бесплатно рефераты скачать
  RSS    

Меню

Быстрый поиск

бесплатно рефераты скачать

бесплатно рефераты скачатьКурсовая работа: Полимерные композиты на основе диальдегилцеллюлозы и полигуанилинметакрилата

Курсовая работа: Полимерные композиты на основе диальдегилцеллюлозы и полигуанилинметакрилата

Полимерные композиты на основе диальдегилцеллюлозы и полигуанилинметакрилата


Оглавление

Введение

1. Литературный обзор

1.1 Биоцидные свойства гуанидинсодержащих соединений

12 Биологически активные полимеры

1.3 Строение целлюлозы

1.4 Окисление целлюлозы

1.5 Избирательное окисление вторичных спиртовых групп целлюлозы йодной кислотой

1.6 Синтез целлюлозных материалов, содержащих антимикробные вещества

1.7 Способы получения антимикробных целлюлозных волокнистых материалов

1.8 Области применения антимикробных целлюлозных волокнистых материалов

2. Обсуждение результатов

3. Экспкриментальная часть

3.1 Очистка исходных веществ. Свойства растворителей и реагентов

3.2 Синтез мономеров и полимеров

3.2.1 Синтез метакрилатгуанидина (МАГ)

Список используемой литературы


Введение

Одним из интенсивно развивающихся направлений химии высокомолекулярных соединений является синтез новых полимеров и химическая модификация известных природных и синтетических полимеров, осуществляемые с целью получения веществ, обладающих биологической активностью. Большой интерес, в частности, представляет использование для таких синтезов полисахаридов. В настоящее время на их основе получены как нерастворимые, так и растворимые в воде биологически активные полимеры. Для синтеза нерастворимых в воде полимеров в целом ряде случаев целесообразно использовать доступный и дешевый природный волокнообразующий полисахарид - целлюлозу. В общей проблеме химической модификации целлюлозы синтез биологически активных целлюлозных материалов является одним из наиболее интересных и перспективных направлений.

Известно, что биологически активные полимеры должны удовлетворять ряду требований:

1)  быть биосовместимыми, не обладать высокой токсичностью, не подавлять иммунную систему;

2)  иметь небольшую скорость выведения и выводиться из организма после выполнения своей функции;

Все это накладывает определенные требования к их структуре, молекулярной массе и молекулярно-массовому распределению.

Хорошо известно, что соединения, содержащие в своем составе гуани-диновую группу, обладают широким спектром бактерицидного действия и используются в качестве лечебных препаратов и фунгицидов, поэтому присутствие в элементарном звене полимеров гуанидиновой группы должно придавать им высокую биоцидную активность

В связи с вышесказанным, объектами наших исследований стали процессы синтеза новых биоцидных нанокомпозитов на основе диальдегидцел-люлозы и полигуанидинметакрилата.

Целью настоящей работы является создание нового биоцидного би-матричного нанокомпозита на основе производного целлюлозы и катионного полиэлектролита - полигуанидинметакрилата. Исходя из поставленной цели, перед нами стояли следующие задачи:

-     отработать методику окисления целлюлозы до диальдегидцеллюлозы;

-     отработать методику синтеза винилсодержащего мономера на основе ме-такриловой кислоты и гуанидина;

-     разработать оптимальную методику взаимодействия диальдегидцеллюлозы с гуанидинметакрилатом;

-     осуществить синтез биматричного нанокомпозита;

-     исследовать биоцидные свойства синтезированного нанокомпозита

Методы исследований. Для достижения поставленных задач мы использовали работы отечественных и зарубежных ученых. С целью получения достоверных и обоснованных данных нами использовались современные методы исследований, такие, как элементный анализ, ИК-спектроскопия, рент-геноструктурный анализ и др.

Научная новизна. Синтез мономеров и нанокомпозитов, содержащих гуанидиновые группы, обладающих биоцидными свойствами, является перспективным и новым направлением в полимерной химии и медицине.

Дипломная работа состоит из введения, литературного обзора, обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов, списка цитируемой литературы.

Во введении определен объект исследований, сформулированы цель работы и основные задачи исследования.

В литературном обзоре приведен аналитический обзор литературы как отечественной, так и зарубежной, охватывающий вопросы синтеза биологически активных полимеров, строения и окисления целлюлозы, синтеза целлюлозных материалов, содержащих антимикробные вещества, способов получения и областей применения антимикробных целлюлозных волокнистых материалов

В экспериментальной части представлены методики окисления целлюлозы, синтеза мономера - гуанидинметакрилата, получения продукта взаимодействия диальдегидцеллюлозы с гуанидинметакрилатом, тчъдаа тазьуэджйъ тшшизят та методы ^следования свойств полученных веществ.

В обсуждении результатов приведены результаты проведенных исследований, подведены итоги проделанной работы.

Объем и структура работы. Квалификационная работа изложена на 60 страницах, содержит 5 таблиц, 6 рисунков, библиографических ссылок.

Автор считает своим долгом выразить благодарность профессору кафедры органической химии Мусаеву Юрию Исрафиловичу, доценту кафедры высокомолекулярных соединений Хашировой Светлане Юрьевне, сотрудникам спектральной лаборатории кафедры неорганической и физической химии за помощь в выполнении квалификационной работы.


1. Литературный обзор

1.1 Биоцидные свойства гуанидинсодержащих соединений

Хорошо известно, что соединения, содержащие в своем составе гуано-диновую группу, обладают широким спектром бактерицидного действия и используются в качестве лечебных препаратов и фунгицидов, поэтому присутствие в элементарном звене полимеров гуанидиновой группы должно придавать им высокую биоцидную активность. Следует отметить, что существующие в настоящее время гуанидинсодержащие полимеры получены методом поликонденсации и имеют незначительные молекулярные массы (ММ).

Получение гуанидинсодержащих полимеров методом радикальной полимеризации позволит снизить энергетические затраты, упростить методику синтеза и получать полимеры с широким набором молекулярной массы и физико-химических свойств. Поэтому изучение возможности получения новых гуанидинсодержащих полиэлектролитов методом радикальной полимеризации весьма актуально [1 - 5].

Поскольку гуанидиновые производные значительно эффективнее четвертичных аммониевых соединений, а также не инактивируются белками и биоразлагаемы, они находят широкое применение в качестве физиологически активных веществ: лекарств, антисептиков, пестицидов [6, 7].

Гуанидиновые соединения широко распространены в природе. К ним относятся: аминокислота аргинин, фолиевая кислота, многочисленные белки и нуклеиновые кислоты. Гуанидиновая группировка служит началом многих лекарственных веществ (сульгин, исмелин, фарингосепт) и антибиотиков (стрептомицин, бластицидин, мильдомицин). Производные гуанидина, например, алматины и хордатины [8] представлены и среди специфических веществ, с помощью которых растения защищаются от атаки микроорганизмов.

Первые данные о биоцидных свойствах гуанидиновых производных и полимеров на их основе были опубликованы в патентной литературе [9-14].

В указанных патентах описывается применение подобных соединений в качестве инсектицидов и отмечается, что соответствующие соединения особенно активны против грибковых заболеваний на фруктовых деревьях. В патенте [14] описаны специфические гуанидированные полиамины для применения против патогенных микроорганизмов.

К наиболее сильным из известных гуанидиновых антисептиков относятся «хлоргексидин» (1,6-бис-4,4-хлорфеноксибигуанидогексин) [7], низкомолекулярный полигексаметиленбигуанидин - «вантоцил» [15, 16] и «космо-цил» [17].

Так, например, хлоргексидин используется в качестве дезинфицирующего средства в виде солей (гидрохлорида, ацетата, глюконата) и широко рекомендуется за рубежом в виде растворов, мазей, присыпок как эффективное дезинфицирующее средство в хирургии для борьбы с внутрибольничными инфекциями, лечения кожных заболеваний и бытовых целей. Однако, следует отметить, что хлоргексидин, вантоцил и космоцил получают по сложной 4-х стадийной технологической схеме, кроме того при их синтезе исходным сырьем служит хлорциан, поэтому технологический процесс дорог и опасен.

В нашей стране был разработан процесс производства полимерного гуанидинового антисептика - полигексаметиленгуанидингидрохлорида (ПГМГ) («метацид», «полисепт») [18, 10], исходя из гексаметилендиамина и гидрохлорида гуанидина:


В дальнейшем было предложено объединить в одном процессе синтез гуанидингидрохлорида и получение из него ПГМГ [20].

Так как три аминогруппы гуанидингидрохлорида имеют различную реакционную способность, то молекулярную массу и структуру «полисепта» удается регулировать, изменяя условия реакции и содержание гексаметилендиамина в исходной смеси [21]. Так, при сравнительно низких температурах для процесса поликонденсации (120-130°С) в реакцию с гексаметилендиами-ном вступают преимущественно две аминогруппы гуанидингидрохлорида, образуя хорошо растворимый линейный олигомер с ММ=1,7-12,5х10 . При увеличении количества гексаметилендиамина в реакционной смеси сверх одного моля на 1 моль гуанидингидрохлорида и повышении температуры до 180-20О°С в реакцию может вступать третья аминогруппа и образуется разветвленный полимер, который имеет ММ 20-43x103.

Различные соли ПГМГ (фосфат, глюконат, дегидроцет, сорбат, фторид, сульфат, нитрат, силикат, ацетат, стеарат, олеат, фумарат, сукцинат, адипи-нат, себацинат) были получены при действии различных кислот или их солей на основание или карбонат ПГМГ [22]. Среди указанных полимерных солей наибольшее практическое значение помимо «полисепта» имеют фосфат «фо-гуцид» и глюконат. По сравнению с «полисептом», фогуцид менее токсичен и коррозионноактивен.

Поликонденсационные полимеры: «полисепт» и «фогуцид» рекомендованы Минздравом в качестве дезинфицирующего средства в лечебных учреждениях и роддомах [23], а также в ветеринарии [24].

По данным, указанным в работе [25], растворы «полисепта» в концентрации 0,1-0,05% вызывают гибель грамположительных и грамотрицатель-ных микроорганизмов: коринебактерий дифтерии (с. Duphtheretiae), золотистого стафилококка (St.aureus), а также St.aibus и St. faekalis, брюшнотифозной палочки (S.typhi), шигелл Зонне и Флекснера (Shigella Sonnae, Flexneri), кишечной палочки (E.Coli), сальмонелл Бреслау и Гертнера (Salmonella th.murum), вульгарного протея (Proteus Vulgarus), синегнойной палочки (Ps.aeruginosa) в течение 5-25 минут.

Перспективным является применение гуанидин содержащих полимеров для лечения заболеваний вирусной этиологии. Разработанные и применяемые в настоящее время противовирусные препараты проявляют свое защитное действие путем инактивации вирусов во внешней среде, предохранения восприимчивых тканей и клеток от адсорбции на них вирусных частиц, преду преждения миграции нового поколения вирусных частиц из инфицированных клеток и нарушения синтеза вирусов в восприимчивых клетках. Интерес к применению синтетических полимеров для вирусологических целей возник после того, как была установлена возможность ингибировании действия ферментов, размножения бактерий и развития опухолей под влиянием некоторых биологических и синтетических полимеров. По данным института Вирусологии им. Д.И. Ивановского АМН, защитным противовирусным эффектом обладают полимеры, содержащие гуанидиновую группировку, в частности, «полисепт» и «фогуцид». В результате проведенных исследований было установлено, что эти вещества обладают сильным вирулицидным действием по отношению к вирусам герпеса простого, вируса СПИДА, вируса гепатита А, вируса тропической лихорадки: при 15-20 мин экспозиции 2% раствора препарата с вирусосодержащими жидкостями (при комнатной температуре) инфекционный титр вирусов снижается в 1000 и более раз.

Механизм защитного противовирусного действия синтетических полимеров, возможно, связан с блокадой ими поверхностных рецепторов клеток [26].

По сравнению с другими катионными полиэлектролитами использование гуанидинсодержащих биоцидных полимеров имеет еще одно положительное преимущество.

При использовании синтетических биоцидных полимеров следует учитывать их биодеградируемость в живом организме. В случае использования небиодеградируемых синтетических полимеров существенное значение имеет их молекулярная масса, поскольку полимеры с молекулярной массой выше 50000 не могут выводиться через почки, а накапливаются в почечных канальцах, вызывая выраженные токсические эффекты. В этом отношении биоцидный эффект гуанидиновых соединений физиологичен, и в живом организме имеются ферментные системы, способные вызывать деградацию этих соединений, предотвращая их кумуляцию [28].

1.2 Биологически активные полимеры

Известно, что биологически активные полимеры должны удовлетворять ряду требований:

1)  хорошо растворяться в воде и солевых растворах;

2)  быть биосовместимыми, не обладать высокой токсичностью, не подавлять иммунную систему;

3)  иметь небольшую скорость выведения и выводиться из организма после выполнения своей функции;

Все это накладывает определенные требования к их структуре, молекулярной массе и молекулярно - массовому распределению (ММР).

Чаще всего синтетические биологически активные полимеры представляют собой гибрид синтетического полимера-носителя с биологически активным веществом, Биологическая активность таких гибридных систем определяется в основном свойствами присоединенного к полимеру-носителю вещества.

Одним из способов получения водорастворимых биологически активных полимеров является синтез гидрофильных мономеров на основе гидрофобных биологически активных веществ (БАВ) и ионогенных ненасыщенных карбоновых кислот (акриловой, метакриловой и т.п.)

Метакриловая и акриловая кислота и их производные характеризуются значительной реакционной способностью в реакциях радикальной гомо- и сополимеризации. Производные метакриловой кислоты, содержащие химически активные функциональные группы, представляют собой перспективный ряд мономеров. Соответствующие им полимеры могут сохранять потенциал активности, являясь удобными носителями биологически активных веществ. Потребность в них применительно к самым разнообразным отраслям, начиная от техники и кончая медициной, естественно стимулирует и, несомненно, оправдывает необходимость изучения особенностей протекания процессов синтеза и механизма образования этого класса полимерных соединений [28, 29].

1.3 Строение целлюлозы

Целлюлоза - важнейший представитель полисахаридов, одного из классов природных полимеров, макромолекулы которых построены из элементарных звеньев (остатков) различных моносахаридов, соединенных между собой ацетальной (гликозидной) связью. Макромолекула целлюлозы состоит из остатков D-глюкозы - моносахарида, углеродный скелет молекулы которого содержит шесть атомов углерода. При этом элементарное звено имеет структуру шестичленного кислородсодержащего гетероцикла, а в образовании гликозидной связи между элементарными звеньями наряду с альдегидной группой, расположенной у первого углеродного атома одного элементарного звена, принимает участие гидроксильная группа у четвертого углеродного атома соседнего звена.

Важной характеристикой строения макромолекулярной цепи полисахаридов является не только направление гликозидной связи, но и ее конфигурация. Гликозидная связь в макромолекуле целлюлозы имеет (3-конфигурацию (обозначение, принятое для связи, имеющей противоположную пространственную ориентацию по сравнению с конфигурацией асимметрического углеродного атома С-5 в молекуле глюкозы). Гликозидные связи сравнительно легко подвергаются расщеплению под действием воды в присутствии кислотных катализаторов (процесс гидролиза). Это обстоятельство обусловливает относительную неустойчивость целлюлозы к действию водных растворов кислот. В то же время в условиях щелочного гидролиза гликозидные связи целлюлозы достаточно стабильны. Однако эта стабильность характерна лишь для систем, в которых отсутствует молекулярный кислород. Наличие же кислорода приводит к изменению механизма реакции - переходу от чистого гидролиза к значительно более сложному процессу, включающему последовательно протекающие реакции окисления и гидролиза [30].

Возможность получения разнообразных производных целлюлозы определяется в первую очередь ее функциональным составом. С этой точки зрения целлюлозу можно рассматривать как полимерный полиатомный спирт, в элементарных звеньях макромолекул которого содержатся три гидроксильные группы: первичная - у шестого атома углерода и две вторичные -у второго и третьего атомов углерода. Элементарное звено макромолекулы целлюлозы находится в энергетически наиболее выгодной конформации кресла С1, в которой гидроксильные и гидроксиметильная группы расположены экваториально (то есть располагаются приблизительно в плоскости, образуемой вторым, третьим и пятым атомами углерода и атомом кислорода пиранозного цикла) и благодаря такому положению обладают высокой реакционной способностью в различных химических реакциях. Именно индивидуальные свойства гидроксильных групп позволяют в результате их химических превращений осуществить синтез простых и сложных эфиров целлюлозы, продуктов ее окисления.

Особое внимание уделяется целлюлозе как представителю класса природных высокомолекулярных соединений, поскольку имеется возможность ее воспроизводства в природных условиях в процессе фотосинтеза, а также разнообразие свойств и, соответственно, областей применения многочисленных производных целлюлозы. За последние десятилетия появилась большая группа материалов, при получении которых были реализованы различные подходы модификации целлюлозы: термические превращения, синтез привитых сополимеров, образование пространственной структуры. Все это позволило создать углеродные и другие сорбционно-активные материалы, материалы медицинского назначения с пролонгированным эффектом действия лекарственных препаратов, волокна-биокатализаторы, содержащие иммобилизованные ферменты, повысить эластические характеристики текстильных материалов из целлюлозных волокон. На более отдаленную перспективу целлюлозу можно рассматривать как источник экологически чистого возобновляемого сырья для создания новых технологических процессов получения мономеров для синтетических полимеров [33].

1.4 Окисление целлюлозы

Действие окислителей на целлюлозу имеет место во многих производственных процессах, основанных на переработке целлюлозы или целлюлозосо-держащих растительных материалов.

Процесс окисления целлюлозы представляет большой научный интерес, так как путем избирательного окисления отдельных спиртовых групп удаётся ввести в макромолекулу целлюлозы новые функциональные группы - карбонильные (альдегидные и кетоновые) или карбоксильные - и получить препарат окисленной целлюлозы, обладающей новыми свойствами.

В качестве окислителей целлюлозы могут быть применены реагенты, окисляющие первичные или вторичные спиртовые группы, либо приводящие к образованию перекисных соединений.

Продукты, которые получаются при действии окислителей на целлюлозу, и которые в результате частичного окисления гидроксильных групп отличаются по химическому составу от исходной целлюлозы, носят название оксицеллюлоз. В большинстве случаев процесс частичного окисления спиртовых групп сопровождается понижением степени полимеризации целлюлозы. Известен, однако, ряд методов получения оксицеллюлоз, при которых деструкции целлюлозы не происходит. В отличие от условий образования про-

Страницы: 1, 2, 3


Новости

Быстрый поиск

Группа вКонтакте: новости

Пока нет

Новости в Twitter и Facebook

  бесплатно рефераты скачать              бесплатно рефераты скачать

Новости

бесплатно рефераты скачать

© 2010.