Деградация хитозана под действием окислительно-восстановительных систем и модифицирование низкомолекулярных хитозанов полимераналогичными превращениями и сополимеризацией тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.06 ВАК РФ
|
Федосеева, Елена Николаевна
АВТОР
|
||||
|
кандидата химических наук
УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
|
||||
|
Нижний Новгород
МЕСТО ЗАЩИТЫ
|
||||
|
2007
ГОД ЗАЩИТЫ
|
|
02.00.06
КОД ВАК РФ
|
||
|
|
||||
На правах рукописи
ФЕДОСЕЕВА ЕЛЕНА НИКОЛАЕВНА
ДЕГРАДАЦИЯ ХИТОЗАНА ПОД ДЕЙСТВИЕМ ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ И МОДИФИЦИРОВАНИЕ НИЗКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ ХИТОЗАНОВ ПОЛИМЕРАНАЛОГИЧНЫМИ ПРЕВРАЩЕНИЯМИ И СОПОЛИМЕРИЗАЦИЕЙ
02 00 06 — высокомолекулярные соединения
АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук
Нижний Новгород — 2007
003162137
Работа выполнена в Нижегородском государственном университете им Н И Лобачевского
Научный руководитель
док гор химичес ких наук профессор Смирнова Лариса Александровна
Официальные оппоненты
доктор химических наук, профессор Казанцев Олег Анатольевич
догаор технических наук Немцев Сергей Владимирович
Ведущая организация
Волгшрадский гос>дарственный технический университет
Защита состоится _±_' ноября 2007 г в ,]_£__'' час па заседании
диссер1ационного совета Д 212 166 05 по химическим наукам при Нижеюродском государственном университете Н И Лобачевского 603950, г Нижний Новюрод, ГСП-20 пр-г Шарила, д 23 корп 2
С дж сер1ацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородскою I осу дар-стенною университета, им НИ Лобачевского
С
Автореферат разослан __' октября 2007 г
Ученый секретарь
диссертационного совем л
док юр химичес ких наук профессор — СгеловикЛП
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы Ежегодно в природной срсде синтезируется несколько млрд тонн хитина — второго после целлюлозы по распространенности в природе полисахарида Сотни тысяч тонн хитина становятся отходами пищевой промышленности Возможность рационального использования этого многотоннажного природного полимера определяет рост интереса к исследованиям, расширяющим круг продуктов переработки хитина и сферу их использования, или повышающим эффективность переработки
К числу наиболее востребованных производных хитина относятся продукты его частичного или полного деацетилирования, имеющие общее название хито-зан Востребованность хитозана объясняется его биосовместимостыо, высокой биологической активностью, реакционноспособностыо, а также технологичностью, обусловленной, в частности, растворимостью хитозана в водных растворах некоторых минеральных и органических кислот В настоящее время хито-зан широко применяется в пищевой и текстильной промышленности, медицине, биотехнологии, косметике, производстве бумаги, процессах обработки сточных вод и др Однако потенциал практического использования хитозана существенно превышает достигнутый в настоящее время уровень Решить актуальную задачу роста потребления хитозана можно приданием ему способности растворяться в воде при нейтральных значениях рН и(или) в органических растворителях, а также химической модификацией как самого хитозана, так и его олигомеров
Данная работа выполнена в соответствии с одним из традиционных научных направлений кафедры высокомолекулярных соединений и коллоидной химии ННГУ им Н И Лобачевского, проводимых в соответствии с планами НИР в 2004-2007 гг (ТОО-9 2-2046, проект 203 02 06 011, Е02-5 0-208, Т02-09 2-2377) Целью настоящей работы является установление закономерностей деградации хитозана под действием окислительно-восстановительных систем и модифицирование хитозанов различной молекулярной массы полимераналогичны-ми превращениями с (мет)акрилатами и азидом стеариновой кислоты, а также привитой и блок-сополимеризацией с (мет)акриловьши мономерами
При этом решались следующие задачи.
1 Разработка экономичного эффективного способа получения низкомолекуляр-
ного хитозана и его олигомеров контролируемой деструкцией без изменения химического состава мономерного звена (деградацией)
2 Исследование копформационного состояния макромолекул хитозана в водных растворах кислот различных концентраций и его влияния на деградацию
3 Установление направления реакции в мономерных звеньях хитозана и олиго-хитозана при взаимодействии их с акрилонитрилом и октилметакрилатом по механизму нуклеофильного присоединения, а также в реакции поликопден-сации с гептадецилизоцианатом
4 Выявление зависимости реакционной способности хитозана от молекулярной массы в реакции Михаэля, сопоставление свойств продуктов реакции
5 Изучение особенностей сополимеризации хитозана с виниловыми мономерами при использовании различных инициирующих систем азосоединений, окислительно-восстановительных систем и УФ-излучения
Объектами исследования были выбраны хитозан (акционерное общество „Сонат", г Москва, „Биопрогресс", п Виокомбинат, Московская обл ) с ММ = (80 — 180) х 103, ряд полисахаридов различного строения, окислительно-восстановительные системы инициирования пероксид водорода-аскорбиновая кислота, персульфат аммония-^гиосульфат натрия, мономеры (мет)акрилового ряда, азид стеариновой кислоты
Методы исследования- Кинетика реакций, состав и свойства веществ изучены методами вискозиметрии, ИК-спектроскопии, элементного анализа, гель-проникающей хроматографии, турбидиметриметрии, гравиметрии, титримет-рии, а также оптическими, акустическими и механическими методами Научная новизна Предложено использование окислительно-восстановительной системы пероксид водорода—аскорбиновая кислота для химической деградации хитозана в интервале температур 0 — 25°С Константа скорости реакции деградации хитозана в этих условиях на два порядка выше по сравнению с аналогичной термоинициируемой реакцией под действием радикальных инициаторов, в частности, пероксида водорода Снижение температуры исключает негативные явления дезаминирования и окисления гидроксильных групп моно-мерпого звена хитозана Изменение соотношений реагентов позволяет получать пизкомолскулярный хитозан с регулируемой молекулярной массой вплоть до водорастворимых форм
Продемонстрирован общий характер воздействия радикалов окислительно-восстановительных систем на различные полисахариды, приводящий к снижению их молекулярной массы, что определяется в основном доступностью гли-козидной связи
Впервые доказано, что изменение соотношения компонентов вода-кислота (|СН^СООН, HCl) в растворителе вызывает конформационный переход спираль-клубок макромолекул хитозана в растворе Выявлено существенное влияние конформационного состояния макромолекул на глубину деградации
Установлено, что при модифицировании хитозана по реакции Михаэля степень замещения функциональных групп мономерпого звена зависит от молекулярной массы хитозана Причем реакция преимущественно протекает по непро-тонированным аминогруппам
Предложен новый метод модифицирования состава мономерного звена хитозана действием азидов в качестве латентных изоцианатов в гомогенных условиях Показано, что гептадецилизоцианат в водно-диоксановом растворе практически полностью вступает в реакцию конденсации с аминогруппами хитозана Осуществлен синтез блок-сополимеров хитозапа с виниловыми мономерами инициированием redox-системой в интервале температур 20 — 25°С
Показана эффективность использования кетона Михлера как фоточувствительного соинициатора при УФ-инициировапии привитой сополимеризации на хитозан без образования гомополимера
Практическая ценность работы состоит в том, что разработан эффективный, экологически чистый, ресурсо- и энергосберегающий метод получения оли-гомеров хитозапа с заданной молекулярной массой и синтеза блок-сополимеров хитозана с виниловыми мономерами Процесс проводится без нагревания в присутствии малых количеств пероксида водорода и аскорбиновой кислоты На основе олигохитозана получены новые катионные коагулянты, эффективность которых в несколько раз выше традиционно используемого сульфата алюминия, и микробиологические препараты, подавляющие активность некоторых видов патогенных бактерий
Основные положения, выносимые на защиту
1 Разработан новый метод получения низкомолекулярного хитозана радикальной деградацией полисахарида действием системы HiOi-C'aHgOß
2 Глубина деградации хитозана зависит от конформационного состояния мак-
ромолекул, которое изменяется вплоть до перехода спираль-клубок
3 Изучены условия реакций нуклеофильного присоединения хитозана и оли-гохитозана к поляризованным двойным связям непредельных соединений, а также конденсации с изоцианатами и свойства образующихся продуктов
4 Предложен новый способ блок-сополимеризации хитозана с виниловыми мономерами при гсс1ох--инициировании, привитой полимеризации с УФ-инициированием в присутствии соинициатора — кетона Михлера
Личный вклад автора Автором получены основные результаты, представленные в диссертации На основе экспериментальных данных разработана модель поведения макромолекул хитозана в кислых водных растворах, оптимизированы условия получения низкомолекулярного хитозана в энерго-, ресурсосберегающем процессе Автор внес значительный вклад в интерпретацию результатов экспериментов, объяснение наблюдающихся закономерностей Апробация работы и публикации Материалы диссертации представлены в 6 статьях и 10 тезисах докладов
Результаты работы обсуждались на XVI Международной конференции по химической термодинамике 11ССТ-2007(Суздаль, 2007), IX Межд конф по химии и физикохимии олигомеров (Одесса, 2005), 11 Санкт-Петербургской конференции молодых ученых „Современные проблемы науки о полимерах" (Санкт-Петербург, 2006), 4 Всерос Каргинской конф „Наука о полимерах 21-му веку" (Москва, 2007), Всероссийской научно-технической конференции „Фундаментальные проблемы машиноведения Новые технологии и материалы" (Н Новгород, 2006), на Третьей международной школе по химии и физикохимии олигомеров (Петрозаводск, 2007), 11 Межд конф студентов и аспирантов „Синтез исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений" (Казань, 2005)
Объем и структура работы Диссертационная работа состоит из введения,
5 глав, выводов и списка цитируемой литературы (138 библиографических ссылок) Работа изложена на 159 страницах машинописного текста, включая 51 рисунок, 11 таблиц
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Первая глава содержит обзор и анализ литературных данных по различным методам деструкции хитозана и других полисахаридов Более подробно
рассмотрены химические методы деструкции с использованием пероксида водорода, кинетические параметры процесса, побочные реакции Часть обзора посвящена классификации описанных в литературных источниках реакций, направленных на модифицирование свойств хитозана Описаны также сферы применения олигохитозана и модифицированных хитозапа и олигохитозана
Глава 2 содержит характеристики реагентов, методики и условия проведения реакций, анализа и испытаний используемых и синтезированных веществ В главе 3 приведены результаты исследований радикальной деградации хитозана и некоторых других полисахаридов под действием окислительно-восстановительной системы и их обсуждение
Снижение молекулярной массы (ММ) хитозана в лабораторной практике чаще всего производится действием пероксида водорода различных концентраций при нагревании Однако повышенные температуры и высокие концентрации Н2О2 вызывают кроме деструкции основных цепей окисление гидроксильных групп В ряде публикаций доказано, что разрыв гликозидпой связи хитозапа в присутствии пероксида водорода происходит по радикальному механизму Известно, что окислительно-восстановительные системы способны генерировать свободные радикалы даже при отрицательных температурах, что позволит снизить температуру деструкции
Получение низкомолекулярного хитозана без изменения химического состава мономерного звена (= деградацию) проводили в растворе действием окислительно-восстановительной системы пероксид водорода-аскорбиновая кислота при Т=21 °С Взаимодействие Н2О2 с СеЯвОе является многоступенчатым процессом, приводящим к генерированию радикалов и анион-радикалов, что подробно исследовано в работах Гринстеда В качестве растворителя использовали водные растворы соляной и уксусной кислот различных концентраций Неизменность состава мономсрпого звена хитозана в изучаемой реакции доказана методами ИК-спектроскопии, потенциометрического титрования и анализом содержания азота в исходном хитозане и в продукте реакции Таким образом, преимущество данного метода по сравнению с деструкцией под действием пероксида водорода, заключается в существенном понижении температуры процесса и устранении нежелательных реакций функциональных групп
Деградация хитозана под действием системы ЯгОг-СвЯвОб характеризуется высокими скоростями Вязкость раствора (рис 1), а соответственно, ММ хито-
>?1 сП
150
Рис. 1. Изменение вязкости растворов хитозана различной концентрации со временем деградации в водном растворе уксусной кислоты с концентрацией 3 мас.%. (1) - 1, (2) - 3, (3) - 4, (4) - 6 мас.% хитозана, "хтзМ/гОг = 20; ин^/^ан^о = 1, Т=21° С. Здесь и па других рисунках — число моль ¡-го компонента.
100
1 ,2 ,3 ,4
50
_сю_о о а а а п и
0
зана резко уменьшаются в первые 10 мин., достигая предельных значений уже через ~15-г20 мин. Глубина реакции, определяемая значением ММ деструкти-ровапного хитозана, растет при увеличении концентрации пероксида водорода вплоть до содержания его в реакционной смеси 2 мас.% от хитозана. Дальнейшее увеличение концентрации Н2О2 не вызывает заметного роста глубины деструкции. Скорость реакции растет сростом концентрации аскорбиновой кислоты в составе окислительно-восстановительной системы до достижения экви-молыюго соотношения компонентов в ней. Таким образом, соотношение числа моль реагентов ¡Лстз/^ЯгОг = Ю, КичОг/^СоЯвОи = 1 является наиболее оптимальным (здесь и далее г/, — число моль ¡-го компонента, 1>хтз ~ число моль звеньев хитозана).
Предложенная в работе схема деструкции хитозана приведена на рис. 2.
Концентрация хитозана в растворе также оказывает влияние на глубину деградации: продукт с минимальной ММ образуется в разбавленных растворах (1-2 мас.% хитозана). Увеличение концентрации хитозана сопровождается ростом ММ продукта.
Определены кинетические параметры процесса — энергия активации, кажущаяся константа скорости реакции, порядок реакции по хитозаггу. Величина энергии активации 5 кДж/моль сопоставима со значениями, характерными для реакций с окислительно-восстановительным инициированием. Реакция имеет первый порядок по хитозану. Константа скорости реакции £ и 6 х 10^2 42.7 х Ю-3 мин-1 на два порядка выше, чем для деструкции хитозана, вызываемой термическим разложением Яг02. Наряду с вискозиметрией в работе был использован акустический метод, позволяющий более оперативно отслеживать изменение ММ хитозана в процессе деградации. Значение константы скорости
(Ь) Реакции с участием концевых радикалов хитозана Ряс 2 Схема реакции деградации хитозана
реакции, полученное из акустических измерений, совпадает с величиной, определенной вискозиметрически
Изменение температуры проведения реакции в диапазоне 0 — 60"С, порядка и скорости загрузки компонентов гес1ох-системы, удаление растворенного кислорода практически не влияет на глубину деградации
Действие других гес!ох-систем на хитозан проверяли при использовании системы персульфат аммония — тиосульфат натрия Серия экспериментов с различными концентрациями реагентов показала, что молекулярная масса хитозана также быстро падает в исследованных условиях, что указывает на общность характера воздействия окислительно-восстановительных систем на хитозан
Интересная закономерность деградации хитозана была выявлена при изменении состава растворителя ЩО-СЩСООН результирующая ММ экстремально зависит от концентрации уксусной кислоты Было показано, что зависимости относительной и динамической вязкостей растворов исходного хитозана от содержания уксусной кислоты также посят экстремальный характер (рис 3, 4) Причем положение минимумов обеих зависимостей совпадает и воспро-
>7, eil
70 60 50
M x Ю-3
гЗ .
4 G CchjCooh. мае.
2 4
Ccihcoon ■ мае. %
Рис. 3. Зависимость динамической вязкости (при напряжении сдвига 200 дин/см2 (1) и 500 дип/см2 (2)) 2%-ных растворов исходного хитозапа и молекулярной массы (3) олигохитозанов, получаемых в результате деградации, от концентрации уксусной кислоты в растворителе Н^О - СН^СООН.
Рис. 4. Зависимость относительной вязкости (1) 1%-пых растворов хитозапа и молекулярной массы (2) олигохитозанов, получаемых в реакции радикальной деградации в данном расгворе, от концентрации уксусной кислоты в растворителе Н^О - СНзСООН.
изводится при соотношении исщеоон I ^тз^З. Исследование рН растворов хитозапа с различным содержанием кислоты в составе растворителя показало отсутствие каких-либо экстремальных точек.
Необычное поведение растворов хитозапа было выявлено при изучении зависимости динамической вязкости от напряжения сдвига для 2% растворов хитозапа (рис. 5). В широком диапазоне соотношений исн3соон/¿'хтз растворы ведут себя как неныотоновские жидкости. Однако, вязкость уксуснокислого раствора, отвечающего установленному выше соотношению 1>сн3соон/"хтз ~ 5, практически не изменяется с ростом напряжения сдвига, то есть данный раствор является ньютоновской жидкостью. Аналогичные исследования для соля-
Рис. 5. Зависимость динамической вязкости от напряжения сдвига г для 2%-мых растворов хитозапа (М = 8.3 х 104, степень деацетилирования 82 %, Т = 21 "С) в водных растворах СНлСООН: 0.75 мас.% - (1), 4 мас.% - (2), 5 мас.% - (3) и HCl: 0.1 и (4), 0.2 п - (5), 0.3 п - (6).
200 400 600 г, дин/см2
800
нокислых растворов также обнаруживают существование ньютоновского раствора Обращает на себя внимание, что деградация хитозана в солянокислых ньютоновских растворах (сясг=0 1 r-экв/л, сХтз = 2 мае %) происходит с той же скоростью, что и в соответствующих уксуснокислых Результирующая ММ (бхЮ3) значительно меньше по сравнению со значением, полученным деградацией в 0 2н растворе HCl (3 9х104)
Проявление характерных признаков ньютоновских жидкостей может означать, что межцепное взаимодействие сведено к минимуму, а макромолекулы находятся в наименее деформируемой конформации Поскольку аминогруппы хитозана являются слабыми основаниями, степень протонирования их и заряд макромолекулы в целом в растворах с разной ионной силой различны С другой стороны функциональные группы звена глюкозамина способны к образованию водородных связей, как внутримолекулярных, стабилизирующих конфор-мациопную структуру, так и межмолекулярных Система водородных связей определяет высокоупорядоченную структуру твердого хитозана, образованную макромолекулами в конформации спирали Очевидно, при низкой степени протонирования свободные аминогруппы будут оставаться связанными водородной связью А вся система водородных связей макромолекул при увеличении концентрации кислоты в области vch3cooh/г^хтз < 5 (условно будем называть это низкими концентрациями) не разрушается сразу, поддерживая их исходную спиральную конформацию Рост степени протонирования при достижении „критической" концентрации кислоты приводит к резкому изменению макропараметров растворов, связанному с превращением жесткой вытянутой макромолекулы в клубок Этот процесс обусловлен кооперативным разрушением водородных связей и сопровождается ростом гибкости макромолекулы Таким образом, при интерпретации закономерностей реакционной способности хитозана при деградации предлагается следующая модель макромолекулы хитозана при изменении степени протонирования аминогрупп меняют конформацию, реализуя переход спираль - клубок, в области перехода функциональные группы оказываются наиболее открытыми для атаки агентов-деструкторов
Для подтверждения этой модели была изучена зависимость [77] от ММ хитозана в растворах с различной концентрацией уксусной кислоты без подавления полиэлектролитного набухания Разбавление проводили дистиллированной водой, чтобы соотношение хитозан — СН3СООН оставалось постоянным Харак-
Рис. 6. Зависимость ^[77] от М в растворах с различной концентрацией уксусной кислоты. Верхняя прямая — сс//3сооя=0-75 мас.%, нижняя — сснасооя-4 мас.%. а найдена по значениям ['/Ь 11 Мг! полученным для полимеров с массой М] ф Мг в растворителе фиксированного состава.
теристическая вязкость определялась экстраполяцией к нулевой концентрации хитозапа с (г/мл) по уравнению Фуосса - Страуса
= М
с 1
Уравнение спрямляется в координатах 1/^пр=/(л/с)> а угол наклона прямой ^[77] = /(1г М) определяет значение а в уравнении Марка-Куна. Полученные результаты (рис. 6) указывают, что при низких концентрациях кислоты [77] изменяется как Л/1'5, в то время как в растворах с ь'снзсоон/^тз > 5 для тех же самых образцов хитозанов [77] ~ М0 В3. Показатель степени 1.5 означает, что форма макромолекулы близка к полностью вытянутой, а 0.5 -Н 1 характерен для полимеров с гибкими цепями, свернутыми в рыхлый клубок.
Для выявления копформационного состояния макромолекул в ньютоновском растворе были определены [77] растворов хитозапа с исн3соон/^хтз — 5.3, а также с большим и меньшим соотношениями (см. табл. 1).
Таблица 1. Зависимость [)?] растворов хитозана от концентрации СН3СООН в составе растворителя (с0,хта = 1 мас.%, М=8.3х104, степень деацетилировапия 0.82)
Концентрация кислоты, % 0.75 2 4
Ы, Дл/г 53 55 22
Близость значений [77] при низких концентрациях уксусной кислоты (0.75 -г 2мас.%) указывает па вытянутую конформацию макромолекул. Аномалия вязкости в растворе с сук = 0.75 мас.% видимо объясняется склонностью к ассоциации вытянутых макромолекул, обладающих низким общим зарядом. Косвенно наличие ассоциатов и исчезновение их с ростом общего заряда макромолекулы подтверждается совпадением величин динамической вязкости ньютоновских растворов в .разных растворителях (рис. 5).
ОДч]
1 вМ
Итак, в области перехода спираль-клубок реализуется состояние с наибольшей доступностью гликозидных связей вытянутых неассоциировапиых макромолекул, что обеспечивает минимальное значение ММ продукта при деградации цепей хитозана под воздействием деструктирующих реагентов. Это подтверждается при исследовании ММР образцов хитозана после деструкции. Самое значительное снижение ММ происходит в „ньютоновском" растворе с невысокой концентрацией хитозана (1-2 мас.%). ММР данного образца практически унимодально с преимущественным содержанием moho-, ди- и тримеров. Увеличение концентрации хитозана до возникновения в растворе флуктуационной сетки зацеплений, или понижение концентрации кислоты, способствующее агрегированию макромолекул хитозана, вызывает появление второго максимума ММР в области больших значений ММ, хотя содержание олигомеров остается высоким.
Падение скорости деструкции хитозана с уменьшением ММ также хорошо объясняется с позиций конформациопного состояния макромолекул. Вытянутая конформация реализуется только при совместном действии большого количества водородных связей. Видимо имеется некоторое „критическое" значение ММ, при котором система водородных связей, участвующих в поддержании спиральной конформации, теряет устойчивость и макромолекула переходит в клубок. При этом доступность гликозидной связи и, соответственно, скорость деструкции падают.
Выше было доказано, что функциональные группы пирапозного кольца не принимают участия в изучаемой реакции. Поэтому представлялось интересным рассмотреть возможность деструкции действием rcdox-системы некоторых других полисахаридов, таких как крахмал, хондроитипсульфат, эфиры целлюлозы. Установлено, что эффект понижения ММ при взаимодействии с предложенной
Таблица 2. Абсолютное изменение вязкости растворов полисахаридон при их деструкции под действием redox-сисгсмы. ^субстрат/^'ЛА^0 > ^iho^/fc^iuos = 1
Полисахарид !)о, сПз 77, сПз
Na - КМЦ, 5 мас.% 39.7 5.1
ОЭЦ, 1 мас.% 1302 1.7
хондроитипсульфат, 5 мас.% 5.3 2.2
крахмал, 2 мас.% 1.9 1.4
окислительно-восстановительной системой в столь же мягких условиях наблю-
Дт, %
Рис. 7. Приращение массы Дт продукта реакции хитозана с ОМА по сравнению с массой исходного хитозана от времени реакции.
Мхтз 8.0x10" (1, 3) и 8.Ох 103 (2, 4). Т = 50 (1, 2) и 0°С (3, 4). 'ОСТз/^ОМА = 1:3.
Растворитель — 2 мас.% СНзСООН в воде.
дается и для других полисахаридов (табл. 2).
В главе 4 рассмотрены результаты модифицирования хитозана путем по-лимерапалогичных превращений и еополимеризации, показаны особенности течения этих реакций при использовании низкомолекулярпых гомологов поли-глюкозамина.
Модифицирование хитозана и его пизкомолекулярных гомологов по реакции нуклеофилыюго присоединения к двойной связи (реакция Михаэлл) проводили действием непредельных акриловых эфиров: октилметакрилатом (ОМА) и этилгсксилакрилатом (ЭГА). Показано, что при рН=4.5 ОМА ведет себя как более активный реагент, чем ЭГА. Степень замещения (СЗ), то есть число замещенных функциональных групп в одном мономерном звене, для ОМА достигала 4 па 10 звеньев хитозана, тогда как для ЭГА составляла лишь 7 па 50. Хитозан может присоединяться к поляризованным двойным связям и —ОН, и — Азогруппами. Чтобы увеличить вероятность присоединения по аминогруппам, де-протопировали их титрованием уксуснокислого раствора хитозана раствором едкого натра.
Эксперименты, выполненные при различных соотношениях компонентов (г/хтз/г/0МД = 1/1 4- 1/10) и при температурах 0° С и 50"С, показали, что реакция с ОМА более полно проходит для высокомолекулярного хитозана. Выход продукта растет с повышением температуры. Максимальная СЗ составила 1 моль ОМА на моль мономерных звеньев хитозана при исходном соотношении реагентов ^хтз/^ома = 1/2 4-1/3 (рис. 7). Увеличение времени реакции свыше двух часов, а также использование 54-10-кратного избытка модифицирующего агента неэффективно.
Образование замещенных хитозана и олигохитозаиа доказывали по ИК-
времи, ч
'/уд/с, %
15
10
Рис. 8. Зависимость приведенной вязкости растворов от концентрации в лих хитозана (1,3) и модифицированного хитозаиа (2,4). Растворитель 0.33 М СН3СООН в воде (1,2)
4 и 0.33 М СНъСООН в воде, содержащий 0.3
0.1
0.2 с, г/дл
М ЛаС/ (3,4). Т = 21°С.
спектрам продуктов. В продукте присоединения ОМА к хитозану появляется по-
ответствуют колебаниям СН-группы. Новая полоса в интервале 1460-1490 см-1 в спектре обоих продуктов может быть отнесена к колебаниям СШ-группы, то есть связана с образованием вторичного амина. В пользу присоединения аминогруппы хитозана к двойной связи ОМА свидетельствует и значительный рост степени замещения при проведении реакции в нейтральной среде.
Продукт реакции хитозан - ОМА обладает частичной растворимостью в водно-спиртовых растворах. Дальнейшая его модификация действием ОМА выполнялась в гомогенных условиях. Растворителем служила смссь ЩО-СНзСООН-ШС. В итоге СЗ функциональных групп в звене глюкозамина выросла до двух. Проведение данной реакции в растворителе, не содержащем спирта, не сопровождалось ростом СЗ.
Гидрофобизирующие свойства углеводородных радикалов, присоединившихся к мопомерному звену хитозана, вызывают резкое снижение величины характеристической вязкости уксуснокислых водных растворов модифицированного продукта за счет сжатия макромолекулярных клубков. Превращение первичной аминогруппы хитозана во вторичную, сопровождающееся ее экранированием, приводит к уменьшению полиэлектролитного набухания при сильных разбавлениях растворов модифицированного хитозаиа (рис. 8).
Модифицирование хитозаиа по тому же механизму проводили с использованием акрилопитрила (реакция цианэтилирования). Как и в случае с ОМА эффективность присоединения акрилопитрила падает с уменьшением ММ использованного в реакции хитозаиа (табл.3). Методами ИК-спектроскопии, титрования и по содержанию азота доказано, что присоединение —С/У-группы происходит
лоса 890 см , а в низкомолекулярном производном 860 и 890 см 1, которые со
и по —N112, и по —ОЯ-группам хитозана. На основе цианэтилхитозанов получали амидоксимы хитозана различной ММ присоединением к — СТУ-группе солянокислого гидроксиламина. Присоединение ЯЯгОЯ к цианэтилхитозану происходит количественно (табл. 3).
Таблица 3. Результаты анализа продуктов реакции хитозана на содержание азота в них по методу Кьельдаля
М X Ю-3 Содержание элементарного азота, мае.% Степень замещения
в цианэтилхитозане в амидоксиме
7 12 15.4 0.70
10 12.5 15.8 0.83
14 12.8 16.3 0,90
19 13.1 16.9 1.00
144 14.5 - 1.6
Альтернативный способ введения в звенья хитозана алкильных групп — реакция конденсации с гептадецилизоцианатом (ГДИЦ), получаемым перегруппировкой Курциуса из азида стеариновой кислоты при нагревании его раствора в диоксане. Присоединение ГДИЦ к хитозану наиболее полно происходит при нагревании реакционной смеси до температуры 80 °С в течение 4-гб ч. Присоединяется до 80% взятого в реакцию азида, что соответствует присоединению 0.8 моля ГДИЦ к 1 молю звеньев хитозана. В ИК-спектре продукта реакции падает интенсивность полосы поглощения 1655-1590 см-1, отвечающей колебаниям группы N112, появляется интенсивная полоса 2860-2940 см-1, отнесенная к радикалу (СН2)„■ Полосы поглощения 3360 см-1 и 1480 см-1 совпадают с полосами поглощения в спектре мочевины. Это позволяет утверждать, что изоцианат реагирует преимущественно с аминогруппой хитозана с образованием замещенной мочевины. Таким образом, в реакциях конденсации аминогруппы хитозана более реакционноспособны, чем гидроксильные.
Высушенный продукт реакции набухает в хлороформе. Частицы дисперсии низкомолскулярного производного хитозана растворяются при добавлении ди-метилсульфоксида. Пленка высокомолекулярного производного хитозана, полученная из дисперсии, имеет упорядоченную структуру в виде сот с порами микроразмеров.
Зависимость реакционной способности хитозана в реакциях Михаэля от его молекулярной массы, проявляющаяся более низкой СЗ функцио-
нальных групп, обусловлена увеличением степени протонирования макромолекул хитозана с уменьшением ММ При этом изменяется и гибкость макромолекул Подтверждение этому находим, во-первых, в противоположном характере зависимости СЗ при цианэтилировании и коагулирующего действия от степени полимеризации хитозанов (см рис 10 и табл 3) Во-вторых, в нивелировании различия в СЗ для высоко- и низкомолекулярного хитозанов при реакции с ОМА, выполненной с нагреванием В случае низкомолекулярного хитозана — гибкие макромолекулы легче разворачиваются с повышением температуры, чем жесткоцепные, открывая при этом доступ к „блокированным" внутри клубка функциональным группам
Рассмотрен вклад концевых групп низкомолекулярных хитозанов, обусловленный особенностями деструкции, в их реакционную способность Показано, что характер образующихся концевых групп может приводить к образованию разветвлений, как в случае деструкции действием азотистой кислоты, сопровождающейся возникновением концевых альдегидных групп Появление нерастворимой в обычных для хитозана растворителях фракции при использовании гес!ох-системы связан с образованием карбонильных и некоторого количества гидропероксидных концевых групп Установлено, что содержание нерастворимой фракции не превышает 3 мае %
Выполнена модификация хитозана сополимеризацией с виниловыми мономерами — акрилонитрилом (АН), гидроксиэтиметакрилатом (ГЭМА), метилме-такрилатом (ММА) Использовали три способа инициирования термическое разложение инициатора, окислительно-восстановительное инициирование и УФ-облучение Полимеризацию проводили в растворе хитозана При любом способе инициирования получали дисперсию сополимера На рис 9 приведены зависимости глубины превращения мономера при сополимеризации хитозана с ГЭМА инициированием ДАК (2) и Н2О2 — СъЩОо (1), а также с АН при УФ-ипициировании
Полимеризация, инициированная гес1ох-системой, приводит к быстрому превращению ГЭМА Скорость исчерпания мономера при этом коррелирует со скоростью деградации хитозана, проводимой действием такого же количества Н2О2 и СвНьОв Поскольку доказано, что взаимодействие Н2О2 и С^ЩОв в присутствии хитозана приводит только к разрыву гликозидной связи макромолекул полисахарида и не затрагивает функциональных групп, можно утверждать, что
конверсия, %
Г
Рис 9 Конверсия мономера при сополимеризации
"хтз/г/гэмА=0 4 (1,2) с инициированием (1) - Я202-С6Я806
1, Т=2ГС), (2) - ДАК Ктз/"дак=18, Г=65°С) и (3) ^хтз/"ан=0 14 с УФ-инициированием, Т=30°С
60
20
40
40 80 120 160 200 240 ^ мин
сополимеризация, инициированнная геёох-системой, сопровождается уменьшением ММ хитозана с одновременным образованием блок-сополимера При инициировании ДАК очевидно происходит прививка п-ГЭМА в виде боковых цепей Это доказывается различиями в ИК-спектре сополимеров В сополимере, полученном при инициировании ДАК, возрастает интенсивность полос поглощения 1573 см-1 (вторичные амины) и 1158 см-1 (симметричные валентные колебания простой эфирной группы) по сравнению с полосой поглощения 1074 см-1 (валентные колебания связи С — Ы) Относительная интенсивность данных полос во втором сополимере (гес1ох-инициирование) значительно меньше, сравнима с наблюданмой у исходного хитозана Таким образом, прививка цепей п-ГЭМА при инициировании ДАК происходит по функциональным группам хитозана в виде боковых цепей
Имеются отличия и в растворимости продуктов сополимеризации хитозана с ГЭМА при различных способах инициирования Добавление ИПС к дисперсиям приводит к гомогенизации в обоих случаях В то время как добавление 1,4-диоксана вызывает превращение дисперсии в раствор только для блок-сополимера
Результаты экстрагирования гомополимера п-ГЭМА из продуктов сополимеризации показывают, что при блок-сополимеризации образуется меньшее количество гомополимера (15 против 23%) Экстракцию гомополимера п-ГЭМА и присутствие привитых на хитозан цепей п-ГЭМА после удаления гомополимера доказывали ИК-спектром
Отсутствие изломов на кривой турбидиметрического титровании разбавленной водной дисперсии сополи-хитозан-прив-ГЭМА изопропиловым спиртом доказывает, что хитозан полностью вступает в реакцию, то есть непривитого хитозана не остается
В работе была исследована привитая сополимеризация на хитозан при УФ-инициировании Мономером был выбран АН, фоточувствительным инициатором — кетон Михлера (2 мае % к хитозану), так как оба реагента обладают частичной растворимостью в воде и кислых водных растворах Из рисунка 9 (кривая 3) видно, что за пять часов облучения конверсия мономера составила 35% В процессе полимеризации реакционная смесь теряет прозрачность, и в данном случае не удается достигнуть более глубоких конверсии Образование привитого сополимера доказывали гравиметрически и по появлению полосы поглощения 2260 см-1, соответствующей валентным колебаниям цианогруппы в ИК-спектре привитого продукта
При анализе процесса привитой сополимеризации АН на хитозан с УФ-инициированисм следует отметить два существенных момента во-первых, отсутствие гомополимера, что доказано экстрагированием димстилсульфокси-дом — хорошим растворителем для п-АН, во-вторых, отсутствие разрыва гли-козидных связей Последнее подтверждается постоянством значения вязкости исходного раствора хитозана и подвергнутого действию УФ-излучения в тех же условиях, в каких проводилась сополимеризация
Образование исключительно привитого сополимера при ультрафиолетовом облучении по-видимому можно объяснить особенностями стадии инициирования химическим взаимодействием между субстратом и инициатором — хито-заном и кетоном Михлера — с образованием иминной связи Под воздействием УФ-излучения происходит ее гомолитический разрыв, что приводит к образованию активных радикалов только на цепях хитозана
Таким образом, предложен новый способ блок-сополимеризации хитозана с мономерами винилового ряда, и показана принципиальная возможость проведения привитой сополимеризации под действием УФ-излучения без образования гомополимера и разрыва гликозидной связи
Глава 5 посвящена описанию возможностей практического использования полученных новых веществ Так гидрофобизированный хитозап и особенно оли-гохитозан способны заметно влиять на поверхностное натяжение жидкостей и самопроизвольно структурироваться, что может быть интересно при создании пористых мембран или устройств, подобных жидким линзам Алкилированный ОМА хитозап способен оказать пластифицирующее действие при добавлении его в качестве компонента при создании пленочных композиций с исходным хито-
заном, компенсируя его хрупкость. Оптимальный эффект с точки зрения соотношения прочности и деформируемости достигается при использовании высокомолекулярного алкилированного хитозана с С3=2. Добавление 50 мас.% данного вещества к хитозану приводит к росту относительного удлинения в 3-5 раз. Показано, что величина пластифицирующего эффекта существенно зависит от ММ вводимой добавки и длины углеводородного радикала-заместителя: 50 мас.% алкилированного ОМА хитозана с М = 104 и С3=0.5 улучшает относительное удлинение при разрыве в 10 раз, а 2.5 мас.% высокомолекулярного модифицированного ГДИЦ хитозана увеличивает относительное удлинение в 4.5 раза без снижения разрывной прочности.
Хитозаны различной ММ, а также цианэтил- и амидоксимхитозаны испытаны в качестве коагулянтов—флокулянтов на примере коагуляции акрилат-иых латексов. Их коагулирующую способность сравнивали с действием хлорида алюминия. Зависимость величины порога коагуляции (Ск) от ММ коагулянта на основе хитозана показана на рис. 10. Для раствора А1С1з Ск — 0.330 ммоль/л, пороговая концентрация флокулирующей способности хитозана с М ~ 8 х 104 Сфл = 0.041 ммоль/л.
Ск • 103, ммоль/л 20
15 |- ^^ Рис. 10. Зависимость величины порога
^ I ^ коагуляции от молекулярной массы
коагулянта: _______ 2 1 — хитозан,
-5- 2 — цианэтилхитозан,
М10-3 ^ — амиД°ксим хитозана.
Представленные данные показывают, что из рассмотренного ряда веществ наилучшими свойствами в качестве коагулянта обладают амидоксимпые производные низкомолекулярного хитозана. Наблюдается 150-кратное понижение порога коагуляции по сравнению с таковым для хлорида алюминия. Цианэтилхитозан также демонстрирует хорошую коагулирующую способность. Объяснить рост Ск у хитозанов большей ММ можно уменьшением степени протони-рования. Это предположение хорошо согласуется с различиями в реакционной способности, рассмотренными выше для циапэтилирования хитозанов.
Амидоксим хитозана с М — 1 х 104 исследовали в качестве бактерицидно-
го
го вещества. Из таблицы 4 видно, что амидоксим хитозана обладает высокой бактерицидностыо по отношению к изученным видам бактерий. В специальных опытах было показано, что низкомолекулярный немодифицировапный хитозап не обладает выраженной активностью к данным бактериям.
Таблица 4. Бактерицидность амидоксима хитозана (М = 1 х 104)
Вид бактерий Зона задержки роста, мм
Echerichia coli 16
Pseudomonas aeruginosa 14
Streptococcus salivarius 13
Stapliylococcus aureus 14
Выводы
1. Разработан эффективный метод получения хитозана с заданной молекулярной массой вплоть до олигомеров радикальной деградацией высокомолекулярного хитозана под действием окислительно-восстановительной системы пероксид водорода—аскорбиновая кислота. Энергия активации процесса составляет 5 кДж/моль, константа скорости реакции (к=6 х 10"2мин.-1) на два порядка выше по сравнению с деструкцией, обусловленной термическим разложением пероксида водорода. Деградация не сопровождается побочными реакциями функциональных групп звена глюкозамина. Предложенный метод применим и к другим полисахаридам. Деградация хитозана, проводимая в присутствии виниловых мономеров, приводит к образованию блок-сополимеров.
2. Впервые обнаружено, что в узком интервале концентраций (^сязсооя/Ихитозап ~ 5, г/яст/^итозан ~ 0.8) растворы хитозана ведут себя как ньютоновские жидкости. Доказана связь этого эффекта с конфирмационными перестройками макромолекул вплоть до перехода спираль-клубок при изменении ионной силы раствора. Водорастворимые формы хитозана с преобладанием мопо-, ди- и тримеров получаются лишь из ньютоновских растворов.
3. По реакции Михаэля получен хитозап, модифицированный акрилопитрилом и (мст)акриловыми эфирами. Показано, что реакция идет как по амипо-, так и по гидроксильным группам, степень замещения функциональных групп звена
глюкозамина зависит от молекулярной массы хитозана Растворимость модифицированного хитозана в органических растворителях и механические свойства пленок их в смеси с хитозаном определяются длиной углеводородного радикала, а также количеством заместителей в мономерном звене хитозана
4 Впервые осуществлен способ алкилирования звена глюкозамина при использовании азида стеариновой кислоты как латентного изоцианата Продукт реакции обладает свойствами дифильности
5 Осуществлен синтез привитых сополимеров хитозана с акрилонитрилом при УФ-инициировании в присутствии кетона Михлера Отличительной особенностью этих условий полимеризации является отсутствие образования гОмопо-лимера и деградации цепей хитозана
6 Олигохитозаны, а также цианэтил- и амидоксимы олигохитозанов являются высокоэффективными коагулянтами Порог коагуляции акрилатных латек-сов для низкомолекулярных амидоксимов хитозана в 150 раз ниже, чем для хлорида алюминия
Список публикаций по теме диссертации
1 Федосеева Е Н , Смирнова Л А , Сорокина М А , Пастухов М О Радикальная деградация хитозана при участии окислительно-восстановительной системы //Журн прикладн химии - 2006, - Т 79-Вып 5-С 857-861
2 Федосеева Е Н , Семчиков Ю Д , Смирнова Л А Деструкция хитозана в растворах под действием окислительно-восстановительной системы // Вы-сокомолек соед Сер Б - 2006 - Т 48 - №10 - С 1930-1935
3 Федосеева Е Н , Будруев А В , Семчиков Ю Д , Смирнова Л А , Федосеев В Б Особенности получения алкилсодержащих производных хитозана и его олигомеров в реакциях полимераналогичных превращений // Высокомолек соед Сер А - 2007 - Т 49 - № - С 1462-1470
4 Федосеева Е Н , Мочалова А Е , Смирнова JI А Сорбционные, коагуляци-онные и флокулирующие свойства хитозана и его производных // Вестник ИНГУ „Серия Химия" - 2006 - Вып 1(5) - С 52-60
5 Федосеев В Б , Федосеева Е Н Применение методов теории разбиений при описании дисперсных систем //Прикладная механика и технологии ма-
шиностроения Сб науч тр Н Новгород Интелсервис - 2005 - Вып 1(8) -С 110-116
6 Федосеев В Б , Федосеева Е Н Исследование кинетики деградации хитозана вискозиметрическим и акустическим методами //Моделирование динамических систем Сб науч тр Н Новгород Интелсервис - 2007 - С 3-10
7 Андриянова Н А , Федосеева Е Н , Черкасова Е И , Аверченко А С Модификация хитозана и его олигомеров в реакциях нуклеофильного присоединения акрилонитрила и гидроксиламина // Материалы 11 Межд конф студентов и аспирантов Синтез исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений - Казань, 2005 - С 174
8 Андриянова Н А , Федосеева Е Н , Смирнова JI А Синтез разветвленных производных олигомеров хитозана Структура и свойства // Тез докл 9 межд конф По химии и физикохимии олигомеров - Одесса, 2005 - С 234
9 Федосеева Е Н , Сорокина М А , Смирнова Л А Получение олигомеров хитозана под действием окислительно-восстановительных систем // Тез докл 9 межд конф По химии и физикохимии олигомеров - Одесса, 2005 - С 263
10 Федосеева Е Н , Мочалова А Е Полифункциональные свойства хитозана и его производных как флокулянтов, коагулянтов и сорбентов // Современные проблемы науки о полимерах 11 Санкт-Петербургская конференция молодых ученых - Санкт-Петербург, 2006 - С 80
11 Федосеева Е Н , Федосеев В Б Применение методов теории разбиений при описании дисперсных систем // Современные проблемы науки о полимерах 11 Санкт-Петербургская конференция молодых ученых - Санкт-Петербург, 2006 - С 59
12 Федосеева Е Н , Смирнова Л А Модифицирование свойств хитозана введением алкильного заместителя //4 Всерос Каргинская конф «Наука о полимерах 21-му веку» - Москва, 2007 - Т 2 - С 439
13 Федосеева ЕН, Смирнова Л А, Павлов ДВ, Тонышев AB Механические свойства композиций на основе хитозана // Всероссийской научно-технической конференции Фундаментальные проблемы машиноведения Новые технологии и материалы - Н Новгород, 2006 - С 115
14 Федосеева Е Н , Смирнова Л А Роль растворителя при получении олигоме-ра хитозана радикальной деградацией //Тез докл Третья международная школа по химии и физикохимии олигомеров - Петрозаводск, 2007 - С 103
15 Федосеева Е Н , Смирнова JI А Модифицирование олигомеров хитозана по реакции Михаэля // Тез докл Третья международная школа по химии и физикохимии олигомеров - Петрозаводск, 2007 - С 104
16 Fedoseeva Е N , Smirnova L А, Fedoseev F В The influence of chitosan molecular weight on the substitution degree of functional groups m Michael reaction XVI Int Conf on chemical thermodynamics m Russia (RCCT 2007) X Int Conf on the problems of solvation and complex formation m solutions Abstr Vol II - Suzdal, 2007 - P 419
Федосеева Елена Николаевна
ДЕГРАДАЦИЯ ХИТОЗАНА ПОД ДЕЙСТВИЕМ ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ И МОДИФИЦИРОВАНИЕ НИЗКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ ХИТОЗАНОВ ПОЛИМЕРАНАЛОГИЧНЫМИ ПРЕВРАЩЕНИЯМИ И СОПОЛИМЕРИЗАЦИЕЙ
02 00 06 — высокомолекулярные соединения
АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук
Подписано в печать 03 10 2007 г Формат 60x84 1/16 Бумага офсетная Печать офсетная Уел п л 1 Заказ № 1040 Тираж 100 экз
Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии Нижегородского госуниверситета им Н И Лобачевского 603000, г Н Новгород, ул Б Покровская, 37
Введение
1 Обзор литературы
1.1 Применение олигохитозана.
1.2 Получение олигохитозана.
Мехаиохимические способы.
Фото- и радиохимическая деструкция.
Ферментативная деструкция
Химическая деструкция.
1.3 Модифицирование хитозана и олигохитозана.
Модифицирование ириродн ы м и пол и морам и: i юл иэлектролитные комплексы и сшитые гели.
Полимерапалогичные превращения
Сополимеризация.
1.4 Применение химически модифицированного хитозана
2 Экспериментальная часть
2.1 Вещества и реактивы
2.2 Методики проведения анализа.
2.3 Методики проведения реакций.
Деградация полисахарида.
Модифицирование хитозана по реакции Михаэля
Конденсация с гоптадецилизоцианатом
Привитая и блок-сополимеризация.
2.4 Методики испытаний.
3 Деструкция хитозана в растворе
3.1 Радикальная деградация хитозана в гомогенных условиях под действием окислительно-восстановительной системы
Кинетика деградации хитозана.
Деструкция хитозана под действием других реагентов
3.2 Влияние растворителя па копформацию макромолекул хитозана
3.3 Деградация других полисахаридов.
Эфиры целлюлозы.
Хондроитин.
Крахмал.
4 Модифицирование хитозана
4.1 Особенности получения алкилсодержащих производных хитозана и его олигомеров в реакциях полимераналогичных превращений.
Модифицирование хитозана по реакции пуклеофильного присоединения к двойной связи непредельных эфиров в реакции Михаэля.
Получение цианэтилированного производного хитозана и олигохитозапа по реакции Михаэля. Синтез амидокеима хитозана.
Модифицирование хитозана по реакции конденсации
Модифицирование по концевым группам.
С) зависимости реакционной способности хитозана в реакциях Михаэля от его молекулярной массы.
4.2 Блок- и привитая сополимеризация на хитозан.
5 Применение модифицированных хитозанов
5.1 Смесовые композиции хитозана и алкилированного хитозана
5.2 Коагулянты на основе хитозана.
5.3 Бактерицидные свойства амидоксима хитозана.
Актуальность проблемы. Ежегодно в природной среде синтезируется несколько млрд. тонн хитина — второго после целлюлозы по распространенности в природе полисахарида. Сотни тысяч тонн хитина становятся отходами пищевой промышленности. Возможность рационального использования этого многотоннажного природного полимера определяет рост интереса к исследованиям, расширяющим круг продуктов переработки хитина и сферу их использования, или повышающим эффективность переработки.
К числу наиболее востребованных производных хитина относятся продукты его частичного или полного деацетилироваиия, имеющие общее название хитозан. Востребованность хитозана объясняется его биосовмести-мостыо, высокой биологической активностью, реакционноспособностью, а также технологичностью, обусловленной, в частности, растворимостью хитозана в водных растворах некоторых минеральных и органических кислот. В настоящее время хитозан широко применяется в пищевой и текстильной промышленности, медицине, биотехнологии, косметике, производстве бумаги, процессах обработки сточных вод и др. Однако потенциал практического использования хитозана существенно превышает достигнутый в настоящее время уровень. Решить актуальную задачу роста потребления хитозана можно приданием ему способности растворяться в воде при нейтральных значениях рН и(или) в органических растворителях, а также химической модификацией как самого хитозана, так и его олигомеров.
Данная работа выполнена в соответствии с одним из традиционных научных направлений кафедры высокомолекулярных соединений и коллоидной химии ННГУ им. Н.И. Лобачевского, проводимых в соответствии с планами НИР в 2004-2007 гг. (ТСЮ-9.2-2046, проект 203.02.06.011, Е02-5.0-208, Т02-09.2-2377).
Целью настоящей работы является: установление закономерностей деградации хитозана под действием окислительно-восстановительных систем и модифицирование хитозанов различной молекулярной массы полимерана-логичными превращениями с (мет)акрилатами и азидом стеариновой кислоты, а также иривитой и блок-сополимеризацией с (мет)акриловыми мономерами.
При этом решались следующие задачи:
1. Разработка экономичного эффективного способа получения низкомолекулярного хитозана и его олигомеров контролируемой деструкцией без изменения химического состава мономерного звена (деградацией).
2. Исследование конформационного состояния макромолекул хитозана в водных растворах кислот различных концентраций и его влияния на деградацию.
3. Установление направления реакции в мономерных звеньях хитозана и олигохитозана при взаимодействии их с акрилонитрилом и октилме-такрилатом по механизму нуклеофильного присоединения, а также в реакции поликонденсации с гептадецилизоцианатом.
4. Выявление зависимости реакционной способности хитозана от молекулярной массы в реакции Михаэля, сопоставление свойств продуктов реакции.
5. Изучение особенностей сополимеризации хитозана с виниловыми мономерами при использовании различных инициирующих систем: азо-соединений, окислительно-восстановительных систем и УФ-излучения.
Объектами исследования были выбраны хитозан (акционерное общество „Сонат", г.Москва, „Биопрогресс", п.Биокомбинат, Московская обл.) с ММ = (80 4- 180) х 103, ряд полисахаридов различного строения, окислительно-восстановительные системы инициирования пероксид водорода-аскорбиновая кислота, персульфат аммония-тиосульфат натрия; мономеры (мет)акрилового ряда, азид стеариновой кислоты. Методы исследования: Кинетика реакций, состав и свойства веществ изучены методами вискозиметрии, ИК-спектроскопии, элементного анализа, гель-проникающей хроматографии, турбидиметриметрии, гравиметрии, титриметрии, а также оптическими, акустическими и механическими методами.
Научная новизна: Предложено использование окислительно-восстановительной системы пероксид водорода—аскорбиновая кислота для химической деградации хитозана в интервале температур 0-^25°С. Константа скорости реакции деградации хитозана в этих условиях на два порядка выше по сравнению с аналогичной термоинициируемой реакцией иод действием радикальных инициаторов, в частности, пероксида водорода. Снижение температуры исключает негативные явления дезаминирования и окисления гидроксильных групп мономерного звена хитозана. Изменение соотношений реагентов позволяет получать низкомолекулярный хитозан с регулируемой молекулярной массой вплоть до водорастворимых форм.
Продемонстрирован общий характер воздействия радикалов окислительно-восстановительных систем на различные полисахариды, приводящий к снижению их молекулярной массы, что определяется в основном доступностью гликозидной связи.
Впервые доказано, что изменение соотношения компонентов вода-кислота (СЩСООН, НС1) в растворителе вызывает конформационный переход спираль-клубок макромолекул хитозана в растворе. Выявлено существенное влияние конформационного состояния макромолекул на глубину деградации.
Установлено, что при модифицировании хитозана по реакции Михаэля степень замещения функциональных групп мономерного звена зависит от молекулярной массы хитозана. Причем реакция преимущественно иротекаст по непротоиировапным аминогруппам.
Предложен новый метод модифицировании состава мономерного звена хитозана действием азидов в качестве латентных изоцианатов в гомогенных условиях. Показано, что гентадецилизоцианат в водно-диоксановом растворе практически полностью вступает в реакцию конденсации с аминогруппами хитозана.
Осуществлен синтез блок-сополимеров хитозана с виниловыми мономерами инициированием гес1ох-системой в интервале температур 20 -f- 25°С.
Показана эффективность использования кетона Михлера как фоточувствительного соипициатора при УФ-инициировании привитой сополимери-зации на хитозан без образования гомополимера.
Практическая ценность работы состоит в том, что разработан эффективный, экологически чистый, ресурсо- и энергосберегающий метод получения олигомеров хитозана с заданной молекулярной массой и синтеза блок-соиолимеров хитозана с виниловыми мономерами. Процесс проводится без нагревания в присутствии малых количеств пероксида водорода и аскорбиновой кислоты. На основе олигохитозана получены новые катион-ные коагулянты, эффективность которых в несколько раз выше традиционно используемого сульфата алюминия, и микробиологические препараты, подавляющие активность некоторых видов патогенных бактерий. Основные положения, выносимые на защиту:
1. Разработан новый метод получения низкомолекулярного хитозана радикальной деградацией полисахарида действием системы #202-CqHSOQ.
2. Глубина деградации хитозана зависит от конформационного состояния макромолекул, которое изменяется вплоть до перехода спираль-клубок.
3. Изучены условия реакций нуклеофильного присоединения хитозана и олигохитозана к поляризованным двойным связям непредельных соединений, а также конденсации с изоцианатами и свойства образующихся продуктов.
4. Предложен новый способ блок-сополимеризации хитозана с виниловыми мономерами при redox-инициировании, привитой полимеризации с УФ-шшциированием в присутствии соинициатора — кетона Михлера.
Личный вклад автора. Автором получены основные результаты, представленные в диссертации. На основе экспериментальных данных разработана модель поведения макромолекул хитозана в кислых водных растворах, оптимизированы условия получения низкомолекулярного хитозана в энерго-, ресурсосберегающем процессе. Автор внес значительный вклад в интерпретацию результатов экспериментов, объяснение наблюдающихся закономерностей.
Апробация работы и публикации. Материалы диссертации представ'-лены в 6 статьях и 10 тезисах докладов.
Результаты работы обсуждались на XVI Международной конференции по химической термодинамике 11ССТ-2007(Суздаль, 2007); IX Межд. конф. по химии и физикохимии олигомеров (Одесса, 2005); 11 Санкт-Петербургской конференции молодых ученых „Современные проблемы науки о полимерах" (Санкт-Петербург, 2006); 4 Всерос. Каргинской конф. „Наука о полимерах 21-му веку" (Москва, 2007); Всероссийской научно-технической конференции „Фундаментальные проблемы машиноведения: Новые технологии и материалы" (Н.Новгород, 2006); на Третьей международной школе но химии и физикохимии олигомеров (Петрозаводск, 2007); 11 Межд. конф. студентов и аспирантов „Синтез исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений". (Казань, 2005).
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, выводов и списка цитируемой литературы (138 библиографических ссылок). Работа изложена на 159 страницах машинописного текста, включая 51 рисунок, 11 таблиц.
Заключение и выводы
1. Разработан эффективный метод получения хитозана с заданной молекулярной массой вплоть до олигомеров радикальной деградацией высокомолекулярного хитозана под действием окислительно-восстановительной системы пероксид водорода—аскорбиновая кислота. Энергия активации процесса составляет 5 кДж/моль, константа скорости реакции (k=6 X 10~2мин.-1) на два порядка выше по сравнению с деструкцией, обусловленной термическим разложением пероксида водорода. Деградация не сопровождается побочными реакциями функциональных групп звена глюкозамина. Предложенный метод применим и к другим полисахаридам. Деградация хитозана, проводимая в присутствии виниловых мономеров, приводит к образованию блок-соиолимеров.
2. Впервые обнаружено, что в узком интервале концентраций {^сщсоон/^хитозан ~ 5, vHci/vxитозан ~ 0.8) растворы хитозана ведут себя как ньютоновские жидкости. Доказана связь этого эффекта с конформационными перестройками макромолекул вплоть до перехода спираль-клубок при изменении ионной силы раствора. Водорастворимые формы хитозана с преобладанием мопо-, ди- и тримеров получаются лишь из ньютоновских растворов.
3. По реакции Михаэля получен хитозан, модифицированный акрилонит-рилом и (мет)акриловыми эфирами. Показано, что реакция идет как по амино-, так и по гидроксильным группам, степень замещения функциональных групп звена глюкозамина зависит от молекулярной массы хитозана. Растворимость модифицированного хитозана в органических растворителях и механические свойства пленок их в смеси с хитозаном определяются длиной углеводородного радикала, а также количеством заместителей в мономерном звене хитозана.
4. Впервые осуществлен способ алкилирования звена глюкозамина при использовании азида стеариновой кислоты как латентного изоцианата. Продукт реакции обладает свойствами дифильности.
5. Осуществлен синтез привитых сополимеров хитозана с акрилонитри-лом при УФ-инициировании в присутствии кетона Михлера. Отличительной особенностью этих условий полимеризации является отсутствие образования гомополимера и деградации цепей хитозана.
6. Олигохитозаны, а также цианэтил- и амидоксимы олигохитозанов являются высокоэффективными коагулянтами. Порог коагуляции акри-латных латексов для низкомолекулярных амидоксимов хитозана в 150 раз ниже, чем для хлорида алюминия.
1. Елагин, А. Л. Конформация изолированной макромолекулы хитина / A. JT. Елагин, А. И. Перцин // Высокомолек. Соед. Сер. А. - 1983. - Т. 25, № 4. - С. 804-811.
2. Shepherd, R. Chitosan functional properties / R. Shepherd, S. Reader, A. Falshaw // Glycoconjugate Journal. — 1997. — no. 14. — Pp. 535-542.
3. Быкова, В. M. Сырьевые источники и способы получения хитина и хитозана /
4. B. М. Быкова, С. В. Немцев // Химия и технология полимеров. — Москва: Наука, 2002.-Т. 1.-С. 6-22.
5. К.Э. Будовская. Изучение взаимосвязи строения и свойств производных хитозана с ионогенными группами различных типов.(2000). Дисс. канд. хим. наук. Москва: МГТУ им.А.Н.Косыгина, 147 с.
6. Полиэлектролитные комплексы на основе хитозана / Е. Е. Скорикова, Г. А. Вихо-рева, Р. И. Калюжная и др. // Высокомолек. соед. Сер.А. — 1988.— Т. 30, № 1.—1. C. 44-49.
7. Preparation of photoactive chitosan-niobium (V) oxide composites for dye degradation / J. D. Torres, E. A. Faria, J. R. SouzaDe, A. G. Prado // J. of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. 2006. - Vol. 182. - P. 202-206.
8. Быкова, В. M. Некоторые аспекты использования хитина и хитозана в качестве флокулянтов / В. М. Быкова, Е. А. Ежова, С. В. Немцев // Аграрная Россия,— 2004. — № 5.-С. 30-31.
9. Zhang, М. Insecticidal and Fungicidal Activities of Chitosan and Oligo-chitosan / M. Zhang, T. Tan // J. bioactive and compatible polym.— 2003. — September.— Vol. 18.-Pp. 391-400.
10. Radiation-induced degradation of carboxymethylated chitosan in aqueous solution / L. Huang, M. Zhai, J. Peng et al. // Carbohydrate Polymers. — 2007.— Vol. 67.— Pp. 305-312.
11. Ахметова, И. Э. Физиологические особенности формирования защитных реакций пшеницы при действии хитоолигосахаридов. Автореф. дисс. на соискание степени канд. биол. наук. Уфа: Институт биохимии и генетики РАН, 2000. 28 с.
12. Модулирование болезнеустойчивости растений с помощью водорастворимого хитозана / Н. И. Васюкова, С. В. Зиновьева, J1. И. Ильинская и др. // Прикладная биохимия и микробиология. — 2001. — Т. 37, JV8 1. — С. 115-122.
13. Конкина, 3. М. Влияние олигомера хитозана на фаговые частицы и репродукцию фага 1-97А в культуре Bacillus thuringiensis / 3. М. Кочкина, С. Чирков // Микробиология. 2001. - Т. 70, № 6. - С. 820-824.
14. Гамзазаде, А. И. Производные хитина/хитозана контролируемой структуры в качестве потенциально новых биоматериалов. Дисс. доктора хим. наук, Москва: 2005, ИНЭОС, им. А.Н. Несмеянова РАН.
15. Surgunova, N. A. The inhibition of systemic viral infections in potato and tomato plants by chitosan treatment / N. A. Surgunova, Y. A. Varitsev, S. N. Chircov // J. Russ. Phytopathol. Soc. 2000.- T. 1, № 1.- C. 59-62.
16. Производные хитина и хитозана как элиситеры фитофтороустойчивости картофеля / Н. И. Васюкова, Г. И. Чаленко, Н. Г. Герасимова и др. // Прикладная биохимия и микробиология. — 2000. — Т. 36, № 4. — С. 433-438.
17. Мацковяк, А. Возможность использования устойчивости, индуцированной хитозаном, в борьбе с бактериальными болезнями / А. Мацковяк, Г. Поспешны // 1-я Всероссийская конференция по иммунитету растений к болезням и вредителям. — С.-П., 2002.-С. 147-148.
18. Влияние хитина и его производных на онтогенез колорадского жука / Г. В. Бень-ковская, Е. С. Салтыкова, А. В. Поскряков, А. Николенко // Агрохимия. — 2001.— №3.-С. 73-77.
19. Влияние хитоолигосахаридов на медоносную пчелу Apis mellifera L / Е. С. Салтыкова, Г. В. Беньковская, А. В. Поскряков, А. Г. Николенко // Агрохимия. — 2001. — № 2. С. 70-75.
20. Жоголев, К. Д. Препараты на основе хитина и хитозана в медицине и рациональном питании / К. Д. Жоголев, В. 10. Никитин, В. Н. Цыган. — СПб., 2000.
21. Медико-биологическое обоснование применения производных хитозана в качестве пищевых добавок / К. Д. Жоголев, В. Н. Цыган, В. Ю. Никитин, В. Н. Егоров // Аллергология и иммунология. — 9. — Т. 1, Л'® 2. — С. 275-278.
22. Алиева, Л. Р. Разработка технологии напитков из молочной сыворотки с применением хитозана. Дисс. канд. техн. наук, Ставрополь, СевКав ГТУ. 2005.
23. Мочалова А.Е. Синтез и свойства привитых блок-сополимеров и смесей гомополимеров N-винилпирролидона и акриламида с хитозаном. Дисс. канд. хим. наук, Н.Новгород, ННГУ. 2006.
24. Хувипк, Р. Основы химии и физики полимеров / Р. Хувинк, А. Ставерман // Химия и технология полимеров. — Перевод с немецкого иод ред. М. М. Котона изд. M.-JL: Химия, 1965. - Т. 1.30. Patent W003/094893.
25. Trzciriski, S. Kinetics of ultrasonic degradation and polymerisation degree distribution of sonochemically degraded chitosans / S. Trzcinski, D. U. Staszewska // Carbohydrate Polymers. 2004. - Vol. 56. - P. 489-498.
26. United States Patent 6,316,007. November 13, 2001.
27. Chang, K. L. B. Kinetics and Products of the Degradation of Chitosan by Hydrogen Peroxide / K. L. B. Chang, M.-C. Tai, F.-H. Cheng // J. Agric. Food Chem.- 2001.-Vol. 49.-Pp. 4845-4851.
28. Sonication-Assisted Extraction of Chitin from Shells of Fresh Water Prawns (Macro-brachium rosenbergii) / G. T. Kjartansson, S. Zivanivic, K. Kristbergsson, J. Weiss // J. Agric. Food Chem. 2006. - Vol. 54.- Pp. 3317-3323.
29. Гамзазаде, А. И. Структурная неоднородность как фактор изменчивости свойств хитина и хитозана / А. И. Гамзазаде // Химия хитина и хитозана. — М.: Наука, 2002.-С. 112.
30. Влияние размола на структуру и свойства хитозана / Т. А, Акопова, С. 3. Роговина, И. Н. Горбачева и др. // Высокомолек. соед., Серия А.— 1996.— Т. 38, № 2.— С. 263-268.
31. Изучение фракционного состава хитозана, полученного твердофазным и суспензионным методами / Г. А. Вихорева, С. 3. Роговина, Т. А. А. С. Зеленецкий, J1. Галь-брайх // Высокомолек. соед., Серия Б. — 1996. — Т. 38, № 10.- С. 1781-1785.
32. Образование хитозана из хитина в условиях сдвиговых деформаций / Т. А. Акопова, С. 3. Роговина, Г. А. Вихорева и др. // Высокомолек. соед., Серия В. — 1991. — Т. 33, № 10.-С. 735-737.
33. Effect of g-Irradiation on Degradation of Alginate / D. W. Lee, W. S. Choi, M. W. Byun et al. // J. Agric. Food Chem. 2003. - Vol. 51.- Pp. 4819-4823.
34. Shao, J. Studies on preparation of oligoglucosamine by oxidative degradation under microwave irradiation / J. Shao, Y. Yang, Q. Zhong // Polymer Degradation and Stability. 2003. - Vol. 82, no. 3. - Pp. 395-398.
35. Галиаскарова, Г. Г. Закономерности деструкции хитозана под действием перекиси водорода и озона. Автореф. канд. дис. Уфа: Институт органической химии РАН. -1997.
36. Moisture retention and antibacterial activity of modified chitosan by hydrogen peroxide / C. Qin, Y. Du, L. Xiao et al. // J. of Applied Polymer Science. — 2002. — Vol. 86, no. 7. Pp. 1724-1730. '
37. Hsu, S.-C. Free radical degradation of chitosan with potassium persulfate / S.-C. Hsu, T.-M. Don, W.-Y. Chiu // Polymer Degradation and Stability.— 2002.— no. 15.— Pp. 73-83.
38. Получение низкомолекулярного водорастворимого хитозана / К. Ю. Муринов, А. И. Волошин, И. Н. Красногорская, 10. Ф. Соков // Изв. АН. Сер. хим. — 2002. — № 1. С. 52-55.
39. Патент 2001115860/04 RU, МПКС08В37/08, МПКА61К31/722, МПКА23Ы/056. Способ получения водорастворимых форм хитозана.
40. Factors Affecting the Composition of Oligosaccharides Produced in Chitosan Hydrolysis Using Immobilized Chitosanases / T. Kuroiwa, S. Ichikawa, O. Hiruta et al. // Biotechnol. Prog. 2002. - Vol. 18. - Pp. 969-974.
41. Ilyina, A. V. The preparation of low-molecular-weight chitosan using chitinolitic complex from Streptomyces kurssanovi / A. V. Ilyina, N. Y. Tatarinova, V. P. Varlamov // Process Biochemistrij. 1999. - Vol. 34, no. 9. - Pp. 875-878.
42. Получение низкомолекулярного водорастворимого хитозана / С. В. Немцев, А. В. Ильина, С. М. Шинкарев и др. // Биотехнология. — 2001. — № 6. — С. 37-42.
43. Enzymic preparation of acid-free-water-soluble chitosan / A. V. Uyina, V. E. Tikhonov,
44. A. I. Albulov, V. P. Varlamov // Process Biochemistry. — 2000.— Vol. 35, no. 6.— Pp. 563-568.
45. Дормидоптова, О. В. Возможность получения водорастворимых олигомеров хитозана с помощью микромицетов / О. В. Дормидоптова, В. Ф. Смирнов, JI. А. Смирнова // Биотехнология. — 2002. — № 6. — С. 27-34.
46. Способ получения водорастворимых олигосахаридов. Заявка на изобретение Л'2 93021006. 1996.01.27.
47. Окислительная деструкция хитозана под действием гипохлорита и хлорита натрия. Муринов К.Ю. Автореферат диссертации канд. хим. наук. Уфа: Институт органической химии РАН. 2002. 24 с.
48. Причины нестабильности вязкостных свойств уксуснокислотных растворов хитозана / А. В. Миронов, Г. А. Вихорева, Н. Р. Кильдеева, С. А. Успенский // Высо-комолек. соед. Сер. Б. 2007. - Т. 49, № 1. - С. 136-138.
49. Rupley, J. A. The hydrolysis of chitin by concentrated hydrochloric acid, and the preparation of low-molecular-weight substrates for lysozyme / J. A. Rupley // Biochim. Biophys. Acta. 1964. - Vol. 83. - Pp. 245-255.
50. Hasegawa, M. The hydrolysis of chitin by concentrated hydrochloric acid, and the preparation of low-molecular-weight substrates for lysozyme / M. Hasegawa, A. Isogai, F. On-abe // Carbohydr. Polym. 1993. - Vol. 20.- Pp. 279-283.
51. Jia, Z. Effect of reaction temperature and reaction time on the preparation of low-molecular-weight chitosan using phosphoric acid / Z. Jia, D. Shen // Carbohydrate Polymers. 2002. - Vol. 49. - Pp. 393-396.
52. Allan, G. G. Molecular weight manipulation of chitosan I: kinetics of depolymerization by nitrous asid / G. G. Allan, M. Peyron // Carbohydr. Res. — 1995.— Vol. 277.— Pp. 257-272.
53. Етсуко Накао. Олигомер хитина или хитозана и способ его получения. Пат. 4831001/05 JP. 1990.08.28.
54. Перекись водорода и перекисные соединения / Под ред. М. Е. Позина. — М.-Л.: ГНТИ хим. лит., 1951. 476 с.
55. Хемилюминесцентные методы исследования медленных химических процессов /
56. B. Я. Шляпинтох, О. Н. Карпухин, Л. М. Постников и др. — Москва: Наука, 1966. — Т. 1.- 130 с.
57. Oxidative destruction of chitosan under the effect of ozone and hydrogen peroxide / N. N. Kabal'nova, K. Y. Murinov, I. R. Mullagaliev et al. // J. of Applied Polymer Science. 2001. - May. - Vol. 81, no. 4. - Pp. 875-881.
58. Окислительная деструкция хитозана при озонировании / И. Р. Муллагалиев, Н. Н. Кабальнова, Г. Г. Галиаскарова и др. // Журнал прикладп. химии. — 1997. — Т. 70, № 10.-С. 1709-1712.
59. Chitosan Chemistry and Pharmaceutical Perspectives / M. N. V. Ravi Kumar, R. A. A. Muzzarelli, C. Muzzarelli et al. // Chem. Rev. 2004. - Vol. 104. - Pp. 60176084.
60. Нудъга, JI. А. Цианэтилирование хитозана / JI. А. Нудьга, Е. А. Плиско, С. Н. Данилов // Журн. общ. химии. — 1975. — Т. 45, № 5.- С. 1145-1149.
61. Нудъга, Л. А. О-Алкилирование хитозана / Л. А. Нудьга, Е. А. Плиско, С. Н.Данилов // Жури. общ. химии. 1973. - Т. 43.- С. 2752-2756.
62. Нудьга, Л. А. N-Алкилирование хитозана / Л. А. Нудьга, Е. А. Плиско, С.Н.Данилов // Жури. общ. химии. 1973. - Т. 43.- С. 2756-2760.
63. Chemical Modification of Chitosan. 14: Synthesis of Water-Soluble Chitosan Derivatives by Simple Acetylation / H. Sashiwa, N. Kawasaki, A. Nakayama et al. // Biomacro-molecules.- 2002.- no. 3.- Pp. 1126-1128.
64. Chitosan-Cholesterol and Chitosan-Stcaric Acid Interactions at the Air-Water Interface / H. Parra-Barraza, M. G. Burboa, M. Sanchez-Vazquez et al. // Biomacro-molecules. — 2005.- no. 6.- Pp. 2416-2426.
65. Physicochemical Behavior of Homogeneous Scries of Acetylatcd Chitosans in Aqueous Solution: Role of Various Structural Parameters / G. Lamarque, J.-M. Lucas, C. Viton, A. Dornard // Biomacromolecules.— 2005. — no. 6.— Pp. 131-142.
66. Mucin-Chitosan Complexes at the Solid-Liquid Interface: Multilayer Formation and Stability in Surfactant Solutions / A. Dedinaite, M. Lundin, L. Macakova, T. Auletta // Langmuir. 2005. - Vol. 21. - Pp. 9502-9509.
67. Forming and immunological properties of some lipopolysaccharide-chitosan complexes / I. M.Yermak, V. N. Davidova, V. I. Gorbach et al. // Biochimie. 2006. - Vol. 88.-Pp. 23-30.
68. Influence of Chitosan Structure on the Formation and Stability of DNA-Chitosan Poly-electrolyte Complexes / S. P. Strand, S. Danielsen, В. E. Christensen et al. // Biomacromolecules. 2005. - no. 6. - Pp. 3357-3366.
69. Вихорева, Г. A. / Г. А. Вихорева, E. А. ПГаблыкова, II. P. Кильдеева // Химические волокиа. — 2001. — № 3. — С. 38-42.
70. Исследование целлюлозно-хитозановых смесей, полученных в условиях сдвиговых деформаций / С. 3. Роговина, Т. А. Акопова, Г. А. Вихорева и др. // ВМС, сер. А. — 2000.-Т. 42, Л* 1.-С. 10-15.
71. Модификация композиции хитин-хитозан-целлюлоза сшивающими агентами / С. 3. Роговина, Т. А. Акопова, Г. А. Вихорева и др. // ВМС, сер.В.— 2001.— Т. 43, Xs 9. — С. 1582-1585.
72. Synthesis and Some Properties of Nonnatural Amino Polysaccharides: Branched Chitin and Chitosan / K. Kurita, T. Kojima, Y. Nishiyama, M. Shimojoh // Macromolecules. — 2000.- Vol. 33, no. 1.- Pp. 4711-4716.
73. N,N-Diethyl N-Methyl Chitosan as an Enhancing Agent for Colon Drug Delivery / M. Avadi, M. E. Sadeghi, L. Moezi et al. // Journal of Bioactive and Compatible Polymers. 2004. - Vol. 19, no. 9. - Pp. 421-433.
74. N-ChIoroacyl-6-O-triphenylmethylchitosans: Useful Intermediates for Synthetic Modifications of Chitosan / J. Holappa, T. Nevalainen, P. Soininen et al. // Biomacromolecules.- 2№b.- no. 6.- Pp. 858-863.
75. Реакция и методы исследования органических соединений / Под ред. С. С. Наметкина, В. М. Родионова, Н. Н. Мельникова. — M.-JL: ГНТИ хим. лит., 1952. — Т. 2.-320 с.
76. Целлюлоза и ее производные / Под ред. Н. Байклз, JI. М. Сегал. — М.: Мир, 1974. — 512 с.
77. Андрианова Н. А. Модификация хитозана арилонитрилом — блок- и привитая сополимеризация, полимераналогичные превращения. Автореф. дисс. канд. хим. наук. Нижний Новгород. ННГУ. 2005. 28с.
78. Терпей, А. Современная органическая химия / А. Терней.— В 2-х т., под. ред. проф. Суворова Н. Н. изд. М.: Мир, 1981. - Т. 2. - 652 с.
79. Signal-Directed Sequential Assembly of Biomolecules on Patterned Surfaces / H. Yi, L.-Q. Wu, R. Ghodssi et al. // Langmuir.- 2005.- Vol. 21.- Pp. 2104-2107.
80. Jenkins, D. W. Review of Vinyl Graft Copolymerization Featuring Recent Advances toward Controlled Radical-Based Reactions and Illustrated with Chitin/Chitosan Trunk Polymers / D. W. Jenkins, S. M. Hudson // Chem. Rev. 2001. - Vol. 101. - Pp. 32453273.
81. Advances in Chitin and Chitosan Modification through Graft Copolymerization: A Comprehensive Review / K. Wong, G. Sun, X. Zhang et al. // Jalal Zohuriaan-Mehr. — 2005. Vol. 14, no. 3. - Pp. 235-265.
82. Структура и свойства привитых сополимеров и смесей гомополимеров винилпир-ролидона и хитозана / А. Е. Мочалова, J1. А. Смирнова, Ю. Д. Семчиков и др. // Высокомолек. соед. Сер. Л. 2005.- Т. 47, № 6.- С. 990-999.
83. Синтез привитых сополимеров N-винилпирролидона и хитозана и их микробиологическая устойчивость / JI. А. Нудьга, В. А. Петрова, Н. В. Клишкевич и др. // Жури, прикл. химии.- 2002,- Т. 75, № 10.- С. 1712-1716.
84. PEI-g-chitosan, a Novel Gene Delivery System with Transfection Efficiency Comparable to Polyethylenimine in Vitro and after Liver Administration in Vivo / K. Wong, G. Sun, X. Zhang et al. // Bioconjugate Chem. 2006. - Vol. 17. - Pp. 152-158.
85. Данилов, С. H. Эфиры и реакционная способность целлюлозы и хитина / С. Н. Данилов, Е. А. Плиско, Э. А. Пяйвинен // Известия АН СССР, Отделение химических паук. 1961. - № 8. - С. 1500-1506.
86. In Vitro Cytocompatibility and Osteoinduction of Phosphorylated Chitosan with Osteoblasts / Y. Zhu, X. Wang, F. Z. Cui et al. // J. of BIOACTIVE AND COMPATIBLE POLYMERS. 2003. - September. - Vol. 18. - Pp. 375-390.
87. Comparison of Physicochemical, Binding, and Antibacterial Properties of Chitosans Prepared without and with Deproteinization Process / H. K. No, S. H. Lee, N. Y. Pare, S. P. Meyers // J. Agric. Food Chem. 2003. - no. 51.- Pp. 7659-7663.
88. Баландина, В. А. Анализ нолимеризационных пластмасс. Практическое руководство / В. А. Баландина, Д. Б. Гурвич, М. С. Клещева / Под ред. В. Д. Безуглый. — М., JL: Химия, 1965.- С. 389-391.
89. Конформационные характеристики молекул хитозана по данным диффузионно-седиментационного анализа и вискозиметрии / Н. В. Погодина, Г. М. Павлов, С. В. Бушии и др. // Высокомолек. соед. А. 1986. - Т. 28, № 2. - С. 232-239.
90. Мелентьева, Г. А. Фармацевтическая химия / Г. А. Мелентьева, JI. А. Антонова. — Москва: Медицина, 1985. — 480 с.
91. Глазов, В. М. Методы исследования свойств жидких металлов и полупроводников / В. М. Глазов, М. Вебст, В. И. Тимошенко. — М.: Металлургия, 1989. — 384 с.
92. Федосеев, В. Б. Исследование кинетики деградации хитозана вискозиметрическим акустическим методами / В. Б. Федосеев, Е. Н. Федосеева // Моделирование динамических систем. — Н.Новгород: Иителсервис, 2007.— С. 1-10.
93. Сысоев, А. Н, Определение упругих и неупругих характеристик материалов на акустической резонансной установке. Уч.-метод. пособие / А. Н. Сысоев. — Н.Новгород: ННГУ, 2000.-64 с.
94. Измерение вязкости жидкостей камертонно-зондовым методом / А. Н. Агафонов, И. П. Григал, A. J1. Громова, Р. П. Тигер // Вестник московского государственно университета леса. Спец. вып. "физика". — 2004. — № 3. — С. 142-147.
95. Серенсон, У. Препаративные методы химии полимеров / У. Серенсон, Т. Кемп-бел. — М.: Иностр. лит., 1963. — 400 с.
96. Виргер, М. О. Справочник по микробиологическим и вирусологическим методам исследования / М. О. Биргер. — М.: Медицина, 1982.— Т. 1.— 464 с.
97. Березовский, В. М. Химия витаминов / В. М. Березовский. — Москва: Пищевая промышленность, 1973. — 632 с.
98. Microcalorimetric Investigation on the Kinetics of the Oxidation of Ascorbic Acid with Hydrogen Peroxide / X.-G. Meng, X.-M. Kou, J.-Q. Xie et al. // Chinese J. of Chemistry. 2004. - Vol. 22. - Pp. 515-520.
99. Рафиков, С. P. Методы определения молекулярных весов и полидисперсности высокомолекулярных соединений / С. Р. Рафиков, С. А. Павлова, И. И. Твердохле-бова. М.: АН СССР, 1963. - 336 с.
100. ИЗ. Фазовое состояние и реологические свойства системы хитозан- уксусная кислота-вода / Г. А. Вихорева, С. 3. Роговина, О. М. Пчелко, JI. С. Гальбрайх // Высоко-молек. соед. Б. 2001.- Т. 43, № 6.- С. 1079-1084.
101. Qin, С. Q. Effect of hydrogen peroxide treatment on the molecular weight and structure of chitosan / C. Q. Qin, Y. M. Du, L. Xiao // Polymer Degradation and Stability.— 2002. Vol. 76. - P. 211-218.
102. Гидродинамические и конформационные параметры хитозана / JI. Беркович, Г. Тимофеева, М. Цюрупа, В. Даванков // Высокомолек. соед., Серия А. — 1980.— Т. XXII, № 8. — С. 1834-1841.
103. О вязкостных свойствах растворов хитозана / А. И. Гамзазаде, А. М. Скляр, С.-С. А. Павлова, С. Рогожин // Высокомолек. соед. Сер. А. — 1981. — Т. XXIII, Xs 3. — С. 594-597.
104. Двойное лучепреломление в потоке в растворах молекул хитозана / Н. В. Погодина, Н. П. Евлампмева, А. 3. Хрусталев и др. // Высокомолек. соед. А. — 1986. — Т. XXYIII, № 2. — С. 240-244. .
105. Двойное лучепреломление в потоке и вязкость растворов хитозана в уксусной кислоте при различной ионной силе / С. Я. Любина, И. А. Стрелина, Л. А. Нудьга и др. // Высокомолек. соед. Сер. Л. — 1983. — Т. 25, № 7. — С. 1467-1472.
106. Тепфорд, т1. Физическая химия полимеров / Ч. Тенфорд. — М.: Химия, 1965. — 772 с.
107. Цветков, В. Н. Структура макромолекул в растворах / В. Н. Цветков, В. Е. Эскии, С. Я. Френкель. М.: Наука, 1964. - 720 с.
108. Fredheim, G. Е. Polyclectrolyte Complexes: Interactions between Lignosulfonate and Chitosan / G. E. Fredheim, В. E. Christensen // Biomacromolecules. — 2003. — no. 4. — Pp. 232-239.
109. Piron, E. Interaction between Chitosan and Uranyl Ions. Role of Physical and Physic-ochemical Parameters on the Kinetics of Sorption / E. Piron, M. Accominotti, A. Do-mard // Langmuir. — 1997. — Vol. 13, no. 6.- Pp. 1653 -1658.
110. Рентгенографическое изучение структуры хитозана / И. Н. Горбачева, 10. К. Овчинников, Л. С. Гальбрайх и др. // Высокомолек. Соед. Сер. А. — 1988.— Т. 30, № 12. С. 2512-2515.
111. М. Rinaudo G. Pavlov, J. D. Influence of acid concentration on the solubilization of chitosan / J. D. M. Rinaudo, G. Pavlov // Polymer.- 1999,- Vol. 40.- Pp. 70297032.
112. Липиды, углеводы, макромолекулы, биосинтез / Под ред. Д. Бартон, У. Д. Ол-лис. — Москва: Химия, 1986.—Т. 11 из Общая органическая химия. — 736 с.
113. Энциклопедия полимеров. — 5 исправленное и дополненное изд. — М.: Советская Энциклопедия, 1972.
114. Физер, Л. Органическая химия. Углубленный курс. В двух томах. / Л. Физер, М. Физер. — М.: Химия, 1970.
115. Наканиси, К. Инфракрасные спектры и строение органических соединений / К. Наканиси; Под ред. А. А. Мальцева. — М.: Мир, 1965. — 220 с.
116. Беллами, Л. Инфракрасные спектры молекул / Л. Беллами. — Москва: Иностранной литературы. / Пер. с англ. Под ред. Д.Н. Шигорина, 1957.
117. Антоник, JI. М. Полиоксимы: синтез, строение, свойства / Л. М. Антоник, А. Г. Ха-бибулина // Высокомолек. соед., Серия С.- 2004.- Т. 46, № 12,- С. 2172-2186.
118. Полиакролеиноксимы / А. Г. Хабибулина, Л. М. Антоник, Т. И. Вакульская, М. Г. Воронков // Докл. Академии Наук.- 2002.- Т. 385, № 5.- С. 641-643.
119. Тигер, Р. П. Ацилазиды как скрытые изоцианаты / Р. П. Тигер // Высокомолек. соед. Б. 2004. - Т. 46, Л* 5. - С. 931-944.
120. Исследование взаимодействия хитозана с твердыми органическими кислотами в условиях сдвиговых деформаций / С. 3. Роговина, Г. А. Вихорева, Т. А. Акопова и др. // Высокомолек. соед. сер. А. 1997.- Т. 39, № 6. - С. 941-946.
121. Райт, П. Полиуретановые эластомеры / П. Райт, А. Камминг; Под ред. Н. П. Апухтиной. — Л.: Химия, 1973. — 480 с.
122. Девис, М. Витамин С. Химия и биохимия / М. Девис, Д. Остин, Д. Патридж. — Москва: Мир, 1999,- С. 51.
123. Сравнительное изучение физико-химических свойств хитозанов различной степени полимеризации в нейтральных водных растворах / В. Н. Давыдова, И. М. Ермак, В. И. Горбач и др. // Биофизика. 2000. - Т. 45, № 4. - С. 641-647.
124. Электропроводность водных растворов низкомолекулярного хитозана / О. В. Боб-решова, О. В. Бобылкина, П. И. Кулинцов и др. // Электрохимия. — 2004. — Т. 40, № 7.-С. 793-797.
