Определение констант диссоциации алифатических гидроксильных групп методом ЯМР13С тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.04 ВАК РФ

На правах рукописи

Султанова Написат Магомедовна

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНСТАНТ ДИССОЦИАЦИИ АЛИФАТИЧЕСКИХ ГИДРОКСИЛЬНЫХ ГРУПП МЕТОДОМ

ЯМР13С

02.00.04 - Физическая химия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

\ ии"

Москва-2008

С 11111

003167890

Работа выполнена в Московском государственном университете пищевых производств

Научный руководитель: доктор химических наук, профессор

Попов Константин Иванович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

Тарасов Валерий Павлович (Институт общей и неорганической химии им. Н.С.Курнакова РАН)

доктор химических наук,

Соловьев Виталий Петрович

(Институт физической химии и электрохимии им. А.Н.Фрумкина РАН)

Ведущая организация: Химический факультет Московского

Государственного Университета им. М.В.Ломоносова

Защита состоится 13 мая в 11 часов на заседании Диссертационного совета Д 002.021.02 при Институте общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН по адресу : 119991, ГСП-1, г. Москва, Ленинский проспект, д. 31. Автореферат размещен на сайте www.igic.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИОНХ РАН по адресу: г.Москва, Ленинский проспект д.31.

Автореферат разослан «11 » апреля 2008 года

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат химических наук, доцент

Очертянова Л.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Константа диссоциации (рК) является одной из важнейших термодинамических характеристик химических соединений. Количественные характеристики диссоциации лигандов необходимы при оценке устойчивости комплексных соединений, и для корректного моделирования ионных равновесий в технологических водных растворах. В настоящее время экспериментальное измерение рК при высоких значениях рН (рН > 12) представляет серьезные трудности. Используемая обычно для определения рК техника потенциометрического титрования со стеклянным индикаторным электродом приводит в области рН 12-14 к существенно заниженным значениям констант. Одним из альтернативных методов является ЯМР-титрование, но сложившаяся практика его применения имеет ряд серьёзных методических недостатков, приводящих к неоправданно большим расхождениям значений констант для одного и того же соединения, полученных различными группами исследователей. В связи с этим, критический анализ практики применения ЯМР-спектроскопии, как метода определения констант диссоциации очень слабых электролитов, разработка корректной методики ЯМР-титрования, ее апробация на модельных соединениях и выработка общих рекомендаций по применению ЯМР-титрования представляют широкий интерес. Актуальность данной проблемы была признана ИЮПАК. Настоящая работа является частью проекта ИЮПАК № 2001-038-2-500 «Recommendations for NMR measurements of high pK values and equilibrium constants in strongly basic solutions», 2001-2005.

Цель и задачи работы

Целью работы является разработка корректной методики ЯМР-титрования для определения высоких значений рК, апробация методики на серии модельных соединений и получение констант диссоциации

алифатических гидроксильных групп ряда органических веществ, представляющих интерес для координационной химии. Это, в свою очередь, предполагает решение следующих задач: проведение критического анализа возможностей ЯМР-спектроскопии по определению констант диссоциации при высоких значениях рН; экспериментальное исследование влияния на параметры спектров ЯМР таких факторов, как ионная сила раствора и состав фонового электролита; разработка подходов, позволяющих избежать прямых измерений рН в ходе титрования; выработка общих рекомендаций по применению ЯМР-титрования для оценки рК при высоких значениях рН; экспериментальное определение в равных условиях констант диссоциации алифатических гидроксильных групп семи веществ, относящихся к трем классам органических соединений: углеводам (сахароза, глюкоза, фруктоза); многоатомным спиртам (этиленгликоль и глицерин); оксикислотам (винная и лимонная кислоты).

Научная новизна

1. Впервые экспериментально установлено, что химические сдвиги ЯМР 13С зависят от ионной силы и состава фонового электролита. Показано, что химический сдвиг ЯМР !3С является линейной функцией концентрации фонового электролита. Проведена оценка погрешности определения рК, возникающей за счет зависимости химического сдвига от природы фонового электролита. Показано, что обнаруженное явление вносит пренебрежимо малый вклад при определении рК в высокощелочной области.

2. Впервые предложена и апробирована методика ЯМР-тигрования при рН>12, исключающая применение рН-метра, и учитывающая поправки на расходование щелочи в процессе титрования.

3. Впервые в сопоставимых условиях определены константы диссоциации гидроксильных групп сахарозы, глюкозы, фруктозы,

винной и лимонной кислот, глицерина, посредством разработанной методики ЯМР-титрования.

4. Впервые проведено критическое рассмотрение существующей практики применения ЯМР-титрования и сформулированы общие рекомендации по определению констант ионных равновесий методом ЯМР в высокощелочной области.

Научная и практическая значимость

Проведенный в работе анализ практики применения ЯМР-спектроскопии для оценки констант ионных равновесий, выработанные в результате её выполнения подходы и методики вошли в качестве основной составляющей в опубликованные в 2006 году рекомендации ИЮПАК по использованию ЯМР-спектроскопии для определения констант ионных равновесий в водных растворах: «Guidelines for NMR measurements for determination of high and low pKa values».

Полученные в работе константы диссоциации алифатических гидроксогрупп углеводов, оксикислот и многоатомных спиртов могут быть использованы в качестве справочных данных. Значения рК для глюкозы и сахарозы включены в банк данных ИЮПАК (IUPAC SC Database, 2008) и могут служить основой для моделирования и оптимизации многих технологически важных ионных равновесий, в частности - для оптимизации условий ионно-хроматографического анализа свекловичного сиропа.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Результаты исследования влияния характера и концентрации фонового электролита на химические сдвиги ЯМР 13С карбоновых кислот и некоторых других ядер при высоких значениях рН и оценка возможных погрешностей при определениях рК, связанных с влиянием фонового электролита.

2. Разработанная в процессе исследования методика определения высоких значений рК методом ЯМР, исключающая использование рН-метра, и

методические рекомендации по применению ЯМР спектроскопии для оценки констант ионных равновесий.

3. Уточненные при помощи метода ЯМР данные по константам диссоциации сахарозы, глюкозы, фруктозы, значения констант диссоциации алифатических гидроксигрупп лимонной и винной кислот, а также константы депротонизации по первой ступени многоатомных спиртов: этиленгликоля и глицерина.

4. Результаты, полученные методом распылительной капельно-ионизационной масс-спектрометрии, подтверждающие образование ионных пар катионами фонового электролита и сахарозы.

Личный вклад автора

Выбор методов и объектов исследования с учетом их специфики. Планирование эксперимента. Приготовление всех рабочих растворов. Использование программного обеспечения для обработки экспериментальных данных (HYPNMR) и моделирования ионных равновесий (Species). Анализ и обобщение полученных результатов.

Апробация работы

Результаты исследования были доложены на научных сессиях Московского Инженерно-физического Института (Москва, МИФИ, 2003, 2004, 2005 гг.). Выработанные в процессе работы рекомендации прошли в 2005 году экспертизу Отделения аналитической химии ИЮПАК и междисциплинарной комиссии ИЮПАК (специалисты по ЯМР спектроскопии, терминологии, химической термодинамике), скорректированы, одобрены и рекомендованы к публикации под эгидой ИЮПАК.

Публикации

По результатам работы опубликованы 2 статьи в российском и зарубежном журналах, а также 3 кратких сообщения в сборнике трудов МИФИ и 2 - в сборнике докладов научно-технической конференции-выставки МГУПП.

Структура и объём работы

Диссертация состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной части, обсуждения результатов, выводов, списка цитируемой литературы (154 наименования) и приложения. Работа изложена на 113 страницах текста, включая 27 таблиц и 35 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ

Обоснована актуальность темы диссертационной работы. ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР состоит из 5 разделов.

1.1 Проблемы определения констант диссоциации в области высоких значений рН. Константы диссоциации, терминология, принятые обозначения и сокращения. Сравнительная характеристика методов определения констант диссоциации.

1.2 Определение констант диссоциации методом ЯМР-титрования.

1.3 Константы диссоциации углеводов, многоатомных спиртов и гидроксикислот.

1.4 Метод капельно-иовизационной масс-спектрометрии.

1.5 Выводы к обзорной главе и постановка задачи.

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ содержит 5 разделов.

2.1 Реагенты. В качестве основных объектов исследования были использованы сахароза, глюкоза, фруктоза, винная и лимонная кислоты, этиленгликоль и глицерин реактивной квалификации, а также уксусная кислота, иминодиуксусная кислота, фиксанал NaOH (Baker, DILUT ITR), NaCl (Merck), NaBr (Merck), Me4NCl (Merck), CsN03 (Merck), фиксанал HC1 (Baker, DILUT ITR). Чистота органических соединений контролировалась методом ЯМР.

2.2 Приготовление образцов. ЯМР-титрование проводили по дискретным точкам, каждая из которых представляла собой отдельный образец. При этом содержание исследуемого вещества в конце каждой серии (рН « 14) было на порядок ниже, чем концентрация введенной в систему щелочи. Это позволяло избегать непосредственного измерения рН при помощи рН-метра: количество введенной щелочи принимали за равновесное. Первый образец в каждой серии представлял собой децимолярный водный раствор изучаемой кислоты с ионной силой, равной единице. В качестве фонового электролита использовали хлорид натрия, или смесь хлорида и гидроксида натрия, в соотношениях, позволявших получать требуемое значение рН при соблюдении постоянства ионной силы раствора (1 моль/л). Соответствующие каждому образцу значение -lgfH4] рассчитывали исходя из величины ионного произведения воды pKw для данной системы (ионная сила раствора, фоновый электролит, температура). Согласно описанной выше

методике, для проведения исследований были приготовлены серии водных растворов сахарозы, глюкозы, фруктозы, этиленгликоля, глицерина, тартрата и цитрата натрия. Содержание щелочи варьировали в пределах от 0.00 до 1.00 моль/л. Для каждого раствора концентрация исследуемого вещества оставалась постоянной и равной 0.1 моль/л. Образцы готовили за сутки перед съёмкой спектров и хранили в полиэтиленовых пластиковых пробирках с плотно закрытыми крышками и малым объёмом газовой фазы.

2.3 Техника регистрации спектров ЯМР и измерения химического сдвига. Спектры ЯМР 13С углеводов, кислот, спиртов (концентрация 0.1 моль/л) записаны при температуре 25°С на спектрометрах: Bruker АМ-300 с рабочей частотой 121.5 МГц или Bruker DPX-400 с рабочей частотой 161.98 МГц1. При 60°С спектры сахарозы регистрировали на спектрометре Bruker

1 Спектры ЯМР получены научным созрудником лаборатории спектроскопии Носовой В.М. (ГНЦ РФ «ГННМХТЭОС») и М. Ханну-Кууре (Университет Оулу, Финляндия).

БРХ-400. Химический сдвиг приведен относительно тетраметилсилана (ТМС). Поправками на объёмную магнитную восприимчивость пренебрегали, полагая их незначительными для узкого диапазона рН. Большинство спектров записывалось без подавления спин-спинового взаимодействия с протонами для лучшего контроля температуры. Время записи одного спектра составляло 30-40 минут. Использован внешний дейтерированный эталон, одновременно служивший стабилизатором поля - ЭМБО-Об.

Спектры ЯМР 35С1, 81Вг и 23№, шСб записаны при комнатной температуре на спектрометре Вгикег БРХ-400 (рабочие частоты, соответственно: 35.203, 108.06,16.67, 52.48 МГц). В качестве внешних эталонов использованы 0.04+0.1 моль/л растворы №С1, ЫаВг или СвЖЬ с соотношением растворителей, различающихся по изотопному составу Н20 : БгО, 1 :1 по объёму.

2.4 Обработка экспериментальных данных и расчёт констант диссоциации

Константы диссоциации всех семи соединений рассчитывались по единой методике. Основное внимание уделялось диапазону рН 12 14, в пределах которого полагали анализируемые объекты одноосновными кислотами, диссоциирующими по схеме: Ь" + Н4, К] = [Н+][Ь"]/[НЬ], в случае винной (Н2Таг) и лимонной (НзСй) кислот применяли их да- и тризамещенные соли. Была также проверена возможность диссоциации по второй ступени, однако погрешность расчетов определяемой величины возрастала при этом на порядок, что являлось дополнительным свидетельством одноосновности исследуемых соединений в условиях опыта.

Поскольку изучаемые системы были высоко лабильны в шкале времени ЯМР - в спектрах наблюдался один усредненный сигнал, химический сдвиг которого 5иа6я линейно зависит от мольных долей ионной и молекулярной

хнь форм лиганда: 5ш6л = х^бь- + Хщ,§нь- Взаимосвязь между аналитическим

сигналом 8,абл.) константой диссоциации К| и рН описывается уравнением:

9

= (5l + Ki[H*] §HlJ/ (1+Ki [H"1"]), которое легко решается относительно К( при помощи программ HYPNMR или SigmaPlot.

При расчете Ki нами впервые применялась двухстадийная процедура, с целью корректировки показателей кислотности растворов без использования рН-метра. На первом этапе содержание щелочи в системе полагали неизменным, т.е. начальная концентрация принималась за равновесную. Полученный набор химических сдвигов и рН обрабатывали при помощи программ (SigmaPlot, HypNMR), что давало приближенное значение рК, а также независящие от рН величины химических сдвигов молекулы HL и её аниона L". Разницу в положении резонансного сигнала исходной формы HL и депротонированной L", в свою очередь, использовали в качестве шкалы степени нейтрализации HL (0% для HL и 100% для L'.). На втором этапе соответствующие поправки вносились в набор значений рН, и данные по химическим сдвигам вновь обрабатывались при помощи алгоритмов (SigmaPlot, HYPNMR) с уточненными рН.

Основная проблема заключалась в необходимости работы в узком интервале 13<рН<14. Верхний предел определялся ионной силой, а нижний -условием [L]<[OH]. В этих пределах получали 7-9 экспериментальных точек, обработка которых приводила к значениям pKt с обычной для таких измерений погрешностью 0.05-0.3 логарифмических единицы.

2.5 Капельно-ионизационная масс-спектромстрия. В качестве вспомогательного метода исследования возможностей сахарозы, как кислоты, использовали электрораспылительную масс-спектрометрию (прибор -Micromass LCT). Образец на входе представлял собой 0.01 молярный водный раствор сахарозы с рН - 13 (гидроксид натрия). Анализу по определению отношения массы к заряду подвергались только анионы посредством Masslynx NT software. Начальная температура образца 120°С, температура десольватации составляла 150°С. Концентрируемые за счёт интенсивного испарения

растворителя высокозаряженные капли дробились и в соответствии с значением m/z, под действием направляющего влияния внешнего поля попадали на масс-детектор, которым в данном случае являлся анод. Автоматическая ЭВМ-приставка преобразовывала сигналы в масс-спектр.

ГЛАВА 3. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

представлены 6 разделами.

3.1 Исследование влияния ионной силы раствора и состава фонового электролита на величину химического сдвига ЯМР 13С, 3SCI, 81Br, 133Cs и 23Na. Исследована чувствительность к величине ионной силы раствора и к составу фонового электролита химических сдвигов 13С в сопоставлении с

III Q |

таковыми менее экранированных от растворителя ядер Na, Cs, Cl, Br.

На примере ацетата натрия и уксусной кислоты показано, что химический сдвиг изотопа линейно зависит от ионной силы раствора и состава фонового электролита. В частности, для постоянной ионной силы 1 моль/л изменение составляет 0.05 - 0.1 м.д., Рис. 1 и 2, и в сопоставлении с вкладом, обусловленным диссоциацией карбоксильной группы (4-5 м.д.) или алифатической гидроксигруппы (-1-4 м.д.) не превышает 10%. Таким образом, для большинства рассмотренных в данной работе сигналов ЯМР 13С изменение 5на6л вызванное варьированием состава фонового электролита не может влиять на точность определения рК. Однако, для тех линий ЯМР 13С, которые в процессе диссоциации характеризуются Аб <1 м.д., погрешность становится заметной, и такие линии при расчете рК использовать не рекомендуется.

^^ 133 35 81

Для изотопов Na, Cs, Cl, Br ситуация оказалась принципиально иной. Было установлено, что химические сдвиги перечисленных ядер в ионах Na+, Cs+, Cl', Br" существенно зависят от состава фонового электролита и ионной силы раствора, Рис. 3-5. В частности, при замене аниона в рамках постоянной ионной силы 0.4 моль/л химический сдвиг ЯМР l33Cs изменяются

на 3 м,д.. Эта величина оказалась соизмеримой с эффектом комплексообразования (5 - 30 м.д.). Выдвинуто предположение о том, что причина этих различий связана со степенью экранирования резонирующего ядра от растворителя. Таким образом, в этом разделе диссертации нам удалось обосновать возможность использования 13С ЯМР-титрования и выбор рабочих полос в спектре, работа с которыми может вестись без поправок на побочные эффекты, связанные с изменением ионной силы или состава поддерживающего электролита, что в общем случае является некорректным для других ядер.

О 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

HCl, моль/л

Рис. 1. Зависимость величины химического сдвига 13С карбоксильного атома углерода децимолярного водного раствора уксусной кислоты при ионной силе равной 1 моль/л HCl/MeiNCl от состава фонового электролита при 24°С

19 ->-------г--,------,----.---,

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 12

НСЩе4ЫС1, моль/л

Рис. 2. Зависимость химических сдвигов ЯМР 13С метального атома углерода 0.1 М раствора уксусной кислоты от состава фонового электролита при постоянной ионной силе 1.0 моль/л НС1/Ме4ЫС1,24°С

0.05

0.1

0.15 0.2 0.25 0 3 концентрация, моль/л

Рис. 3. Зависимость химических сдвигов ЯМР 133Сз от состава фонового электролита при постоянной ионной силе (1=0.4 моль/л) (♦ СэОН и ■ СэС!)

0,2

0,4

0,8

1,2

[ОН], моль/л

Рис. 4. Зависимость химических сдвигов ЯМР 23На в водном растворе ЖОН от концентрации №ОН (от ионной силы раствора)

Рис. 5. Зависимость химических сдвигов ЯМР 81Вг в водных растворах хлорида (■) и нитрата (♦) калия от ионной силы раствора при рН 7

3.2 Исследование диссоциации сахарозы включает четыре подпункта. Изложены основные подходы к разработке методики ЯМР титрования на примере сахарозы. Изучено влияние щелочи на химические сдвиги сахарозы в воде и рассчитаны константы диссоциации. Схема нумерации атомов углерода, принятая в данном исследовании, приведена на рис. 6. Оказалось, что при введении щелочи в водные растворы сахарозы, все сигналы углевода смещаются в область слабого поля. Максимальное смещение сигналов при изменении рН среды наблюдается для четырех атомов углерода: Сз, С8, Сю, Сц. Наибольший сдвиг (2.7 м.д.) зафиксирован для С8, расположенного в фруктофуранозном кольце, Рис. 6, наименьший (0.3 м.д.) - дня пятого атома глюкопиранозного цикла. Результат представляется закономерным. Поскольку молекула сахарозы имеет в водном растворе внутримолекулярную водородную связь, то ведет себя как одно целое, что и объясняет смещение в той или иной степени резонансных сигналов всех атомов углерода, обусловленное изменение степени экранированное™ ядер, вызванного депротонизацией одной гидроксогруппы.

Рис. б. Структурная формула сахарозы и принятые обозначения атомов

Действительно, минимальные смещения отмечены у атомов углерода с наибольшей основностью (С5,Сц) и у атомов, заведомо не участвующих в диссоциации (СьС7). Наибольший сдвиг был зарегистрирован у атома Се, находящегося в альфа-положении от эфирной группировки. Вероятно, именно близость к мостиковому фрагменту молекулы указанного атома обеспечивает наибольшую способность к диссоциации связанной с ним алифатической группы. Вместе с тем, для данной системы отмечается и исключение. Изменение положения линии центрального атома углерода С2 превосходит, вопреки ожиданиям, сдвиг сигнала атома С3. Поэтому к интерпретации химических сдвигов, обусловленных депротонированием, следует подходить осторожно. Мы соответственно полагаем, что этот вывод требует накопления большего числа данных для корреляции структурных изменений со спектральными параметрами (в частности, с химическими сдвигами). Вероятно, для каждого класса химических соединений будут свои соответствия, а в некоторых случаях их вообще может не наблюдаться. В первую очередь это относится к аминокислотам, у которых депротонирование иногда сопровождается формированием циклических структур.

Константы диссоциации сахарозы в интервале 12<рН<14 рассчитывали параллельно по химическим сдвигам нескольких атомов углерода: С7, Са, Сд, См. Характерная кривая титрования представлена на рис. 7. При обработке результатов нами впервые была использована описанная во второй главе двухступенчатая схема расчета констант. Уже при обработке спектров на первой ступени была обнаружена удовлетворительная согласованность рассчитанных значений рК и химических сдвигов, таблица 1. По второй ступени обрабатывались данные для атома углерода, имеющего максимальное изменение химического сдвига (для С8). Было показано, что вводимая нами поправка, несомненно, оправдана, так как позволяет устранить систематическое завышение константы на 0.2 логарифмической единицы.

Сравнение полученных нами данных с литературными позволило установить, что для сахарозы опубликованные ранее значения рК^ явно занижены. Полученные нами константы позволили произвести моделирование ионных равновесий в щелочных растворах сахарозы и показать, что при ионно-хроматографическом анализе значение рН раствора, гарантирующее полную ионизацию сахарозы по первой ступени соответствует довольно узкому интервалу.

Предложенная методика поправок была одобрена ИЮПАК и вошла в рекомендуемое ИЮПАК руководство по определению констант диссоциации методом ЯМР в высокощелочных растворах.

Технологически важным параметром свеклосахарного производства является температура в пределах 50-70°С, поэтому была выполнена серия измерений спектров ЯМР 13С для сахарозы при I = 60°С, и на основе данных по резонансу С7 рассчитана рК1= 12.12 ±0.05, таблица 2, Рис. 7.

« 102.9

Й 102.7 -

3

X 102.5 -

102.3 -

102.1 -

101.9 •

6 8 10 12 14 16

Рис. 7 Кривая ЯМР-титрования 13С для раствора сахарозы (0.1 моль/л) при 60°С для С7; 1=1.0 моль/л №С1/ИаОН; сплошная линия соответствует расчетной кривой после второго этапа аппроксимации

Таблица 1

Экспериментальные и расчётные значения химических сдвигов ЯМР 13С и рК] для раствора сахарозы (0.1 моль/л) с 1=1 моль/л №СШаОН при 25°С

Сх 6Ь м.д. (расч.) бнь М.Д.6 §ни м.д., расч. рК, " Я Л6,м.д.

7 103.97 ±0.18 103.54 103.00 ±0.06 13.27 ±0.25 0.982 0.97

8 80.60 ±0.14 76.55 76.80 ±0.02 13.30 ±0.22 0.985 3.60

9 76.16 ±0.28 74.07 74.31 ±0.10 13.23 ±0.21 0.987 1.85

10 83.99 ±0.55 81.25 81.52 ±0.14 13.37 ±0.25 0.980 2.47

Таблица 2

Константы диссоциации 0.1 М сахарозы (НЬ) при 25 и 60°С; 13С ЯМР титрование в 1 М ЫаСШаОН

1,°С Процедура 5ь,м.д. 5 нь, м.д. рК, К

60 Шаг 1-ый 103.00 101.98 12.32±0.05 0.999

Шаг 2-ой 102.96 101.98 12.12±0.05 0.999

25 Шаг 1-ый 80.6 76.80 13.3±0.2 0.985

Шаг 2-ой 81.6 76.83 13.1±0.3 0.982

При рН»14 для сахарозы было обнаружено еще одно скачкообразное изменение всех химических сдвигов, что позволило произвести оценку порядка константы ионизации по второй ступени. Соответствующее значение рК2 ~ 15.8 ± 0.8 является весьма приблизительной величиной и на три логарифмических единицы выше, чем рКь Таким образом, диапазоны

последовательной диссоциации гидроксильных групп сахарозы не перекрываются.

Однако, поскольку данные ЯМР указывают на диссоциацию сахарозы в высокощелочных растворах не только по первой, но и по второй ступени, то мы исследовали это явление независимым методом электрораспылительной масс-спектрометрии. Начальное концентрационное соотношение сахароза: гидроксид составляло 1:10 (0.01 моль/л лиганда в растворе с рН=13). Удалось подтвердить, что диссоциация по второй ступени действительно наблюдается. Был обнаружен ион: [NaH_2L]" (m/z = 363).

Описанная выше на примере растворов сахарозы методика была применена также и к другим соединениям с алифатическими

гидроксогруппами, таблица 3.

Таблица 3

Значения рК, определенные в данной работе методом ЯМР 13С

Вещество Условия эксперимента рК Литературные данные

Сахароза 25°С,1=1.0 М NaCl 25°С, 1-1-5-8 MNaCl 60°С,1=1.0 MNaCl рК,= рК2 рК,= = 13.1±0.3 = 15.8±0.8 = 12.12 ±0.05 рК,= =11.60-12.70

Глюкоза:

а-аномер 25 °С,1=1.0 MNaCl рК,= =12.31±0.03 pKi= =12.03-13.85

Р-аномер рК,= =12.03± 0.01

Фруктоза 25°С, 1=1.0 MNaCl рК,= = 12.4±0.3 рК,= =11.68-12.67

Винная кислота 25°С, 1-1+8 MNaCl рК3 = = 15.60±0.07 рК3= : 11.30-15.5

Лимонная 25°С, 1=1.0 MNaCl рК4 = = 13.3±0.13 РК4= 10.82-16

кислота

Этиленгликоль 25°С, 1-1+8 MNaCl рК,» 14.5 рК,= 15.4

Глицерин 25°С, 1=1.0 MNaCl рК,= = 13.64±0.13 рК,= = 13.99-15.40

В частности, нами было показано, что литературные данные для глицерина завышены. Также удалось уточнить рК4 для лимонной кислоты. Были определены константы для двух аномеров глюкозы. В случае этиленгликоля и винной кислоты значения рК оказались настолько велики, что

для их определения пришлось использовать переменную ионную силу (высокощелочные растворы), что не могло не сказаться на точности измерений. Тем не менее, даже оценочные величины представляют интерес для технологов

В заключение диссертационной работы приведено обобщающее обсуждение полученных экспериментальных результатов в целом и сформулированы выводы. В частности, рекомендовано воздерживаться в ходе ЯМР-титрования от применения внутренних эталонов и от БгО в качестве растворителя, предложено использовать двухступенчатую процедуру поправок при определении высоких значений рК и вводить поправки на изменение рК№ с изменением состава электролита.

ВЫВОДЫ

1. Экспериментально исследовано влияние ионной силы и состава поддерживающего электролита на величину химического сдвига ЯМР

С, Сб, Вг С1 ряда модельных соединений. Установлена

зависимость химических сдвигов от ионной силы и состава поддерживающего электролита. Найдено, что в случае ЯМР 13С влияние фонового электролита на величину химического сдвига пренебрежимо мало для тех сигналов, у которых величина «скачка» являющегося следствием диссоциации субстрата выше, чем 1 м.д.

2. Показано, что в отличие от ЯМР 13С химические сдвиги остальных изотопов существенно зависят как от состава фонового электролита, так и от ионной силы. Выдвинуто предположение о том, что причина этих различий связана со степенью экранирования резонирующего ядра от растворителя.

3. Впервые разработана и апробирована методика определения высоких значений рК методом ЯМР, позволяющая избежать прямых измерений рН. Предложенный подход включает поправки, учитывающие

нейтрализацию части щелочи субстратом, а также изменение величины pKw в ходе титрования. Методика одобрена и рекомендована ИЮПАК.

4. Методом ЯМР-титрования определены величины констант кислотной диссоциации гидроксильных групп сахарозы, глюкозы, фруктозы этиленгликоля, глицерина, а также винной и лимонной кислот. Показано, что определенные ранее значения pKt для сахарозы занижены, а для глицерина - завышены.

5. Впервые проведен критический анализ методик ЯМР-титрования и выработаны общие рекомендации по применению метода ЯМР для определения рК. Рекомендации одобрены ИЮПАК.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

1. K.I.Popov, N.Sultanova, H. Rônkkômâki, M.Hannu-Kuure, J.Jalonen, L.HJ.Lajunen, I.F.Bugaenko, V.I.Tuzhilkin. 13C NMR and Electrospray ionization mass spectrometric study of sucrose aqueous solutions at high pH: NMR measurement of sucrose dissociation constant. // Food Chemistry. 2006. V. 96. P. 248-253.

2. К.ИЛопов, Н.М.Султанова, Х.Рёнккомяки. Измерение константы диссоциации аномеров D-глюкозы методом ЯМР 13С.// Журнал физической химии. 2006. Т.80. №10. С.1889-1891.

3. Н.М.Султанова, Х.Рёнккомяки, М.Ханну-Кууре, М.В.Рождественская, И.В.Глазкова, К.И.Попов. Влияние ионной силы и состава фонового электролита на величину константы диссоциации, измеренной в процессе ЯМР-титрования. Сборник докладов Всероссийской научно-технической конференции-выставки с международным участием «Качество и безопасность продовольственного сырья и продуктов питания» М.: МГУПП, 2002, Т.2., С. 3-5.

4. А.К.Попов, Н.М.Султанова, И.В.Глазкова, А.Г.Вевдило, К.И.Попов. Влияние зависимости химического сдвига сигналов ЯМР от ионной силы и состава фонового электролита на величину константы диссоциации, измеренной в процессе ЯМР-титрования. // Научная сессия МИФИ. Сборник трудов. 2003. «Физическая химия растворов». 2003. М. Т.8. С.239.

5. А.К.Попов, Н.М.Султанова, И.В.Глазкова, Г.Р.Аллахвердов, К.И.Попов. Зависимость химических сдвигов ЯМР субстратов от ионной силы водного раствора.// Научная сессия МИФИ-2004. «Физическая химия растворов». 2004. М. Т.9. С. 162.

6. К.И.Попов, Н.М.Султанова, Х.Рёнккомяки, М.Ханну-Кууре, Й.Ялонен, И.Ф.Бугаенко, В.И.Тужилкин. 13С ЯМР и электрораспылительная ионизационная масс-спектрометрия растворов сахарозы при высоких значениях рН. Сборник докладов научно-технической конференции-выставки «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства их реализации», Часть 1, М.: МГУПП, 2004, С. 121-123.

7. К.И.Попов, Н.М.Султанова, М.Ханну-Кууре, Х.Рёнккомяки, Л.Лайюнен. 13С ЯМР и электрораспылительная ионизационная масс-спектрометрия растворов сахарозы при высоких значениях рН. // Научная сессия МИФИ-2005. «Физическая химия растворов» Сборник трудов. 2005. М. Т.9. С.148-149.

Частично материалы диссертации вошли в текст рекомендаций ИЮПАК:

K.LPopov, Н. Ronkkomaki, L. Н. J. Lajunen "Guidelines for NMR Measurements for Determination of High and Low pK Values" (Technical Report), Pure Appl. Chem. (2006), V 78, p.p. 663-675.

21

Подписано в печать 10.04.08. Формат 30x42 1/8. Бумага типографская № 1. Печать офсетная. Печ. л. 1,0. Тираж 120 экз. Заказ 88. 125080, Москва, Волоколамское ш., 11 Издательский комплекс МГУ 1111

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1 Проблемы определения констант диссоциации в области высоких значений рН.

1.1.1 Константы диссоциации, терминология, принятые обозначения и сокращения.

1.1.2 Сравнительная характеристика методов определения констант диссоциации.

1.2 Определение констант диссоциации методом ЯМР-титрования.

1.3 Константы диссоциации углеводов, многоатомных спиртов и гидроксикислот.

1.4 Метод капельно-ионизационной масс-спектрометрии.

1.5 Выводы к обзорной главе и постановка задачи.

ГЛАВА 2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

2.1 Реагенты.

2.2 Приготовление образцов.

2.3 Техника регистрации спектров ЯМР и измерения химического сдвига.

2.4 Обработка экспериментальных данных и расчёт констант диссоциации.

2.5 Капельно-ионизационная масс-спектрометрия.

ГЛАВА 3 ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.

3.1 Исследование влияния ионной силы раствора и состава фонового электролита на величину химического сдвига ЯМР 13С, 35С1,81Br, ,33Cs и 23Na.

3.2 Исследование диссоциации сахарозы.

3.2.1 Влияния щелочи на химические сдвиги ЯМР сахарозы.

3.2.2 Определение константы диссоциации сахарозы.

3.2.3 Исследование высокощелочных растворов сахарозы методом капельно-ионизационной масс-спектрометрии.

3.2.4 Моделирование ионных равновесий в высокощелочных растворах сахарозы.

3.3 Определение константы диссоциации аномеров глюкозы.

3.4 Определение константы диссоциации фруктозы.

3.5 Определение констант диссоциации гидроксигрупп гидро-ксикарбоновых кислот.

3.5.1 Определение рК3 винной кислоты.

3.5.2 Определение pIQ лимонной кислоты.

3.6 Определение констант диссоциации этиленгликоля и глицерина

ВЫВОДЫ.

Актуальность работы

Константа диссоциации (рК) является одной из важнейших термодинамических характеристик химических соединений. Количественные характеристики диссоциации лигандов необходимы при оценке устойчивости комплексных соединений, и для корректного моделирования ионных равновесий в технологических водных растворах. В настоящее время экспериментальное определение рК при высоких значениях рН (рН > 12) представляет серьезные трудности. Используемая' обычно техника потенциометрического титрования со стеклянным индикаторным электродом приводит в области рН 12-14 к существенно заниженным значениям констант. Одним из альтернативных методов является ЯМР-титрование, но сложившаяся практика его применения, имеет ряд серьёзных методических недостатков, приводящих к неоправданно большим расхождениям значений констант для одного и того же со-единения, полученных различными группами исследователей. В связи с этим, критический анализ применения ЯМР-спектроскопии; как, метода оп-, ределения констант диссоциации очень слабых электролитов, разработка корректной методики ЯМР-титрования, ее апробация на модельных соединениях и выработка общих рекомендаций по применению ЯМР спектроскопии' представляют широкий интерес. Актуальность данной проблемы была признана ИЮПАК. Настоящая работа является частью проекта ИЮПАК № 2001-038-2-500 «Recommendations for NMR measurements of high pK values and equilibrium constants in strongly basic solutions», 2001-2005.

Цель и задачи работы

Целью работы является разработка корректной методики ЯМР-титрования для определения высоких значений рК," апробация методики на серии модельных соединений и расчет констант диссоциации алифатических гидроксильных групп ряда органических веществ, представляющих интерес для координационной химии. Это, в свою очередь, предполагает решение следующих задач: проведение критического анализа возможностей ЯМРспектроскопии по определению констант диссоциации при высоких значениях рН; экспериментальное исследование влияния на параметры спектров ЯМР таких факторов, как ионная сила раствора и состав фонового электролита; разработка подходов, позволяющих избежать прямых измерений рН в ходе титрования; выработка общих рекомендаций по применению ЯМР-титрования для оценки рК при высоких значениях рН; экспериментальное определение в одинаковых условиях констант диссоциации алифатических гидроксильных групп семи веществ, относящихся к трем классам органических соединений: углеводам (сахароза, глюкоза, фруктоза); многоатомным спиртам (этиленгликоль и глицерин); оксикислотам (винная и лимонная кислоты).

Научная новизна

1. Впервые экспериментально установлено, что химические сдвиги

17

ЯМР С зависят от ионной силы и состава фонового электролита. Показано; 1 "I что химический сдвиг ЯМР С является линейной' функцией концентрации фонового электролита. Произведена оценка погрешности определения рК, возникающей за счет зависимости химического сдвига от природы фонового электролита. Показано, что обнаруженное явление вносит пренебрежимо мат лый вклад при измерении рК в высокощелочной области.

2. Впервые предложена и апробирована методика ЯМР-титрования при рН>12, исключающая применение рН-метра, и учитывающая поправки на расходование щелочи в процессе титрования.

3. Впервые в сопоставимых условиях определены константы диссоциации гидроксильных групп сахарозы, глюкозы, фруктозы, винной и лимонной кислот, глицерина, посредством разработанной методики ЯМР-титрования.

4. Впервые произведено критическое рассмотрение существующей практики применения ЯМР-титрования и сформулированы общие рекомендации по определению констант ионных равновесий методом ЯМР в высокощелочной области.

Научная и практическая значимость

Проведенный в работе анализ практики применения ЯМР-спектроскопии для оценки констант ионных равновесий, выработанные в результате её выполнения подходы и методики вошли в качестве основной составляющей в опубликованные в 2006 году рекомендации ИЮПАК по использованию ЯМР-спектроскопии для определения констант ионных равновесий в водных растворах: «Guidelines for NMR measurements for determination of high and low pKa values».

Полученные в работе константы диссоциации алифатических гидро-ксогрупп углеводов, оксикислот и многоатомных спиртов могут быть использованы в качестве справочных данных. Значения рК для глюкозы и сахарозы включены в банк данных ИЮПАК (IUPAC SC Database, 2008) и могут служить основой для моделирования и оптимизации многих технологически важных ионных равновесий, в частности - для оптимизации условий ионно-хроматографического анализа свекловичного сиропа.

На защиту выносятся следующие положения

1. Результаты исследования влияния характера и концентрации фоно

17 вого электролита на химические сдвиги ЯМР С карбоновых кислот и некоторых других ядер при высоких значениях рН и оценка возможных погрешностей при определениях рК, связанных с влиянием фонового электролита.

2. Разработанная в процессе исследования методика определения высоких значений рК методом ЯМР, исключающая использование рН-метра, и методические рекомендации по применению ЯМР спектроскопии для оценки констант ионных равновесий.

3. Уточненные при помощи метода ЯМР данные по константам диссоциации сахарозы, глюкозы, фруктозы, значения констант диссоциации алифатических гидроксигрупп лимонной и винной кислот, а также константы депротонизации по первой ступени многоатомных спиртов: этиленгликоля и глицерина.

4. Результаты, полученные методом распылительной капельно-ионизационной масс-спектрометрии, подтверждающие образование ионных пар катионами фонового электролита и сахарозы.

Личный вклад автора

Выбор методов и объектов исследования с учетом их специфики. Планирование эксперимента. Приготовление всех рабочих растворов. Использование программного обеспечения для обработки экспериментальных данных (HYPNMR) и моделирования ионных равновесий (Species). Анализ-и обобщение полученных результатов.

Апробация работы

Тематика и предварительные результаты работы были доложены и обсуждались на Всемирном химическом конгрессе, Брисбан, Австралия, 2001 г., на научных сессиях Московского Инженерно-физического Института (Москва, МИФИ, 2003, 2004, 2005 г.г.). Выработанные в процессе работы рекомендации прошли в 2005 году экспертизу Отделения аналитической химии ИЮПАК и междисциплинарной комиссии ИЮПАК (специалисты по ЯМР спектроскопии, терминологии, химической термодинамике), скорректированы, одобрены и рекомендованы к публикации под эгидой ИЮПАК.

Публикации

По результатам работы опубликованы 2 статьи в российском и зарубежном журналах, а также 3 кратких сообщения в сборнике трудов МИФИ и 2 - в сборнике докладов научно-технической конференции-выставки МГУПП.

Структура и объём работы

Диссертация состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной части, обсуждения результатов, выводов, списка цитируемой лите

выводы

1. Экспериментально исследовано влияние ионной силы и состава поддерживающего электролита на величину химического сдвига ЯМР 13С,

23 133 81 35

Na, Cs, Br С1 ряда модельных соединений. Установлена зависимость химических сдвигов от ионной силы и состава поддерживающе

17 го электролита. Найдено, что в случае ЯМР С влияние фонового электролита на величину химического сдвига пренебрежимо мало для тех сигналов, у которых величина «скачка» являющегося следствием диссоциации субстрата выше, чем 1 м.д.

1 л

2. Показано, что в отличие от ЯМР С химические сдвиги остальных изотопов существенно зависят как от состава фонового электролита, так и от ионной силы. Выдвинуто предположение о том, что причина этих различий связана со степенью экранирования резонирующего ядра от растворителя.

3. Впервые разработана1 и апробирована методика определения высоких значений рК методом ЯМР, позволяющая избежать прямых измерений рН. Предложенный подход включает поправки, учитывающие нейтрализацию части щелочи субстратом, а также изменение величины pKw в ходе титрования. Методика одобрена и рекомендована ИЮПАК.

4. Методом ЯМР-титрования определены величины констант кислотной диссоциации гидроксильных групп сахарозы, глюкозы, фруктозы этиленгликоля, глицерина, а также винной и лимонной кислот. Показано, что' определенные ранее значения pKi для сахарозы занижены, а для глицерина - завышены.

5. Впервые проведен критический анализ методик ЯМР-титрования и выработаны общие рекомендации по применению метода ЯМР для определения рК. Рекомендации одобрены ИЮПАК.

Основные положения и выводы данной работы опубликованы в виде статей [147, 148,149].

1. R.F. Cookson. The Determination of Acidity Constants. //Chem. Rev. 1974. V.74. P. 5-28.

2. H.Irving, H.S.Rossotti. Some Relationships among Stability Constants. // Acta Chem. Scand. 1956. V. 10. P. 72-93.i.

3. Ф. Россотти, Х.Россотти. Определение констант устойчивости и других констант равновесия в растворах. М.: МИР. 1965.

4. М. Бек, И. Надьпал. Исследование комплексообразования новейшими методами. М.: МИР. 1989.

5. Tiesheng Shi, L.I.Edling. Linear Free Energy Relationships for Complex Formation Reactions between Carboxylic Acids and Palladium(II). Equilibrium and High-Pressure Kinetics Study. // Inorg. Chem. 1997. V.36. P.528-536.

6. G.Anderegg. Correlation between thermodynamic functions of metal complex formation and basicities of the iminodiacetate derivatives.// Inorg. Chim. Acta. 1991. V.180. P. 69-72.

7. P. R.Wells. Linear free energy relationships. Acad/ Press. Inc. London.1968.

8. H. H. Jensen, L. Lyngbye, M. Bols. A free-energy relationship between the rate of acidic hydrolysis of glycosides and the pKa of isofagomines. //Angew. Chem. 2001. V.40, P. 3447-3449.

9. Chia M.Chang, Ming. K.Wung. Global relationship between the acidity constants and structural stability in hexaaqua metal complexes.// TheoChem. 1997.я1. V. 417. P. 237-240.

10. G.Thirot. Quantitative relations between the structure and reactivity. II. Correlation between acidity constants and substituent constants of carboxylic acids. // Bull. Soc. Chim. Fr. 1967. P. 3559-3569.

11. L.Mueller. Universal validity of the linear enthalpy relationship forelementary chemical reactions. // Z. Phys. Chem. (Leipzig) 1978. V.259: P. 727731.

12. J. Huskens, D.A.Torres, Z. Kovacs, J. P. Andre, C.F.G.C.Geraldes, A.D.Sherry. Alkaline Earth metal and Lanthanide(III) Complexes of Ligands Based upon l,4,7,10-Tetraazacyclododecane-l,7-bis(acetic acid).// Inorg. Chem. 1997. V.36. P.1495-1503.

13. E. Nieboer, W.A.McBryde. Free-energy relationships in coordination chemistry. I. Linear relationships among equilibrium constants. // Can. J.Chem. 1970. V.48. P. 2549-2564.

14. R. M. Smith, A.E.Martell, RJ.Motekaitis. Prediction of Stability Constants. I. Protonation Constants of Carboxylates and Formation Constants of their Complexes with Class A Metal Ions. // Inorg. Chim. Acta. 1985. V.99. P. 207-216.

15. Р.Бейтс. Определение рН. Теория и практика. М.:Химия. 1968.

16. Ф.Даниэльо, Р.Альберти. Физическая химия. М.: Высшая школа.1967.

17. A.Albert and E.P.Serjeant, "The Determination of ionazation constants"// 2nd ed, Chapman and hall. London, 1971.

18. E.J.King "Acid-Base equilibria" // Pergamon Press. Oxford, 1965.

19. C.H.Rochester, "Acidity Functions" // Academic Press. London, 1970.

20. R.G.Bates, "Determination of pH" // 2 nd ed, Wiley, New York, N.Y.,1973.

21. Краткий справочник физико-химических величин. Под ред. Мищенко К.П., Равделя А.А. JL, Химия, 1967.

22. CRC Handbook of chemistry and physical data. Editor-in-Chief: D.R.Lide. New York. CRC Press LCC. 2001-2002.

23. Stability Constants Database and Mini-SCDatabase. IUPAC and Academic Software. Version 5.3. 2003. Sourby Old Farm, Timble, Otley, Yorks.UK; scdbase@acadsoft.co.uk.

24. В.Б. Алесковский, В.В.Бардин, E.C. Бойчинова, М.И.Булатова, И.П.Калинкин, И.-М.А.Кедринский, В.И.Мосичев, Г.И.Николаев. Физико-химические методы анализа. Л.: Химия. 1988.93

25. Safavi and H. Abdollahi. Optical sensor for high pH values. // Ana-lytica Chimica Actai 1998: V.367. P. 167-173.

26. S.Kholeif, G.Anderegg. Stability constant determinations of alitame with H(I) and Cu(II) under physiological conditions using potentiometric measurements. //Food Chemistry. 1999. V. 64. P. 397-401.

27. P.R.Mussini, T.Mussini and S.Rondinini. Reference value standards and primary standards-for pH measurements in D20 and aqueous-organic solvent mixtures new accessions and assessments.// Pure & AppL Chem. 1997. V.6. N5.

28. Л.Г.Белостоцкий, А.Е.Архипец, Р.Ц.Мшцук, Л.П.Рева. Термодинамические константы кислотной диссоциации сахарозы. // Известия вузов. Пищевая технология. 1984. № 5. С. 21-24.

29. Solution Equilibria: Principles and Applications Windows 95, 98. Academic Softwareand K.J. Powell. Release 1.04.2000. (SolEQ).

30. C.A.Eckert, M.M.McNiel, B.A.Scott, and L.A.ITalas. NMR measurements of chemical theory equilibrium constants for hydrogen-bonded solutions. // AIChE Journal. 1986. V. 32. № 5. P.820-828.

31. T.Gajda, B.Henry, A.Aubry, and J-J.Delpuech. Proton and metal ion interactions with glycylglycylhistamine, a serum albumin mimicking pseudopep-tide. //Inorg.Chem. 1996. V.35. P.586-593.

32. Z.Szakacs, G.Hagele. Accurate determination of low pK values by 'H NMR titration. // Talanta. 2004. V. 62. P.819-825

33. Z.Szakacs, G.Hagele, R.Tyka. !H/31P NMR pH indicator series to eliminate the glass electrode in NMR spectroscopic pKa determinations. // Ana-lytica Chimica Acta. 2004. V. 522. P. 247-258

34. A.Blasko, C.A.Bunton, S.Bunel, C.Ibarra, E.Moraga. Determination of acid dissociation constants of anomers of amino sugars by !H NMR spectroscopy. // Carbohydrate Research. 1997. V. 298. P. 163-172

35. S.Aous, Y.Petillot, C.Bosso,M.Vincens, E.Forest and M.Vidal. Com-plexation of alkali metal and tetramethylammonium ions with polyacids. pH-metry consequences. // Tetrahedron letters. 1999. V. 40. P. 8079-8084.

36. А.К.Попов. Изменение констант ионных равновесий фосфоновых кислот при экстремальных значениях рН методом ЯМР: Дис. канд. химич. наук. М., ИРЕА, 2003. С.112.

37. C.L.Perrin, M.A.Fabian. Multicomponent NMR Titration for Simultaneous Measurement of Relative pKas. // Anal. Chem. 1996. V.68. P. 2127-2134.

38. D.E.Dorman and J.D.Roberts. Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy. Carbon-13 spectra of some common oligosaccharides. // J. Of the American Chemical Society. 1971. P.4463-4469

39. T. G.Appleton, J.R. Hall, S.F.Ralph, C.S.M.Thompson. NMR Study of Acid-Base Equilibria and Other Reactions of Ammineplatinum Complexes with Aqua and Hydroxo Ligands. // Inorg. Chem. 1989. V. 28. P. 1989-1993.

40. H. Ronkomaki, J. Jokisaari, L.H.J.Lajunen. 31P and Potentiometric Studies on the Protonation of Isopropyl Esters of Clodronic Acid. // Acta Chem. Scand. 1993. V.47. P. 331-337.

41. G.L.Asleson, C.W.Frank. рН Dependence of Carbon-13 Nuclear Magnetic Resonance Shifts of Tetracycline. Microscopic dissociation Constants. // J. Am. Chem. Soc. 1976. V. 98. № 15. P. 4745-4749.

42. Bin Song, J.Reuber, C.Ochs, F.E. Hahn, T.Luegger, C.Orvig. Effects of Sequential Replacement of -NH2 by -OH in the Tripodal Tetramine Tren on its Acidity and Metal Coordinating Properties. // Inorg. Chem. 2001. V. 40. P. 15271535.

43. E. Matczak-Jon, B.Kurzak, W. Sawka-Dobrowolska, P.Kafarski, B.Lejczak. Zinc(II) complexes of phosphonic acid analogues of glutamic acid // J.Chem.Soc. Dalton Trans. 1996. P. 3455-3464.

44. K.Sawada, W. Duan, M.Ono, K. Satoh. Stability and Structure of ni-trilo(acetate-methylphosphonate) complexes of the alkaline-earth and divalent transition metal ions in aqueous solution. // J.Chem.Soc. Dalton Trans. 2000. P: 919-924.

45. D.Albouy, A. Brun, A. Munoz, G.Etemad-Moghadam. New (a-Hydroxyalkyl)phosphorous Amphiphiles: Synthesis and Dissociation Constants. // J.Org. Chem. 1998. V.63. P. 7223-7230.

46. D.L.Rabenstein, T.L.Sayer. Determination of Microscopic Acid Dissociation Constants by Nuclear Magnetic Resonance Spectrometry. // Analyt. Chem. 1976. V.48. P.l 141-1145.

47. J. Rohovec, M. Kyvala, P. Vojtisek, P.Hermann. I. Lukes. Synthesis, Crystal Structures, and Solution properties of N-Methylene(phenyl)phosphinic Acid Derivatives of Cyclen and Cyclam. // Eur. J. Inorg. Chem. Soc. 2000. P. 195203.

48. L. Blaha, I. Lukes, J. Rohovec, P.Hermann. Aminomethyle-nephosphinic Acids and their Complexing Properties. // J. Chem. Soc. Dalton Trans. 1997. P. 2621-2628.

49. Lukes, L. Blaha, F. Kesner, J. Rohovec, P.Hermann. Complexing Properties of diastereoisomers of l-(L-methionylamino)-ethylphosphonic acid. // J. Chem. Soc. Dalton Trans. 1997. P. 2629-2637.

50. Lukes, K. Bazakas, P.Hermann, P. Vojtisek Aminomethyle-nephosphinic Acids and their Complexing Properties. // J. Chem. Soc. Dalton Trans. 1992. P. 939-944.

51. Hui-Zhi Cai, T.A.Kaden. Thermodynamic and Kinetic Studies of Bivalent and Trivalent Metal Ions with 1,4,7,10-Tetraazacyclododecane-1,4,7-triacetic acid. //Helv. Chim. Acta. 1994. V.77. P. 383-398.

52. D.L.Rabenstein, S.P.Hari, A. Kaerner. Determination of Acid Dissociation Constants of Peptide Side-Chain Functional Groups by Two-Dimentional NMR. // Anal. Chem. 1997. V.69. P. 4310-4316.

53. D. L.Holmes, D. A. Lightner. Synthesis and Acidity Constants of 13C02H-Labelled Dicarboxylic acids. pKas. from 13C NMR. // Tetrahedron. 1996. V.52.P. 5319-5338.

54. J. Glaser, U. Henriksson, T. Klason. A 205T1 NMR Titration Study of the Complex Formation between T1(I) and СГ in Aqueous Solution. // Acta Chem. Scand. 1986. V. A40. P. 344-349.

55. D.T.Major, A. Laxer, B. Fisher. Protonation Studies of Modified Adenine and Adenine Nucleotides by Theoretical Calculations and 15N NMR. // J. Org. Chem. 2002. V.67. P.790-802.

56. J. Ollig, G.Haegele. NMR-controlled titrations of phosphorous containing acids and bases. //Comput. Chem. 1995. V.19. P. 287-294.

57. M.Peters, L. Siegfried, T. A. Kaden. A fully automated pH-NMR titration set-up for protonation studies. // J. Chem. Soc. Dalton Trans. 1999.,P. 16031608.

58. K.Popov, E.Niskanen, H.Ronkkomaki, L.H.J.Lajunen. 31P MNMR study of organophosphonate protonation equilibrium at high pH. // New J. Chem. 1999. V. 23. P. 1209-1213.

59. T. G. Appleton, J. R.Hall, A.D.Harris, H.A.Kimlin, I. J. McMahon. N.M.R. Study of Acid-Base Equilibria of Aminoalkylphosphonic Acids, ^ЫНз (CH2)nP03H~ (n=l,2,3): Evidence for cyclization in Solution. // Austr. J. Chem. 1984. V.37. P. 1833-1840.

60. T. G. Appleton, J. R.Hall, I. J. McMahon. NMR Spectra of Imino-bis(methylenephosphonic acid), NH(CH2P03H2)2 and related ligands and of Their Complexes with Platinum(II). // Inorg. Chem. 1986. V.25. P. 726-734.

61. И.Н. Маров, JI.B. Рузайкина, В.А. Рябухин, П.А. Коровайков, Н.М. Дятлова. Исследование протонирования этилендиамин-тетраметиленфосфоновой кислоты и ее комплексов с лантаном методом ПМР. //Коорд. Химия. 1977. Т. 3. С. 1334-1339.

62. D. G. Lee and R. Cameron. The basicity of aliphatic ethers. // Canadian journal of chemistry. 1972. V. 50. P. 445-448

63. H. L. Surprenant, J. E.Sarneski, R. R. Key, J. T. Byrd, and Ch. N. Reilley. Carbon-13 NMR studies of amino acids: chemical shifts, protonation shifts, microscopic protonation behavior. // Journal of magnetic resonance. 1980. V. 40. P. 231-243

64. C. Baraguey, D. Mertens, and A. Dolle. Anisotropic reorientation and intermolecular interactions of sucrose molecules in aqueous solution. A temperature and concentration-dependent l3C NMR relaxation study. // J. Phys. Chem. 2002. V. 106. P. 6331-6337.

65. K.Sawada, M.Kuribayashi, T.Suzuki, H.Miyamoto. Protonation Equilibria of Nitrilotris (methylenephosphonato)-Ethylenediaminetetrakis (methylphos-phonato)-complexes of Scandium, Yttrium and Lanthanoids. // J. Solut. Chem. 1991. V. 20. P.829-839.

66. Х.Гюнтер. Введение в курс спектроскопии ЯМР. М.: Мир, 1984.

67. S.P.Dagnall, D.N.Hague, M. E. McAdam, A. D. Moreton. Deuterium Isotope Effect in Concentrated Aqueous Solutions. // J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1, 1985. P. 1483-1494.

68. P. K. Glasoe, F.A.Long. Use of Galss Electrodes to measure acidities in deuterium oxide. // J. Phys. Chem. 1960. V.64. P.l88-191.

69. H.L.Surprenant, J.E.Sarneski, R.R.Key, J.T.Byrd, and Ch.N.Reilley. Carbon-13 NMR studies of amino acids: chemical shifts, protonation shifts, microscopic protonation behavior.// Journal of magnetic resonance. 1980. V. 40. P.231-243'.

70. P. Letkeman and A. E. Martell. Nuclear magnetic resonance and po-tentiometric protonation study of polyaminopolyacetic acids containing from two to six nitrogen atoms. // Inorganic chemistry. 1979. V. 18. № 5. P. 1284-1289.

71. K. Mikkelsen, S. O. Nielsen. Acidity measurements with the glass electrode in H20 DzO mixtures. // J. Phys. Chem. 1960. V.64. P. 632 -637.

72. V.Maemets, I.Koppel. Effect of ions on the nO and *H NMR chemical shifts in water. // J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1998. V.94. P. 3261-3269.

73. A-M. Salonen. Mathematical optimization in the determination of thet i jdissociation constants of a tribasic organic acid by С NMR spectroscopy. // Talanta. 1985. V.32. № 6. P. 461-465.

74. A.G.Asuero, M.J.Navas and J.L.Jimenez-Trillo. Spectrophotometric methods for the evaluation of acidity constants-I. // Talanta. 1986. V.33. N 2. P. 195-198.

75. И.П.Палаш, С.Е.Харин. Сахараты натрия и константы диссоциации сахарозы // Известия вузов. Пищевая технология. 1966. № 4. С. 36-40.

76. K.Smolenski, S.Porejko. The рН of aqueous of calcium hydroxide and that of solutions of sucrose. // Roczniki Chemi. 1936. V. 16. P. 281-287.

77. F. Urban, Ph. A. Shaffer. The acidic property of sugars. // Journal of Biological Chemistry. 1932. V.94. P. 697-715.

78. Beet-sugar Technology (1971), 2-nd edition, Ed. R.A.McGinnis, Beet Sugar development foundation, Fort Collins,CO, USA.

79. Л.Р.Сафина, М.С.Шапник, Ю.И.Сальников, Г.В.Коршин, П.У.Гамер, Б.С.Фридман, Л.В.Сергеева. Комплексообразование меди (II) с сахарозой. //Журн.Неорг.Химии. 1990. Т.35, С.124-128.

80. И. Шаховцева. Повышение эффективности 11 сатурации в свеклосахарном производстве.: Автореф. дис. канд. технич. наук, М., МТИПП, 1983.

81. K.Smolenski,, W. Kozlowski. Effect of sucrose on the pH of alkaline solutions. //Bull.intern.acad.polonaise, Classe sci.match.nat. 1934. A 161-171.

82. K.Smolenski, W.Kozlowski. The lowering effect of sucrose on the pH of alkaline solutions. // Gazeta Cukrownicza. 1934. V. 74. P. 206-214.

83. F. Coccioli, and M. Vicedomini. Dissociation of sucrose in alkaline solution.//Ann. Chim. 1974. V. 64. P. 369-375.

84. S.Z. Ivanov, E.S. Lygin. Dissociation constants of sucrose, glucose, and fructose at various temperatures. // Zeszyty Problemowe Postepow Nauk Rol-niczych. 1977. V. 187. P. 81-87.

85. N.A. Ramaiah, S.S. Katiyar. The ionization of sucrose, glucose, and fructose. // Proc.Ann.Cony.Sugar Technol.Assoc.India. 1961. V. 29. N. 2. P. 7784.

86. Blasko, C. A. Bunton, S. Bunel, C. Ibarra, E. Moraga. Determination of acid dissociation constants of anomers of amino sugars by 1H NMR spectroscopy. // Carbohydrate Research. 1997. V. 298. P. 163-172.

87. J. R. Thamsen. Acidic dissociation constants of glucose, mannitol, and sorbitol, as measured by means of the hydrogen electrode and the glass electrode at 0° and 18°. // Acta Chemica Scandinavica 1952. V.6. P. 270-284.

88. H.Nielsen, P.Syrensen. // Acta Chem. Scand. 1983. A 37. 105.

89. J. Groot. The behavior of different sugars in dilute alkali solutions. II: Behavior of glucose and sodium huroxide. // Biochemische Zeitschrift. 1927. V. 180. P. 341-352.

90. J.M.Losand and L.B.Simpson. // Rec.Trav.Chim. 1954. V. 73. P. 941958.

91. R. Gonzalez, P. Ortiz, E. Reguera, J. F. Bertran. Interaction of potassium fluoride with a-D-glucose. // Journal of Fluorine Chemistry. 2001. V.110. P. 5-10.

92. G.Kilde, W.F.K.Wynne-Jones. Mutarotation and electrolytic dissociation of glucose in alkaline solution. // Transactions of the Faraday Society. 1953. V. 49. P. 243-251.

93. И.Е.Светлова, Е.В.Исаева, Н.А.Добрынина, Л.И.Мартыненко. Определение констант диссоциации спиртовых групп D-L-винной,. кислоты по рН-метрическим данным методом математического моделирования. // Вестник МГУ, Серия 2. ХИМИЯ. 1987. Т.28. № 2, С. 148-150.

94. M.T.Beck, andM.Halmos//Nature. 1960. 186. P. 388.

95. M.Petit-Ramel, C.Blanc // J.Inorg.Nucl.Chem. 1972. 34. P. 1241.

96. V.Frei, J.Loub // Z.Phys.Chem. 1963. 222. P. 249.

97. M.Beck, B.Csiszar, P.Szarvas // Nature. 1960. 188. P. 846-847.

98. M. Beck, B. Csiczar // Mag.Kem.Folyoirat. 1964. 70. P. 217.

99. V. Frei. // CCCC. 1962. V. 27. P. 2450.

100. P. Souchay, A. Hessaby // Bull. Soc. Chim. 1953. V. 20. P. 614.

101. H.K. Давиденко. Определение третьей константы диссоциации винной кислоты методом растворимости. // Журн.Неорг.Химии. 1964. Т. 9. С. 1781-1784.

102. K.Raian, S.Mainer, N.Raian, J.Davis // J.Inorg.Biochem. 1981. 14. P.

103. I.Khalil, M.Petit-Ramel // Bull.Soc.Chim.Fr. 1977. 1127.

104. J.Roos, D.Williams // J.Inorg.Nucl.Chem. 1977. 39. P. 367.

105. D.Williams // J.Inorg.Nucl.Chem. 1977. 39. P. 711.

106. A.Okac, Z.Kolarik// Collec.Czech.chem.Commun. 1959. 21. 1.

107. П.Мигаль, А.Сычев. Устойчивость лимоннокислых комплексов некоторых металлов. // Журн. Неорг. Химии. 1958. Т. 3. С. 314.

108. R. B. Cole. Electrospray ionization mass spectrometry. Fundamentals, instrumentation, and applications. New York. John Wiley & Sons, INC. 1997.

109. Sarpola, V. Hietapelto, J. Jalonen, J. Jokela and R. S.Laitinen. Identification of the hydrolysis products of A1C13-6H20 by Electrospray ionization mass spectrometry. //Journal of mass spectrometry. 2004. V.39. P. 423-430.

110. K. Hiraoka. Laser spray: electric fieled-assisted matrix-assisted: laser desorption/ionization. // J.Mass Spectrom. 2004. V. 39. P. 341-350.

111. Cron, S.L.Marshall, P.M.May, H.Hefter, E. Kroenoesberger. The Ionic Product of Water in Highly Concentrated Aqueous Electroyte Solutions. // Monats. Chem. 1995. V.126. P. 819-837.

112. H. Ronkkomaki. Solution equilibria and thermogravimetric studies of some novel clodronate partial esters. // Diss. University of Oulu. Report. 1995. No. 47.

113. Sigmaplot for Windows. Version 4.0, SPSS Inc. 1986-1997134a. Ch.Frassienti, L.Alderighi, P.Gans, A.Sabatini. Anal Bioanal Chem. 2003.376 : 1041-1052.

114. NIST Standard Reference Database 46. NIST Critically Selected Stability Constants of Metal Complexes. Version 4.0 (1997). Compiled by A. E. Martell, R. M. Smith, R. J. Motekaitis. Texas A&M University.

115. Н.А.Изгарышев, С.В.Горбачев. Курс теоретической электрохимии. Госхимиздат. 1951. С. 24-25.

116. G.Kortum. Treatise on electrochemistry. Elsevier, Amsterdam, London, New York. 1965. P. 142.

117. E.Breitmaier, G.Haas, W.Voelter. Atlas of carbon-13 NMR data. Ou-lun Yliopisto, V. 2. 1979.3

118. J.Reuben. Molecular structure as reflected in the С NMR spectra of oligosaccharides with partially deuterated hydroxyls. // J.Am.Chem.Soc. 1985. V. 107. P. 1747-1755.

119. M.B. Якубсон. Повышение эффективности использования извести в процессе очистки диффузионного сока.: Автореф. канд. техн. наук. М. 1998.

120. Н.М. Подгорнова. Развитие научных основ и совершенствование очистки соков и кристаллизации из сахаросодержащих растворов.: Автореф. дисс. доктр. техн. наук. М., МГУПП, 2000.

121. А.А.Ефремов. Совершенствование технологии очистки сахаросо-держащих растворов с применением активированного известкового молока.: Автореф. дис. канд. техн. наук. Воронеж, 2002.

122. Ю.А.Макарова. Повышение эффективности процесса очистки диффузионного сока за счет рационального использования извести.: Автореф. дис. канд. техн. наук. М., 2003.

123. G.M.Lipkind, A.S.Shashkov, Y.A.Knirel, E.V.Vinogradov,

124. N.K.Kochetkov//Carbohydrate Research. 1988, 175, 59.t

125. K.Bock, Ch.Pedersen. 1JC-N.M.R. spectroscopy of monosaccharides // Adv.Carbohydr.Chem.Biochem. 1983. V.41. P.27-66.145a. Н.М.Дятлова, В.Я.Темкина, К.И.Попов. Комплексоны и комплек-сонаты металлов. М.: Химия, 1988. 544 с.

126. А.Е.Чичибабин. Основные начала органической химии. М.: Химическая литература, Т. 1. 1963. 690 с.

127. K.I.Popov, N.Sultanova, Н. Ronkkomaki, M.Hannu-Kuure, J.jalonen,1

128. H.J.Lajunen, I.F.Bugaenko, V.I.Tuzhilkin. С NMR and Electrospray ionization mass spectrometric study of sucrose aqueous solutions at high pH: NMR measurement of sucrose dissociation constant. // Food Chemistry. 2006. V. 96. P. 248253.

129. К.И.Попов, Н.М.Султанова, Х.Рёнккомяки. Измерение констант1диссоциации аномеров D-глюкозы методом ЯМР С. // Журн. Физ. Химии. 2006. Т. 80. №10. С. 1-3.

130. К. Popov, H.Ronkkomaki, L.H.J.Lajunen. Guidelines for NMR measurements for determination of high and low pKa values. IUPAC Technical Report. // Pure Appl.Chem., 2006, V.78, № 3. P. 663-675.