Выделение препаратов фульвокислот в виде аммонийных солей

27.08.2012

Выделение препаратов фульвокислот в виде аммонийных солей и их исследование. Следующая серия опытов заключалась в получении препаратов фульвокислот для их непосредственного анализа и исследования. Эти исследования пока произведены с небольшими навесками исходных почв (200 г), и выделение группы фульвокислот сделано пока в виде аммонийных солей в количествах, позволивших произвести только элементарный анализ и определения аммиачного азота, т. е. тот же объем исследования, который был применен при описанном выше косвенном методе подхода к выяснению природы фульвокислот
Выделение фульвокислот в виде аммонийных солей производилось следующим способом, отличным от способа, предложенного в свое время Берцелиусом для выделения креновой и апокреновой кислот, а также от упомянутого выше способа Маркуссона для выделения гумалевой кислоты.
Из навесок почв в 200 г (предварительно декальцинированных и экстрагированных) готовились аммиачные вытяжки, как описано выше (причем настаивание с 1 % аммиаком с добавлением углекислого аммония повторялось три-четыре раза). Вытяжки после фильтрации через мембранные ультрафильтры выпаривались в фарфоровых чашках на слабо кипящих водяных банях досуха для удаления свободного и углекислого аммиака. Сухой остаток растворялся в горячей воде (объем около 1 л), и в полученном растворе производилось осаждение гуминовой кислоты путем прибавления небольших количеств 1,0 н. H2SO4 (30-40 см3). Осадок гуминовой кислоты отфильтровывался на бумажном фильтре (Extra hart), промывался один раз водой, после чего снова растворялся в небольшом избытке аммиака. Полученный раствор выпаривался досуха, остаток растворялся в горячей воде, гуминовая кислота снова осаждалась уменьшенным в два раза количеством 1,0 н. H2SO4. Осадок гуминовой кислоты отфильтровывался, и фильтрат (с промывными водами) присоединялся к первому фильтрату. Соединенный кислый фильтрат после отделения гуминовой кислоты помещался в глубокую фарфоровую чашку и обрабатывался тонко растертой суспензией тщательно промытого углекислого бария, который прибавлялся в количестве, на 25 % большем, чем было необходимо для осаждения серной кислоты.
Содержимое чашки слабо нагревалось на водяной бане при частом перемешивании стеклянной палочкой в течение нескольких часов до полного осаждения серной кислоты (проба на SO4" в отдельной порции жидкости). Затем осадок BaSО4 отстаивался, и раствор очищался от мути путем фильтрации сначала через бумажный фильтр (Extra hart), а затем через мембранный ультрафильтр. Профильтрованный раствор выпаривался до небольшого объема с прибавкой углекислого аммония для разложения бариевых солей фульвокислот и выделения бария в виде углекислой соли, после чего производилось разбавление водой с прибавкой аммиака, и раствор снова фильтровался через мембранный ультрафильтр. Очищенный таким образом аммиачный раствор фульвокислот доводился до определенного объема, из которого брались отдельные порции для анализа.
Определение сухого остатка первоначальной аммиачной вытяжки из почвы и сухого остатка аммиачного раствора фульвокислот показало, что выход последних составлял для подзолистой почвы 41% от общего количества растворимых в аммиаке веществ, или около 83% от теоретически ожидавшегося количества фульвокислот (судя по содержанию их в аммиачной вытяжке в первой серии опытов); для чернозема выход составлял 29% от общего количества веществ, растворимых в аммиаке, или около 77% от ожидавшегося количества фульвокислот.
Полученные аммиачные растворы, концентрация которых была около 0,6%, имели красивую оранжево-желтую окраску, которая у фульвокислот из чернозема напоминала окраску раствора бихромата калия, а у фульвокислот из подзолистой почвы была несколько темнее, с вишневым оттенком.
Определение сухого остатка, золы, содержания аммиачного азота и элементарного состава производилось теми же методами, которые были описаны в предыдущем разделе. Результаты анализов приведены в табл. 6 и 7.
Эти результаты, во-первых, показывают почти полную тождественность элементарного состава и Эквивалентных весов у выделенных препаратов фульвокислот из подзолистой почвы и чернозема и, во-вторых, почти повторяют соответственные данные, полученные косвенным путем в первой серии опытов для фульвокислот из подзолистой почвы.

Таким образом, довольно длительные операции по препаративному выделению аммонийных солей фульвокислот в общем сравнительно незначительно отразились на составе и кислотных функциях выделенных препаратов фульвокислот по сравнению с гораздо более коротким и «мягким» воздействием, применявшимся в первой серии исследований. Более заметные изменения элементарного состава в отношении содержания азота, водорода и кислорода наблюдаются у фульвокислот чернозема. По этому поводу можно сказать следующее. Увеличение содержания азота может быть объяснено вхождением азота в молекулу фульвокислот (в виде группы NH2 или в форме гетероциклического азота) при повторных обработках аммиаком и углекислым аммонием. Что касается изменений в содержании водорода и кислорода, то они частично обязаны увеличению содержания азота, а частично, вероятно, являются результатом недостаточной точности применявшегося вычислительного метода определения этих элементов в первой серии опытов.
Небольшие количества выделенных мною препаратов фульвокислот пока не позволили мне произвести дальнейшие исследования по выяснению химической природы этих кислот. По предварительным определениям, имевшим пока рекогносцировочный характер, выделенные препараты дают при гидролизе 5% серной кислотой около 20-25% редуцирующих Сахаров (по Бертрану), а при кипячении с 12% НСl выделяют фурфурол и СО2 в количествах, соответствующих 5-10% пентозанов и 15- 20% уронового ангидрида.
Таким образом, значительная часть гемицеллюлез органического вещества почвы, определяемых согласно схеме анализа по Ваксману и Стивенсу, так же как и уроновых кислот, является, по-видимому, составной частью фульвокислот.
Эти данные в соответствии с результатами элементарного анализа, показывающими близость элементарного состава фульвокислот к углеводам, и с величиной эквивалентного веса на основании определения аммиачного азота в аммонийных солях позволяют сделать следующий вывод об общем характере химической природы фульвокислот: фульвокислоты почвенного гумуса представляют собой высокомолекулярные оксикарбоновые (и содержащие азот) кислоты с эквивалентным весом (по отношению к NH3) около 300, отличающиеся от группы гуминовых кислот светлой окраской, значительно более низким содержанием углерода, растворимостью в воде и в минеральных кислотах и более значительной способностью к кислому гидролизу.
Как уже было отмечено (см. табл. 7), препараты фульвокислот из подзолистой почвы и чернозема обнаруживают полное сходство по элементарному составу и эквивалентному весу.
Можно также отметить, что по содержанию углерода, водорода и кислорода выделенные мною фульвокислоты обнаруживают очень большое сходство с составом креновой кислоты по Мульдеру (см. табл. 2).
Но наряду с этим в моем распоряжении сейчас имеются результаты анализа фульвокислот, выделенных тем же описанным выше способом из другой подзолистой почвы (из Лосиноостровской лесной дачи). Этот анализ показал более высокое содержание углерода, равное 48,01%. Этот процент подходит к содержанию углерода в «апокреновой кислоте» по Мульдеру.
Таким образом, можно предполагать, что содержание углерода в фульвокислотах, так же как и в гуминовых кислотах, подвержено некоторым колебаниям, причину которых предстоит еще выяснить дальнейшими исследованиями. Еще более значительные колебания, по-видимому, имеются в содержании азота.
Если по данным, приведенным в табл. 5, можно с известными оговорками (принимая во внимание возможность изменения содержания азота под влиянием обработки аммиаком) считать, что содержание азота в фульвокислотах приблизительно одинаково с содержанием этого элемента в гуминовых кислотах, т. е. около 4-5%, то в других случаях оно, по-видимому, может быть значительно меньше. Я имею в виду гумусоиллювиальные горизонты подзолистых почв, в которых, судя по имеющимся материалам, происходит значительное накопление фульвокислот; в то же время органическое вещество в этих горизонтах как в целом, так и особенно в части, растворимой в разведенных минеральных кислотах и обнаруживающей в наибольшей степени сходство с фульвокислота ми (или креновой и апокреновой кислотами), характеризуется очень незначительным содержанием азота - около 2-1%.
Эти колебания в содержании азота вполне объяснимы с точки зрения упомянутого уже предположения, что группу фульвокислот можно рассматривать в качестве продуктов конденсации углеводов и уроновых кислот с промежуточными продуктами распада белков; содержание азота в таких продуктах, очевидно, будет зависеть от соотношения между вступающими в реакцию безазотистыми и азотистыми соединениями. Я, однако, оставляю открытым вопрос о ближайших причинах и механизме подобной реакции, так как он требует специальных исследований.