Formation of humic substances in the reaction of D-glucose with p-toluidine in anhydrous ethanol

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The aim of the study was to investigate the processes of formation and structural group composition of the products formed during the reaction of D-glucose with p-toluidine in anhydrous ethanol using electronic and vibrational spectroscopy methods. The evolution of the profiles of the electronic spectra of working solutions shows the formation of a chromophore system: clear peaks at 380 and 440 nm are already present at a reaction time of 60 min. The appearance of an additional maximum at 520 nm (90, 120 min) likely corresponds to the formation of chromophores in condensed structures, as confirmed by a decrease in the values of the E4/Е6 indices over time. The dynamics of the transformation of structural elements is also clearly seen in the analysis of IR spectra: as the reactions proceed, the CH aliphatic component of the structure decreases, while the aromatisation and functionalisation of products by chromophore groups increases. For products obtained between 90 and 120 min, a clear band at 1656 cm-1, attributed to stretching vibrations of multiple bonds in conjugated C=C–C=O systems and azomethine fragments, indicates the of condensation reactions. In the spectra of insoluble solid products fractionated by water, the intensity of the bands at 1656 and 1190 cm-1 is significantly reduced; this is possibly due to the transfer of some of the coloured low molecular weight products to the aqueous phase. A comparison of the IR Fourier transform spectra of the final solid products with the spectra of natural and synthetic humic-like substances indicates their similar structural group composition. The intensity of the bands at 1620, 1508 and 815 cm-1 indicates a significant contribution of the aromatic component to the structure of the products of water-insoluble fractions; the water-soluble fractions mainly include aliphatic oxygen-containing structures resulting from the oxidative destruction of the initial carbohydrate. The synthesised products seem promising as convenient plant growth regulators with controlled release of the active substance.

About the authors

I. S. Cherepanov

Udmurt State University

Author for correspondence.
Email: cherchem@mail.ru

P. S. Kryukova

Udmurt State University

Email: cherchem@mail.ru

References

  1. Goh K.M., Stevenson F.J. Comparison of infrared spectra of synthetic and natural humic and fulvic acids // Soil Scince. 1971. Vol. 112. Issue 6. P. 392–400.
  2. Stevenson F.J., Goh K.M. Infrared spectra of humic acids and related substances // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1971. Vol. 35. Issue 5. P. 471–483. https://doi.org/10.1016/0016-7037(71)90044-5
  3. Sumerskii I.V., Krutov S.M., Zarubin M.Ya. Human-like substances formed under conditions of industrial hydrolysis of wood // Russian Journal of Applied Chemistry. 2010. Vol. 83. Issue 2. P. 320–327. https://doi.org/10.1134/S1070427210020266
  4. Litvin V.A., Galagan R.L., Minaev B.F. Synthesis and properties of synthetic analogs of natural humic acids // Russian Journal of Applied Chemistry. 2012. Vol. 85. Issue 2. P. 296–302. https://doi.org/10.1134/S1070427212020243
  5. Koroleva O.V., Kulikova N.A., Alekseeva T.N., Stepanova E.V., Davidchik V.N., Belyatva E.Yu., et al. A comparative characterization of fungal melanin and humic-like substances synthesized by Cerrena maxima 0275 // Applied Biochemistry and Microbiology. 2007. Vol. 43. Issue 1. P. 61–67.
  6. Liang L., Zhou M., Li K., Jiang L. Facile and fast polyaniline-directed synthesis of monolithic carbon cryogels from glucose // Microporous and Mesoporous Materials. 2018. Vol. 265. Issue 1. P. 26–34. https://doi.org/10.1016/J.micromeso.2013.01.035
  7. Bai C., Shen F., Qi X.-H. Preparation of porous carbon directly from hydrothermal carbonization of fructose and phloroglucinol for adsorption of tetracycline // Chinese Chemical Letters. 2017. Vol. 28. Issue 5. P. 960–962. https://doi.org/10.1016/j.cclet.2016.12.026
  8. Shul’tsev A.L. N-glycosides of 4-aminostyrene // Russian Journal of General Chemistry. 2014. Vol. 84. N 2. P. 235–241. https://doi.org/10.1134/S1070363214020133
  9. Черепанов И.С. Оценка параметров ароматичности продуктов карбонизации в системах углевод–ариламин // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. 2018. N 4 (200). С. 118–123. https://doi.org/10.17213/0321-2653-2018-4-118-123
  10. Gressel N., McGrath A.E., McColl J.G., Powers R.F. Spectroscopy of aqueous extracts of forest litter. I. Suitability of methods // Soil Science Society of Arnerica Journal. 1995. Vol. 59. Issue 6. P. 1715–1723. https://doi.org/10.2136/sssaj1995.03615995005900060030x
  11. Van Zandvoort I., Koers E., Wiengarth M., Bruijnincx P., Baldus M., Weckhuysen B. Structural characterization of 13C-enriched humins and alkali–treated 13C-humins by 2D solid–state NMR // Green Chemistry. 2015. Vol. 17. Issue 8. P. 4383–4392. https://doi.org/10.1039/C5GC00327J
  12. Жеребцов С.И., Малышенко Н.В., Вотолин К.С., Андроханов В.А., Соколов Д.А., Дугаржав Ж.. Гуминовые препараты: связь структурно-группового состава и биологической активности // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2018. N 5 (129). С. 52–60. https://doi.org/10.26730/1999-4125-2018-5-52-60
  13. Tsilomelekis G., Orella M., Lin Z., Cheng Z., Zheng W., Nikolakis V., et al. Molecular structure, morphology and growth mechanism and rates of 5-hydroxymethylfurfural (HMF) derived humins // Green Chemistry. 2016. Vol. 18.Issue 7. P. 1983–1993. https://doi.org/10.1039/c5gc01938a
  14. Yaylayan V., Kaminsky E. Isolation and structural analysis of Maillad polymers: caramel and melanoidin formation in glycine/glucose model system // Food Chemistry. 1998. Vol. 63. Issue 1. P. 25–31.
  15. Yang Y.-H., Sheng F.-L., Tao Z.-Y. Transmission FT-IR difference spectroscopic characterization of a fulvic acid from weathered coal in water // Toxicological and Environmental Chemistry. 1995. Vol. 51. Issue 1-4. P. 135–144. https://doi.org/10.1080/02772249509358231
  16. Jung A.-V., Frochot C., Parant S., Lartiges B.S., Selve C., Viriot M.-L., et al. Synthesis of amino-phenolic humic-like substances and comparison with natural aquatic humic acids: a multi-analytical techniques approach // Organic Geochemistry. 2005. Vol. 36. Issue 9. P. 1252–1271. https://doi.org/10.1016/j.orggeochem.2005.04.004
  17. Patil S.K.R., Lund C.R.F. Formation and growth of humins via aldol addition and condensation during acid-catalyzed conversion of 5-hydroxymethylfurfural // Energy and Fuels. 2011. Vol. 25. Issue 10. P. 4745–4755. https://doi.org/10.1021/ef2010157
  18. Пат. № 2101227, Российская Федерация. Ароматические основания Шиффа в качестве регулятора роста растений / В.П. Тимофеев, Ф.А. Селимов, У.М. Джемилев; патентообладатель Стерлитамакский нефтехимический завод; заявл. 04.08.1995, опубл. 10.01.1998.
  19. Palande S.V., Swamy D.K. Synthesis, characterization and biological activity of Schiff base 2{-methyl}-phenol and its transition metal complexes // International Research Journal of Science and Engineering. 2018. Special Issue A2. P. 35–40.
  20. Атабаева А.М., Джеджея В.Т., Лусс А.Л., Устинова М.С., Штильман М.И. Полимерные формы регуляторов роста растений // Успехи в химии и химической технологии. 2019. Т. 33. N 2. С. 18–19.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».