Новые макросетчатые иониты на основе моно- ди- и триакрилатов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.06 ВАК РФ

/ШИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАИЕНИ ИНСТИТУТ ХИМИЧЕСКИХ НАУК 1Ш. А. Б. БЕКТУРОВА

Специализированный совет Д 008.04.11

Р Г 8 ОД На правах рукописи

- 5 ДПР 1993 экз' н -

Тлеукулова Раушан Орынтаевна

УДК 661.183.123:678.744:612.123

НОВЫЕ ПАКРОСЕТЧАТЫЕ МОННТЫ НА ОСНОВЕ глоно-ДИ— И ТРИАКРМЛАТОВ

02. 00.Об - Химия высокомолекулярных соединений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой-степени кандидата химических наук

Ална-Пта 1993

■ работа выполнена в лаборатории ' ионообменных смол ордена Трудового Красного Знамени Института химических наук им. А. К Бек-турова Национальная Акад-мии наук "еслублики Казахстан.

Научный руководитель - академик HAH PK. доктор

химических наук,профессор Е. Е. ЕРГОЙИН

Официальные оппоненты - доктор химк-еских нау.

ведуиий научный сотрудник

БОЙКО Г. И. кандидат химических наук, доцент чугуюва а л

Бедувэя организация - Казахский ордена Трудовог

Красного Знамени государю венный университет им. Аль-Фараби

Задета состоится - 2 " апреля. 1093 г. на заседании сп циализированного совета Д 008.04.01 по защите диссертации на о искание ученой степени кандидата химических наук при Институ химических наук НАН РК по адресу: 480100,г. Алма-Ата, ул. Крас на, 106,конференц-аал Института химических наук НАН I.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института химических наук НАН РК

Автореферат разослан " 28" фвяряля 1093г.

Ученый секретарь Специализированного совета, _ .

кандидат химических наук С. Б. БАКИРОВ/

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Стремительное развитие химии полимеров привело к сирокому их внедрению в различные отрасли науки и техники. Особый интерес представляет использование высокомолекулярных соединений в медицине для создания специальных материалов, контактирующих с биологическим жидкостям!, для очистки, разделения и концентрирования ионов неорганических и органических соединения, разработки полимеров-носителей физиологически активных веществ.

Использование для этих целей известных ионообмешшков геле-вой и макропористой структуры не всегда возможно из-за недостаточной их проницаемости и несовместимости с биологическими средами. Поэтому разработка новых методоз синтеза гидрофильных акриловых полизлектролитов какросетчатой структуры, как одних из наиболее совместимых с биологическим! жидкостями синтетических полимеров, является актуальной задачей.

Цель работы. Разработка эффективных методов синтеза j* исследование свойств новых ионитов макросетчатой структуры на основе феноксизтилакрилата, стирола, метакриловой кислоты, акрило-нитрила, N-винилпирролидона, 1-винил-ЗС5)-метилпиразола с трипропиленгликольдиакрилатом (ТПГДА) или тримэтилолпропанэток-ситриакрилатом (ТМПТА), изучение закономерностей их образования и основных физико-химических свойств, а также нахождение перспективных областей практического применения.

Научная новизна Предложен метод синтеза новых гидрофильных сополимеров гякросетчатой структуры на основе указанных moho-, ди- и тривинильных шномеров. Впервые проведен квантово-химичес-кий расчет активности исходных мономеров и предполагаемой радикалов и теоретически обоснована возможность получения сополимеров на их основе. Сополимеризацией мономеров, несущих в своей структуре (функциональные группы,получены скитые ионообменники, способные эффективно сорбировать крупные органические молекулы.

Сульфированием сополимеров ТПГДА со стиролом или феноксиэ-тилакрилатом получены полифункциональные катиониты с улучкенными характеристиками сорбции антибиотиков тетрациклинового ряда, а также повышенной обменной, емкостью.

Предложен новый способ получения анионообменшков, исключающий предварительную стадию галогенметилирования исходных сополимеров высокотсксичными галогенметиловыми зфирами.

Изучены кислотно-основные и физико-химические свойства полученных сополимеров, исследовано влияние их структуры на процессы сорбции органических соединений. Разработаны условия сус* пе ^ионной сополимеризацш гранульных ионообменников.

Практическое значение работы. Синтезированные гидрофильныз сополимеры макросетчатой структуры могут быть эффективно использованы в медицинской практике в качеств--- плазмо- и гемосорбен-тов, а также для выделения и концентрирования антибиотиков тет-рациклинового ряда и стрептомицина. Сополимеры ТПГДА с кетакриловой кислотой, N-винилпирролидоном и 1-вкнил-3(5)-метил-пиразолом испытаны в клинико-диагностической лаборатории Респуб-лкканс :й детской клинической больницы для очистки плазмы крови от фенола, холестерина и билирубина. Установлено, что они обладает высокими сорбционными характеристиками, совместимы с биологическими жидкостями и не оказывают отрицательного влияния на белково чипидный и солевой состав плазмы.

Апробация работы,- Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на Международной школе-семинаре молодыэ ученых "Нетрадиционные методы синтеза .полимеров" (Алма-Ата, 1990), Y111 Всесоюзной конференции молодых ученых-химиков (Иркутск, 1Ö90), VI Всесоюзной конференции молодых ученых и специалистов по физической химии "Физхимия-90" (Москва, 1990), XVII Межвузовской конференции молодых ученых "Современные проблем физической химк,. растворов" (Ленинград, 1991), 4 Всесоюзном сь езде специалистов по клинической лабораторной диагностике (Иван -Франковск, 1991).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубл! ковано 3 .;атьи, тезисы 5 докладов, получено 1 положительное р* шение на выдачу патента

Личное участие автора Основные результаты, изложенные диссертации, получены автором лично.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из вв дения, трех глав, выводов, списка использованной литератур . вклкЛакцего 165 наименований и приложения. Работа изложена

137 страницах, содержит 30 рисунков и 8 таблиц.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 1. Синтез и исследование сополимеров трипропилешушкольди-акрилата со стиролом, феноксиэтилакрилавд.^ метакриловоя кислотой, акрилонитрилом, Я-винилпирролидоном и 1-винил-3( 5) - метиллиразо лом.

Синтетические высокомолекулярные соединения находят широкое распространение в медицинской практике благодаря неограниченным возможностям их направленного синтеза с комплексом заданных свойств. Одной из областей их практического применения является детокеикавдя биологических жидкостей и крови.

Предполагается, что для работы в таких сложных и очень чувствительных к внешним воздействиям системах, наиболее подходящими будут высокопроницаемые сетчатые полиэлектролиты с высокой скоростью поглощения крупных молекул токсиноз без изменения биохимического состава этих систем. Сорбенты, используете для очистки и разделения смесей белков, гормонов, ферментов, аминокислот и других органических соединений не всегда подходят для • процессов очистки биологических жидкостей либо ввиду несовместимости со средой, либо из-за низкой проницаемости.

Нами разработаны методы получения новых ионообмошшиов с различными функциональными группами либо нейтральных (не обладающих ионогенными группами; сорбентов, совместимых с биологическими жидкостями и отличающихся высокой селективностью и динамикой сорбции антибиотиков и определенных зкзо- и эндогенных токсинов.

С целью прогнозирования структуры синтезируемых сополимров предварительно был проведен квантово-химический расчет активности молекул мономеров и предполагаемых радикалов. Шторами Дель Ре и Хоккеля по программам "0Ш?Е" и "ШХ" дана характеристика исходных мономеров, с учетом .схемы сополимеризации вычислены энергии локализации радикалов Шп, энергии локализации реакцион-, ных центров мономера и радикала Ъ$я). Проведенные расчеты

показали, что полимерные радикалы с одинаковой скоростью присоединяются к обоим мономерам сополимеризующейся системы и тогда Состав сополимера соответствует составу мономерной смеси.

Для установления оптимальных условий синтеза макросетчатых иошгеов реакцию сополимеризации ТПГДА со стиролом, феноксиэти-лакрилатом, метакриловой кислотой, акрилонитрилом, N-винилпирро-лидоном, 1-винил-3(5)-метилпиразолом роводили в блоке при соотношении мономер: диен-1:0,06 моля. В качестве инициаторов радикальной сополимеризации использовали динитрил азоизомасляной юг ноты (ДАК) и перекись бензоила (0,1- 2,0 мол. % от смеси мономеров) .

Предварительными исследованиями установлено, что реакция сополимеризации указанных мономеров начинается при 55-75вС (в зависимости от природы и количества инициатора) и протекает практически за 5-10 мин. с количественным выходом (95-98%). Оптимальным является содержание инициатора 0,2-0,8 мол.% . Природа инициатора незначительно влияет на процесс сополимеризации: перекись бензоила инициирует реакцию при более низких температу--pax, но с увеличением количества это различие сглаживается. При этом получаются однородные, прозрачные и механически прочные вещества. Кривые выхода сополимеров от продолжительность и температуры реакции приведены на рис. 1. Как видно из рисунка, практически все пары мономеров активно вступают в реакцию сополимеризации, кроме N-винилпирролидона с ТПГДА (кривая 5),что объясняется специфичным поведением самого N-винилпирролидона Предполагается, что при его полимеризации в массе в присутствии ДАК происходит передача цепи через мономер. Этим объясняется малая зависимость степени полимеризации от концентрации инициатора. Сополимеризация N-винилпирролидона с ТПГДА в присутствии ДАК в блоке дает аналогичные зависимости.

Известно, что в промышленности большинство сорбентов выпускаются в гранулированном виде. В связи с этим нами была исследована возможность проведения сополимеризации изученных мономеров в суспензии. Реакцию проводили в среде 2%-ного водного раствора крахмала при температуре 65-70°С в течение 3-4 часов. После образования достаточно прочных, не слипающихся друг с другом гранул температуру повышали до 75-80°С и выдерживали еве 3-4 часа Для сохранения постоянной скорости инициирования сополимеризации нами в качестве инициатора был выбран ДАК. Повышение температуры во время реакции было вызвано тем, что после формирования otj-

дельных гранул мы интенсифицировали скорость распада оставшегося инициатора и тем самым увеличивали степень завершенности реакции. в случае сополимеризации стирола и акрилонитрила в систему доСавляли 40-50% глицерина для стабилизации суспензии. Цри использовании водорастворимых мономеров водную среду насыщали хлоридом натрия.

во

№ Т,°С

I 3 С

Рис. 1. Выход сополимеров стирола (1), феноксиэтилакрилата (2), метакриловой кислоты (3), акрилонитрила (4), М-винилпирролидона (5) и 1-винил-3(5)-метилпиразо-ла (6) с ТПГДА в зависимости от температуры и продолжительности реакции (концентрация ДАКа - 0,8% мольн.) в блоке.

Синтезированные гранульные сополимеры с 4, 8, 12, 16, 20% ТПГДА или 7,5% ТШГА имеют правильную сферическую форму и высокую механическую прочность.

Изучение состава сополимеров, полученных в суспензии, показало интересные закономерности влияния реакционной среды на процесс радикальной гетерогенной сополимеризации (рис. 2 и 3). При сополимеризации гидрофобных мономеров кривые состава сополимеров незначительно отклоняются от теоретической линии состава (рис. 2, кривые 1 и 2). Кривые состава гидрофильных сополимеров имеют иной вид (рисунки 2, кривая 3 и 3). Они всегда обеднены водорастворимым компонентом, так как в гетерогенных условиях реакция На поверхности, отделяющей частицы полимера от раствора играет

важнейшую роль. Состав сополимера определяется составом мономерной смеси, адсорбированной на поверхности частиц. В свою очередь состав адсорбированной мономерной смеси зависит от относительной растворимости мономеров в раетворител В итоге на полимере будут адсорбироваться преимущественно менее растворимые мономеры и полученный сополимер обогащается гидрофобным компонентом.

Электронно-микроскопические исследования полученных сополимеров показали, что гранулы характеризуются неоднородным распределением полимерной фалы. На их поверхности наблюдаются как. агрегаты микроглобул, так и поры, образованные вследствие вымывания низкомолекулярных продуктов реакции.

Термогравимзтрические кривые потери массы свидетельствуют о высокой термической стойкости материалов.. Температура начала деструкции синтезированных сополимеров лежит в пределах 170 -270°С.

В ИК-спектрах сополимеров присутствуют все характеристические полосы исходных мономеров, кроме полосы валентных колебаний изолированной двойной связи С=С (.1640 см ).

Кз. -".новании данных спектрального и химического .анализов, квантово-химического расчета мономеров и радикалов структуру макромолекул синтезированных сополимеров схематически можно представить как регулярное чередование звеньев:

—Ёсн2—(¡а-

I- к* -1«.

п=80-9бХ т-4-20%

где: СН3 или Н; Я

СНг—СН-

л ' •

-•т.

и

(снй1

О

ь

2. Синтез, исследование и применение сульфокатиснитов на основе сополимеров стирола и феноксиэтилакрилата с ТЛГДА. Для получения высокопроницаемых сульфокатионитов исходные сополимеры стирола и феноксиэтилакрилата с ТПГДА модифицировали серной кислотой с удельной плотностью 1,84 г/см3.

Для проведения равномерного сульфирования по ^ 20

всему объему

■го тпШтеорЛ

эв феноксиэтилакрилат

ч в а ш ш _

Рис. 2. Зависимость состава сополимеров феноксиэтшаКрилата (1), стирола (2) и метакриловой кислоты (3) от количества сшивающего агента, 4 - теоретическая кривая

4 в а я го тпГААтаср.»#

Рис. 3. Зависимость состава сополимеров акрилонитрила (1) и М-винилпирролидона (2) от количества сшивающего агента, 3 - теоретическая кривая состава сополнме;- з.

гранулы,сополимеры подвергали предварительному набуханию в 1,4-диоксане или дихлорэтане в течение 2 часов. В ходе проведенных исследований было установлено, что сополимеры стирола с ТПГДА незначительно набухаю? в 1,4-дгоксане и вследствие этого процесс сульфирования проходит неравномерно. Такое различие связано с более плотной упаковкой полимерной матрицы сополимеров ствола с ТПГДА и объема . молекулам растворителя сложно проникнуть в ядро гранулы. При замене на дихлорэтан сульфирование сополимеров идет без особых затруднений по всему объему.

Определение обменной емкости получеи"ых ионитов показало значения СОЕ, существенно превышающие расчетные данные. Из литературы лзвсстло, что при сульфировании могут протекать побочные реа;сции, приводящие к образованию карбоксильных групп. Кривые потенциометричзского титрования сульфированных сополимеров фс-ноксиэ- яакрилата и стирола с ТПГДА свидетельствуют о гюлифунк- -циопальности синтезированных катиони70в:рК50 н для них состаь.члйт 1,7 и 2,8^^0^,^=6,3 и 7,45 соответственно. Па кривой титрования присутствует еще одна ступень в области рН от 10,0 до 11,5, соответствующая более слабокислотным группам, скорее всего, гидрок-сильным. Появление таких групп объясняется кислотным гидролизом сложноэфирной связи сшивающего агента.

Отдельное титрование сульфогрупп показало, что в полученных катионитах прио\тствует значительное количество слабокислотных групп, этом у сополимеров феноксиэтилакрилата с ТПГДА их содержание выше, чем у сополимеров стирола с ТПГДА. Это связано со сгерической гибкостью молекул феноксиэтилакрилата, что делает полимерную матр; у более доступной для сульфирующего агента-

Наличие в ИК-спектрах синтезированных катионитов интенсивных полос поглощения при 832, 1128, 1220 см" свидетельствует о том, что сульфирование сополимеров идет преимущественно в пара-положение бензольного кольца Появление широкой полосы в области 1170 - 1265 см1, состоящей из нескольких налагающихся друг на друга пиков ( 1170 см относится к валентным колебаниям С=0. 1200 см к плоскостным деформационным колебаниям ОН в СООН группе) подтверждает г чсутствие в сополимерах карбоксильных групп.

Таким образом, на основании результатов потенциометрическо-го г трования, химического, элементного и спектрального анализов

нами получены полифункцкональные катеониты, свойства которых приведены в табл. 1.

Таблица 1.

Свойства сульфированных сополимеров стирола и феноксизтилакрилата с ТПГДА.

NN f Содержание! Условия суль- ! COS, мг-зкз/г {Содержа- fHaOyxa-п/п! спивающего! фирования ! СОЕоДг( ! СОЕ^ н!ние серы, !емость, ! агента, % ! ! ( 5 ( % ! г/г

Сополимер стирола с ТПГДА набухание в

1. 4 дихлорэтане,40°С 5,45 0,80 2,50 16,6

2. 8 - " - 60°С 7,20 1,80 5,77 42,4

3. 12 - " - 60° С 9,80 2,25 7,21 48,7

4. 16 80еС 10,50 3,50 11,25 53,1

5. 20 - " - 80еС 13,40 3,90 12,56 57,9

Сополимер феноксизтилакрилата с ТПГДА

набухание в

6. 8 1,4-диоксане,40°С 17,00 2,00 6,42 280,0

7. 12 - " - 10,80 2,15 6,84 121,7

8. 16 - " - 9,80 2,50 7,96 68,1

9. 20 - " - 9,60 2,90 9,23 51,5

Применение макросетчатых сульфокатионитов для сорбции тетрациклина. В производстве антибиотиков одной из главных задач является их очистка с сохранением биологической активности веществ. Многочисленными исследованиями в этой области установлено, что для сорбции антибиотиков тетрациклинового ряда наиболее з<|]фективно использовать сильнокислотные сульфокатиониты.

Кинетику сорбции тетрациклина изучали при рН-1,65 в статических условиях. Реакцию ионного обмена между сульфокатионитом и антибиотиком в кислой среде можно представить следующим образом: SOs~H+ + АТР+ =я==' RSO5"ATP+ + Н+ Результаты исследований кинетики сорбции тетрациклина показали, что поглощение ионов антибиотика :;дет интенсивно в первые

2 часа контакта раствора с сорбентами, в дальнейшем емкость растет незначительно, исключение составляет сополимер феноксиэти-лакрилата с 87. ТПГДА. Это объясняется наличием значительного количества карбоксильных групп, образующих с антибиотиком ассоциаты ввиду большой гибкости полимерной матрицы и тем самым увеличения точек контакта с молекулой тетрациклина, а также вли- -ян-- эффекта кооперативно Емкость по тетрациклину составляет 285 - 596 мг/г для катионитов на основе сополимеров стирола с ТПГДА, 435 - 1670 мг/г для сополимеров феноксиэтилакрилата с ТПГДА в зависимости от количества сшивающего агента.

При изучении влияния природы мономере^ и плотности поперечной сшивки полимера на процесс сорбции антибиотика были определены коэффициенты диффузии. При этом обнаружено обратное влияние плотности сшивки на проницаемость ионитов. Эта особенность мак-росетчг '« ионитов связана со структурой диена: длинные цепи ТПГДА не ограничивают стерической подвижности полимерной матрицы. При малом содержании сшивающего агента участки углеродных цепей меаду молекулами диакрилата образуют физические узлы за счет их переплетения, по мере увеличения количества сшивающих мостикоь в сополимере -возрастает регулярность структуры трехмерной сетки. Однако размеры элементарной ячейки матрицы остаются хорошо проницаемыми для крупных органических молекул. Коэффициенты диффузии для чатионитов на основе сополимеров стирола с ТПГДА лежат в ..ределах 1,63-10?' - 2,86 10 смг/сек и 3.0-109 - 6,0 10* см7сек для сополимеров феноксиэтилакрилата и ТПГДА.

3. Сорбция стрептомицина карбоксильными катионитами на основе сополимеров метакриловой кислоты с ТПГДА или ТМПТА.

Как известно, стрептомицин является достаточно стабильным химическим соединением в нейтральных раств^чах при комнатной температуре, чем и определяется развитие сорбционных методов его очистки и выделения на карбоксильных катионитах.

На'И синтезированы катиониты на основе метакриловой кислоты и ТПГДА, представляющие собой монофункциональные иониты с обменной емкостью 9,5 - 10,6 мг-экв/г и рК^от 5,8 до 6,05 и катионит на основе метакриловой кислоты и ТШТГА с обменной емкостью 9,85 мг-экв/г и рКх- 5,75.

В ИК-спектрах наблюдается интенсивная полоса в области 1700

-1730 см'. ' чорая относится к валентным колебаниям С-О в СООН димеризованных карбоксилов, а также _ С-0 оложноэфирной группы сшивающего агента Полоса 1170-1265 см является составной из нескольких налагающихся друг на друга пиков (1170 см относится к валентным колебаниям С-0, 1150-1200 см* к пло. .летным деформационным колебания... ОН в СООН группе). В области 900-950 см проявляются внеплоскостные деформационные колебания гидрокеила к .)-боксильной группы.

Влияние строения стирающего агента, а также его количества изучено на процессе сорбции стрептомицина

Кинетические кр1. .е поглощения антибиотика на карбоксильных катион!, ах носят синусоидальный характер, что связано с энергетической неоднородностью активных центров, а также влиянием эффекта кооперативное™ В течение 2 часов постигается стерическое соответствие между молекулами антибиотика л ионитом и в последующие двое суток емкость катионитов практически не изменяется.

Емкость карбоксильных катионитоь на ^нове метакриловой кислоты и ТПГДА по стрептомицину составляет 6,5-7,0 г/г в зависимости от количества сшивающего агента Для сополимера метакриловой кислоты с триакрилатом емкость по антибиотику составляет 2 г/г.

4. Синтез, исследование и применение анионообменников на основе сополимеров акрилонитрила с ТПГДА.

Способность к сорбции анионов кислот и слабодиссоциирован-ных соединений кислого характера достигается путем введения в матрицу азотсодержащих активных групп, а также придание полимерным сорбентам большей совместимости биологическими средами, так как большинство биополимеров живых организмов являются полианионами. Синтез анионитов обработкой полимерной матрицы гидроксила-мином представляется нам наиболее рациональным и менее токси ным, чем аминирование галогенметиллированных сополимеров.

В связи с этим представляло интерес разработать способ и исследовать условия химической модификации со темеров акрилонитрила с ТГ ТА различной степени сшивки. ' Реакция аминирования протекает через промежуточную стадию образования амидоксимов по сх^ э:

—он он —С-М + НН,ОН -«--СГ"^ --С^ + ш,

ОН

Аминирование проводили после предварит^ 'ьного наб- -алия со-иилимеров е 1,4-диоксине или диметилформамиде. Свободный гидрок-силамин получали из его солянокислой соли, нейтрализованной карбонатом натр'"'. При эт""' рН среды не изменялось в течение первых двух часов реакции. Тамш образом искл алась возможность гидролиза амидоксимных гр, лп и обеспечивалась возможность работы с более свэжим раствором гидроксиламина.

Среди остальных факторов, влияющих на реакцию, исследовали зависимость с температуры, продолжительности и содержания гидроксиламина в реакционное среде. Критерием степени превращения сополимер служила их статическая анионообменная емкость.

При изучении влияния температуры найдено, что предварительное набухание сополимеров позволяет увеличить емкость анионита от 2,6 до 3 мг-экв/г, при этом природа используемого растворителя существенной роли не играет.

Исследование зависимости обменной емкое!., анионитов от про-до' итель'">сти реакции показало, что с увеличением плотности сшивки врьмя модификации увеличивается от 1 до 2 часов. Дальнейшее аминирование ведет к падению обменной емкости анионитов из-за повышения рН среды и гидролиза амидоксимных групп в гид-роксамовые. При снижении ко- -;ества гидроксиламина в растворе до 18 или 12 г/л эффективность реакции падает. Потенциометричес-кое титрование модифицированных сополимеров свидетельствует о том, что получены слабоосновные аниоиообменники с рК^ - 3,1-3,2.

В КК-спект; < полученных ионитов присутствует интенсивная полоса поглощения в области 1630 см'', соответствующая деформационным колебаниям первичной аминогруппы. Асимметричные и симметричные валентные колебания наблюдаются при 3440 и 3520 см . ддичие в структуре амидоксимной группы гидриксила существенно затруднявг расшифровку ИК-спектра такого соединения, так как происходит наложение полос поглощэния ОН-группы в области 3400-3520 с К*.

5. Пр«з4сые!иж иакросетчатых анионитов д."1 сорбции фенола.

Сецоз наляется даиы из токсичных компонентов. образующихся

з процессе ет? ¡¡сдсятелыюсти организма. При Физиологических значениях рН ои -срзходит в ноионизнрозанну» ф му к способен растворяться з лнпидной фазе организма, ¡сак и другие липидораствори-ш> токсины. В норме содержание фенола в плазме крови составляет 1,0-2,6 ;.«г/л, при патологических состояниях с концентрация по-вшастся па порт -ок. Исходя из этого, мы работали с растворам! Фонола з изотоническом растворе концентрацией 30 мг/л.

Так как при рН,близких к ?, фенол находится в неионг- мрован-ной форме, то сорбция идет за смет образования водородных связей и других видов вэоимодейс, ¡й. Кинетические кривые извлечения токсина снионитамп ¡г основе сополимеров с..рилонитрила с ТПГДА погсаггиг что иосвдгнкс сорбентов достигается в первые 30 кинут контакта. Емкость по фенолу лежит в пределах 1,5 - 2,0 мг/г, в зависимости от количества сгивакарго агента.

Для расширения спектра сорбентов, пригодных в процессах очистки биологических мэдсостей, были синтезированы сополимеру М-винилпирролидона и 1-еинил-3(5)-кэт: лираг- 1 с ТПГДА.

На рис. 4 представлены сорбционные кривые этих ионитов.

Рис. 4. Кинетика сорбции фенола сополимерами Н-винилпирро-лидона с: 1 - 47. ; 2 - 87., 3 - 207. ТПГДА; 4-7,5% ТШТГА; 5 - 1-винил-3(5)-метилпиразола с ТПГДА (12%;. Еместе с тем нами синтезирован сополимер Лг-Еи,..1лпирр0лид0на с ТШТГА. Как и ..редполагалось, его сорбционнай емкость сравнима с емк^тыо сильносеитого сополимера Н-винилпирролидона с 20% ТПГДА (кривые 2 и , что свидетельствует о стерической ограниченнос-

I

Я

Т, час

ти сорОента. При уменьшении количества ТПГДА до 47. емкость возрастает вдвое. Такая разница связана с возможностью полимерной матрицы принимать энергетически и стерически наиболее выгодное пг-чохение, в то время *ак для сильносшитых сополимера такая возможность стремится к. минимуму.

6. Исследование очистки биологических жидкостей си•"езиравак >ми сорбентами.

Специфическим требованием, предъя яемым к биологическим сорбентам, является совместимость с жидкими средами организма, трактуемая в данном случае как отсутствие повреждения форменных элементов и некомпенсируемых сдвигов нормального биохимического состава крорч и ее кислотно-основного состояния. Для решения этих вопросов аредлоявн ряд методов, таких как введение раз! .элярных групп, гепаринизация, капсулирование. Все эти методы имеют существенный недостаток, заключающийся в снижении эффективности извлечения целевых компонентов. Ш нашему мнению, предстг ¡яется более приемлемым разработка гемосовместимых сорбентов, не требующих дополнительной модификации. Это возможно при переходе на матрицы, обладающие собственна.1 совместимостью.

Реал? че биологические жидкости являются поликомпонентными системами, содержащими белковые вещества, аминокислоты, различные анионы и целый ряд других соединений. Естественно, что процесс сорбции из таких систем осложнен эффектами конкурентного взаимодействия за места связ^ания на сорбенте, комплексообразо-ванием целевого токсичного вещества с белками, явлениями лиган-дообменной сорбции. Все это не позволяет корректно применить результаты сорбции Фенола на реальные биологические системы.

Одними кз токтачных компонентов жизнедеятельности организма являются холестерин и билирубин. При нарушении функций печени происходит накопление этих веществ в организме, что в свою очередь ведет к различным заболеваниям. Молекула холестерина циркулирует в крови больных в виде липопротеидных частиц, представляющие собой сложные агрегаты из холестерина, его зфиров, тзраглкцерэдов, фосфолипидов и белков в различных соотношениях.

Сгроение лиюлпетеидов имеет ряд особенностей, определяющих едзэеггоегь их еербцганнаго выведения.

йдав§£зйаое ад. этих частиц, состоящее из холестерина, его

производных и триглицеридов окружено белковым слоем, ориентированным таким образом, что гидрофобные оста :и аминокислот обращены внутрь ядра, а гидрофильные направлены наружу. Для извлечения холестерина из такого сложного агломерата должно происходить таким образом, чтобы разрушить комплекс белка : молекулой холестерина. Стабиль' ють белкового состава биологических жидкостей имеет важное значение для нормального функционирования орган-з-ма. Молекула билирубина несет четкий отрицательный заря,г и образует прочные комплексы с белками плазмы крови.

В связи с этим нами была исследована сопбция хол.стерина из сыворотки "Сероконт-В" в статических условиях при комнатной температур с продолжительностью контакта сорбент - раствор 2 часа. Из экспериментальных данных сорбции на слабокислотных катионитах на основе метакриловой кислоты с различным содержанием ТПГДА установлено, что они снижают количество хох .терина на 48,5% от исходной концентрации и при этом не оказывают заметного влияния на содержание общего белка. Наилучши. резул 'аты были получены для сополимера с 12£ ТПГДА, что послужило основанием исследовать в дальнейшем сорбенты с аналогичным содержанием сшивающего агента.

Поглощение холестерина из этой же сыворотки было изучено и на других сорбентах (табл. 2).

Таблица 2.

Сорбция холестерина из сыворотки "Сероконт-В".

•Сорбент • ¡Общий бе-! К+, ! С1 , !Холестерин,

!лок, г/л !ммоль/л!ммоль/л! ммоль/л

Исходная концентрация 65,3 3,72 98,0 4,60

Сополимер метакриловой кис- 62,7 3,63 93,0 2,37

лоты с ТПГДА

- " - М-винилпирролидо-

на с ТПГДА 65,1 3,64 9Р 0 3,33

- " - 1-гчнил-3(5)-ме-

тилпиразола с ТПГДА 64,8 3,66 96,0 2.90

Как вид.ю из таблицы 2 все испытанные сорбенты показали

удовлетворительные результаты.

Таблица 3.

Сорсдия холестерина и билирубина из плазмы крови типа "Се-ротрол-25Н" и"Серотрол-П" (1 - до сорбции, 8 - после сорбции).

! "Серотрол-25Н" ! "Серотрол-П"

Компоненты плазмы ! 1 ! 2 ! 1 1 2

! 1 МАК 1 л-впр.» ВТО 1 ! МАК

Обдай Оеаок, т/л 70.0 68.0 69.0 68.6 74,0 68,6

К+. ммоль/л 4,9 3.1 4.4 4,5 6,6 4,4

Нг^, ммоль/л 130.0 106.0 123,0 127,0 153,0 124,0

СГ. ммоль/л 100,0 89,6 84.7 88.9 93,1 93.0

Кйчевина, эль/л 7,02 6,62 6,22 6,42 17,65 16,45

Обшие липиды, г/л 0,75 0,50 0,75 0.50 3.25 3,25

Хэлестерин, ммоль/л 3,56 1,73 2,?1 2,94 4,09 3,23

Билирубин, смоль/л 7,55 2.66 0.89 2,66 8,88 0,44

Из литературы известно, что в биологичс-ких средах, харак-те вующи^ея высокой концентрацией аминокислот и других поли-функционаяьных компонентов,.значительно затруднена предварительная оценка селективности ионитов к индивидуальным метаболитам. Это обстоятельство не позволяет в ряде случаев провести аналогии сорбционных характеристик н. растворах, плазме и крови. Шзтому нами проведена сопбция из плазмы крови типа "Серотрол-25Н" и "Серотрол-П" с патологическим содержанием всех компонентов (табл. 3).

Анаюаиру$ -здные табл. 3, можно сделать следующие выводы: во-первых, сорбенты на основе и-винклпирролидона и 1-винил-3(5)-метилпкразола оказывает наименьшее влияние на белково-липидный и солевой состав плазмы крови, -вторых, в присутствии холестерина а бзиарубина в системе сорбенты предпочг..дельнее сорбируют страдательно зараженные анионы билирубина, чем электронейтраль-ш- изжжуда холестерина, в-третьих, при патологическом содержали кагггшгатов плазмы избирательность сорбции билирубина не сштвагкса.

ТЗЙВМ образок 'редкие» новый способ синтеза макросетчатых

1о

гидрофильных сорбентов, совместимых с плазмой крови.

ВЫВОДЫ:

1. Сополимеризацией феноксиэтилакрилата, метакриловой кислоты, акрилонитрила, стирола, М-винилпирролидона, 1-винил-3(5)-ме-тилпиразола с трипропиленгликольдиакрилат . или триметилолп-ропанэтоксит; акрилатом в суспензии получены новые сополимеры макросетчатой структуры, найдены оптимальные условия синте-а, изучены их структура и свойства. Для получения сопог геров с заданными свойствами проведей предварительный квантово-хими-ческий расчет молекул и радикалов, покя^ана принципиальная возможность испол ования теоретических расчетов к реакциям раду лльной сополимеризации.

2. Исследована реакция сульфирования макросетчатых сополимеров феноксиэтилакрилата и стирола с ТПГДА серной кислотой, разработаны методы синтеза новых высокой, яицаемых полифункциональных катионитов с и 2,8; рК^.З и 7,45; рК^-10,65 и 11,2 соответственно. Статическая ^бменн. емкость составляет 5,45-13,4 мг-зкв/г для катионитов на основе сополимеров стирола с ТПГДА и 9,6-17,0 мг-зкв/г для катионитов на основе сополимеров феноксиэтилакрилата с ТПГДА в зависимости от количества спивающего агента. Показано, что макросетчатая структура исходных сополимеров позволяет вести процесс с высокой скоростью при содержании диена до 20%.

3. Разработаны методы синтеза новых слабокислотных катионитов непосредственной сополимеризацией мономеров, несущих в своей структуре функциональные группы. Получены монофункциональные карбоксильные катиониты с pKjj-5.8-6.05 и статической обменной емкостью 9,5-10,6 мг-экв/г в зависимости от количества сшивающего агента.

4. Разработан одностадийный метод синтеза анионитов на оснот сополимеров акрилонитрила с ТПГДА, исключающий предварительную стадию хлорметиллирования. Исследовано влияние -"емперату-ры, продолжительности реакции и содержания ау-'ирующего агента на стр"ень превращения исходных сополимеров. Получены слабоосновные полифункциональные аниониты со статической об-

•нной емкостью 2,87-3,8 мг-экв/г, рКх-3,1-3,2 в зависимости от количества свивающего агента.

5. Изучена сорбция тетрациклина полифункциональными катионитами на основе сульфированных сополимеров феноксиэтилакрилата и с$ирола с ТПГДА. Емкость по антибиотику лежит в пределах: 435

• -1670 мг/г для сополимеров феноксиэт,"!акрилата с ТПГДА, 255-596 мг/г длй сополимеров стирола с ТПГДА. Усыновлено, что для синтезированных катионитов коэффициент диффузии на 12 порядк-' выше, чем в известных катионитах СБС и составляет 1.63-10* - 2,8t--10 смг/сек и 3.04Ö9 - 6,0-10* смг/сек для.

. катионитов на ol jBe стирола с ТПГДА и феноксиэтилакрилата с ТПГДА соответственно.

6. Исследованы закономерности сорбции стрептомицина карбоксильными катгс. лтаж ва основе сополимеров метакриловой кислоты с ТПГДА или ТМПТА. Установлена, что максимальное насыщение сор-бентоь роисходит за 2 часа контакта, емкость по антибиотику составляет 6,5-7,0 г/г -В зависимое«?« от количества ТПГДА. Применение триакрилового спивающего агента снижает эффективность сорбции за счет значительного ограничения "стеричес-кой" гибкости полимерной матрицы и емкость такого сорбента составляет 2,0 г/г.

7. Изученсорбция микроколичеств '' фенола как индивидуального токсина, а также в качестве модельной систем на слабоосновных анионитах на основе сополимеров, м-винилпирролидона и 1-винилЗ(5] -метилпиразола с ТПГ^ или' ТМПТА, аминированных сополимеров акршюнитрй^. с ТПГДА. Расчет коэффициентов диффузии фенола съ содержания поперечных связей показал незави-QfflSX-Tb проницаемости макросетчатых ионитов от количества диена ввиду налой молекулярной массы сорбируемого вещества.

8. Показана принципиальная возможность применения синтезированных макросетчатых ионитов в процессах детоксикации биологически жидкостей на примере сыворотки плазмы крови типа "Се-ротрод". Установлена высоися избирательность сорбентов по ■ отногенио к холестерину и билирубину. За 2 часа детоксикации из системы удаляется до 37% холестерина и 85% билирубина без изменения Селково-липидного и солевого состава плазмы крови.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ЧЗЮЖЕШ В СДЕДУКВДХ ПУБЛИКАЦИЯХ:

1. Tleukulov? 4.0. , Prodius L.N. , Ergozhin E.E., Tastanov K.Kh.

' Synthesis of Acrylic Copolymers с Three-Dimensional Structure. // International school-seminar for young scientists. "Non-traditional methods of polymer synthesis". -A lira-Ata - 1990. - P. 89.

2. Тлеукулова P. . Синтез, структура и свойства сетчатых сополимеров на основе акриловых мономеров. // Тез. докл. Y1H Ко: \ молодых ученых-химиков. - Иркутск, 1990.. - С. 116.

3. Тлеукулова Р. 0. Синтез v исследование структуры акриловых сополимеров. // Тез. докл. Y1 Всесоюзн. ко-"?, молодых ученых и специалистов по фи: ческой химии "Физхимия-90". - М, 1090. - С. "5.

4. Тлеукулова Р. 0., ' Ергожин Е. Е., Тастанов К. X , Продиус JL а , Шарипов Р. В., Шахабудинова Ф. X , Изтелеуова И. К. Применение макросетчатых ионитов для сорбции фгнс.л из физиологически активных сред. // Тез. докл. ХУ111 Межвузовской конф. молодых ученых "Современные проблемы физической xi. ..¡и растворов". — JL, 1991. - С. 60. ,

5. Полочанский P. A., Продиус JL а , Тлеукулова Р. 0. , Шарипов Р. В. Определение фенола в плазме крови при плазмоэкстракции. //Тез. докл. 4 Всесоюзный съезд специалистов по клинической лабораторной диагностике. - Ивано-Франковск., 1991. - С. 153.

6. Продиус JL Е , Тастанов К. X., Тлеукулова Р. 0., Ергожин Е. Е. Ионообменные полимеры на основе акриловых мономеров: Сб. "Исследования мономеров и полимеров". - Алма-Ата: Гылым. — 1991, "- С. 115-130.

7. Тлеукулова Р. О. .Ергожин Е. Е. .Тас^янов К. X. .Габдракипов а 3., Рубанки Н. Н. Синтез и структура макросетчатых ионитов на основе трипропиленгликольдиакрилата и винильных мономеров. // Изв. АН КазССР, сер. химическая. - 1991 - N 6 - С. 74-79.

8. Ергожин Е. Е., Тлеукулова Р. О.. Тастанов К. X. , Полочанский Р. А. Новые высокопроницаемые слабокислотные катиониты очистки физиологически активных сред. // Докл. АН CC^. - 1931 - Т. 320 - N 5 С. 1116-1118.

9. Способ очистки плазмы крови от фенола. / Е. Е. Ергожин,

Н.Продг'с, Р. О. Тлеукулова, Р. а Шарипов, К. X. Тастанов, Р. А. Полочанский - Положительное решение на выдачу патента по заявке N 4859727/14 от 30.10.1991Г.

¿И'/'