Дипломная работа: Исследование каталитических свойств полимерных комплексов

Явление агломерации комплексообразующих молекул в растворе ИПЭК аналогично процессам мицелообразования. Степень агломеризации мало чувствительна к изменению молекулярных масс ЛПЭ, но определяется соотношением количества звеньев ЛПЭ, включенных в гидрофильные и гидрофобные блоки. Процессы агломеризации и распада агломератов ИПЭК можно контролировать путем изменения состава полимерного комплекса. Существенное влияние на эти процессы оказывает степень ионизации звеньев ЛПЭ, включенных в однотяжные гидрофильные блоки. Если ЛПЭ – слабый полиэлектролит, то уменьшение степени ионизации приводит к прогрессирующей агломеризации частиц растворимого ИПЭК вплоть до их выделения из раствора. Именно поэтому ИПЭК, в которых в роли ЛПЭ выступает поликарбоновая кислота, растворимы в щелочной среде. Если ЛПЭ – полиоснование, поликомплекс приобретает способность растворяться лишь в кислой среде. Степень агломеризации зависит и от степени связывания противоионов со свободными участками ЛПЭ. Помимо состояния окружающей среды способность к агломеризации определяется химическим строение ЛПЭ и БПЭ. Распад агломератов ИПЭК наблюдают при введении свободных ЛПЭ. Фазовое разделение в водных растворах ИПЭК наблюдают также при введении в раствор низкомолекулярного электролита. Низкомолекулярные соли, являющиеся конкурентами в реакции между полиэлектролитами, приводят к разрушению межмолекулярных солевых связей, что сопровождается перегруппировкой участков ЛПЭ и БПЭ в частицах растворимых ИПЭК и образованием очень компактных частиц, имеющих состав, близкий к стехиометрическому. Именно из таких частиц образуются нерастворимые ИПЭК в водно-солевых растворах. Тогда в растворе остаются практически свободные цепи ЛПЭ. Причиной такого фазового разделения является диспропорционирование частиц растворимого ИПЭК, протекающего по механизму полиионного обмена в гомогенных растворах под действием низкомолекулярного электролита.

Таким образом, образование и изменение состава ИПЭК в растворах, обусловленное обратимостью интерполимерной реакции , носит сложный характер и определятся многими факторами, к которым следует отнести природу полиэлектролитов, их молекулярную массу, ММР, ионную силу раствора. Изучение строения ИПЭК требует широкого использования всего известного арсенала методов исследования полимеров.

Создание физиологически активных полимерных препаратов на основе ИПЭК возможно, во-первых, при использовании биологически активных полиэлектролитов, во-вторых, иммобилизацией в ИПЭК низкомолекулярного ЛВ, получившие название трехкомпонентные ИПЭК с низкомолекулярным посредником (ТИПЭК). В качестве физиологически активных полиэлектролитов были использованы биополимеры, такие, как белки, нуклеиновые кислоты, гепарин, ферменты и другие. Отличительными чертами таких лекарственных препаратов являются повышенная термическая стабильность, устойчивость к денатурации, возможность создания саморегулирующихся ферментативных систем и использования их в качестве депо антигепариновых веществ. При включении низкомолекулярного БАВ используют разные по электролитической природе полимеры (полиоснование и поликислота) или одинаковые полиэлектролиты (два полиоснования или две поликислоты). Иммобилизация низкомолекулярного посредника происходит или за счет ионных или водородных связей. На основании ТИПЭК могут быть получены микрокапсулы с размерами наночастиц, что открывает перспективы для разработки новых траспортных форм доставки ЛВ в организм.

1.10 Катализ водорастворимыми комплексами олимер — металл

Ообый интерес к координационным соединениям ионов различных металлов с макромолекулярными лигандами обусловлен тем, что ионы железа, меди, кобальта, цинка и другие играют важную роль в ферментативных реакциях. Наиболее вероятной функцией ионов металлов в энзиматических реакциях является захват и приближение субстрата к активному центру катализатора путем образования тройного комплекса катализатор — ион металла — субстрат. Гомогенные металлополимерные катализаторы отличаются высокой активностью и специфичностью действия, Каталитические процессы в растворе изучаются с помощью обычных физико-химических методов, что позволяет выяснить механизм их действия. Это, в свою очередь, дает возможность использовать ряд найденных закономерностей для более глубокого понимания механизма гетерогенного катализа.

В некоторых работах показана возможность моделирования действия биокатализаторов синтетическими полимерами путем создания тройного комплекса поликарбоксилат — ион металла — низкомолекулярный эфир.

Влияние ионов металлов, по-видимому, можно приписать образованию координационной связи эфир — металл с последующей нуклеофильной атакой карбонильного атома ацетат-ионом. Ускоряющий эффект комплексов ПАК и ПМАК с ионами Cu²⁺ , Ni³⁺ , Со² +, Zn²⁺ в реакции гидролиза 2,4-динитрофенилизоникотината намного выше, чем мономерного комплекса. Порядок увеличения скорости разложения эфира изменяется в ряду Cu^{a +} >Ni²⁺ >Co³⁺ >Zn² + и хорошо согласуется со значениями констант ком-плексообразования этих металлов с поликислотами. Аналогично изменяется каталитическая активность комплексов ионов меди (II) с поливинилпиридинами в реакции окисления аскорбиновой кислоты. Анализ кинетических кривых окисления аскорбиновой кислоты в присутствии катализаторов (ионов меди (II), комплексов медь —полимер, медь — низкомолекулярный лиганд) показывает, что добавление полимера значительно увеличивает каталитическую активность ионов меди. Полимеры в зависимости от природы повышают эффективность ионов меди в 200—1500 раз, но все же активность комплексов полимер — металл в 300 раз меньше, чем фермента — аскорбатоксидазы.

Рассмотрим некоторые примеры каталитического действия комплексов водорастворимых полимеров с ионами переходных металлов в реакциях разложения пероксида водорода, окисления, гидрирования и др.Разложение пероксида водорода служит хорошей иллюстрацией ферментоподобного действия комплексов полимер — металл. Такие комплексы часто проявляют более высокую активность, чем соответствующие низкомолекулярные аналоги. Например, комплексы поли-4-винилпиридина с Со-диметилглиоксимом могут служить моделью витамина В_.

Исследование поведения полимеров (в том числе полимерных гидрогелей) в растворах солей металлов представляет собой огромный практический и теоретический интерес. Изучение особенностей такого поведения в растворах солей различной валентности создает базу в решении многих фундаментальных проблем, связанных с механизмом формирования структурированных ансамблей внутри полимера благодаря ионному или координационному связыванию с ионами металлов или их комплексными формами. С теоретической точки зрения это позволит решить проблему негомогенного распределения ионогенных групп, происходящих в таких системах, способствующее моделированию стадий биологической эволюции в свете формирования клеточных мембран и капсул. С практической точки зрения, изучение поведения набухания полимеров в солях металлов важно в разработке технологии извлечения ионов металлов из природных и сточных вод, в создании новых классов гетерогенных катализаторов, биомедицинских препаратов, термо - и механостойких полимерных материалов, полупроницаемых мембран и полупроводников. Существенно возросло значение хелатообразующих полимеров для аналитических целей.

В целом, по специфике влияния ионов металлов на объемные параметры гидрогелей можно выделить две категории их воздействия:

1) ионы металлов, как низкомолекулярный ион, создающий экранирующий фон для заряженных функциональных групп;