Министерство образования и науки Республики Казахстан
СЕМИПАЛАТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
имени ШАКАРИМА
АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
КАФЕДРА ХИМИИ И ЭКСПЕРТИЗЫ
КУРСОВАЯ РАБОТА
ВИСКОЗИМЕТРИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЯ ЭЭАКК/АК С ИОНОМ СТРОНЦИЯ
СТУДЕНТ С.Е. САЛЬМЕНБАЕВ
Группа 510730 Е-412
РУКОВОДИТЕЛЬ Б.А. КАЛИАСКАРОВА
Семипалатинск 2004
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1.Теоретическая часть
1.1 Комплексы водорастворимых полимеров с различными классами соединений
1.2 Интерполимерные комплексы водорастворимых полимеров
1.3. Комплексы полимеров с низкомолекулярными соединениями
1.3.1 Комплексы полимер – ион металла
1.3.2 Ассоциаты водорастворимых полимеров с поверхностно-активными веществами
1.3.3 Молекулярные комплексы полимеров
1.4 Свойства растворов катионных полимеров
1.5 Амфотерные полиэлектролиты
1.5.1 Гидродинамические свойства и молекулярные характеристики полиамфолитов в растворах
1.5.2 Особенности взаимодействия линейных полиамфолитов с ионами переходных металлов
2.Практическая часть
2.1 Характеристика исходных веществ
2.2 Методика исследования
3.Результаты и обсуждение
Заключение
Список использованных источников
Приложения
Введение
Комплексные соединения ионов металлов с макромолекулярными лигандами в последнее время стали объектами интенсивных исследований. Полимер-металлические комплексы, образующиеся в результате реакции между функциональными группами макромолекул и ионами металлов, можно охарактеризовать в качестве новых полимерных веществ, обладающих рядом ценных физико-химических свойств.
Повышенный интерес к таким комплексам связан с их широким применением в области гидрометаллургии, для извлечения и концентрирования ионов редких и благородных металлов, в процессе ионного обмена в почве, для создания высокоэффективных полимерных катализаторов, полупроницаемых мембран, биомедицинских препаратов и др.
Вопросы межмолекулярных взаимодействий и комплексообразования представляют собой одну из важнейших проблем химии и физики полимеров и молекулярной биологии. Кооперативные взаимодействия комплементарных структур широко реализуются в природе, а продукты ассоциации играют важную роль в живых организмах, сравнительно простых полимерных объектах. Они включают и такую важную область полимерной химии, как матричный синтез, дающий широкие возможности для получения полимеров заданной структуры.
Комплексообразование полимеров, содержащих функциональные группы, с различными классами соединений (комплементарными макромолекулами, ионами металлов, ПАВ, красителей, лекарственных веществ и т.д.) приводит к созданию полимерных ассоциирующих систем (полимерных комплексов). Эти системы интересны с точки зрения моделирования процессов, протекающих в сложных биологических системах (репликация ДНК, денатурация белков, взаимодействия протеин-липид, антиген-антитело и т.д.), проблемы совместимости полимеров, исследования структуры и свойств макромолекулярных ансамблей, самоорганизующихся полимерных систем и т.д.
В связи с развитием исследований надмолекулярных структур появились и развиваются новые области науки – супрамолекулярная химия, химия наночастиц. Особый интерес вызывают так называемые «умные полимерные системы», реагирующие на внешние раздражители (рН, температура, электрическое или магнитное поле и т.д.)
В последнее время большое внимание уделяется получению сведений о структуре и константе устойчивости комплексных соединений; о влиянии конформации и микроструктуры полилигандов, природы ионов металлов, pH-среды, ионной силы, температуры, и ряда других факторов.
1.Теоретическая часть
1.1 Комплексы водорастворимых полимеров с различными классами соединений
Исследование взаимодействий комплементарных макромолекул и продуктов этих реакций – полимерных комплексов представляет одну из важнейших проблем химии и физики полимеров и молекулярной биологии.
Комплементарными называются разнородные макромолекулы, содержащие функциональные группы, которые способны к специфическим взаимодействиям, а геометрическое строение цепей не создает препятствий для возникновения достаточно большого числа межмолекулярных связей. Это могут быть водородные связи, электростатические, ион-дипольные, ван-дер-ваальсовые и гидрофобные взаимодействия.
Интерес к данной проблеме связан с тем, что взаимодействие комплементарных структур и продукты их ассоциации играют исключительно важную роль в живых организмах (это образование двойных и тройных спиралей комплексов полинуклеотидов, надмолекулярных структур клеток вирусов, комплексов фермент-субстрат, антиген-антитело). Классическим примером кооперативного интерполимерного комплекса является двойная спираль из комплементарных цепей ДНК. Изучение подобных взаимодействий, но с участием синтетических комплементарных макромолекул делает возможным моделирование процессов, протекающих в биологических системах, на сравнительно простых полимерных объектах, т.е. позволяет осуществить подход к биологическим системам и протекающим в них процессам со стороны химии.
С другой стороны, продукты взаимодействия комплементарных макромолекул – полимерные комплексы являются, по существу, новыми полимерными материалами, хотя и получены в большинстве случаев из известных полимеров при простом смешении растворов взаимодействующих компонентов в общем растворителе. Это открывает новые пути рационального использования известных полимеров и сам процесс комлексообразования можно рассматривать как способ модификации традиционных полимеров.
По типу специфических взаимодействий, обуславливающих комплексообразование, различают комплексы, обусловленные ван-дер-ваальсовыми взаимодействиями (например, комплексы стереоизомеров полиметилметакрилата), электростатическими взаимодействиями (полиэлектролитные комплексы), комплексы с водородными связями (комплексы неионогенных полимеров с поликарбоновыми кислотами), комплексы с координационными связями (например, комплексы полимер-металл).
Существует большой класс так называемых молекулярных комплексов, которые являются продуктами невалентных взаимодействий, в основном, неионогенных полимеров – полиэтиленгликоля (ПЭГ) с резорцином, поливинилпиролидона (ПВПД) с фенолами, высокомолекулярные соединения включения полиэтиленгликоля с мочевиной, тиомочевинной, пергидротрифениленом, солям ртути, поливинилового спирта (ПВС) с йодом и боратами. К молекулярным комплексам относятся комплексы, образующиеся между гетероатомом (O, N, S, P)-содержащими полимерами и ионами щелочных и щелочно-земельных металлов. Эти комплексы стабилизированы ион-дипольными взаимодействиями. Наряду с основным взаимодействием, обуславливающим образование полимерного комплекса, не менее важную роль играют и другие взаимодействия. Например, в стабилизации полиэлектролитных комплексов с водородными связями большую роль играют гидрофобные взаимодействия.
В процессах комплексообразования полимеров могут участвовать различные классы соединений: комплементарные макромолекулы (интерполимерные комплексы), поверхностно-активные вещества (комплексы полимер-ПАВ), ионы металлов (комплексы полимер-металл), красители (комплексы полимер-краситель), лекарственные вещества, органические молекулы и т.д.
Полимерные комплексы могут быть получены несколькими способами. Наиболее распространенный из них – это смешение растворов готовых взаимодействующих компонентов в общем растворителе. В результате образуются так называемые комплексы смешения, свойства которых наиболее детально изучены в растворах.
Полимерные комплексы могут быть получены методом матричной полимеризации. При этом образуются более высокоориентированные полимерные комплексы, поскольку матрица контролирует скорость образования «дочерней цепи», её длину, химическое строение и структуру. Полимерный комплекс образуется лишь при достижении некоторой критической степени полимеризации «дочерней цепи», после чего растущая цепь ассоциируется с матрицей и начинается собственно матричная полимеризация.
В последние годы разработан новый способ получения полимерных комплексов в дополнение к традиционным (смешением растворов готовых комплементарных молекул или реакцией матричной полимеризации). Способ заключается в осуществлении реакции коплексообразования на границе раздела двух несмешивающихся жидкостей, например, бензол-вода, в которой растворены взаимодействующие компоненты. Эти несмешивающиеся жидкости являются перекрестно-селективными растворителями для исходных компонентов. Полимерные комплексы образуются в виде тонких пленок на границе раздела фаз.
Факт комплексообразования в каждой системе устанавливается совокупностью физических и физико-химических методов. Самые различные методы – потенциометрия, кондуктометрия, турбидиметрия, вискозиметрия, калориметрия, седиментация, двойное лучепреломление, светорассеяние, высокоразрешающая ЯМР-спектроскопия, хроматография, ИК- и УФ-спектроскопия, флуоресценция, электронная микроскопия, рентгеноструктурный анализ и другие могут быть использованы для исследования образования, состава и свойств полимерных комплексов.
Экспериментальные результаты могут быть представлены в виде кривых титрования или диаграмм свойство-состав. Экстремумы или точки перегиба на кривых титрования указывают на образование комплексов и их состав. Диаграммы свойство-состав бинарной смеси не подчиняются правилу аддитивности, имеют экстремальный характер и обнаруживают особые точки, что согласно основам физико-химического анализа, свидетельствует об образовании индивидуального соединения (полимерного комплекса), имеющего определенный состав. На седиментограммах поликомплексов наблюдается один пик, однозначно подтверждающий, что полимерный комплекс является индивидуальным соединением, а не смесью исходных взаимодействующих компонентов. В том случае, когда комплексообразования в системе не происходит и комплексы не образуются, кривые титрования не имеют особых точек, а зависимости свойство-состав не подчиняются правилу аддитивности.