СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГИДРОКАРБОНАТА НАТРИЯ, СОДЕРЖАЩЕГО СТАБИЛЬНЫЙ ИЗОТОП C Российский патент 2014 года по МПК C01D7/10 

Описание патента на изобретение RU2511388C1

Изобретение относится к неорганической химии, в частности к способу получения гидрокарбоната натрия, содержащего стабильный изотоп углерода 13C.

Данное соединение используется для неинвазивной диагностики кислотности в желудке, для определения величины основного энергетического обмена организма с целью обоснованного расчета калорийности питания (13C-бикарбонатный дыхательный тест), а также в качестве питательной среды для выращивания культур 13C-микроорганзмов, используемых в микробиологическом синтезе полимеченых 13С-соединений (ненасыщенных кислот, углеводов, аминокислот и других).

Анализ научно-технической литературы показывает, что единственным способом получения гидрокарбоната натрия высокой (пищевой) чистоты (Колмановский И.И. Производство двууглекислого натрия (бикарбоната). М.: Изд. "Химия", 1964, 166 с.; Крашенинников С.А. Технология кальцинированной соды и очищенного бикарбоната натрия. М.: Изд. "Высшая школа", 1985, 287 с.; Зайцев И.Д., Ткач Г.А., Стоев Н.Д. Производство соды. М.: Изд. "Химия", 1986, 311 с.) является карбонизация содового раствора путем пропускания диоксида углерода под давлением в насыщенный раствор карбоната натрия при температуре около 75°C по реакции:

Na2CO3(р.)+CO2(г.)+H2O(ж.)↔2NaHCO3(тв.)

Метод карбонизации позволяет использовать небольшой объем жидкости, необходимой для получения единицы гидрокарбоната натрия, поскольку растворимость кальцинированной соды в несколько раз превышает растворимость гидрокарбоната натрия.

Для производства чистого (пищевого) гидрокарбоната натрия карбонизация содового раствора осуществляется в карбонизационных колоннах по принципу противотока жидкости и газа: в верхнюю часть колонны поступает содовый раствор, в нижнюю - газ, содержащий 33-40% об. диоксида углерода. По мере поглощения диоксида углерода газ обедняется и выпускается в атмосферу с содержанием CO2 14-16%, что совершенно неприемлемо с экономической точки зрения в случае использования 13CO2.

Чистая пищевая сода, осаждающаяся при насыщении содового раствора диоксидом углерода, отделяется на фильтре, а маточная жидкость, содержащая смесь карбоната и бикарбоната натрия, а также растворенные примеси, возвращается в начало процесса для получения исходного раствора. Выход гидрокарбоната натрия в промышленном процессе обычно не превышает 65-75%.

Поскольку задачей данного изобретения является разработка способа синтеза меченого гидрокарбоната натрия, вышеупомянутые промышленные способы оказываются неприемлемыми с точки зрения технологической реализации процесса.

Одним из главных требований, предъявляемых к гидрокарбонату натрия, содержащего стабильный изотоп углерода 13C, является низкое содержание карбоната натрия (промежуточного продукта), оно не должно превышать 0,4-0,7% аналогично требованиям ГОСТ 2156-76 к натрию двууглекислому.

Известен способ получения гидрокарбоната натрия, меченного стабильным изотопом 13C - японская заявка JP 2004339017 - прототип. Процесс, описанный в этой заявке, осуществляют путем взаимодействия гидроксида натрия с 13CO2 при температуре 60°C и давлении 1 МПа (10 атм).

Начало процесса проводят в водной среде, а после помутнения реакционной массы добавляют этиловый спирт и далее процесс ведут в 67% этиловом спирте. Выход целевого продукта - 78%. А при проведении процесса в минимальном количестве воды - 56% (сравнительный пример без добавления этилового спирта).

Недостатком процесса является то, что добавление в ходе процесса этилового спирта при обнаружении помутнения реакционной массы значительно усложняет аппаратурное оформление процесса, т.к. потребуется специальная конструкция автоклава; кроме того, выход целевого продукта - 78% - недостаточно высокий, и потери исходного дорогостоящего 13CO2 составляют более 20%, что свидетельствует о низкой экономичности процесса.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа получения гидрокарбоната натрия, меченного стабильным изотопом 13C, который бы был технологичным, обеспечивал достаточно высокий выход целевого продукта и минимальные потери дорогостоящего исходного 13CO2.

Поставленная задача решается путем проведения процесса взаимодействия гидроксида натрия с 13CO2 в водной среде от начала до конца реакции при температуре 70-80°C и давлении не выше 1 атм.

Именно сочетание этих условий позволяет получить выход целевого продукта (в расчете на 13CO2) до 97,8% при значительном увеличении технологичности процесса, минимальной потере исходного 13CO2 и при изотопной чистоте целевого продукта не менее 98%.

Нижеприведенные примеры иллюстрируют предлагаемое изобретение.

Пример 1.

В реактор загружают 2 г (50 ммоль) гидроксида натрия и 20 мл дистиллированной воды. Затем после герметизации и вакуумирования реактор заполняют диоксидом углерода 13CO2 (с изотопной чистотой не менее 99%) в мольном избытке по отношению к NaOH, равном 15-20%, включают перемешивание и нагревают до температуры 75°C. По мере поглощения газа, добавляют 13CO2, поддерживая в реакторе небольшое избыточное давление (не более 1 атм). Реакцию проводят до прекращения поглощения 13CO2, после этого отключают перемешивание и подачу теплоносителя. После охлаждения реактора до комнатной температуры непрореагировавший газ собирают в специальный баллон. Реактор разгружают, реакционную массу охлаждают в холодильнике. Выпавший осадок отделяют на фильтре Шотта. В полученный фильтрат приливают 30 мл 95%-ного спирта и после охлаждения осадок отделяют на том же фильтре. Затем полученный NaH13CO3 на фильтре промывают небольшим количеством спирта, подсушивают сначала на воздухе, а потом в эксикаторе над прокаленным силикагелем до постоянного веса.

Выход NaH13CO3 в расчете на 13CO2 составляет 97,8%. Массовая доля NaH13CO3 в выделенном продукте, определенная по потере веса образца при прокаливании при температуре 280-300°C, составляет 99,9%. Изотопная чистота NaH13CO3, определенная по количеству эквивалентов HCl, необходимых для титрования 100 г анализируемого вещества, отнесенных к теоретическому значению эквивалента для гидрокарбоната натрия, содержащего изотоп углерода 13C, составляет 99,3%.

Инфракрасный спектр полученного NaH13CO3, зарегистрированный на FT-IR спектрофотометре Nicolet 6700 в таблетках из KBr, соответствовал спектру образца NaH13CO3 производства Cambridge Isotope Laboratories, Inc. (США), записанному в тех же условиях. Основные полосы поглощения выделенного NaH13CO2, см-1: 808, 1385, 1584, 1631. Основные полосы поглощения образца сравнения, см-1: 807, 1382, 1582, 1623.

Пример 2.

Реакцию проводят так же, как в примере 1, но при комнатной температуре. Кроме того, высушивание продукта осуществляют при 80°C. Выход гидрокарбоната в расчете на 13CO2 составляет 79%. Массовая доля гидрокарбоната в выделенном продукте составляет 90,6%.

Пример 3.

Реакцию проводят так же, как в примере 1, но при температуре 40°C, а высушивание продукта осуществляют при 80°C. Выход гидрокарбоната в расчете на 13CO2 составляет 92,6%. Массовая доля гидрокарбоната в выделенном продукте составляет 91%.

Пример 4.

Реакцию проводят так же, как в примере 1, но при температуре 80°C, а высушивание продукта осуществляют на роторном испарителе при 40°C. Выход гидрокарбоната в расчете на 13CO2 составляет 76,3%. Массовая доля гидрокарбоната в выделенном продукте составляет 86,4%.

Пример 5.

Реакцию проводят так же, как в примере 1, но при температуре 80°C. Выход гидрокарбоната в расчете на 13CO2 составляет 94,3%. Массовая доля гидрокарбоната в выделенном продукте составляет 99,6%. Изотопная чистота NaH13CO3 составляет 99,1%.

Пример 6.

Реакцию проводят так же, как в примере 1, но в реактор загружают 5,68 г (142 ммоль) гидроксида натрия и 50 мл дистиллированной воды. Избыточное давление 13CO2 поддерживают не более 0,5 атм. Выход NaH13CO3 в расчете на CO2 составляет 93%. Массовая доля NaH13CO3 в выделенном продукте составляет 99,7%. Изотопная чистота NaH13CO2 составляет 99,3%.

Таким образом, разработанный процесс является эффективным, т.к. позволяет повысить выход продукта до 97,8% (по прототипу - 78%), более технологичным, т.к. от начала до конца синтез осуществляется в водной среде, и более экономичным, т.к. обеспечивает минимальные потери дорогостоящего 13CO2. При этом достигается изотопная чистота целевого продукта не менее 98%.

Похожие патенты RU2511388C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ C-МОЧЕВИНЫ 2008
  • Эльман Александр Рэмович
  • Батов Александр Евгеньевич
  • Смирнов Виктор Иванович
RU2393141C1
Способ получения 13 С -мочевины 2016
  • Эльман Александр Рэмович
  • Овсянникова Людмила Васильевна
  • Давыдов Игорь Эдуардович
  • Кушнарев Дмитрий Игоревич
  • Губанов Олег Витальевич
  • Зырянов Сергей Михайлович
  • Сидько Юрий Анатольевич
RU2638837C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАРБАМИДА, МЕЧЕННОГО СТАБИЛЬНЫМ ИЗОТОПОМ C 2010
  • Носков Юрий Геннадьевич
  • Руш Сергей Николаевич
  • Крон Татьяна Евгеньевна
  • Корнеева Галина Александровна
  • Темкин Олег Наумович
  • Кузьмин Сергей Георгиевич
RU2440826C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКООБОГАЩЕННОГО ИЗОТОПА C 1998
  • Астахов А.В.
  • Барабанщиков А.А.
  • Баранов Г.А.
  • Баранов В.Ю.
  • Глухих В.А.
  • Годисов О.Н.
  • Дядькин А.П.
  • Зинченко А.К.
  • Калитеевский А.К.
  • Кучинский А.А.
  • Летохов В.С.
  • Пигульский С.В.
  • Рябов Е.А.
  • Соколов Е.Н.
  • Федичев С.В.
  • Шевченко Ю.И.
  • Кузьменко В.А.
RU2144421C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ (C-КАРБОНИЛ)ДИМЕТИЛФТАЛАТА 2011
  • Эльман Александр Рэмович
  • Овсянникова Людмила Васильевна
RU2470008C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАРБАМИДА, МЕЧЕННОГО СТАБИЛЬНЫМ ИЗОТОПОМ C 2009
  • Корнеева Галина Александровна
  • Носков Юрий Геннадьевич
  • Крон Татьяна Евгеньевна
  • Кулик Александр Викторович
  • Темкин Олег Наумович
  • Брук Лев Григорьевич
  • Ошанина Ирина Валерьевна
  • Захарова Дарья Сергеевна
  • Кузьмин Сергей Георгиевич
RU2415837C2
Способ синтеза линолевой и линоленовой кислот, меченных изотопами углерода С и С 2016
  • Поздеев Виталий Валентинович
  • Тыньо Ярослав Ярославович
  • Морозова Галина Вадимовна
  • Быченко Андрей Борисович
  • Бирюкова Юлия Константиновна
  • Шевелев Алексей Борисович
RU2630691C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАСЫЩЕННЫХ АЛИФАТИЧЕСКИХ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ И СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ИХ ПРОИЗВОДНЫХ (ВАРИАНТЫ) 2006
  • Эльман Александр Рэмович
  • Батов Александр Евгеньевич
RU2311402C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТИЛФОРМИАТА, МЕЧЕНОГО СТАБИЛЬНЫМ ИЗОТОПОМ УГЛЕРОДА С 2015
  • Крон Татьяна Евгеньевна
  • Носков Юрий Геннадьевич
  • Болотов Павел Михайлович
  • Корнеева Галина Александровна
RU2602081C1
Усовершенствованный способ изготовления биопроизводного пропиленгликоля 2015
  • Ма Чи-Чен
  • Вэрпи Тодд
RU2691407C2

Реферат патента 2014 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГИДРОКАРБОНАТА НАТРИЯ, СОДЕРЖАЩЕГО СТАБИЛЬНЫЙ ИЗОТОП C

Изобретение может быть использовано в неорганической химии, в медицине и микробиологии. Способ получения гидрокарбоната натрия, содержащего стабильный изотоп 13С, включает взаимодействие гидроксида натрия с 13CO2 в растворе при нагревании при избыточном давлении. Процесс от начала до конца проводят в водной среде под давлением не более 1 атм при температуре 70-80°С. Изобретение позволяет получить целевой продукт с выходом до 97,8%, с изотопной чистотой не менее 98 %, сократить потери исходного 13CO2. 6 пр.

Формула изобретения RU 2 511 388 C1

Способ получения гидрокарбоната натрия, содержащего стабильный изотоп 13С, путем взаимодействия гидроксида натрия с 13CO2 в растворе при нагревании при избыточном давлении, отличающийся тем, что процесс от начала до конца проводят в водной среде под давлением не более 1 атм при температуре 70-80°С.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2014 года RU2511388C1

JP 2004339017 A, 02.12.2004;
Способ получения очищенного бикарбоната натрия 1980
  • Старчиков Николай Семенович
  • Михайлова Елена Николаевна
  • Куликова Елизавета Федоровна
  • Самойленко Виктор Иванович
  • Беликов Николай Иванович
  • Козлов Алексей Николаевич
  • Колесниченко Валентин Тимофеевич
SU941289A1
КРЫЛОВ В.К
и др., Толковый химический словарь для всех, Москва, Высшая школа, 1999, с
Переносный кухонный очаг 1919
  • Вейсбрут Н.Г.
SU180A1
Способ получения бикарбоната натрия 1975
  • Андре Артюр
  • Шарль Маньер
SU793372A3
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИКАРБОНАТОВ ШЕЛОЧНЫХМЕТАЛЛОВ 0
  • А. А. Збарский, А. А. Татаринов, В. И. Оратовский А. Г. Вел
SU182703A1
DE 4236833 C2, 10.11.1994

RU 2 511 388 C1

Авторы

Эльман Александр Рэмович

Овсянникова Людмила Васильевна

Кузьмин Сергей Георгиевич

Даты

2014-04-10Публикация

2012-08-23Подача