Статья опубликована в рамках: VIII Международной научно-практической конференции «Научные достижения биологии, химии, физики» (Россия, г. Новосибирск, 06 июня 2012 г.)

Наука: Химия

Секция: Физическая химия

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:
Зеляев И.А. КИНЕТИКА ТЕРМОРАСПАДА КРЕАТИНА // Научные достижения биологии, химии, физики: сб. ст. по матер. VIII междунар. науч.-практ. конф. – Новосибирск: СибАК, 2012.
Проголосовать за статью
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов
Статья опубликована в рамках:
 
 
Выходные данные сборника:

 

КИНЕТИКА ТЕРМОРАСПАДА КРЕАТИНА

Васина Янина Александровна

старший преподаватель кафедры химии,

ННГАСУ, г. Нижний Новгород

e-mail:

Зеляев Игорь Александрович

канд. хим. наук, профессор кафедры химии,

ННГАСУ, г. Нижний Новгород

 

Креатин — 2-(метилгуанидино)-этановая кислота - азотсодер­жащая карбоновая кислота в организме синтезируется в почках, печени, поджелудочной железе из аминокислот аргинина, глицина, метионина [1]. Креатин содержится в мышцах всех позвоночных (около 0,5 % от массы мышцы) в виде неустойчивой креатинфосфорной кислоты - 60 % и 40 % — свободный креатин. Также присутствует в нервной ткани, крови, печени, почках. Основная функция креатина обеспечение и поддержания энергетического обмена в организме. Креатин принимает участие в ресинтезе АТФ. Функция АТФ (аденозинтрифосфорная кислота) заключается в обеспечении энергией мышечной деятельности. В среднем человек расходует около 2 г креатина в день. Потеря восполняется с пищей, а также путем выработки вещества в организме. Креатин содержится в мясе, рыбе. Суточное потребление от 2 до 6 граммов (максимальная доза при мышечном истощении) [4].

Эта кислота поступает в организм при расщеплении (гидролизе) животных и растительных белков, а белковая пища, как правило, подвергается термической обработке, поэтому важно знать, как длительность такой обработки влияет на расщеплении креатина, какие продукты разложения образуются при этом и насколько они вредны для живого организма.

Цель исследования: определение кинетических параметров термического разложения креатина и изучение состава продуктов, образующихся в ходе термораспада исходного соединения. Подобные данные в литературе практически отсутствуют [2, 3].

Для исследований использовали кристаллический креатин моногидрат марки−ч. Согласно справочным данным [5], кристаллы плавятся с разложением для безводного креатина при 2920С, для моногидрата при 3030С.

Скорость термического разложения изучали в статических условиях. Схема лабораторной установки, техника проведения эксперимента, и способ выполнения анализа продуктов распада кислоты, описана в работе [2].

Скорость брутто-процесса определяли по изменению давления летучих продуктов, образующихся в ходе термического разложения кислоты в стеклянном реакторе постоянного объема. Если проводить нагревание образцов в замкнутом вакуумированном объеме со скоростью 30С/мин, то газовыделение, указывающее на термическое разложение вещества, начинается при 2000С. Характер изменения давления летучих компонентов, образующихся при нагревании кислоты при повышении температуры, представлен на рис. 1.

Рис. 1. Зависимость давления газообразных продуктов разложения креатина от температуры.

 

Для креатина интенсивный прирост давления летучих компонентов температуры наблюдается в интервале 240—2500С. Температурный участок от 900С до 1700С указывает на выделение кристаллизационной воды, так как использовался креатин моногидрат. Перед кинетическим исследованием кристаллизационная вода удалялась путем нагревания и вакуумирования образца при температуре 1400С. Необратимое увеличение давления указывает на термическое разложение реакционной массы. При температурах выше области интенсивного термического разложения вещества линейная зависимость увеличения давления с ростом температуры, свидетельствует о прекращении разложения. В последнем случае увеличение давления происходит за счет нагревания газообразных продуктов разложения в соответствии с уравнением состояния идеального газа.

Характер изменения р от Т позволил определить интервалы температур, удобные для количественного измерения скорости разложения кислоты по изменению давления р летучих компонентов от времени t реакции при постоянной температуре. Скорость разложения креатина изучали в интервале температур при 230-3200С.

Описание: !绤À

Рис. 2. Зависимость давления газообразных продуктов разложения креатина от времени: 1 — 2340С, 2 — 2570С, 3 — 2850С, 4 — 3160С.

 

На рис. 2 приведены кинетические кривые разложения вещества, снятые в координатах давление (р) — время реакции (t). Термическое разложение креатина подчиняется уравнению реакции первого порядка до глубины превращения 30—50 %. Эффективные константы скорости реакции первого порядка вычисляли по следующему уравнению:

k=,

Здесь k — константа скорости реакции, р0 - давление газов над реакционной массой, соответствующее началу химического превращения (t-0); р¥ - предельное давление газов, достигнутое после завершения брутто-процесса; рt — давление газов в момент времени t¹0.

Температурная зависимость констант скорости реакции подчиняется уравнению Аррениуса k=k0×e-E/RT. Кинетические и активационные параметры разложения веществ приведены в табл. 1.

Таблица 1

Кинетические и активационные параметры разложения кислот

Кислота

Т, 0С

k×105, с-1

Е, кДж/моль

lgk0

Креатин

234

257

285

316

92±19

278±19.2

382±19.3

406±31

43±16

5.9±1.5

 

Термическое разложение креатина включает совокупность параллельно и последовательно протекающих реакций. Фактически с самого начала разложения кристаллов формируется многофазная система, в которой источником летучих продуктов выступает не только креатин, но и неустойчивые при температуре опыта промежуточные соединения. В области низких температур наблюдается индукционный период в ходе разложения. Это связано с тем, что в начальный момент времени при низких температурах разложение протекает на поверхности твердого образца, образуются реакционные центры, происходит слияние реакционных центров на поверхности твердого вещества. Постепенно образуются газообразные вещества. Так как в основном протекают реакции в газовой фазе, можно говорить о гетерогенном радикальном характере разложения кислоты.

Состав летучих продуктов, определенный в результате масс-спектрометрического анализа, приведен в табл. 2.

Таблица 2

Результаты масс−спектрометрического анализа газообразных продуктов термического разложения креатина при 3000С

Продукт

NH3

CO2

CО + N2

Н2О

CH3CN

Выход, мол%

69

14

14

2.4

0.6

 

При распаде креатина основными газообразными продуктами являются аммиак и углекислый газ. Найденный летучий жидкий продукт метилгидроурацил при распаде креатина свидетельствует о процессах циклизации. Это возможно, так как температурный интервал разложения креатина способствует распаду по связи С-С, C=N.

Нами установлено, что креатин, как макроэргическое вещество, распадается в области высоких температур. Разложение креатина в течение 20−40 мин при температурах выше 2000С сопровождается образованием газообразных и жидких продуктов, нежелательных при термической обработке белковой пищи. Формально скорость брутто-процесса при небольших глубинах разложения исходных соединений (30−50 %) описывается кинетическим уравнением реакции первого порядка. Рассчитаны эффективные константы скорости реакции распада кислоты и значение кажущейся энергии активации.

 

Список литературы:

  1. Тюкавкина Н.А., Бауков Ю.А. Биоорганическая химия. М.: Дрофа, 2006. 542 с.
  2.  Яблоков В.А., Васина Я.А., Зеляев И.А., Митрофанова С.В. // Журнал общей химии. 2009. Т. 79. Вып.6. С. 969.
  3.  Яблоков В.А., Смельцова И.Л., Зеляев И.А., Митрофанова С.В. // Журнал общей химии. 2009. Т.79. Вып. 8. С. 1344 .
  4. Schlattner U, Tokarska-Schlattner M, Wallimann T. //Biochim Biophys Acta. 2006. № 1762(2). Р. 164.
  5. http://www.sciencelab.com
Проголосовать за статью
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

Оставить комментарий