishi jihatidan ijobiy ta’sir ko‘rsatadi.

Sut kislotasi oziq-ovqat sanoatida ham ishlatiladi va zaharlihisoblanmaydi. Shunga qaramay, u ko‘zga yoki shikastlangan teriga tegsa, ta’sirlanishga sabab bo‘ladi. Kalamushlarda og‘iz orqali qabul qilingandagi yarim o‘lim dozasi 3,73 g/kg ni tashkil etadi.

Adabiyotlar

Havolalar