книги / Химия и технология камфары

водным раствором едкого натра, отжимают на центрифуге и подвергают дегидрированию в жидкой или паровой фазе. Усло­ вия этих реакций более благоприятны, чем при переработке изоборнилацетата. Константа скорости щелочного гидролиза борнилацетата на один порядок выше, чем соответствующая константа скорости гидролиза изоборнилацетата (гл. VI), и от­ носительно большая устойчивость борнеола к реакциям дегидра­ тации позволяет не опасаться этой реакции при дегидрировании в паровой фазе. Неблагоприятным фактором является более медленная реакция дегидрирования борнеола, чем изоборнеола, но для такого дорогого продукта, как камфара из пихтового масла, это не имеет существенного значения.

Основная разница в переработке борнилацетата из пихто­ вого масла и изоборнилацетата, полученного из скипидара, про­ исходит из-за присутствия в борнилацетате сесквитерпенов. После гидролиза часть сесквитерпенов отделяется при отжиме борнеола на центрифуге в виде масла, содержащего около 25% борнеола и около 50% сесквитерпенов, однако полученный борнеол содержит все же 4—5% сесквитерпенов.

После дегидрирования в паровой фазе получают сырую кам­ фару, содержащую около 90% основного вещества, около 20— 30 компонентов различных примесей, в том числе около 3% различных сесквитерпенов.

Отжим на центрифуге повышает содержание основного ве­ щества в камфаре до 91—92%, а содержание сесквитерпенов снижается примерно до 1 %.

Такая камфара должна пройти специальную очистку (рафи­ нацию), чтобы оказаться пригодной для использования в меди­ цине. Очистка может быть осуществлена двумя путями: пере­ кристаллизацией из спирта (см. гл. XI. 4) или перегонкой с на­ сыщенным водяным паром. Последний способ очистки основан на том, что сесквитерпены плохо растворяются в камфаре и образуют отдельную фазу на поверхности ее кристаллов *. Упругость пара систем, состоящих из нескольких фаз, склады­ вается из упругостей пара каждой фазы в отдельности, незави­ симо от других и независимо от количественного соотношения между отдельными фазами. Если в перегонном кубе находится твердая камфара и вода, то фактически присутствуют три фазы: вода, раствор терпенов и их кислородных производных в кам­

* При долгом хранении камфары с примесью сесквитерпенов последние скапливаются в нижнем слое у днища тары. Так, после продолжительного хранения образца с большим содержанием сесквитерпенов содержание кам­ фары в верхнем слое оказалось 95%, а в нижнем 69%. В верхнем слое сескви­ терпенов не оказалось, а в нижнем их было 19%.

151

ное масло) и вода в постоянном соотношении, до тех пор, пока не отгонится все камфарное масло, после чего перегоняется чистая камфара. Если исходная камфара была хорошо отжата, выход головных фракций не превышает 20—25%. От них отжи­ мают жидкое масло и отжатую твердую камфару возвращают в процесс. Этот способ очистки камфары связан со всеми недо­

Г Л А В А XI. СВОЙСТВА КАМФАРЫ И ЕЕ ОЧИСТКА*

1. Свойства камфары как индивидуального химического соединения

При температуре около 0°К рацемическая камфара пред­ ставляет собой молекулярное соединение (+ ) и (—) камфары

всоотношении 1:1, которое не образует смешанных кристаллов

соптически деятельной камфарой. В этих условиях кристаллы рацемической и оптически активной формы образуют механи­ ческую смесь. С повышением температуры это молекулярное соединение начинает диссоциировать и при комнатной темпера­ туре рацемическое соединение перестает существовать; крис­ таллы камфары в этих условиях представляют собой твердый раствор антиподов, не связанных химически [303]. По этой при­ чине температура плавления оптически активной, рацемической

камфары и их смесей одинакова и лежит в пределах 178,5 и 179,5°С [166]. Разница между данными разных авторов обус­ ловлена разной степенью чистоты исследованных образцов, а возможно, зависит и от использованной методики определения температур плавления.

При комнатной температуре камфара имеет гексагональную структуру кристаллов, при нагревании до 75—100°С они превра­ щаются в кубическую.

Оптическое вращение расплавленной (+ ) -камфары [a]D179,c+ + 70,85° [а]п193°с+ 70,88°. Оптическое вращение камфары в рас­ творе зависит от растворителя и концентрации раствора, в аб­ солютном спирте имеет место следующая зависимость: [a]i)20'c+ + 41,4° (с. 1), +43,6° (с. 5), +44,8° (с. 20), +48,4° (с. 50) [295].

Оптическое вращение камфары в гексане и диэтиловом эфире не зависит от ее концентрации. Добавка воды к растворителю снижает оптическое вращение. Так, для раствора камфары

в75%-ном спирте были получены следующие данные: [a]D2rc+

+34° (с. 1); +36,9° (с. 5); +39,8° (с. 20) [295].

Плотность камфары: d°0 1,000, d f 0,994—0,996, d*5 0,992, d^05-3 0,811 [263], насыпная масса 0,5 кг/л [263]. О зависимости

* Написана совместно с В. И. Гармашовым.

152

59,54 кДж/моль [338], скрытая теплота плавления 34,45 кДж/кг [263], 44,93 кДж/кг [328], теплоемкость 20—34°С 1,733 кДж/(кгХ Хград), 20—164°С 1,846 кДж/(кг• град) [263], теплота сгора­ ния 5906,6 кДж/моль [264], тройная точка 180,ГС при 385,8 мм рт. ст. [338], криоскопическая постоянная 40°С (1 моль на 1000 г камфары), температура вспышки 66°С [263], температура воспламенения 466°С [263]. Нижний предел температуры само­ произвольного взрыва смеси паров камфары (26% массовых) с воздухом при 1 атм 485°С. Взрываемость текущей смеси паров камфары с воздухом от электрической искры при 200°С наблю­ дается, начиная от концентрации паров камфары 9% массовых. Взрываемость той же текучей смеси от нагретой до 870—980°С нихромовой проволоки в пределах концентраций камфары 6— 16% массовых [259]. Взвешенная в воздухе пыль камфары фракции 850 мкм имеет нижний предел взрываемости 10,1 г/м3, температуру искрения 460°С, температуру самовоспламенения 850°С. Осевшая пыль пожароопасна [55]. Насыщенный раствор в воде содержит при 14—17°С 1,67, при 39°С — 1,60 г камфары/л [235, 263]. Растворимость камфары в спирте (с разным содержа­ нием воды), бензине и ксилоле см. в гл. XI. 5; влияние отдель­ ных примесей на температуру плавления — гл. XI. 2 и 3. По от­ ношению к кислороду воздуха камфара устойчива. Главнейшие производные, служащие для идентификации и для количествен­

Подробные данные о химических свойствах камфары приве­ дены в работах [235, 318].

2. Состав и свойства товарной камфары

Товарная камфара не является индивидуальным веществом, а содержит ряд примесей, состав и количество которых зависит от ее происхождения. Содержание примесей в японской естест­ венной камфаре очень невелико: порядка 1 % в однократно суб­ лимированной камфаре (сорт ВВ) и лишь около 0,5% в дважды сублимированной (сорт RC). Наоборот, содержание примесей в технической синтетической камфаре составляет 5—10%. Это не мешает применять синтетическую камфару в производстве целлулоида наравне с естественной. Для назначений, требую­ щих более чистого продукта, синтетическая камфара подверга­ ется очистке (гл. XI. 4).

* Температура плавления семикарбазонов (+ ) и (—)-камфары должны быть одинаковые.

153

Основные примеси в синтетической камфаре — изофенохон, 5-экзо-изокамфанон-З (изокамфанон, псевдокамфара) и угле­ водороды, в том числе трициклен, камфен и два циклана (гид­ рированных терпена), из которых один изокамфан [97], а второй неидентифицирован. Предполагается, что оба циклана являются цис- и гранс-изокамфанами [154]. Кроме того, в синетической камфаре содержатся небольшие количества борнеола, изииорнеола, фенхилового и изофенхилового спиртов, а также псевдоборнеол (5-экзо-изокамфан-экзо-ол-З) и целый ряд очень незна­ чительных неидентифицированных примесей.

изокамфанона. Примесь изокамфана также более низкая, чем в синтетической камфаре из скипидара, полученной в равных условиях. Наоборот, примесь борнеола в ней, как правило, бо­ лее высокая.

В табл. 40 приведены данные анализов товарной камфары, выработанной в разных странах. Там же для сравнения приве­

а относятся к отдельным образцам. Тем не менее заслуживает внимания близкое сходство проанализированных образцов, за исключением образца, выработанного в Англии, где содержание камфары ниже, чем в продукции других стран, а содержание терпеновых углеводородов и изофенхона значительно выше. Возможно, это является результатом того, что в Англии гидро­ лиз изоборнильного эфира ведут в углеводородном раствори­ теле и полученный раствор, не выделяя из него изоборнеола, непосредственно направляют на дегидрирование. В этих усло­ виях исключается отжим изоборнеола на центрифуге, во время которого удаляется часть содержащихся в нем примесей (см. гл. VI. 6).

Температура кристаллизации у синтетической камфары бо­ лее низкая по сравнению с чистым продуктом, что является результатом влияния примесей. Лишь примесь борнеолов повы­ шает температуру кристаллизации камфары, примеси же изофенохона и других терпеновых кетонов, а также примесь угле­ водородов снижают ее. Зависимости температур плавления би­ нарных систем камфара — изоборнеол, камфара — изокамфанон и камфара — изокамфан от их состава в первом приближении описываются прямыми линиями, соединяющими температуры плавления чистых компонентов. В соответствии с этйм примесь к камфаре 1% изокамфана или изокамфанона снижает ее тем­ пературу плавления на 1,1°С. Примерно также снижает темпе­ ратуру плавления примесь камфена. Зависимость температуры кристаллизации камфары от примеси изофенхона и изоборнеола

154

Таблица 40

Аналитическая характеристика камфары, выпускаемой за рубежом *

* Образцы камфары производства ФРГ, Англии, КНР, Индии н Японии были любезно предоставлены доктором Г. Кейхером (завод фирмы Хехст Герстгафен). Образцы камфары из ГДР получены с завода Финовталь непо­ средственно.

** По паспортным данным.

показана на рис. 26, из которого видно, что примесь 1% изофенхона снижает температуру плавления камфары на 1,9—2°С,

155

Таблица 41

Аналитическая характеристика синтетической камфары, вырабатываемой в Советском Союзе

камфары.

3. Технические требования к камфаре

Промышленность выпускает камфару различных сортов и марок, отли­ чающихся по степени чистоты и по внешнему виду. Согласно ГОСТ 1123—72 синтетическая камфара, выпускаемая в Советском Союзе для технических на­ значений, должна соответствовать нормам, указанным в табл. 42, а камфара, используемая в медицине,— нормам, предусмотренным Государственной фар­ макопеей СССР [56], сведенным в табл. 43.

К сожалению, и те и другие нормы плохо обеспечивают надлежащее качество продукта. Показатели качества и согласно ГОСТ 1123—72 и со­ гласно Госфармакопеи СССР ясно оговаривают допустимые границы механических загрязнений, но не оговаривают границы допустимых химических за­ грязнений. Согласно ГОСТ 1123—72 о наличии химических примесей в кам­ фаре следует судить по содержанию этерифицирующихся веществ (борнеолы и камфен) и по температуре кристаллизации камфары. Но бориеолу и камфен вовсе не главные примеси (см. табл. 40 и 41). Основными примесями

втехнической камфаре являются цикланы, изофенхон и 5-э/сзо-изокамфаион-З,

аони по-разному влияют на температуру ее кристаллизации (см. гл. Х1.2).

Соотношение между примесями колеблется в довольно широких пределах, в результате чего деление камфары на марки А и Б часто получается искус­ ственным.

156

Таблица 42

Технические требования к синтетической камфаре по ГОСТ 1123—72

* Для камфары, применяемой в производстве целлулоида и фото-киио- промышленности.

Еще хуже обстоит дело с оценкой качества медицинской камфары. О на­ личии в ней примесей согласно требованиям Госфармакопеи СССР можно судить только по оптическому вращению и температуре плавления. Главной примесью в медицинской камфаре, полученной из бориилацетата пихтового масла, является борнеол. Борнеол имеет оптическое вращение, близкое к оп­ тическому вращению камфары (гл. XIII), а его присутствие в количестве до 5—7% при одновременном присутствии 1—1,5% углеводородов не повы­ шает температуру плавления продукта выше предусмотренной нормами.

157

В то же время считается, что примесь борнеола в камфаре, используемой для перентерального введения в организм, вредна [163].

Значительно правильнее было бы оценивать качество кам­ фары по содержанию в ней основного вещества при применении современных методов газо-хроматографического анализа. Это определение может быть выполнено достаточно быстро и на­ дежно (гл. XII. 4) [154]. Если данные количественного определе­ ния камфары дополнить определением температуры кристалли­ зации или плавления, можно составить представление и о том, какие примеси в ней содержатся.

с естественной не только наружно, но и для введения под кожу. Технические условия зарубежных фармакопей предусматривают содержание в камфаре основного вещества, определенного в виде 2,4-динитрофенилгидразона не ниже определенного предела. Но и это для правильной оценки качества про­ дукта недостаточно, так как, во-первых, стандартное отклонение метода

Существуют различные способы очистки камфары: перегонка с паром, сублимация, ректификация и перекристаллизация [263]. Так как температуры кипения изофенхона и камфары доста­ точно близки (193—194°С и 209°С соответственно), методы раз­ деления изофенхона и камфары перегонкой с водяным паром или сублимацией малоэффективны. Эти процессы могут очиститькамфару от смолистых веществ. Наверное ректификацией можно довести чистоту камфары до любой заданной степени, но этот процесс трудно осуществить технически.

В противоположность ректификации, перекристаллизация камфары проста и дает вполне удовлетворительные результаты. Очистку синтетической камфары перекристаллизацией широкоосуществляли и осуществляют в промышленности в Советском Союзе, в Германии [167] и до известной степени в Англии, хотя, по некоторым данным [273] там предпочитают очищать перекри­ сталлизацией не камфару, а изоборнеол, направляемый на де­ гидрирование.

Для очистки перекристаллизацией камфару растворяют в ка­ ком-либо растворителе. Присутствующие в камфаре нераствори­ мые вещества отфильтровывают или отделяют декантацией; после этого раствор медленно превращают в пересыщенный, в результате чего часть камфары постепенно выделяется из раствора в виде кристаллов. Пересыщенный раствор получают постепенным изменением его температуры или методом отгонки

158