Радикальная полимеризация вторичных и третичных диаллиламинов и свойства полимеров на их основе тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.06 ВАК РФ

На правах рукописи

15>

ТИМОФЕЕВА ЛАРИСА МАТВЕЕВНА

РАДИКАЛЬНАЯ ПОЛИМЕРИЗАЦИЯ ВТОРИЧНЫХ И ТРЕТИЧНЫХ ДИАЛЛИЛАМИНОВ И СВОЙСТВА ПОЛИМЕРОВ НА ИХ ОСНОВЕ

02.00.06 - Высокомолекулярные соединения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора химических наук

1 (.¡АР Ш

Москва 2011

005011255

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Ордена Трудового Красного Знамени Институте нефтехимического синтеза им. А.В.Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН)

Официальные оппоненты: доктор химических наук,

член-корреспондент РАН, профессор Зезин Александр Борисович

доктор химических наук, профессор

Паписов Иван Михайлович

доктор химических наук, профессор

Тигер Роальд Павлович

Ведущая организация: Учреждение Российской академии наук

Институт синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова РАН

Защита состоится « 75"» марта 2012 г. в -7 ^ часов на заседании Диссертационного совета Д 002.012.01 при Учреждении Российской академии наук Институте химической физики им. H.H. Семенова РАН в помещении актового зала по адресу: 119334, г. Москва, Ленинский проспект, д.38.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Российской академии наук Институте химической физики им. H.H. Семенова РАН

Автореферат разослан « 77» февраля 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 002.012.01 кандидат химических наук

rjtf^t^y Т.А. Ладыгина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Исследования процессов образования, физико-химических и прикладных свойств синтетических полиэлектролитов (ПЭ) представляют актуальное направление в современной химии высокомолекулярных соединений. Полиэлектролиты широко распространены в живой природе, синтетические и природные ПЭ находят большое применение в современных технологиях, медицине и т.д. Круг синтетических ПЭ весьма невелик, поэтому важен поиск новых структур, возможностей регулирования их строения, молекулярных масс для получения необходимых функциональных свойств.

К широко востребованным катионным ПЭ относятся кватернизованные диаллилдиалкиламмониевые полимеры, механизм получения и свойства которых были ранее изучены. В то же время, отсутствие в звеньях четвертичных аммониевых структур функциональных групп ограничивает возможности модификации мономеров и полимеров на их основе. Кроме того, кватернизованные полиамины теряют свои свойства в щелочных растворах. Поэтому большой интерес представляют производные рада диаллиламина (ДАА) в некватернизованной форме - сам ДАА и алкиддиаллиламины. Наличие вторичных/третичных аминогрупп открывает возможности для химической модификации и позволяет варьировать свойства потенциальных полимеров в зависимости от pH среды от полисолей до полиоснований. Полимеры с некватернизованной структурой амина в звеньях весьма перспективны и актуальны для биомедицинских целей благодаря низкой токсичности.

Хорошо известны трудности синтеза полимеров из аллильных и диаллильных мономеров в некватернизованной форме, связанные с вырожденной передачей цепи на мономер и образованием аллильного радикала передачи с очень низкой реакционной способностью по отношению к двойным связям. Реакция деградационной передачи цепи в этом случае фактически контролирует процесс, приводя к драматическому падению скорости полимеризации и получению только низкомолекулярных олигомерных продуктов. Первые работы по изучению радикальной полимеризации аллильных мономеров были сделаны Bartlett и Altschul в 1945 г. 1 Последующие исследования были направлены на преодоление трудностей полимеризации различных аллильных мономеров.2а,ь Особое место занимает большой цикл работ группы В.А. Кабанова и В.П. Зубова с сотрудниками, в которых авторы предложили использовать апротонные и протонные кислоты для уменьшения конкурентной способности реакции передачи цепи.2с Однако попытки преодолеть затухание процесса и получить полимеры с заметной молекулярной массой (ММ) не привели к существенным успехам. В то же

1 P.D. Bartlett, R. Altschul. // J.Amer.ChemSoc. 1945. V.67. Р.812; JAmer.Chem.Soc. 1945. V.67. 816.

2 (а) M. Litt, F R. Eirich. НУ Polym. Sei. 1960 V.45. P.379. (b) M.B. Jakson. // J. Macromol. Sci.-Chem. 1976. V.A10. P.959. (с) Цикл работ В.П. Зубова и В.А. Кабанова, обзор исследований: V.P. Zubov, M.V. Kumar, M.N. Masterova, V.A. Kabanov. // J. Macromol. Sci.-Chem. 1979. V. A13. P.l 11.

время, как отмечалось выше, мономеры ряда ДАА в кватернизованной форме - соли Л',Л:-диаллил-Л,>Лг-диа.акиламмония - полимеризуются при сравнительно высоких скоростях под действием химических радикальных инициаторов с образованием катионных ПЭ с достаточно высокими значениями ММ.

Все сказанное определяет актуальность рассмотрения принципиальной возможности осуществления полимеризации (ди)аллиламинов в некватернизованной форме, используя иные подходы, базирующиеся на методах, позволяющих исследовать механизмы конкурирующих процессов и влияние среды на протекание реакций. Ценную информацию о конкурентной способности элементарных реакций, в частности, радикальной полимеризации (ди)аллиламинов может дать изучение методами квантовой химии с учетом модельных растворителей. В последнее время формируется подход, рассматривающий влияние структуры раствора на протекание процессов с участием ионов, включающий исследования диэлектрических и структурных свойств растворов. Реакции радикальной полимеризации, в том числе ионогенных мономеров, не рассматривались и не изучались с этой точки зрения. В то же время указанные свойства раствора должны оказывать существенное влияние на реакционную способность мономеров, в частности аминов, в кислых средах. Поэтому развитие такого подхода к реакциям радикальной полимеризации (ди)аллиламинов весьма актуально.

Цель работы заключалась в решении проблемы полимеризационной способности (ди)аллиламинов, разработке подхода для осуществления полимеризации мономеров ряда диаллиламина в некватернизованной форме и методов их полимеризации, установлении закономерностей новых радикальных процессов полимеризации и механизмов влияния среды на эти процессы, изучении свойств новых полимеров - вторичных и третичных полидиаллиламинов в форме полисолей и полиоснований, наиболее важным из которых является обнаруженная высокая антимикробная активность. Основные задачи работы:

-теоретическое исследование методами квантовой химии механизмов и общих закономерностей элементарных реакций радикальной полимеризации мономеров ряда ДАА для выявления возможности получения полимеров из некватернизованных мономеров ряда ДАА;

-разработка методов получения новых мономеров - трифторацетатов вторичных/третичных диаллиламинов, и методов синтеза новых полимеров на их основе;

-исследование кинетических закономерностей новых полимеризационных процессов; -исследование структурных и диэлектрических свойств исходных полимеризационных растворов солей диаллиламмония методами СВЧ диэлектрической спектроскопии и низкочастотной электропроводности;

-анализ теоретических и. экспериментальных данных и оценка влияния структуры и диэлектрических свойств исходных растворов мономеров на кинетические параметры радикальной полимеризации мономеров ряда диаллиламмония;

-изучение свойств новых полимеров, в том числе обнаруженной высокой антимикробной активности широкого спектра, связи биологических активности со структурой и полиэлектролитными свойствами новых вторичных/третичных полиаминов.

Научная новнзна. Все результаты работы получены впервые. Из них наиболее существенными являются следующие:

-Предложен и теоретически обоснован подход к получению полимеров из мономеров ряда ДАА в некватернизованной форме, развитый в ходе систематического изучения методами квантовой химии закономерностей и механизмов элементарных реакций роста и передачи цепи на мономер с учетом среды-растворителя различной полярности. Главньм его моментом является создание в полимеризационной среде подавляющего количества мономера в протонированной форме, что приводит к уменьшению конкурентной способности реакции передачи цепи и ее трансформации в эффективную передачу. Предложенный новый подход является общим и может быть применим ко всем мономерам ряда аллил- и диаллиламинов.

-В рамках предложенного общего подхода синтезированы новые мономерные системы -трифторацетатные соли вторичных и третичных диаллиламинов, разработаны методы их полимеризации под действием традиционного радикального инициатора в относительно мягких условиях.

-Впервые получены новые вторичные и третичные полидиаллиламины - полимерные соли (ПДААС) и полиоснования (ПДАА) с достаточно высокой молекулярной массой (ММ -65000) - представители нового семейства полимеров.

-Развит применительно к радикальным реакциям катионогенных мономеров новый подход, рассматривающий влияние структуры раствора на протекание процессов с участием ионов. Впервые показано, с использованием методов СВЧ диэлектрической спектроскопии и низкочастотной электропроводности, влияние структуры и диэлектрических свойств исходного полимеризационного раствора на кинетические параметры радикальной полимеризации; показано, что наличие "свободной" воды в исходных растворах диаллиламмониевых мономеров ответственно за характер концентрационного поведения констант скорости элементарных реакций роста и передачи цепи на мономер, бимолекулярного обрыва цепи.

-Получены новые антимикробные полимеры, не имеющие аналогов среди биоцидов. Впервые показано, что замена кватернизованной аминогруппы в пирролидиниевом звене на вторичную/третичную может кардинально изменить свойства полимеров, обеспечив ПДААС высокую антимикробную биоцидную активность широкого спектра действия. Показана важная

роль гидрофильных свойств и способности к образованию водородных связей в биологической активности полимеров.

Научная значимость работы. Развитые в диссертации подход и методология полимеризации мономеров ряда ДАА в некватернизованной форме носят общий характер и применимы ко всем мономерам ряда аллиламинов. Данные исследования радикальных реакций диаллиламинов в различных средах важны для понимания механизмов свободнорадикальных взаимодействий и дополняют эту область знаний.

Полученные результаты открывают возможность для создания нового семейства полимеров, проявляющих свойства как полисолей, так и полиоснований в зависимости от рН среды - катионных ПЭ на основе аллил-/диаплиламинов с достаточно высокими ММ и возможностью для химической модификации благодаря наличию функциональных групп.

Выделенные новые полиоснования - вторичные/третичные полидиаллиламины обладают рядом отличительных свойств, включая способность к образованию водо- и спиртонабухающих гелей, и представляют отдельную перспективную область исследований.

Развитый в работе новый подход, рассматривающий влияние структуры и диэлектрических свойств раствора на кинетические параметры полимеризации диаллиламмониевых мономеров, носит общий характер и применим к другим процессам полимеризации ионогенных мономеров. Полученные данные относительно гидрофобной гидратации диаллиламмониевых мономеров расширяют круг катионов разного типа, для которых характерна гидрофобная гидратация.

Биологическая активность ПДААС ставит важную научную задачу, касающуюся механизма их противомикробного и, прежде всего, туберкулоцидного (т.е., убивающего микобактерию туберкулеза) действия, учитывая строение наружной оболочки микобактерий, делающее их непроницаемыми для большинства известных неспецифических биоцидов.

Практическая значимость работы. Одним из важных и практически значимых свойств новых полидиаллиламинов является высокая антимикробная биоцидная активность широкого спектра действия, включая активность против микобактерии туберкулеза. Совокупность этих проявлений выделяет ПДААС из ряда известных катионных биоцидов и, на сегодняшний день, делает их уникальными среди всех известных в мире катионных неспецифических биоцидов. Изученные антимикробные свойства полидиаллиламинов, а также полученные данные относительно поведения этих полимеров в различных условиях позволяют рассматривать их в качестве перспективных дезинфектантов высокого уровня для использования в медицинской практике. В целом, получение и исследование биоцидных полимеров с первичной/вторичной/третичной структурой амина представляет новое перспективное направление в области синтеза антимикробных полимеров.

Личный вклад автора. Автору принадлежит решающая роль на всех этапах работы - от выбора направления, постановки конкретных задач, планирования и проведения ключевых исследований до анализа, обобщения и литературного оформления полученных результатов. Вместе с тем, в диссертации используются данные, полученные и опубликованные в соавторстве с Д.А. Топчиевым, H.A. Клещевой, Ю.А. Васильевой, [Г.Л. Громовой!, А.И. Мартыненко, М.П. Филатовой, Г.И. Тимофеевой, А.К. Лященко, A.C. Лилеевым, А.Ф. Мороз, Л.В. Диденко, Ю.А. Ермаковым и другими. Всем соавторам автор приносит искреннюю признательность за активное и плодотворное сотрудничество. Автор приносит глубокую благодарность ближайшей коллеге по лаборатории химии полиэлектролитов и медико-биологических полимеров ИНХС РАН, старшему научному сотруднику, к.х.н. H.A. Клещевой за постоянное содействие в работе.

Апробация работы. Основные результаты были представлены на отечественных и международных конференциях, в том числе: на международных конгрессах и симпозиумах по расчетным методам в химии (Israel 1996, Москва 1996), радикальной полимеризации (Italy 1996), макромолекулам (Korea 1996, Prague 1999), химии растворов (Slovenia 2005, Суздаль 2007, Austria 2009) и диэлектрическим свойствам растворов (France 2008); на Европейских полимерных конгрессах (Stockholm 2003, Москва 2005), Всероссийских Каргинских конференциях (Москва 2004, 2007 и 2010), XVIII Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Москва 2007), X Всероссийской конференции по структуре и динамике молекулярных систем (Яльчик 2003), научных конференциях ИНХС РАН (Москва 1997, 1999, 2003 и 2009).

Публикации. Материалы диссертации изложены в 4В научных публикациях, включая 18 статей в ведущих отечественных и зарубежных рецензируемых журналах, 2 патента и 28 тезисов докладов на международных и всероссийских конференциях.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения (с кратким обзором литературы и постановкой задачи), четырех глав, содержащих каждая критический анализ литературы, изложение результатов, их обсуждение и заключение, пятой главы -экспериментальной части, выводов и списка цитируемой литературы (236 наименований). Диссертация изложена на 220 страницах текста, содержит 20 таблиц и 34 рисунка.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении сделан краткий обзор литературы, сформулирована актуальность, показана новизна работы, выносимой на защиту, и ее практическая значимость.

Глава 1. Механизм элементарных реакций при полимеризации мономеров ряда диаллиламина.

В главе 1 описаны исследования методами квантовой химии закономерностей и механизмов элементарных реакций при полимеризации мономеров ряда диаллиламина. На

основе результатов исследования сформулирован подход к получению полимеров из мономеров ряда (ди)аллиламина в некватернизованной форме.

1.1. Полимеризация диаллиламинов: данные по кинетике и механизмам процессов (критический анализ литературы)

Схему циклополимеризации диаллильных мономеров (в форме оснований) в различных

растворителях, включая кислые среды, и кватернизованных диаллиламмониевых солей можно

представить следующими элементарными реакциями (схема I):3,4

(1) Инициирование - присоединение радикала к одной из двойных связей аллильной группы мономера с образованием "открытого" радикала Р0'; радикал Р0" не был зарегистрирован экспериментально из-за последующей быстрой реакции (2) внутримолекулярной циклизации, как и не выявлено в продуктах полимеризации возможного участия в росте цепи радикалов типа Р„\

(2) Быстрая внутримолекулярная циклизация с образованием циклического пятичленного пнрролидинового мономер-радикала Рц\

(2*) В случаях объемных заместителей Я1, Я2 > Ви' в р-замещенных диаллил- и алкилдиаллиламинах образуются также шестичленные пиперидиновые циклы в полимере, доля которых растет с увеличением объема заместителей. При полимеризации ^-незамещенных диаллиламинов и диаллиламмониевых солей образуются только пятичленные циклы3'4. Дальнейшее рассмотрение проводится для случаев полимеризации (5-незамещенных диаллиламинов и диаллиламмониевых солей.

(3) Рост цепи - реакция присоединения циклического мономер-радикала к «хвосту» одной из аллильных групп мономера, являющаяся лимитирующей стадией процесса роста, с последующей быстрой внутримолекулярной циклизацией и образованием циклических радикалов роста Рц'; открытая форма радикала роста Р0" не была зарегистрирована (при 25 °С).

(4) Х=Ы[1. Передача цепи на мономер - реакция (4) отрыва атома Н а-СНг группы мономера, которая в случае полимеризации диаллиламинов в виде оснований ведет к образованию вырожденного аллильного радикала передачи Я,,,", имеющего очень низкую реакционную способность в отношении двойных связей благодаря делокализации плотности неспаренного электрона. Образующийся деградационный аллильный радикал передачи Я,п' не был зарегистрирован из-за его чрезвычайно высокой скорости рекомбинации и образования стабильных продуктов (однако спектр ЭПР подобного радикала был впервые получен при 77К в реакции аллилового спирта с радикальным инициатором).3

3 Литература представлена в монографии: G.B. Butler, Cyclopolymerization andcyclocopolymerizaiion, Marcel Dekker, New York, 1992.

4 В.А.Кабанов, Д.А/Гопчиев. // Высокомолек. сое д. А. 1988. T.3Û. С.675.

Схема 1

(2)/ \ (2*)rpHR',R2>Bu' R1, R2= Me; Et; IV; Ph; C02Et; Bul „ „ У V ,

Ri fa ' 4 R1

X=NR, где R=H; Me; C(CH3)3 A.

X=NR3R4, где R3, R4 = Me; Et;

P'

1 ii

t3-

A-

(3)

(4),(4*) н

обрыв цепи, в т.ч. в кислых средах

(4*) Х=КЯ3Я4. В случае успешно протекающей полимеризации четвертичных диаллиламмониевых мономеров, в частности, диаллилдиметиламмоний хлорида (ДАДМАХ), в спектрах ЯМР 'Н и С поли(ДАДМАХ) (ПДАДМАХ) были зарегистрированы сигналы концевых метальных и виниловых групп, свидетельствующие о превращении радикала передачи цепи на мономер, который в этом случае можно назвать эффективным радикалом передачи Я*^', в радикал роста Рэф'.4,5

Анализируя литературные данные, можно выделить следующие вопросы, касающиеся механизма реакций:

-какова сравнительная конкурентная способность реакций роста и передачи цепи при полимеризации мономеров ДАА в виде оснований и каков механизм уменьшения относительной конкурентной способности реакции отрыва атома водорода аллильной группы при полимеризации кватернизованных мономеров ряда ДАА;

-возможно ли при полимеризации протонированных мономеров ряда ДАА создать условия, необходимые для уменьшения относительной конкурентной способности реакции передачи цепи и достаточные для трансформации радикала передачи в радикал роста, как это

Д.А. Топчиев, Г.Т. Нажметдинова, A.M. Крапивин, В.А. Шрейдер, В.А. Кабанов // Высокомолек. соед. А. 1982. Т.24. С.473.

наблюдается при полимеризации кватернизованных мономеров ряда.

1.2. Элементарные реакции роста и передачи цепи. Квантово-химический аспект.

Мы впервые провели систематическое исследование методами квантовой химии элементарных реакций полимеризации мономеров ряда ДАА. Были изучены три реакционные системы (I - III) (схема 2), моделирующие элементарные реакции роста и передачи цепи на мономер при полимеризации диаллилметиламина (ДАМА, мономер 2), его протонированной формы (4) - диаллилметиламмония (ДАМА+), и кватернизованной формы (6) -диаллилдиметиламмония (ДАДМА+). Систему I использовали для рассмотрения элементарных реакций, протекающих при полимеризации амина 2 в массе и в органических растворителях различной полярности (растворимость ДАМА в воде не превышает 8% при нормальных условиях). С помощью системы II моделировали предельный идеальный случай взаимодействия протонированных мономера 2 и его радикала в сильно разбавленных кислых растворах различной полярности (влияние анионного остатка кислоты не рассматривали). Используя систему III, моделировали элементарные реакции полимеризации соли ДАДМАХ в сильно разбавленных растворах, когда катионы - мономер 6 и мономер-радикал 7 - свободно сольватированы и изолированы в растворе от влияния сольватированного аниона СГ.

Методика расчета

Расчеты реакций в газовой фазе методом MNDO-PM3 (программа МОРАС-6) проводили с полной оптимизацией всех геометрических параметров, радикальные формы рассчитывались в рамках UHF (метод неограниченного Хартри-Фока), поправки на энергию нулевого колебательного уровня не учитывали (выбор метода расчета обсуждается в диссертации). Для оценки индуктивного эффекта атома N в ряду мономеров - ДАА (мономер 1), ДАМА, его протонированная форма 4 и кватернизованная форма 6 - использовался метод AMI. Расчеты эффектов электростатической сольватации осуществляли в рамках модели поляризованного континуума6 по программе SOLPAC, использующей полуэмпирические методы для квантово-химической стадии расчетов7. В рамках процедуры SOLPAC надежно воспроизводятся экспериментальные значения электростатического вклада в свободную энергию гидратации аммониевых ионов. Методика расчета профилей потенциальной энергии и поиска переходных состояний (ПС) описана в диссертации. Расчеты с учетом растворителя проводили с использованием оптимальных для газовой фазы геометрических параметров реагентов и фрагментов ПС. Геометрическую структуру ПС частично оптимизировали с учетом растворителя по координатам реакций (/,, 12 и <р) путем сканирования в некоторой области

6 Miertus S., Scrocco Е., Tomasi 1. // Chem. Phys. 1981. V. 55. №1 P. 117.

7 G.E. Chudinov, D.V. Napolov, M.V. Basilevsky // Chem. Phys. 1992. V. 160. P.41.

значений этих параметров, полученных для газовой фазы, которые, как правило, при учете электростатической сольватации не менялись (рис. 1 а,Ь).

В условиях равновесной сольватации энергия активации реакции в растворе (£o,s) определяется суммой энергии активации в вакууме (Е0) и разностью A(AGs) свободных энергий сольватации ПС (ДGs *) и реагентов (AGs'): £o,s = Е0+A(AGS), AGs = AGS * - AG/ (1.1)

Свободная энергия сольватации AGs представляется суммой электростатического (AGei) и специфического (AGsp) вкладов, а также суммарного вклада (AGy) дисперсионной, ван-дер-ваальсовой свободных энергий и свободной энергии образования полости (AGv можно считать неэлектростатическим вкладом, величина которого зависит, в частности, от объема полости (У), занимаемой растворенной молекулой/ионом в среде): AGs - AGei + AGsp + AGv (1-2)

В литературе и наших предварительных расчетах показано, что для аминов/аммониевых ионов величина вклада специфической сольватации AGsp при образовании водородных связей с водой незначительна по сравнению с электростатическим вкладом AGei. Поэтому для взаимодействий аминов или аммониевых систем членом AGsp в уравнении (1.2) можно пренебречь. В диссертации показано, что величина ошибки в определении абсолютной величины Eo,s, возникающей из-за неучета суммарного неэлектростатического вклада AGv составляет для рассматриваемых систем не более 1 ккал/моль. Таким образом, значение энергии активации изучаемых взаимодействий аминов и аммониевых реагентов в растворе может быть рассчитано по формуле (известно приблизительное равенство величин АН& и AGci электростатических эффектов, сн. 6, 7):

£o,s = £o+(ÄGel*-SAGe,r), (1.3)

AGei * - свободная энергия электростатической сольватации ПС, a IAGei' - сумма вкладов свободной энергии электростатической сольватации реагентов.

Очевидно, что длина цепи растущего макрорадикала Р„* не должна существенно влиять на величину энергии активации в радикальном реакционном центре (в отличие от влияния на энтропийный фактор), поэтому результаты расчетов барьеров активации реакций в модельных системах (I -III) можно сопоставлять с данными по кинетике для реальных полимеризующихся систем в линейной области малых превращений (до 3- 5% конверсии) мономера.

Реагенты

Как видно из данных в табл. 1, использованный метод расчета правильно воспроизводит свободные энергии электростатической сольватации катионных мономеров и радикалов. N-Me-замещение существенно уменьшает AGe| пирролидиниевого цикла. Введение Ме-группы в положения 3 и 4 JV-метилпирролидиния понижает значение AG^ (радикал 5 - 1,3,4-

триметилпирролидиниевый радикал), а введение второй Ме-группы в положение 1 приводит к последующему уменьшению величины ДСе1 радикала 7 на 4 ккал-моль"1. Вследствие более разветвленной структуры мономеров 4 и 6 значения АОе| для них меньше, чем для соответствующих радикалов 5 и 7.

Таблица 1. Рассчитанные свободные энергии электростатической сольватации АОс] катионных реагентов_

Соединение ЛСсЬ кДж/моль (ДСе, + ДС1Т)", кДж/моль

е = 80 экспериментальные данные

Пирролидиний 258.3е 262.5

Ы-метилпирролидиний 234.1е 234.9

5 229.5

7 212.3

4 218.2

_6_2016_

Экспериментальные данные по энергиям гидратации взяты из литературы (сноска 7).

В ходе расчетов изучены возможные пространственные конформации мономеров, полученные вращением одной аллильной группы относительно другой. Как в газовой фазе, так и в растворителе с е = 80 можно установить несколько устойчивых конформаций каждого мономера: по три для мономеров 2 и 4 (цис-, гош- и транс-конформеры с разницей в теплоте образования АН; в 1.2 ккал-моль"1) и две - для мономера 6. Полученные результаты согласуются с данными исследований методом парофазной хроматографии по разделению ДАА (мономер 1) на несколько стереоизомеров с помощью AgNOз (лит.данные). Для расчетов энергий активации были выбраны конформеры с минимальной величиной Д#г.

Присоединение к двойной связи - рост цепи

На рис. 2 представлены энергетические диаграммы реакций (5)-(7) свободно-радикального присоединения к двойной связи в растворителе (г = 80). По данным расчета, продуктом лимитирующей стадии (а) реакций (5)-(7) как в вакууме, так и в растворителе является открытая форма димерного радикала Р0*. Для этой стадии наблюдается раннее ПС со структурой реагирующих фрагментов, близкой к структуре реагентов (см. рис. 1 , а). Это согласуется с сильной экзотермичностью процессов, полученной в расчетах реакций (5а)-(7а). Разница в величинах энергий активации реакций роста в ряду (5а)-(7а) незначительна, она контролируется прежде всего разностью энергий взаимодействующих граничных гс-орбиталей (ГМО) (табл. 2).

Данный результат является подтверждением общих закономерностей протекания реакций свободно-радикального присоединения к двойной связи со слабо меняющимся реакционным центром, для которых основной характеристикой реакционной способности реагентов является энергия их 7с-электронного взаимодействия. Мерой тг-электронного вклада в энергию

(5а)

СН3 3

СН3 2

Система I

Г

-с-с—Г г=

N

(5Ь>

р • I 8 I

0 СН3 СН3

(8)

СН3 10

у у:

I О I гв

СНз СН,

"СНз

обрыв цепи -►

СНз 11

(6а)

II СНз Н Н^ СНз 5 4

Система II

(9)

(7а)

СНз СН3 7

с—с-

Ж ^

И СНз Н СНз

13

с—с-

Н'

СНз СНз

Система 1П

СНз СН, СН3 СНз СНз СНз СН3" СН

. рост цепи "эф -►

взаимодействия в ПС и энергии активации может служить энергия стабилизации Е„ 8, обратно пропорциональная разности энергий взаимодействующих ГМО.

Таблица 2. Рассчитанные энергии активации (Ер, Ер$,) реакций роста цепи, корреляции с энергетическими характеристиками (Ето"> Е*) взаимодействующих граничных молекулярных орбиталей (ГМО) и относительными свободными энергиями электростатической сольватации ДДСм* переходных состояний реакций

Реакция Ер, кДж/моль Ef s, кДж/моль £гмо", эВ Е*, эВ AAGe*, кДж/моль

вакуум е = 80 е = 25 s = 80 s = 80 е = 80 в = 25

(5а) 23.0 24.2 24.2 0.52 0.71 1.2 1.2

(6а) 188.9 27.2 30.9 1.44 0.24 -161.8 -158.0

(7а) 186.0 28.4 31.8 1.42 0.20 -157.2 -154.1

° Разность энергий взаимодействующих ГМО; £ = 80. 6Оценка величины ^-электронной энергии взаимодействия ГМО; рассчитано в рамках теории возмущений, значение резонансного интеграла р = 1эВ; е = 80.' Величина ДДОг)=(ДСС1 * - 1ДСе1р) характеризует свободную энергию электростатической сольватации переходного состояния относительно суммы энергий электростатической сольватации реагентов £АСс|р для данной реакции (относительная свободная энергия электростатической сольватации ПС).

Характерным примером реакций этого типа являются изученные нами реакции роста в радикальной полимеризация незаряженного мономера - И-винилпирролидона (ВП). Аномалии в кинетике полимеризации ВП, в частности, увеличение скорости полимеризации в водных растворах связывали с возможным уменьшением отрицательного заряда реагирующего атома С двойной связи в мономере благодаря образованию водородных связей между амидной группой ВП и молекулами воды. Предполагали, что это должно приводить к уменьшению электростатического отталкивания между растущим радикалом и мономером в переходном состоянии реакции и соответствующему уменьшению энергии активации роста. В квантово-химическом исследовании модельных реакций роста ВП мы показали, что образование водородных связей с растворителем, а также сольватация в полярных средах слабо влияет на двухцентровые энергии кулоновского взаимодействия в реакционном центре в состояниях, близких к переходному и в самом ПС, так как при движении по координате реакции происходит реорганизация плотности валентных электронов, приводящая к уменьшению электростатического отталкивания в реагирующей системе в целом. Было показано, что образование водородной связи амидной группой с молекулами воды или самим ВП не влечет заметного изменения я-электронной плотности реагирующего атома С мономера, плотности

8 Например: C.B. Воловик, Г Г. Дядюша, В.И. Сталинец. Региоселективность и реакционная способность свободных радикалов в процессах присоединения и ароматического замещения. 1988.

неспаренного электрона на мономер-радикале, величин разности энергий взаимодействующих ГМО, и, соответственно, энергии стабилизации Рассчитанные энергии активации радикального присоединения к двойной связи ВП также слабо зависели от водородного связывания амидной группы ВП с молекулами воды. Дальнейшие экспериментальные исследования кинетики процесса подтвердили, что природа кинетических аномалий при полимеризации ВП связана с динамическими и конформационными характеристиками макрорадикалов в процессах трансляционной диффузии.

Влияние среды

Энергии активации реакций радикального взаимодействия катионных диаллиламмониевых мономеров и радикалов роста, как и следовало ожидать, резко уменьшаются при переходе из вакуума в растворитель, при этом зависимость от диэлектрической проницаемости моделируемой среды весьма небольшая, поскольку в переходном состоянии реакции нет существенного перераспределения зарядов реагентов. Как видно из данных для относительной энергии электростатической сольватации ДДСе| (табл. 2), переходные состояния реакций (6а) и (7а) катионных форм сольватированы лучше, чем исходные реагенты. Это можно объяснить тем, что при радикальном присоединении к двойной связи две катионные системы сближаются своими гидрофобными реагирующими углеродными группами, в то время как гидрофильные аммониевые группы остаются сольватированными на прежнем уровне и структура ПС имеет суммарный заряд +2 (рис. 1а). С понижением диэлектрической проницаемости среды энергии активации реакций (6а) и (7а) незначительно увеличиваются в связи с уменьшением значений ААОе1 в менее полярных средах, проявляющимся в большей степени для более объемной структуры ПС реакции (7а) (табл. 2). Интересно сопоставить исследуемые реакции радикального присоединения катион-радикала к катион-мономеру с ион-молекулярными реакциями Бк2 присоединения. Последние характеризуются известным резким замедлением скорости реакции при переходе из вакуума в полярный растворитель. Это связано с делокализацией заряда в переходном состоянии ион-молекулярного 5присоединения, в результате которой при взаимодействии в вакууме структура ПС оказывается энергетически более выгодной, чем ион-реагент с локализованным зарядом. В полярном растворителе переходное состояние такой реакции становится энергетически менее выгодным, поскольку свободная энергия электростатической сольватации ПС значительно ниже суммы энергий сольватации исходных реагентов, основной вклад в которую дает электростатическая сольватация ион-реагента (т.е., для этих реакций величина АДбе! > 0). На примере реакций роста в катионной полимеризации этиленимина (ЭИ) с раскрытием цикла мы впервые показали, в расчетах и экспериментально, что для ион-

молекулярного Sn2 присоединения характерно уменьшение энергии активации реакции и увеличение скорости процесса при переходе от полярного растворителя (вода, s=80) к неполярному диэлектрику (декан, £=0.986). В полуэмпирических квантово-химических расчетах серий взаимодействий катионов ЭИ - вторичного, третичного и кватернизованного -с различными аминами-нуклеофилами было показано, что: (1) при переходе из вакуума в растворитель увеличение энергии активации ÖJE* пропорционально степени делокализации заряда; (2) в неполярном диэлектрике, где сольватационные эффекты минимальны для жидкой фазы, энергия активации приблизительно в два раза ниже, чем в среде с £=80. Полученная из экспериментальных данных константа скорости роста ЭИ в декане оказалась в 375 раз больше, чем в воде, что подтвердило результаты квантово-химических расчетов.

Сопоставление двух типов Sn2 присоединения заряженных реагентов - радикальной и ионной природы - показывает решающее влияние поведения распределения зарядов в системе в ходе реакции на характер зависимости энергии активации от среды.

Внутримолекулярная циклизаиия

Конечными продуктами каждой из реакций, протекающих по маршрутам (5)-(7), являются термически более устойчивые циклические димерные радикалы роста Р„' 9, 13 и 17, образующиеся в результате быстрой внутримолекулярной циклизации радикалов, соответственно, 8,12 и 16 в реакциях (5b)-(7b) (схема 2, рис. 2). В исследовании методом ЭПР со спиновой ловушкой полимеризации ДАМА в блоке (инициатор ДАК, Т = 50°С) нам не удалось зафиксировать открытый радикал роста типа Р„*;9 ранее радикалы этого типа не были обнаружены в спектрах ЭПР продуктов инициирования ДАМА при 25°С 3. В диссертации оценена принципиальная возможность фиксации радикала Р0° на спиновой ловушке 2-метил-2-нитрозопропане (МНП): константа скорости бимолекулярного захвата ловушкой МНП (норм, услов.) кл = 6.М06 л/моль с, С„ = 0.1 моль/л; (*ЛСЛ)< 2.0-I05 с"1,0<Г<50°С; ~104 с1, Г=-88°С.

С помощью квантово-химических расчетов изучен энергетический профиль вращения аллильной группы в модельном радикале типа Р0\ который может быть получен присоединением Ме радикала к ДАМА: МеСН2*-СН-СНг-М(СНз)А11. Показано, что барьер вращения All группы составляет 1-1.3 ккал/моль, следовательно реализуются различные пространственные конформации аллильной группы в радикалах типа Р0". В рамках теории активированного комплекса были оценены области значений константы скорости внутримолекулярной циклизации ка данного модельного радикала при различных температурах. Показано, что статистические суммы Q* и Q, соответственно, переходного

9 Совместная работа с |В.Б. Голубевым] (Химический факультет МГУ) и Ю.А. Васильевой: Ю.А. Васильева. Дис. канд. хим. наук, Ин-т нефтехимического синтеза им. A.B. Топчиева РАН, Москва, 2000,118 с

состояния реакции внутримолекулярной циклизации и исходного открытого радикала Р„* имеют близкие значения, так, что для ки можно получить следующее выражение (если относить энергию активации Е0 к молю активированных комплексов):

ки = 10'3КТ/)гх((}г/())хехр(-ЕЛ1П) = 10"3ЛГ/йхехр(-£о/Я7) = 2х10107х ехр(-£УЛ7)

Значения кл при 50°С, 0°С и -88°С (температура стеклования) были рассчитаны в диапазоне £0 5-8 ккал/моль, соответствующем диапазону энергий активации присоединения радикала к двойной связи. При изменении Тот 50 до 0°С величины ки варьируют от 2.8х109 до 2.3х106 с"' в диапазоне значений £0; при -88°С ка уменьшаются от 4.8106 до 1.3-103 с

Таким образом, в случае проведения эксперимента со спиновой ловушкой при 0°С и более высоких температурах скорость захвата открытой формы аллильного радикала роста Р„* ловушкой на порядок и более ниже скорости внутримолекулярной циклизации во всей области рассматриваемых значений энергии активации циклизации. Только при температурах, близких к температуре стеклования, -88°С и более низких, появляется вероятность фиксации открытого радикала роста спиновой ловушкой, т.е., вероятность участия радикала Р„" в бимолекулярной реакции присоединения.

Сопоставление с экспериментом

В литературе отсутствуют прямые экспериментальные данные по энергиям активации рассмотренных реакций. В целом, рассчитанные значения Е?$ реакций (5а)-(7а) согласуются с экспериментальными и теоретическими данными по энергиям активации присоединения углеродных радикалов к двойной связи С=С, изученного более подробно теоретически и экспериментально для димеризации и полимеризации этилена (5.5-7.3 ккал/моль) (лит. данные). Отрыв подвижного водорода - передача цепи на мономер

Для реакций отрыва протона получена (рис. 1 Ь) характерная коллинеарная структура ПС. Наблюдаемая для реакций (8)-(10) поляризация зарядов в ПС является характерной чертой взаимодействий этого типа, отличающей их от реакций радикального присоединения по двойной связи. Это обуславливает существенное влияние эффектов сольватации на энергетику реакций передачи. Полученные близкие значения энергий активации реакций роста (5а) и передачи цепи (8) (табл. 3) в случае взаимодействий ДАМА и его радикала в виде оснований подтверждают вывод о близких скоростях роста и передачи цепи на мономер, сделанный в исследовании методом ЭПР со спиновой ловушкой полимеризации ДАМА в блоке 9.

Увеличение барьеров реакций отрыва подвижного протона в ряду (8)-(10) определяется двумя факторами. Первый - это прочность связей а-С—Н аллильных групп,

Таблица3. Рассчитанные энергии активации (Еи, Е„$) реакций отрыва атома водорода (передача цепи), корреляции с энергиями (£ь°) связей а-С—Н и относительными свободными энергиями электростатической сольватации АО/ переходных состояний реакций

Реакция ¿м. кДж/моль E„ s, кДж/моль Еь\ эВ AAGe", кДж/моль

вакуум s = 80 е = 25 £ = 80 £ = 80 в = 25

(8) 25.5 26.7 26.7 -12.55 1.1 1.0

(9) 220.7 32.2 37.6 -12.69 -188.5 -183.2

(10) 219.0 38.5 42.2 -12.71 -180.6 -176.7

" Полная двухцентровая энергии связи а-С—Н. См. сноску 'в' к табл. 2. Таблица 4. Структурные и энергетические характеристики мономеров (метод AMI)

Соединение -Еъ (а-С—Н), эВ" Р(а-С—Н)4 -Еъ (а-С—N), эВ" /(а-С—N), А*

1 11.97 0.946 14.79 1.452

2 11.97 0.948 14.66 1.457

4 12.07 0.952 12.99 1.507

6 12.09 0.952 12.91 1.513

" Двухцентровая энергия связей а-С—Н и а-С—N.ь Порядок связи а-С—Н.с Длина связи а-С—Н.

возрастающая при протонировании или кватернизации аминов (табл. 3). Из данных табл. 4 видно, что Ы-алкилирование ДАА метальной группой не вносит ощутимых изменений в значения энергии и длины связи а-С—N и оставляет практически без изменений связь а-С—Н в ДАМА. Протонирование, как и кватернизация ДАМА, скачкообразно изменяют характеристики связей а-С—N и а-С—Н в амине. Образование связи с электронной парой азота приводит к заметному уменьшению индуктивного влияния атома N и, как следствие, ослаблению связей а-С—N и, соответственно, упрочнению связей а-С—Н аллильных групп.

Вторая причина увеличения энергии активации для катионных форм в ряду реакций (9) и (10), при переходе от протонированного амина к кватернизованному (табл. 3), связана с сольватационными эффектами. Введение Ме-заместителя ведет не только к абсолютному, но и к относительному (по сравнению с сольватированными реагентами) уменьшению свободной энергии ДЛСе1 электростатической сольватации ПС реакции (10) (табл. 3). В результате, хотя в газовой фазе барьеры активации реакций (9) и (10) отличаются мало, в растворе энергия активации отрыва водорода выше для кватернизованной формы амина.

Зависимость сольватационных эффектов от диэлектрической проницаемости растворителя е значительно более существенна для реакций передачи (9) и (10), чем для реакций роста (6а) и (7а), и проявляется в заметном увеличении энергии активации Ев,$ с

уменьшением е (табл. 2 и 3). Это связано с поляризацией заряда в ПС реакций передачи, благодаря которой ПС этих реакций сольватированы лучше (т.е., относительные энергии ДДОе: выше по абс. величине) и, соответственно, более чувствительны к вариации е (табл. 2 и 3).

Заключение

Установлен механизм и рассчитаны энергетические характеристики элементарных реакций роста и передачи цепи при полимеризации мономеров ряда ДАА в растворителях различной полярности. Один из главных выводов расчета состоит в том, что протонирование, как и кватернизация, приводят к увеличению энергии активации Е„ передачи цепи на мономер, мало влияя на энергию активации реакции роста Ер. Этот эффект должен увеличиваться с уменьшением полярности среды. Если учесть близкие и даже равные значения предэкспоненциальных факторов реакций роста и передачи цепи на мономер для аллильных мономеров (лит.данные), можно сделать вывод, что сравнительная конкурентная способность реакций роста и передачи цепи на мономер, оцениваемая константой передачи цепи С„ = к„/кр (£р, кн — константы скоростей роста и передачи цепи), контролируется разностью их энергий активации АЕ (ДЕ = £м - £р), а именно, фактором ехр(-д£/Л7) (табл. 5). Существенно, что по прогнозам расчета величина Сч должна зависеть от е. Сравнение теоретических С„(Т) с экспериментальными значениями констант передачи показывает, что оцененные из рассчитанных энергий активации значения СМ(Т) завышены, в большей степени для кватернизованной формы (экспериментальные значения для протонированного ДАМА рассмотрены ниже, в табл. 10) (табл. 5).

Таблица 5. Сравнительная конкурентная способность рассчитанных модельных реакций роста и передачи цепи на мономер (отрыв атома а-Н)' в вакууме и растворителях при полимеризации ДАМА, его протонированной и кватернизованной форм__

Конкурирующие Д £ = £ „ - £р, кДж/моль Сф) -= ехр(-дШТ), Си, эксперимент

реакции Г=30°С

(по схеме 2) вакуум е=25 е=80 е=25

(5а) и (8) 2.5 2.5 2.5 0.37 0.16, Т= 80°С, АЦ2"

(6а) и (9) 31.8 6.7 5.0 7x10"2 - (см. табл. 10)

(7а) и (10) 33.0 10.4 10.0 16x103 4.2х10"3, Г=40.5°С, ДАДМАХ4

Таким образом, необходимым условием снижения конкурентной способности реакций передачи цепи при полимеризации некватернизованных соединений ряда ДАА является наличие в полимеризующейся смеси подавляющего количества молекул мономера в протонированной форме. Переход к кватернизованным производным, во-первых, обеспечивает существование устойчивых ионогенных форм (не зависящих от протонирующего агента)

35 25 15 5 -5 -15

ПС®

3+2

у;

ПС (5а)

Ю+11

• (5Ь) '....Я..

1к®Лаь

230 20 230 220 2Ю 230 190

¿ШШмяАоь 2S) г

ПС©

ПС(ба)

14+15

12

(6Ь) 13

250 ао 230 2Ю 210 2С0

ПС (10)

7+6

Л

ПС (7а)

18Н9

16

С7Ъ) 17

Рис. 2. Энергетические диаграммы реакций присоединения радикала к двойной связи (пунктирная линия) и отрыва а-атома водорода аллильной группы (сплошная линия) для систем I (о), II (b) и III (с) на схеме 2.

Рис. 1. Структуры переходных состояний реакций (5а) и (8) на схеме 2: присоединение радикала к двойной связи (а) и отрыв а-атома водорода аллильной группы (Ь).

мономера и радикалов роста, и, во-вторых, приводит к дополнительному увеличению энергии активации передачи цепи за счет солъватационных эффектов (табл. 5).

С понижением температуры значение AE/RT будет увеличиваться, а конкурирующая способность реакции передачи цепи - уменьшаться. Очевидно, сделанные выводы носят общий характер и могут быть применимы ко всем мономерам ряда аллил- и диаллиламинов.

Глава 2. Радикальная полимеризации вторичных и третичных солей диаллнламмония

В работах, описанных в главе 2, предложены и синтезированы по разработанной методике новые мономерные системы - трифторацетаты вторичных и третичных мономеров ряда ДАА; показано, что в растворах этих солей ДАА и ДАМА существует практически полностью в протонированной форме; разработаны методы полимеризации и осуществлена радикальная полимеризация новых мономерных систем, получены новые полимеры с достаточно высокой молекулярной массой - вторичные и третичные полидиаллиламмониевые соли и полиоснования; изучены кинетические закономерности и особенности новых процессов полимеризации, установлен бимолекулярный обрыв цепи, показано, что в условиях протонирования аллильный радикал передачи цепи трансформируется в радикал роста. 2.1. Мономерные системы

Достижение в системе основание-кислота такого равновесия, при котором основание существовало бы только в протонированной форме, является не простой задачей. Очевидно, в описанных ранее работах по полимеризации мономеров ряда (ди)аллиламина в кислых средах такое равновесие не было достигнуто. Все же, принципиальная возможность этого имеется.

Известно, что образование между амином и кислотой ионного комплекса с переносом протона, диссоциированного или в виде ионной пары (в зависимости от типа растворителя), наблюдается с наибольшей вероятностью в эквимольных комплексах с трифторуксусной кислотой (ТФК) (комплексы (ди)аллильных соединений с кислотами ранее не изучались).10 Учитывая это и то, что мономеры ряда ДАА являются весьма сильными акцепторами протона (значения рКа > 9), в качестве протонирующего агента была выбрана ТФК.

По разработанной нами методике синтезированы эквимольные соли - трифторацетаты ДАМА и ДАА - ДАМАТФА и ДААТФА (термограммы ДСК на рис.3). О степени протонирования ДАМА в растворах смеси (ДАМА+ТФК) и соли ДАМАТФА судили по положению сигналов протонов группы СНз в спектрах ЯМР 'Н. Известно, что N-CH3 протоны алифатических третичных аминов дают характерный сдвиг в слабое поле при протонировании в кислой среде (наибольший - в среде ТФК).'1 В полученных спектрах наблюдаются значительные слабопольные сдвиги сигналов протонов К-СН3 групп смеси (ДАМА+ТФК) и соли ДАМАТФА по сравнению с соответствующим сигналом нейтрального амина (табл. б).

10 Z. Dega-Szhafran, М. Grundwald-Wysplanska, М. Szhafran. // Spectrochimica Acta 1991. V.47A Р.543. " Ma J.C.N., WamhoffE.W. И Cañad. J. Chem 1965. V. 43. if? 6. P. 1849.

Мы впервые обнаружили, что еще более чувствительны к протонированию азота подвижные протоны группы а-СНг. Это позволило судить о степени протонирования вторичного амина ДАА в растворах соли ДААТФА по сдвигу сигналов подвижных протонов групп а-СН2 (табл. 6). Сигналы остальных протонов аллильных групп также смещаются в присутствии ТФК в слабое поле, однако в меньшей степени (табл. 6). Уменьшение слабопольного сдвига сигналов протонов во вторичных аминах

-150 -50

50

150

О 50 100 150

тх

ГС

Рис. 3. Термограммы ДСК мономерных солей диаллилметиламмоний трифторацетат (ДАМАТФА) (а) и диаллиламмоний трифторацетат (ДААТФА) (б).

связано с различным распределением положительного заряда в системах сольватированных вторичных и третичных аминов." В целом, анализ спектров 'Н ЯМР растворов разной концентрации смеси (ДАМА+ТФК) и синтезированных солей показал, что уже в апротонном растворителе основания в присутствии ТФК находятся в протонированной форме. Следовательно, в водных растворах мономеры ДАА и ДАМА также находятся преимущественно в протонированной форме.

Таблица 6. Химические сдвиги протонов 8 (м.д.) в спектрах ЯМР 'Н и разности (Д8 = 5соль,смесь - §мономер) Д1151 протонов групп К-СНз и М-СНг-СН=СН2 мономеров, их смесей и солей с ТФК (растворитель Ме2СО-сЦ (5=2.05 м.д.)) ____

Соединение га, об. % 5 (СН3) § (СН:) 6 (СН=) 5 (=СН2) А5 (СНз) Д6 (СН2) Д5 (СН=) Д5 (=СН2)

ДАМА 25 2.16 2.98 5.85 5.13 0 0 0 0

ДАМА+ТФК 75 2.75 3.75 6.01 5.51 0.59 0.77 0.16 0.38

50 2.76 3.75 6.01 5.51 0.60 0.77 0.16 0.38

25 2.77 3.75 6.05 5.53 0.61 0.77 0.20 0.40

ДАМАТФА 90 2.75 3.75 6.01 5.51 0.59 0.77 0.16 0.38

75 2.76 3.77 6.01 5.52 0.60 0.79 0.16 0.39

50 2.77 3.77 6.02 5.52 0.61 0.79 0.17 0.39

25 2.78 3.80 6.03 5.53 0.62 0.82 0.18 0.40

ДАА 25 - 3.20 5.87 5.12 - 0 0 0

ДААТФА 25 - 3.71 6.00 5.47 - 0.51 0.13 0.35

2.2. Структура и физико-химические характеристики полимеров

Были разработаны методики и осуществлена радикальная полимеризация смеси (ДАМА+ТФК), солей ДАМАТФА и ДААТФА в водных растворах в условиях термического и фото-инициирования. Полимерные продукты выделены в виде полисолей полидиаллилметиламмоний трифторацет (ПДАМАТФА), полидиаллиламмоний трифторацетат (ПДААТФА) и полиоснований полидиаллилметиламин (ПДАМА) и полидиаллиламин (ПДАА). Их структура установлена на основе данных элементного анализа и спектров ЯМР 'Н и |3С (рис. 4). Исследованы вязкостные и молекулярно-массовые характеристики полимеров. Структура

Спектр ЯМР 13С полиоснования ПДАМА (рис. 4а, образец со степенью полимеризации Р„=288) идентичен спектру олигомера полидиаллилметиламин с = 20,12 сравнение относительных интенсивностей сигналов пар атомов С (3,4), приписываемых цис• транс-замещенным пирролидиновым кольцам полимеров ПДАМА и ПДАМАТФА (рис. 4а, 6) показывает, что отношение цис.транс составляет приблизительно 5:1 в соответствии с лит. данными12'5. Одно мономерное звено ПДАМАТФА (либо ПДААТФА) содержит одну молекулу ТФК. В спектре 13С ПДАМАТФА (рис. 4 б) присутствуют характерные сигналы атомов С групп С|3Рз (квартет, от 113.0 до 122.0 ррга ) и С1300_ (163 ррт); последний сигнал сдвинут в слабое поле по сравнению с сигналом неионизованной группы СООН в ТФК (166 ррт), что подтверждает образование карбоксил аниона.

Растворимость синтезированных мономеров и полимеров приведена в табл. 7. Таблица 7. Растворимость мономеров и полимеров_

Раствори-

Растворимость соединений

тель ДАМА ДАМАТФА ДАА ДААТФА ПДАМАТФА ПДААТФА ПДАМА ПДАА

н2о <8% Р 8.6% Р Р Р н Р

МеОН Р Р Р Р Р Р Р Р

ЕЬО Р Р Р Р н н н -

СНС13 Р Р Р Р н н Р -

Ме2СО Р Р Р Р Р н н -

Гексан Р н Р н н н н -

Бензол Р Р Р Р н н н -

2.3. Кинетические закономерности процессов полимеризации Передача цепи на мономер

В спектрах ЯМР 'Н полисолей ПДАМАТФА и ПДААТФА (рис. 4в) присутствуют малоинтенсивные сигналы протонов концевых групп: винильной (область 5.9 - 6.4 м.д.) и метальной (1.25 м.д., регистрируется отчетливо в спектре полимера ПДААТФА). Указанные сигналы не исчезают при повторном переосаждении образцов Е^О и наблюдаются после их двухлетнего хранения. Сигналы СНг=СН- концевой группы обнаруживаются и в спектрах ЯМР

12 ]оЪт Б Я, •адШщ ЯЛ., М](М1е1оп Б., Ощ А.К.. т. Масгото1. Ба. СЬет. 1976. V. 10. № 5. Р. 875.

|3С полимерных солей (рис. 4 б). Это свидетельствует о том, что при полимеризации вторичных или третичных солей ряда ДАА в ходе передачи цепи на мономер генерируются активные радикалы роста, т.е. деградационная передача цепи на мономер трансформируется в эффективную передачу (схема 3) по аналогии с механизмом, предложенным для полимеризации четвертичных солей диаллиламмониевого ряда, в частности ДАДМАХ4'5. а

Ч»

{цис'^пранс) (цис\транс)

70 65 <0 55

«1*

епй дпоир

-сн-сн, \

'||Й>Щ|1Щ|Ч<

160 140 ррт

(с.1)Ме

(с. О (с.1)

70 65

50 45 40 35 30 25 ррт

Рис. 4. Спектры ЯМР: спектр 13С полиоснования ПДАМА (образец Р23, Л/„ = 32000, />„=288) в

в

Protons of Me

V^^rYvW I—1

MeOD, Broker DRX 500, 303 К, хим.сдвиги относительно ацетона (5c 31.45) (о); спектр I3C полисоли ПДАМАТФА (Mw=55000, Pw=244) в D20, Bruker AVANCE 600, 303 К (б); спектр 'Н ПДАМАТФА (A/w=55000, Л»=244) в D20; отнесение сигналов протонов макроцепи сделано с использованием двумерного спектра HSQC, Bruker AVANCE 600, 303 К, хим.сдвиги в спектре 'Н относительно внутреннего стандарта TSP (8Н 0.0) (в).

Схема 3

Трансформация аллильного радикала передачи цепи на мономер в радикал роста

Способность аллильного радикала в протонированной или кватернизованной формах участвовать в присоединении к двойной связи (для диаллильных радикалов это внутримолекулярная циклизация, схема 3), очевидно, обусловлена локализацией плотности неспаренного электрона на атоме а-С, которая может возникнуть в формах с положительно заряженным атомом N благодаря низкой электроотрицательности группы а-СН— Известно, что смещение спиновой плотности на концевую группу У (нарушение делокализа-ции) характерно для простых аллильных радикалов типа СН2=СН—V с более низкой электро-отрицательностъю группы У по сравнению с СН2 и большим положительным зарядом на У.

Кинетические параметры

Для изучения кинетики полимеризации был разработан метод оценки скорости расходования мономера, основанный на ГЖХ анализе, преимущество которого состоит в том, что он позволяет с достаточной степенью точности и воспроизводимостью результатов изучать кинетику процессов с относительно низкими скоростями расходования мономера, и может быть применим как для низких, так и для высоких степеней конверсии. Были исследованы зависимости начальной скорости полимеризации от исходной концентрации инициатора и мономера при полимеризации ДАМАТФА.

Близкий к 0.5 кинетический порядок реакции по инициатору свидетельствует о бимолекулярном механизме обрыва цепей (рис. 5а). Следовательно, в данной системе акты деградационной передачи цепи на мономер, присущие аллильным соединениям, не обнаруживаются, а передача цепи становится эффективной. Это подтверждает вывод, сделанный выше на основе спектров ЯМР полисолей ПДАМАТФА и ПДААТФА. Полученные результаты свидетельствуют также о том, что в изученных процессах молекулы мономера, радикалов роста и передачи цепи находятся в протонированной форме.

Как видно из рис. 56, в, зависимость начальной скорости V от исходной концентрации ДАМАТФА носит нетривиальный характер. Кривая имеет начальный линейный участок (от бесконечного разбавления до ~1 моль/л), соответствующий единичному порядку по мономеру, а при [М] > 1 моль/л зависимость становится степенной. Известно, что степенная зависимость от [М] характерна для многих полимеризационных процессов. В случае полимеризации четвертичных диаллиламмониевых солей показано, что скорость инициирования практически не меняется в достаточно широком диапазоне концентраций, а степенной характер этой зависимости для начальной стадии полимеризации обусловлен уменьшением константы скорости обрыва кт связанным с увеличением относительной вязкости 77отк исходной полимеризационной смеси с ростом [М] (диффузионный контроль бимолекулярного обрыва цепи).4 В нашем случае резко возрастающая степенная зависимость не компенсируется традиционной поправкой в рамках теории Норта (координаты Г-[М]х г]т"5 (рис. 56)). Как видно из графика на рис. 5в, после введения поправки на г)„п изменение V описывается двумя зависимостями: линейной при [М]<1.0 моль/л и степенной при [М] > 1.0 моль/л.

Причины такого поведения системы рассмотрены отдельно в главе 3, где показана связь концентрационного поведения кинетических параметров полимеризации со структурой и диэлектрическими свойствами полимеризационной среды. В целом, полученный порядок начальной скорости полимеризации по концентрации мономера, равный и превышающий 1, также подтверждает отсутствие вырождения в рассматриваемом процессе.

В табл. 8 приводятся значения начальной скорости полимеризации ДАМАТФА в

lgvxlO6 1.5

1.0 "

0.5

1.0

1.5

2.0 IgtOxlO4

lg ^xlO' 1.0

различных условиях. Как видно, скорость полимеризации ДАМАТФА сравнима по порядку величины со скоростью полимеризации кватернизованной соли ДАДМАТФА с тем же инициатором и значением [М]. Это говорит об относительно высокой полимеризационной способности третичной соли ДАМАТФА.

Рис. 5. Зависимости начальной скорости V полимеризации ДАМАТФА: от исходной концентрации инициатора (N114)28208,

аппроксимируется уравнением >=0.5559.* + 0.0816» /^=0.92 ([М] = 2 моль/л, 7"=50°С) (а); от исходной [М] получена в координатах К-[М] (кривая 1) и в координатах И-[М] /?отн°5 с учетом поправки на относительную вязкость исходной

полимеризационной смеси (кривая 2) ([П = 1х10"3 моль/л, Г=30°С) (б); зависимость в координатах К-[М]^ОТН05 (кривая 2) в логарифмической шкале аппроксимируется при [М]<1 моль/л уравнением 3 {у = 0.9267л - 0.2384, /г2 = 0.96) и при [М\> 1.5 моль/л - уравнением 4

(у = 2.3859л:- 0.5629, R1 = 1) (в).

0.2

0 7

Таблица 8. Начальная скорость V радикальной полимеризации ДАМАТФА в водных растворах в условиях термо- и фотоинициирования в присутствии инициатора (NRibSaOg

Мономер Тип инициирования Т, FxlO6,

[М]=2 моль/л [1]=5х103 моль/л °С моль/лс

ДАМАТФА Термо 30 4.4Ю.4

» 50 11.0+1.0

Фото 20 12.0+1.0

ДАДМАТФА' Термо 60 66.0

* Радикальная полимеризация кватернизованной соли ДАДМАТФА.

2.4. Молекулярно-массовые характеристики полимеров

Наиболее подробно изучены характеристическая вязкость [7] и величины М„ различных образцов полимера ПДАМАТФА (табл. 9). Используя данные для ряда образцов

ПДАМАТФА, мы оценили эмпирические константы К и а в зависимости Марка-Хаувинка для данной пары полимер-растворитель: [?;] = К Л/„а, а= 0.54, К= 6.87x10"4 (эти значения являются приблизительными, поскольку образцы не фракционировались). С помощью К и а определены средневязкостные молекулярные массы Мп остальных образцов, затем получены значения средневесовой степени полимеризации Рк ПДАМАТФА (табл. 9).

Для оценки среднечисленной степени полимеризации Р„ были использованы спектры 'Н ЯМР. Согласно данным для ПДАДМАХ, одна макромолекула этого полимера содержит в среднем одну концевую группу СН2=СН-.13 Учитывая близкие условия полимеризации, одинаковые инициаторы и аналогичный механизм эффективной передачи цепи, это соотношение было принято и для вторичных и третичных полидиаллиламмониевых солей. Значения Рп оценены из спектров ЯМР 'н нескольких образцов путем сравнения интенсивности сигналов протонов концевой винильной группы с суммой интенсивностей сигналов протонов макроцепи (см. рис. 4в). Используя значения !'„ для этих образцов, мы оценили коэффициент полидисперсности 5= Р^1Рп »1.85, а затем величины Р„ для остальных образцов (табл. 9).

Обратное значение среднечисленной степени полимеризации 1 /Рп для процессов с переносом цепи на мономер можно выразить в рамках классического уравнения Майо:

1 /Р„= {к0х¥}Цкг2 [М]2} + См, (2.1)

Полученные линейные зависимости 1 /Р„ от приведенной скорости полимеризации свидетельствуют о применимости уравнения Майо к рассматриваемому процессу в исследованном диапазоне концентраций инициатора (рис. 6). Найденные графически константы передачи цепи См даны в табл. 10.

Как видно из уравнения (2.1), величина \1Р„ является суммой двух вкладов: обратной величины кинетической длины цепи и константы передачи на мономер. Проведенный анализ (с использованием Р„, См и V для разных условий, описано в дисс.) показывает, что при полимеризации с высокими скоростями инициирования (в частности, при фотоинициировании при 7=20°С, [1]=5х10"э моль/л) первый член уравнения (2.1) становится порядка 10"2, т.е., превышает величину С„, или сравним с ней при уменьшении концентрации инициатора (табл. 10). В этих случаях оба вклада определяют материальную длину цепи и, соответственно, изменение концентрации инициатора влияет на величину характеристической вязкости полимеров (табл. 9). При низких скоростях инициирования (Г-30°С) кинетический член имеет значения < 10"3, и определяющим фактором степени полимеризации является См. Кинетический член дает в этом случае поправку третьего-четвертого порядка к величине 1 /Р„. Этим можно объяснить, почему ММ и характеристические вязкости образцов либо не зависят (в рамках

" ДрагаловаЕ.К., Галушко Т.В., Топчиев Д.А. //Изв. РАН. Сер.хим. 1992. Т. 41. С. 660-663.

точности измерений) от концентрации инициатора (образцы Р35 и Р36, РЗI и Р43), либо зависят очень слабо (образцы Р41 и Р35). В случаях малости кинетического вклада в величину МРп (который можно в этих случаях не учитывать) проявляется зависимость См от [М] (табл. 10), при этом величина См уменьшается с ростом [М]. В квантово-химических расчетах прогнозировалась зависимость См от £ (вопрос зависимости С„ от е и [М] рассмотрен в гл. 3).

Полученные С„ для полимеризации ДАМАТФА значительно ниже известных величин для аллильных мономеров, но все же выше, чем для полимеризации ДАДМАХ (табл. 10). Эти результаты подтверждают данные квантово-химических расчетов (табл. 5). Однако предсказанная в расчете величина С„(т) для протонированной формы ДАМА оказалась завышенной, как и для кватернизованной формы ДАМА (табл. 5), по-видимому, за счет занижения энергии активации £м передачи цепи в условиях, когда не учитывается влияние противоионов и ионных агрегаций (см. ниже раздел 3.2).

Таблица 10. Эффективные константы передачи цепи на мономер См при полимеризации ряда аллильных и 30

1/ЛхЮ3

Мономер смх103 ГС [М]ия, моль/л

ДАМАТФА 12.2 <6.5 30 30 2 3

3.5 20 2

Аллилацетат2* 160 80 2

Аллилхлорид 2а 70 80 2

ДАДМАХ4 1.4 4.2 18 40.5 2 2

20

(К/[М]2)х 106, л/мольс

Рис. 6. Зависимость обратной степени полимеризации 1 /Р„ от приведенной скорости полимеризации ДАМАТФА в водных растворах, [М]=2 моль/л: Т=30°С (1) и Т=20°С (2).

2.5. Поведение в щелочных растворах: полиоснования

При добавлении щелочи в водный раствор какой-либо из полисолей ряда ПДААС, или непосредственно в полимеризационную среду с полимерной солью, выделяются полиоснования полидиаллиламины. Важным отличием спектров ЯМР всех выделяемых полиоснований является отсутствие сигналов концевых двойных связей, характерных для ЯМР спектров полисолей (рис. 4). Из данных по Мк и Р„ видно, что степень полимеризации полиоснований в два-три раза выше, чем исходных полисолей. Полиоснования при хранении характеризуются постепенным изменением растворимости, которая драматически ухудшается сразу же после выделения, или в течение времени (хранение в сухом виде при комнатной 7).

Таблица 9. Характеристическая вязкость \т)] и молекулярно-массовые характеристики различных образцов полимерных солей, полученных полимеризацией мономеров ДАМАТФА и ДААТФА в водных растворах в условиях термо- и фотоинициирования в присутствии инициатора

Образец [М], моль/л Инициирование тип [1)х103, моль/л Т,° С * г , ч [»7]х10"г, мл/г Л/,х10ч Л/цхЮ"4 Л, Р.

ПДАМАТФА

РЗЗ 2 Фото 5 20 1.5 0.13 1.6 73 39

Р39 2 » 1 20 6 0.21 4.0 4.0 178 96"

Р40 2 » 0.5 20 6 0.21 4.0 178 105"

Р48 2 Термо 7 30 50 0.16 2.4 2.4 106 57

Р41 2 » 5 30 50 0.17 2.7 120 60"

Р35 2 » I 30 50 0.18 3.0 3.0 133 72

Р36 2 » 0.5 30 50 0.18 3.0 133 72

Р31 3 » 5 30 50 0.27 6.4 283 153

Р43 3 » 1 30 50 0.27 5.9 6.4 283 153

Р46 2 » 2.5 50 30 0.14 1.9 84 45

Р24 масса » 7.5 30 50 ПД/М Л"ФА 5.0 "* 220"* 119"

Р47 2 » 7.0 30 50 0.18 2.4 113

Р50 2 » 5.0 30 50 0.18 -

Р45 2 » 1.0 30 50 0.21 -

Р49 3 » 1.0 30 50 0.24 6.2"" 308

" Значение Р„ получено из спектра ЯМР 'Н (см. текст)."" Оценено с использованием значений Рп и 5.' ' Получено с использованием М%о = 6.5 х104, измеренной методом скоростной седиментации

Появляется нерастворимая полимерная фракция, а значения [77] растворимой части значительно увеличиваются. По истечении времени (зависящего от типа исходной полисоли, значений /\) все образцы третичного полидиаллилметиламина образуют нерастворимый в МеОН набухающий гель, а вторичного полидиаллиламина - нерастворимый в воде набухающий гель.

Чтобы выяснить механизм этого явления, полиоснование ПДАМА было выделено двумя способами: стандартным и в присутствии ингибитора 4-гидрокси-2,2',6,6'-тетраметил-пиперидил-Л'-окснл (ТМПО). На основании полученных результатов мы предположили, что в основе описанного явления лежит процесс сшивки макроцепей по радикальному механизму, которая возникает с момента выщелачивания и продолжается в дальнейшем вплоть до образования нерастворимой пространственной полимерной сетки. В щелочной среде вероятно образование пероксидрадикалов, которые инициируют процесс сшивки макроцепей по концевым двойным связям согласно предполагаемому механизму:

-ГСНг—сн—сн—снтЬ 1-|СН ^

<|Н—сн-сн2-н I Г' "" ^ ¡^у

Хн уУ-СЪ-С-Н^ ^образованием Чр^}

СРзСОО-

сшивка по

11=Н; СН3 концевым связям

Механизм образования гелей на основе полиоснований ряда ПДАА и свойства полимерных гелей представляют самостоятельную область дальнейших исследований. Заключение

На основании результатов квантово-химических исследований предложены и синтезированы новые мономерные системы - эквимольные трифторацетатные соли мономеров ряда диаллиламина. В растворах этих солей мономеры находятся в протонированной форме, благодаря чему устранены все явления деградационной передачи цепи на мономер, присущие реакциям радикальной полимеризации мономеров (ди)аллильного ряда. Установлен бимолекулярный обрыв цепи и выявлен механизм трансформации (ди)аллильного радикала передачи цепи в эффективный радикал роста. Определены относительно низкие константы передачи цепи на мономер, сравнимые с константами передачи при полимеризации кватернизованных солей диаллиламмония.

При небольших скоростях инициирования материальная длина цепи третичных полидиаллиламмониевых полимеров в значительной степени определяется константой передачи цепи на мономер и сравнительно мало зависит от кинетической длины цепи, а при высоких скоростях инициирования (фото-) - как ее кинетической длиной, так и константой передачи цепи. Особенностью процессов полимеризации трифторацетатных солей, в частности,

трифторацетата диаллилметиламмония является обнаруженная зависимость константы передачи цепи от концентрации мономера в области низких разбавлений. В этой же области высоких начальных концентраций ([М] > 1 моль/л) наблюдается степенная зависимость начальной скорости полимеризации от [М], которая не компенсируется традиционным учетом относительной вязкости исходной мономерной системы в рамках модели Норта. Эти явления свидетельствуют о влиянии среды на протекание радикальной полимеризации (гл. 5). Синтезированные новые полимеры - полидиаллиламмониевые соли и полиоснования имеют достаточно высокую A/w -30000 - 60000. Величины /\v~ 100-300 превосходят на один-три порядка значения, известные из литературы. Очевидно, в изученных ранее полимеризационных системах не было достигнуто такое кислотно-основное равновесие, при котором мономер находился бы преимущественно в протонированной форме.

Полученные результаты открывают возможность для создания на основе протонированных диаллиламинов семейства новых достаточно высокомолекулярных полимеров с различными свойствами.

Глава 3. Влияние диэлектрических свойств и структуры водных растворов катионогенных мономеров на их полимеризационную способность

Целью исследований, описанных в главе 3, было выявление взаимосвязи между концентрационным поведением основных параметров радикальной полимеризации мономеров ряда диаллиламмония и структурой и диэлектрическими свойствами их исходных полимеризационных растворов. Для исследования структурных и молекулярно-кинетических свойств водных растворов солей использованы методы сверхвысокочастотной диэлектрической спектроскопии (СВЧ) и низкочастотной электропроводности (НЭ) (методика измерений описана в диссертации). В данной работе предстояло развить и обобщить известные модели, разработанные для простых электролитов14, на растворы органических ионов сложного строения с тем, чтобы установить механизмы влияния среды на полимеризационную способность катионогенных мономеров в процессах радикальной полимеризации. 3.1. Изменения структуры растворов диаллиламмониевых солей с концентрацией

Были сделаны теоретические оценки, позволяющие судить об изменении структуры растворов солей по мере роста их концентрации. Представляло интерес получить приблизительное значение граничной концентрации (или некоторого концентрационного интервала), при которой в растворе отсутствует объемная "свободная" вода, т.е. все молекулы воды являются ближайшими соседями растворенных ионов, при этом гидратные оболочки

14 (a) Hasted J. Aqueous Dielectrics. London: Chapman and Hall, 1973. (b) Baithel J., Buchner R., Munsterer M. Electrolyte Data Collection. Pt. 2. Dielectric Properties of Water and Aqueous Electrolyte Solutions. /DECHEMA, Chemistry Data Series, 1995. V. 12. Pt. 2. (c) Lileev A. S., Filimonova Z. A., Lyashchenko A. K. // J. Molec. Liq. 2003. V. 103-104. P. 299. (d) Lyashchenko A. K. Hi. Molec. Liq. 2001. V. 91. P. 21.

ионов заполнены. Мы оценивали число молекул воды по в монослое вокруг растворенной ионной частицы для всех катионов и анионов диссоциированных солей, используя приближение, в котором молекулы растворенного иона и воды полагаются сферами с радиусами Я, и соответственно.15 Рассчитывали максимальное число п сфер воды, которые могут быть плотно размещены на поверхности плоскости, площадь которой равняется площади сферы радиуса Я, + Легко показать, что в данном случае п находится по формуле:

п = 2тг/3,лх[(/?, + /СУЯ*]2 (3.1)

Оценки площадей 5 сфер, занимаемых растворенным ионом и молекулой воды, взяты из квантово-химических расчетов свободных энергий электростатической сольватации ионов А112Ме2Ы+, А112МеМН+, А112МН2+, СР3СОО_ и молекулы воды (методика расчетов описана в главе 1), затем получено значение радиуса к для каждой сферы. Рассматривали диаллиламмониевые катионы, АН группы которых образуют транс(А11)-транс(АИ) пространственную конформацию, которая по результатам расчета является предпочтительной по энтальпии образования, что согласуется с лит. эксп. данными для иона Еи!^1" в водном р-ре.

В табл. 11 представлены рассчитанные площади 5, радиусы ^ и й» и значения п, найденные по формуле (3.1). Величины п, оцененные в рамках этой модели, должны быть завышены на ~20%, поскольку не учитываются взаимодействия между молекулами воды.15 Это подтверждается оценкой п для аниона СН3СОО~ по формуле (3.1) в сопоставлении с методом Монте-Карло (см. табл.11). В окончательном варианте полагали, что искомые числа п0 на -20% ниже значений п (табл. 11). Координационное число щ аниона СГв водном растворе полагали /¡о = б.16 Суммируя значения па для соответствующих катионов и анионов, получили для каждой из солей число N молекул воды в монослоях вокруг растворенных ионов диссоциированных солей. Для ДАДМАХ, ДАМАТФА и ДААТФА величины N равны 35, 47 и 45 соответственно. Сопоставляя полученные значения N с мольной концентрацией растворов (табл. 12),

Таблица 11. Оценка по формуле (3.1) числа молекул воды в монослое вокруг растворенного иона*

Ион S полости, A2 Я„А n по формуле (1) п0 = 0.8 п

All2Me2N+ 214.3 4.13 36.5 29

AlhMeNH" 202.9 4.02 35.2 28

A112NH2+ 181.2 3.80 32.6 26

CF3COO" 111.5 2.98 23.9 19

СН3СОО 94.0 2.74 21.6 16.8**

* Радиус молекулы воды R„= 1.9 Á, получен из площади полости S= 11.4 Á2.

"Расчет методом Монте-Карло: Jorgensen, W.L.; Gao, J. // J. Phys. Chem. 1986. V. 90. №10.

P. 2174.

lsEriksson P.-0., Lindblom G., Bumell E.E., Tiddy G.J.T. //}. Chem. Soc., Faraday Trans. I. 1988. V. 84. №9. P. 3129.

16 Значения чисел гидратации Cl~ варьируют от =4 до -8 в зависимости от метода определения. Число гидратации СГ Па = б, найденое методом дифференциальной ИК-спектроскопии (Bergstrom Р.-А., Lindgren Ja. // J. Phys. Chem. 1991. V. 95. №22. P. 8575), коррелирует с рядом других исследований.

Таблица 12. Число молей Н20 на 1 моль соли в растворах солей различной концентрации

[М], ДАМАТФА, моль ДАМАТФА, ДААТФА, ДАДМАХ,

моль/л (с учетом плотности моль моль моль

растворов при 30°С)

0.6 82 80 81 84

0.8 59 57 58 60

1.0 45 43 44 46

1.5 27 24 25 28

2.0 17 15 16 19

2.5 12 10 10 13

3.0 8 6 7 10

"Концентрации, при которых с ростом [М] в растворах солей отсутствует "свободная" вода, отделены штриховой линией.

можно увидеть, что в растворах ДАМАТФА и ДААТФА при [М] >1.0 моль/л должна отсутствовать свободная вода и, более того, в них не обеспечивается полное заполнение

гидратных оболочек ионов. Для растворов

Л См/м

ДАДМАХ качественное изменение структуры растворов должно наблюдаться при [М]« 1.5 моль/л.

Рис. 7. Концентрационные зависимости удельной электропроводимости водных растворов солей: ДАДМАХ (1,2), ДААТФА (3, 4) и ДАМАТФА (5,6) при 298 (1, 3, 5) и 308 Л-(2, 4,6).

[М], моль/л

Подтверждение этим оценкам следует из результатов исследований электропроводности водных растворов солей (рис. 7). Концентрационная зависимость удельной электропроводности к имеет максимум, наличие которого является общим свойством растворов электролитов. Его появление связывается с исчезновением "свободной" объемной воды при концентрациях, превышающих граничную область значений [М].14<| За пороговыми концентрациями структура раствора строится на основе перекрывания гидратных оболочек ионов, появляются ионные и ионно-водные агрегаты. Для растворов ДАМАТФА и ДААТФА область близких по значениям максимальных величин к соответствует диапазону концентраций 1.5 < [М] <2.0 моль/л, а для растворов ДАДМАХ максимальная величина к достигается при [М] = 2.1 моль/л (рис. 7).

Об изменении структуры растворов и, в частности, об отсутствии в растворе свободной воды можно также судить по виду температурных зависимостей е^ (рис. 8). Уменьшение в растворе количества свободной объемной воды с ростом концентрации электролита ведет к

уменьшению абсолютного значения отрицательного температурного коэффициента зависимости Для растворов ДАМАТФА (рис. 8 а) нулевой наклон зависимости ¿¡-Т

наблюдается в области концентраций 1.0 <[М] < 1.5 моль/л. Для растворов ДАДМАХ такой концентрационной границей является [М] я 2.5 моль/л (с точностью до ошибки измерений) (рис. 8 6). Указанные концентрационные области совпадают в первом приближении с концентрационными границами исчезновения свободной воды из растворов, установленными из измерений электропроводности. Найденные границы соответствуют оценкам суммарного числа молекул воды в монослоях вокруг ионов диссоциированных солей.

т. к

»5 290 2И ЗГО 30) 310

Т. К

Рис. 8. Температурные зависимости статической диэлектрической проницаемости водных растворов ДАМАТФА (а) и ДАДМАХ (б) при концентрации солей 0 (1), 0.25 (2), 0.5 (3), 1.0 (4), 1.5 (5), 2.0 (6) и 2.5 моль/л (7).

3.2. Влияние диэлектрических свойств и строения растворов на энергетические характеристики элементарных реакций

Для растворов всех изученных солей наблюдается резкое уменьшение значений £ с повышением концентрации, характерное для простых электролитов14 (рис. 9). Очевидно, что значительное изменение полярности среды должно повлиять на энергетические параметры реакций катиокогенных мономеров (на начальной стадии полимеризации до 3-5% конверсии влияние образующегося полиэлектролита можно не учитывать). В гл. 1 было показано, что разность ЛЕ энергий активации передачи £„ и роста цепи Ер (ЛЕ =ЕМ- Ер) должна увеличиваться с уменьшением е растворителя, т.е. ЛЕ =Де) (см. табл. 2, 3 и 5). Следовательно, (учитывая близкие предэкспоненциальные множители реакций роста и передачи), наблюдаемое экспериментально уменьшение с,- с ростом [М] должно приводить к уменьшению См согласно выражению: См = ки% = ехр{-(АЕ/ЯТ)}, АЕ=М) =Л[М]), См =Д[М] (3.2)

При полимеризации ДАМАТФА мы наблюдаем такую зависимость См от [М], возникающую в исходных полимеризационных растворах в отсутствии свободной воды при [М] >1.0 моль/л и ведущую к уменьшению С„ с ростом [М].

Очевидно, что за пороговыми 1.5 <[М]< 2.0 моль/л необходимо учитывать и влияние образования сложных ионных и ионно-водных агрегатов, в которых анион находится в непосредственной близости к участвующему в реакции катиону. Контактное присутствие противоиона вызывает заметное уменьшение свободной энергии электростатической сольватации и соответственно увеличение энергий активации реакций с их участием17 (влияние ионных ассоциаций на энергетику реакций роста мы рассматривали на примере катионной полимеризации ЭИ в растворе). По нашим оценкам (сделанным в рамках РМЗ-ММОО с учетом эффектов электростатической сольватации), свободная энергия (ДОЕ|+ДС5р) сольватации контактной ионной пары ДАМА»ТФА значительно ниже суммы указанных энергий ее свободно сольватированных ионов: протонированного ДАМА и СР3СОО~ (дано в дисс.).

В целом, за пороговыми концентрациями 1.5 < [М] < 2.0 моль/л, начиная с которых структура растворов ДАМАТФА и ДААТФА строится на основе перекрывания гидратных оболочек ионов, образование контактных ионных пар и более сложных ионных агрегатов должно приводить к увеличению энергетической щели ЛЕ и, следовательно, уменьшению константы передачи цепи С„.

Увеличение времени диэлектрической релаксации г молекул свободной воды и воды в первой сольватной оболочке ионов с ростом концентрации солей (что особенно заметно при сравнении с поведением г для КС1) (рис. 10) свидетельствует о значительном уменьшении общей вращательной подвижности воды (характерном для т.н. гидрофобной гидратации18). В растворах ДАМАТФА и ДААТФА при [М] >1.5 моль/л время г> 10'" (рис. 10). Это означает, что время реорганизации сольватной оболочки взаимодействующих частиц может стать сравнимым или даже больше времени образования переходного состояния (10' 13 < т< 10"")". В случае реакции отрыва атома водорода, характеризующейся большим по отношению к реагентам перераспределением зарядов в переходном состоянии, требующим значительной перестройки исходной сольватной оболочки реагентов, это может привести к неравновесной сольватации17 переходного состояния. В этом случае энергия активации передачи цепи на мономер должна увеличиться, и вместе с ней разность ДЕ энергий активации конкурирующих реакций. Следовательно, при концентрациях [М] > 1.5 моль/л увеличение времени релаксации г на порядок и более может привести к уменьшению С„.

17 Энтелис С.Г., ТигерР.П. Кинетика реакций в жидкой фазе. М.: Химия, 1973.

,8 Water. A Comprehensive Treatise. / Ed. by Franks F. New York: Plemium Press, 1975. V. 4. P. 1.

[М], моль/л [Ml,молы'л

Рис. 9. Концентрационные зависимости Рис. 10. Концентрационные зависимости

статической диэлектрической проницаемости времени диэлектрической релаксации водных

водных растворов ДАДЛТАХ (1), ДААТФА (2) растворов ДАДМАХ (1), ДААТФА (2),

и ДАМАТФА (3) при 308 К. ДАМАТФА (3) и КС1 (4) при 298 К.

Таким образом, с изменением концентрации мономера в исходном растворе меняются структура и диэлектрические характеристики среды, и следовательно, ее воздействие на протекание реакций, в том числе радикальных реакций ионных форм. Специфика взаимодействия реакционного центра со средой зависит от свойств реагентов и переходного состояния реакции, прежде всего от их химической и электронной структуры, размеров, степени поляризации зарядов, а также природы противоиона.

3.3. Связь начальной скорости полимеризации со структурными изменениями водных растворов мономеров

Из сопоставления концентрационной зависимости скорости полимеризации ДАМАТФА (гл. 2, рис. 5 б, в) с результатами, приведенными на рис. 7 и 8, а также в табл. 11 и 12 следует, что концентрационная зона возникновения нелинейного эффекта в зависимости V - [М] соответствует границе исчезновения свободной воды в исходной смеси. В "переходной" области 1.0 < [М] < 1.5 моль/л порядок реакции увеличивается, достигая наибольших значений в области, соответствующей началу образования ионно-водных агрегатов.

Начальная скорость полимеризации определяется формулой: V = (£„„х[/])0 >xki/(k0f 5х[М], где кт и [/] -константа скорости инициирования и концентрация инициатора, - константа скорости бимолекулярного обрыва цепи. В случаях полимеризации четвертичных диаллиламмониевых солей показано, что константа скорости инициирования, в частности, персульфатом аммония практически не зависит от [М] в рассматриваемом диапазоне концентраций.4 Очевидно, это справедливо и в случае использования этого инициатора для полимеризации вторичных и третичных диаллиламмониевых солей. Таким образом, для

рассматриваемых систем зависимость ^-[М] определяется изменением параметра ¿/(¿о)1'2- По расчетным и экспериментальным данным (табл. 2, рис. 9), величина кг должна незначительно уменьшаться с уменьшением в при [М] > 1 моль/л. Следовательно, возрастающая степенная зависимость К-[М], не компенсирующаяся поправкой Норта, обусловлена уменьшением константы скорости бимолекулярного обрыва цепи к0 с увеличением [М], не связанным с вязкостным эффектом при диффузии ионных макрорадикалов. Отсюда следуют два важных заключения: 1) при наличии свободной воды в исходных полимеризационных растворах константы скорости элементарных реакций радикальной полимеризации катионных форм не меняются; 2) отсутствие свободной воды в исходных растворах и появление ассоциатов определяет специфику будущих взаимодействий "поликатион-противоионы-среда". На начальной стадии полимеризации эти взаимодействия контролируют (в большей степени, чем изменение относительной вязкости исходных растворов с ростом концентрации) транспортно-диффузионные процессы катионных макрорадикалов в реакциях бимолекулярного обрыва цепи и в значительной степени определяют характер концентрационных изменений скорости полимеризации. Существенно, что уже в исходном полимеризационном растворе формируются условия транспорта будущих макрорадикалов на начальной стадии полимеризации. Заключение

Установлена связь основных характеристик полимеризационной способности катионогенных мономеров со структурой и диэлектрическими свойствами исходных полимеризационных растворов. Показано, что особенности концентрационного поведения основных параметров радикальной полимеризации мономеров ряда диаллиламмония обусловлены изменениями структурных и диэлектрических свойств исходных растворов. Для каждого из рассмотренных мономеров установлены концентрационные границы существования свободной объемной воды в исходном растворе.

Отсутствие (по эксп. данным) концентрационной зависимости константы передачи цепи на мономер при полимеризации четвертичных диаллиламмониевых солей, в частности ДАДМАХ, а также линейную (с учетом относительной вязкости исходной смеси) концентрационную зависимость начальной скорости полимеризации можно объяснить рядом причин. Во-первых, присутствием свободной воды в исходных полимеризационных растворах до достаточно больших концентраций соли [М] < 2 моль/л. Во-вторых, слабо проявляемой для взаимодействий объемистого катиона Л112Ме2М+ зависимостью параметра ЛЕ от полярности среды, как было установлено в гл. 1. Можно также полагать, что в случае слабой зависимости величины С„ от [М] при высоких начальных концентрациях ДАДМАХ (изучена область до [М] = 3 моль/л), она практически не влияет на величину 11Рп из-за малости С„ по сравнению с кинетическим членом в уравнении Майо в отличие от полимеризации ДАМАТФА.

Выявлена важная роль свободной объемной воды в исходных полимеризационных растворах ионогенных мономеров. Наличие ее в растворе фактически является критерием концентрационного поведения констант скорости элементарных реакций полимеризации: роста и передачи цепи на мономер, бимолекулярного обрыва цепи.

Глава 4. Свойства вторичных и третичных полидиаллиламинов В главе 4 описаны исследования ряда свойств полидиаллиламинов. Представляло интерес выяснить, как изменяются свойства, характеризующие четвертичные полидиаллилдиалкиламмониевые полимеры, при изменении структуры амина на вторичную/третичную в ПДААС. Исследованы термофизические и кристаллические свойства ПДААС. Другое направление - изучение биологической активности. Кватернизованные полимеры ряда известны слабой антимикробной активностью. Можно было ожидать, что способность ПДААС к образованию водородных связей обеспечит им новые свойства.

4.1. Термофизические и кристаллические свойства вторичных и третичных полидиаллиламинов

Показано (данные ТГА приведены в диссертации), что термические свойства полисолей ПДАМАТФА и ПДААТФА коррелируют с данными для четвертичной полисоли ПДАДМАХ, а исследованное полиоснование ПДАМА проявляет высокую термостабильность (до 380°С).

Данные РСА и ДСК исследований приводятся в диссертации. Установлено, что изученный третичный ПДАМАТФА является типичным аморфным полимером в отличие от четвертичной полисоли ПДАДМАХ, полукристаллическая структура которой известна19. Полиоснование ПДАМА имеет упорядоченную метастабильную структуру, которая разрушается при термическом воздействии.

4.2. Антимикробная активность вторичных и третичных полидиаллиламинов

Основная стратегия дизайна синтетических антимикробных полимеров формировалась в 1980-е годы с учетом общих особенностей структуры наружной оболочки различных бактериальных клеток. Важной характеристикой наружной оболочки является отрицательный заряд (часто стабилизированный присутствием двухвалентных катионов, таких как Mg2* и Са2+).20 Поэтому до недавнего времени одним из главных направлений в синтезе полимеров с заметными антимикробными свойствами была кватернизация аминогруппы, позволявшая фиксировать катионный заряд на полимере и одновременно вводить алкильный заместитель, увеличивающий гидрофобность.21 В ряду таких кватернизованных биоцидных поликатионов

" TaTroseR.V., RogozhinaE.V., KuptsovS.A., Murzabekova T.G., RebrovA.I., TopchievD.A. //Macromol. Rapid Commun. 1998. V.19. P.517.

20 Singer S.J, Nicholson G L (1972); Franklin T.J, Snow G.A (2005).

21 Ikedaet al. (1980s); Афиногенов Г.Е., Панарин Е.Ф. (1993); Merianos J..J. (1991; 2001); TashiroT (2001); Kenawy E-R Worley SD, Broughton R (2007).

четвертичные полидиаллиламмониевые полимеры и, в частности, ПДАДМАХ известны своей низкой антимикробной активностью, хотя и обладают сильными и широко используемыми адсорбционными/абсорбционными свойствами.

Факторы антимикробной активности

Мы обнаружили, что в отличие от кватернизованных полимеров полидиаллиламмониевого ряда, ПДААТФА и ПДАМАТФА проявляют высокую биоцидную эффективность широкого спектра действия, сравнимую и превышающую активность известных в мировой практике кватернизованных (поли)катионных биоцидов. Спектр действия ПДААС включает и обнаруженную недавно биоцидную активность в отношении микобактерий, включая Mycobacterium Tuberculosis. Известно, что кватернизованные биоциды не обладают микобактерицидной активностью. Были исследованы различные факторы, влияющие на антимикробные свойства полимеров (условия тестирования описаны подробно в диссертации22). Из приведенных в табл. 13 результатов видно, что значения минимальных бактерицидных (убивающих микробы) концентраций (МБК) варьируют в зависимости от вида микроорганизма, что связано прежде всего с различным строением наружной оболочки микробов. Степень замещения на атоме N влияет, но не столь значительно, на активность ПДААС. Очень большое влияние на антибактериальную активность оказывает А/„ (/\) полимеров (не влияя практически на активность против грибов Candida albicans).

Влияние ММ полимеров

С увеличением М„, в -2.5 раза значения МБК для бактерий уменьшаются на порядок и более (табл. 13). Это может быть связано с действием нескольких факторов, влияющих на активность полимера с ростом его Известно, что зависимость МБК катионных полимеров от их Mv имеет колоколообразную форму21. Это свидетельствует о том, что способности адсорбироваться на клетке и проникать через клеточную стенку микроба являются первыми факторами, контролирующими антимикробную активность поликатионов. Исследуя концентрационные зависимости эквивалентной электропроводности водных растворов ПДААТФА, мы установили, что степень ионизации поликатиона с М„ 62 kDa (Р„ = 294) близка к значениям для образца с М„ 24 kDa (Р„ = 114) при одинаковых концентрациях в исследованном диапазоне, включая сильно разбавленные растворы. Следовательно, увеличение бактерицидной эффективности с ростом Л/„ (в рамках изученных MJ) изначально связано с

г2 Все тестируемые на антимикробную активность растворы испытывались методом серийных разведений в соответствии с принятыми стандартами {Инструкция для исследования бактерицидных свойств новых дезинфицирующих веществ К°739-68. Минздрав СССР: Москва, 1968). После высева и инкубации микробов, находившихся под действием растворов в течение 1.5 ч, по наличию/отсутствию роста культуры определялась минимальная бактерицидная, т.е., убивающая микроб, концентрация (МБК) химического агента.

Таблица 13. Минимальные бактерицидные (убивающие) концентрации (МБК) водных

растворов полимеров"_

МБК. мкг/мл мкмоль/мль

Escherichia coli, ATCC 25922 Staphylococcus aureus, ATCC 6538 P Candida albicans, ATCC 865-653 Pseudomonas aeruginosa, ATCC

9027 Proteus mirabilis 47

Klebsiella pneumoniae, ATCC 13883

ПДААТФА A/w 62000 Р, = 294 ПДАМАТФА Mv 55000 Рк = 244 ПДААТФА A4 24000 Р*= П4 ПДАМАТФА 24000 Р„= 107 Мономеры ДАМАТФА, ДААТФА; ТФК

15±1.8 7+1.0 125+7.5 62+5.0 не активен

0.07+0.008 0.031±0.004 0.592+0.035 0.275±0.022 при 500 е

1.5+0.3 7+1.0 31+3.1 62+5.0

0.007+0.001 0.031±0.004 0.147+0.015 0.275+0.022

1.5+0.3 3.5Ю.6 3.5+0.6 3.5±0.3 не активен

0.007+0.001 0.015Ю.003 0.017±0.003 0.015+0.003 при 500 е

125+7.5 31+3.1

0.592+0.035 0.138±0.014

31+3.1 31+3.1

0.147+0.015 0.138±0.014

15±1.8 62±5.0

0.07+0.008 0.275+0.022

"Все эксперименты проводились по меньшей мере 4 раза, приведены средние значения и экспериментальная ошибка. Значения рН растворов полимеров увеличивались от 6.2 до 6.6 с изменением концентрации от 125 до 1.5 мкг/мл;' Концентрация в пересчете на моль полимерного звена; '500 мкг/мл - самая высокая исследованная концентрация образцов; при этой концентрации значения рН составляют: рН 4.8-5.0 для растворов мономерных солей, рН 2.9 для раствора ТФК.

такими факторами как: рост гидрофобной массы полимера; увеличение размеров полимерного клубка; увеличение абсолютного заряда и числа активных катионных центров на макромолекуле поликатиона. Очевидно, это приводит к увеличению вероятности адсорбции молекулы полимера из раствора на клетку бактерии и, одновременно, уменьшению среднего числа молекул, необходимого и достаточного для достижения бактерицидного эффекта.

Влияние электростатических взаимодействий

Исследовано влияние степени ионизации поликатионов ПДААС на их адсорбционную и антимикробную активность. Активность ПДААТФА против грамположительных, грамотрицательных бактерий и грибов была исследована в растворах различной ионной силы: в присутствии сыворотки крови (учитывая возможное клиническое применение) и в растворах соли КС1 различной концентрации (табл. 14). Наблюдаемое уменьшение активности с увеличением ионной силы раствора связано с экранированием электростатических взаимодействий между поликатионом и противоионами в растворах простой соли, приводящим к уменьшению степени диссоциации и ионизации полиэлектролита, а также с изменением пространственной информации полимера.

5 f

Рис. 11. Концентрационная

зависимость приведенной вязкости ПДААТФА (образец Р-50) в водном растворе (1) и в растворах KCl: 0.01 М (2), 0.1 М(3)и 1 М(4).

&&—i-

ф—$-

ОД 0,1 C<Wt«)

W

Полученные результаты коррелируют с поведением концентрационной зависимости приведенной вязкости (т\уд/С) ПДААТФА (рис. 11) в водном растворе и в растворах КС1 различной концентрации. Видно, что известный «полиэлектролитный эффект», проявляющийся в водном растворе ПДААТФА (кривая 1), постепенно уменьшается при низких концентрациях добавленной соли (кривые 2 и 3); в растворе 1М КС1 ПДААТФА ведет себя как незаряженный полимер (кривая 4).

Таблица 14. Минимальные бактерицидные (МБК) и бактериостатические концентрации (мкг/мл) ПДААТФА (А/„ = 24000, образец Р-50) в растворах различной ионной силы а Ь

Тестируемый раствор

Е. coli

микроорганизм

S. aureus

С. albicans

Р-50, водный р-р Р-50 в водном р-ре сыворотки (1=0.056 М)с

Р-50 в 0.01 М KCl Р-50 в 0.1 М KCl Р-50 в 1 М KCl

125±7.5 250+10.0

250+10.0 250+10.0

31+3.1 62+5.0

62+5.0 (31,4)

62±5.0 (31,4-)

не активен при 500 d не активен при 500'

3.5+0.6 7±1.0

7+1.0

15±1.8 (7 А)

500+10.0

"См. сноску 'а' в табл. 13. 'Бактериостатические концентрации (если они были зарегистрированы) даны в скобках, символ "1" означает, что рост меньше, чем в контрольном случае." Объем тестируемого раствора равен 1.6 мл, так «по концентрация полимера меньше в 1.6 раза, как и концентрация культуры, по сравнению с экспериментом в водном растворе (1 мл).4 500 мкг/мл - самая высокая из концентраций тестируемых полимеров.

Сопоставляя результаты, приведенные на рис. 11 и в табл. 14, можно сделать вывод, что полиэлектролиты ряда ПДААС проявляют высокую антимикробную активность до тех пор, пока сохраняется некоторый положительный заряд макроцепи и активные азотные центры, неэкранированные противоионами. Полная нейтрализация ПДААТФА в 1 М растворе простой соли приводит к потере активности.

Для оценки электростатического вклада при адсорбции ПДААС на клеточную мембрану были проведены электрокинетические измерения в суспензии липосом — модельных мембран, приготовленных из двух фосфолипидов: кардиолипина (CL) и фосфатидилхолина (PC).23 Отрицательный заряд мембраны определялся содержанием кардиолипина, поскольку фосфатидилхолин, будучи в условиях эксперимента цвиттерионом, электрически нейтрален. Установлено, что адсорбция поликатионов ПДААС на липосомы приводит к резкому изменению их электрокинетического потенциала (дзета-потенциала, F), электрофоретическая подвижность липосом в присутствии поликатионов меняет знак, а изменение дзета-потенциала (AF) увеличивается с ростом доли отрицательной компоненты - кардиолипина (рис. 12).

Рис. 12. Изменение дзета-потенциала липосом при насыщении ПДААТФА (Л/ж 24000) в зависимости от состава липосом, приготовленных из смеси кардиолипина (CL) и фосфатидилхолина (PC). Измерения проведены методом динамического светорассеяния (Zetasizer-2 UK). Фоновый электролит 0.01 М KCl.

Таким образом, поликатионы ПДААС адсорбируются преимущественно на отрицательно заряженных мембранах.

Активность макроиепи

Возможность выделить вторичные или третичные полидиаллиламмониевые полимеры в виде полиоснований позволила исследовать антимикробную активность самой макроцепи. Для этого был использован полимер ПДААТФА, основание которого ПДАА является водорастворимым. По данным титрования, ПДААТФА в присутствии эквимольного количества NaOH в водном растворе существует в виде полиосновании ПДАА, которое в этих условиях частично протонировано (pH 10.5) и имеет некоторый положительный заряд. Для эксперимента использовались свежеприготовленные водно-щелочные растворы полимера, чтобы избежать сшивки между полимерными молекулами ПДАА и потери растворимости, о которых говорилось выше (раздел 2.5). По данным исследования МБК (даны в дисс.) можно заключить, что частично протонированный ПДАА проявляет заметную антимикробную активность, всего в 2-4 раза ниже активности исходной полисоли ПДААТФА.

Изменение F, мВ

0J—,-,-

О Я WO

а.1пгт*Аге»йЛРС,ГЯ

23 Совместная работа с Ю.А. Ермаковым (ИФХЭ им. А.Н. Фрумкина РАН).

Антимикробная активность ПДАА сопоставлена с исследованной активностью известного промышленного полимера полиэтиленимин (ПЭИ). Как и ПДАА, ПЭИ в водном растворе частично протонирован (рН 10.5) и имеет некоторый положительный заряд. В отличие от ПДАА, ПЭИ имеет большую долю активных амино/аммониевых центров - от первичного до третичного, но обладает значительно меньшей гидрофобностью (одна аминогруппа на -СНг-СН2- группу). Оказалось, что ПЭИ не активен в отношении бактерий. Этот результат является подтверждением того, что для проявления антибактериальной эффективности полимер должен обладать достаточными гидрофобными свойствами.

Роль структуры амина

Эффективные антимикробные свойства полисолей ПДААС (в отличие от кватернизованных полимеров этого ряда), которые проявляются и в водно-щелочном растворе, где, в частности, ПДААТФА существует в виде растворимого полиоснования ПДАА, выявляют важнейшую роль гидрофильных МН2+/№Г (или ЫП5+) групп в сочетании с гидрофобной структурой пирролидинового цикла в механизме биоцидной активности этих полимеров. Среди главных причин можно полагать следующие: 1) Сильные электростатические взаимодействия «поликатион-мембрана клетки» в случае межмолекулярных комплексов ЫН2+... .О^липид/мембрана) или (С5~Н35+)МН+...,05~(липид/мембрана), образованных при взаимодействии со вторичными или третичными пирролидиниевыми циклами ПДААС/ПДАА, в отличие от слабых электростатических взаимодействий в комплексе ^(С^Нз^г... .О^липид/мембрана) при взаимодеиствии с кватернизованными циклами ПДАДМАХ, где объемные полярные группы С^Нз8* экранируют электростатическое взаимодействие между атомами О5" и 2) Межмолекулярные водородные связи типа (ПДААС/ПДАА)Ы-Н5+—08~(липид/мембрана) с фосфатным, карбонильным или карбоксильным атомами О молекул фосфолипидов, полисахаридов или тейхоевых кислот, входящих в структуру клеточной стенки (КС) и цитоплазматической мембраны (ЦМ) клетки, усиливают проницаемость КС/ЦМ, структурная организация которых в значительной мере определяется собственными межмолекулярными водородными связями. Это должно приводить к более эффективному нарушению структурной организации КС/ЦМ и целостности клеточных мембран. Заключение

Как следует из проведенных исследований, замена кватернизованной аминогруппы в пирролидиниевом звене полимеров диалкилдиаллиламмониевого ряда на вторичную ИНг или третичную СНзМН* аминогруппы существенным образом повлияла на антимикробные свойства

синтезированных вторичных и третичных ПДААС. Полученные результаты указывают на важную роль полимерной природы ПДААС в их антибактериальной эффективности.

Активность ПДААС растет с Mw (Pw) полимеров (в рамках изученных значений Mw), сохраняется в растворах умеренной ионной силы (до 1<0.1М) и в плазме крови (в отличие от кватернизованных биоцидов), пока сохраняется положительный заряд макроиона, а также в щелочных растворах, где ПДААС существуют в виде полиоснований. Можно заключить, что решающим фактором в биологической активности ПДААС/ПДАА является вторичная/третичная структуры амина в звеньях, сочетающих значительную гидрофобность пирролидиниевых циклов с высокой гидрофильностью >NH2+/>NRH+ групп, способных к образованию водородных связей.

Недавно было установлено, что ПДААС проявляют высокую биоцидную активность в отношении микобактерий (Mycobacteria), включая микобактерию туберкулеза (Mycobacterium tuberculosis). Известно, что строение наружной оболочки микобактерий обеспечивает им непроницаемость для многих растворимых веществ, включая антибиотики. Все известные кватернизованные биоциды не активны в отношении микобактерий. Поэтому обнаруженная микобактерицидная активность ПДААС вызывает особый интерес. Обнаруженные антимикробные свойства делают ПДААС перспективными для использования в биомедицинских целях.

ВЫВОДЫ

1. Предложен и теоретически обоснован подход к получению полимеров из мономеров ряда аллил- и диаллиламинов в некватернизованной форме. Главным моментом является создание в полимеризационной среде подавляющего количества мономера в протежированной форме, что приводит к уменьшению конкурентной способности реакции передачи цепи на мономер и ее трансформации в эффективную передачу. Предложенный подход является общим и может быть применим ко всем мономерам ряда аллил- и диаллиламинов.

2. В рамках предложенного общего подхода разработаны методы получения и синтезированы новые мономерные системы - трифторацетатные соли вторичных и третичных диаллиламинов, показано, что в растворах этих солей мономеры ряда ДАА существуют в протежированной форме как в протонных, так и в апротонных инертных средах. Разработаны методы радикальной полимеризации новых мономерных солей ряда ДАА под действием традиционного радикального инициатора в относительно мягких условиях.

3. Впервые синтезированы вторичные и третичные полидиаллиламины, проявляющие свойства как полисолей (ПДААС), так и полиоснований (ПДАА) с достаточно высокой молекулярной массой ММ до -65000 - представители нового семейства полимеров.

4. Установлены основные закономерности новых процессов полимеризации, в том числе, бимолекулярный обрыв цепи, трансформация (ди)аллильного радикала передачи цепи в радикал роста; определены достаточно низкие константы передачи цепи, т.е. показано, что в рассмотренных процессах полностью преодолены явления, связанные с деградационной передачей цепи на мономер, присущие реакциям полимеризации мономеров (ди)аллильного ряда.

5. Развит применительно к радикальным реакциям катионогенных мономеров новый подход, рассматривающий влияние структуры раствора на протекание процессов с участием ионов. Впервые изучены структурные и диэлектрические свойства водных растворов солей ряда диаллиламмония с использованием методов СВЧ диэлектрической спектроскопии и низкочастотной электропроводности. Установлена гидрофобная гидратация этих солей. Установлены концентрационные границы существования "свободной" объемной воды в исходных полимеризационных растворах диаллиламмониевых мономеров.

6. Впервые показано влияние структуры полимеризационного раствора на протекание радикальных реакций с участием ионов. Показано, что наличие свободной объемной воды в исходных растворах ответственно за характер концентрационного поведения констант скорости элементарных реакций полимеризации катионогенных мономеров - роста и передачи цепи на мономер, бимолекулярного обрыва цепи.

7. Обнаружено, что вторичные/третичные ПДААС проявляют высокую антимикробную биоцидную активность, в отличие от близких по структуре кватернизованных полидиаллиламмониевых солей, не обладающих заметной антимикробной эффективностью. Широкий спектр активности ПДААС включает действие против микобактерий туберкулеза, что выделяет их из ряда известных катионных биоцидов. Показано, что решающим фактором биологической активности ПДААС является наличие в гидрофобных пирролидиновых звеньях вторичных/третичных аминогрупп, способных к образованию водородных связей.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих печатных работах: Статьи:

1. Тимофеева Л.М., Громова Г.Л., Жук Д.С. Эффект инертного неполярного растворителя в кинетике катионной полимеризации этиленимина. // Кинетика и каталю. 1990. Т.31. №2. С.337-343.

2. Тимофеева Л.М. Полуэмпирический квантово-химический расчет модельных реакций роста в катионной полимеризации азиридина в растворе. I/Химическая физика. 1991. Т. 10. №10. С.1397-1404.

3. Тимофеева Л.М. Количественный учет влияния ионных ассоциаций на энергетику реакций роста в катионной полимеризации азиридина в растворе. II Химическая физика. 1991. Т.10. №12. С.1683-1686.

4. Тимофеева JI.M., Кабанова Е.Ю., Мартыненко А.И., Топчиев Д.А. Квантово-химическое исследование влияния специфической и электростатической сольватации на энергетику реакций роста в радикальной полимеризации N-винилпирролидона. П Химическая физика. 1994. Т.13. №11. С.39-45.

5. Л.М.Тимофеева, Е.Ю.Кабанова, А.И.Мартыненко, Д.А.Топчиев. Влияние растворителя на энергетику реакций роста цепи при радикальной полимеризации N-винилпирролидона. II Высокомолек.соед. А. 1996. Т.38. №6. С.933-939.

6. Д.А.Топчиев, А.И.Мартыненко, Е.Ю.Кабанова, Л.М.Тимофеева. О причине кинетических аномалий в радикальной полимеризации N-винилпирролидона. //Высокомолек.соед. А. 1997. Т.39 №7. С.1129-1139.

7. Тимофеева Л.М., Васильева Ю.А., Клещева Н.А., Топчиев Д.А. Механизм взаимодействия диаллилметиламина и его протонированной и кватернизованной форм с собственными радикалами в растворителе. 1/Изв. АН. Сер. хим. 1999. Т.48. №5. С. 865-872.

8. Васильева Ю.А., Клещева Н.А., Громова Г.Л., Ребров А.И., Филатова М.П., Крутько Е.Б., Тимофеева Л.М., Топчиев Д.А. Синтез высокомолекулярного полиамина при радикальной полимеризации К,М-диаллил-М-меткламина. II Изв. АН. Сер. хим. 2000. Т.49. №3. С.430-436.

9. L.M. Timofeeva, УЛ. Vasilieva, N.A. Kleshcheva, G.L. Gromova, D.A. Topchiev. Radical Polymerization of Diallylamine Compounds: from Quantum Chemical Modeling to Controllable Synthesis of High-Molecular Weight Polymers. Hint. J. Quantum. Chem. 2002. V.88. № 5. P.531-541.

10. L.M. Timofeeva, Y.A. Vasilieva, N.A. Kleshcheva, G.L. Gromova, G. I. Timofeeva, A. I. Rebrov, D.A. Topchiev. Synthesis of High-Molecular Weight Polymers Based on N,N-Diallyl-N-Methylamine. I/Macromol. Chem. Phys. 2002. V.203. № 16. P.2296-2304.

11. Г.Л. Громова, Ю.А.Васильева, H. А. Клещева, Л.М.Тимофеева, В.Г. Березкин, Д.А. Топчиев. Метод газожидкостной хроматографии в исследовании механизмов реакций полимеризации. II Ж. физ. химии. 2002. Т.76. №7, С.1277-1282.

12. Л.М. Тимофеева, Н.А. Клещева, Ю.А. Васильева, ¡Г.Л. Громова1, Г.И. Тимофеева, М.П. Филатова. Механизм и кинетические особенности процессов получения новых полимеров на основе мономеров ряда диаллиламина. // Высокомолек. соед. 2005. Т.203. №6. С.916-933.

13. Е.А. Кузьмина, О.С. Кондратьева, Н.А. Клещева, Л.М. Тимофеева, М.И. Штильман. Термофизические свойства новых синтезированных полимеров на основе диаллилметиламина. // Сборник "Успехи в химии и химической технологии". Москва: Мин. образ. России. 2003. Т. 17. №5. С.86-90.

14. Л.М. Тимофеева, Н.А. Клещева, Д.В. Логинова, А.С. Лилеев, А.К. Лященко. Влияние диэлектрических и структурных свойств растворов на полимеризационную способность мономеров ряда диаллиламмония. II ДАН, физическая химия 2006, Т.406, №б, 780-783.

15. A. Lileev, D. Loginova, A. Lyashchenko, L. Timofeeva, N. Kleshcheva. The Hydrophobic Hydration in Aqueous Solutions of Allyl-Substituted Ammonium Salts. // J.MolLiquids. 2007. V. 131-132. №1. P. 101-104.

16. Л.М. Тимофеева, Н.А. Клещева, Д.В. Логинова, А.С. Лилеев, А.К. Лященко. Влияние диэлектрических свойств и строения водных растворов диаллиламмониевых солей на их реакционную способность в радикальной полимеризации. И Высокомолек. соед. Сер. А 2008, Т. 50, №3, 434-445.

17. L.M. Timofeeva, N.A. Kleshcheva, A.F. Moroz, L.V. Didenko. Secondary and Tertiary Polydiallylammonium Salts: Novel Polymers with High Antimicrobial Activity. IIBiomacromolecules 2009. V. 10. №11. 2976-2986.

18. L.M. Timofeeva, N.A. Kleshcheva. Antimicrobial polymers: mechanism of action, factors of activity, and applications. H Appl. Microbiol Biotechnol. 2011. V.89. No.3. P.475-492.

Патенты:

19. Jl.M. Тимофеева, H.A. Клещева. Полидиаллиламины и содержащее их дезинфицирующее средство. Патент 2272045 РФ, 20 марта 2006 (приоритет от 28.09.2004).

20. Л.М. Тимофеева, Н.А. Клещева, А.С. Капрельянц, М.О. Шлеева. Полидиаллиламмониевые соли в качестве микобактерицидного и туберкулоцидного дезинфицирующего средства. Патент 2415679 РФ, 10 апреля 2011 (приоритет от 13.10.2009).

Тезисы докладов:

21. L.M.Timofeeva, A.I.Martynenko, E.Yu.Kabanova, Yu.A.Vasilieva and D.A.Topchiev. Quantum-Chemical Study of Reactivity of Some Vinyl Monomers in Radical Polymerization Processes in Solvent. // Second International Symposium on Free Radical Polymerization: Kinetics and Mechanism, Santa Margherita Ligure, Italy. May 1996. Proceedings. P. 142-146.

22. LM.Timofeeva, A.I.Martynenko, E.Yu.Kabanova, and D.A.Topchiev. Quantum-chemical calculations of radical additions reactions of N-vinylpyrrolidone monomer in solvent. II Fourth World Congress of Theoretically Oriented Chemists, Jerusalem, Israel. July 1996. Proceedings. P.50.

23. L.M.Timofeeva, A.I.Martynenko, E.Yu.Kabanova, and D.A.Topchiev. Theoretical treatment of solvent influence on propagation reaction in N-vinylpyrrolidone radical polymerization. //Proceedings of the International Symposium on Macromolecules, Seoul, Korea. August 1996. P.683.

24. L.M.Timofeeva, Yu.A.Vasilieva and D.A.Topchiev. Theoretical Calculation of Propagation and Transfer Reactions in Radical Polymerization of Allylamines in Solvent. // Proceedings of the International Symposium "Computer Assistance to Chemical Research", Moscow, Russia. December 1996. P.95-96.

25. Л.М.Тимофеева, Ю.А.Васильева, Н.А.Клещева, Д.А.Топчиев. Моделирование элементарных реакций в радикальной полимеризации диаллиламинов: реакции роста и передачи цепи на мономер. //Тезисы докладов научной конференции ИНХС РАН, Москва, ИНХС РАН. 1997. С.58.

26. Л.М.Тимофеева, Ю.А.Васильева, Н.А.Клещева, Д.А.Топчиев. Радикальная полимеризация К^диаллил-М-метиламина — синтез высокомолекулярного полиамина, механизм элементарных взаимодействий. //Тезисы докладов научной конференции ИНХС РАН, Москва, ИНХС РАН. 1999. С.67.

27. L.Timofeeva, Yu. Vasilieva, N. Klescheva, G. Gromova, D. Topchiev. Theoretical Aspects of Competitiveness of Propagation and Chain Transfer to Monomer Reactions in Diallylmethylamines Radical Polymerization in Solvent. // Proceedings of the 39-th International Microsymposium "Advances in Polymerization Methods: Cotrolled Synthesis of Functionalized Polymers", Prague, Czech Republic. 12-15 July 1999. P.42.

28. Yu. Vasilieva, N. Klescheva, G. Gromova, L. Timofeeva, D. Topchiev. The Possibility of Synthesis of High Molecular Weight Polyamine in Radical Polymerization of N,N-diallyl-N-

methylamine. // Proc. 39-th International microsymposium "Advances in Polymerization Methods: Cotrolled Synthesis of Functionalized Polymers", Prague, Czech Republic. 12-15 July 1999. P.43.

29. Ю.А.Васильева, Н.А.Клещева, Л.М.Тимофеева, Д.А.Топчиев. Радикальная полимеризация N,N-диаллил-N-метил амина — возможность синтеза высокомолекулярного полиамина. // Тезисы докладов II Всероссийской конференции молодых ученых "Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии", Саратов. Сентябрь 1999. С.177.

30. Л.М. Тимофеева Н.А. Клещева, Ю.А. Васильева, Г.Л. Громова, Г.И. Тимофеева, М.П. Филатова, С.А. Купцов, Д.А. Топчиев. Радикальная полимеризация мономеров ряда диаллиламина: от компьютерного моделирования до контролируемого синтеза высокомолекулярных полимеров. //Тезисы докладов научной конференции ИНХС РАН, Москва, ИНХС РАН. 12-14 февраля 2003. С. 22.

31. Л.М. Тимофеева, Н.А.Клещева, О.С.Кондратьева, Е.А.Кузьмина, Д.В.Логинова, А.С. Лилеев, А.К. Лященко. Исследование влияния сольватационных эффектов на кинетику радикальной полимеризации мономеров ряда диаллиламина. //Тезисы докладов научной конференции ИНХС РАН, Москва, ИНХС РАН. 12-14 февраля 2003. С.70.

32. L.M. Timofeeva, N.A. Kleshcheva, Y.A. Vasilieva, D.A. Topchiev. Synthesis of High-Molecular Weight Polymers Based on Diallylamine Compounds: Quantum Chemical Modeling, Kinetic Feature, Characteristics of Polymers. //International Polymer Congress "Europolymer 2003", Stockholm, Sweden. June 23-27, 2003. Book of Abstracts. Oral Presentations.

33. Л.М. Тимофеева, H.A. Клещева, E.A. Кузьмина, O.C. Кондратьева. Новые полимеры на основе соединений диаллиламина и процессы их получения: квантово-химическое моделирование, кинетические особенности, характеристики полимеров. // Тезисы докладов III Всероссийской Каргинской конференции "Полимеры -2004", Москва, МГУ. 2004. Т.1. С. 145.

34. Е.А. Кузьмина, О.С. Кондратьева, Н.А. Клещева, Л.М. Тимофеева. Термофизические свойства новых синтезированных полиэлектролитов на основе мономеров ряда диаллиламина. // Сборник тезисов докладов и сообщений на X Всероссийской конференции "Структура и динамика молекулярных систем", Яльчик. 30 июня-4 июля 2003. С.165.

35. L. Timofeeva, N. Kleshcheva, D. Loginova, A. Lileev, A. Lyashchenko. Influence of dielectric and structural properties of medium on main polymerization characteristics of diallylammonium series monomers. // European Polymer Congress "Macro-2005", Moscow. 2005. Congress Proceedings. P.221. Ref.2526.

36. A. Lileev, D. Loginova, A. Lyashchenko, L. Timofeeva, N. Kleshcheva. The hydrophobic hydration in aqueous solutions of allyl-substituted ammonium salts. // 29-th International Conference on Solution Chemistry, Portoroz, Slovenia. 2005. Book of Abstracts. P.92.

37. Л.М. Тимофеева, H.A. Клещева, А.С. Лилеев, А.К. Лященко. Процессы получения новых вторичных и третичных полидиаллиламинов: полимеризационная способность мономеров, влияние структуры растворов. //Тезисы докладов IV Всероссийской Каргинской конференции "Наука о полимерах 21-му веку", Москва, МГУ. 29 января-2 февраля 2007. Т.2. С.353.

38. Л.М. Тимофеева, Н.А. Клещева, А.Ф. Мороз, Л.В. Диденко. Вторичные и третичные полидиаллиламины - новые соединения с биоцидной активностью. // Тезисы докладов IV Всероссийской Каргинской конференции "Наука о полимерах 21-му веку", Москва, МГУ. 29 января-2 февраля 2007. Т.2. С.431.

39. Timofeeva L.M., Kleshcheva N.A., Loginova D.V., LileevA.S., Lyashchenko A.K. Effect of dielectric and structural properties of aqueous solutions on the free-radical polymerizability of cationogenic monomers. // Proceedings of X International Conference On The Problems Of Solvation And Complex Formation In Solutions, Suzdal, Russia. July 2007. V. 2. P. 5/S-549-550.

40. JI.M. Тимофеева, H.A. Клещева, А.Ф. Мороз, Jl.B. Диденко, O.A. Финогенова, Ю.А. Ермаков. Вторичные и третичные полидиаллиламины: мембранотропные свойства и биоцидная активность. // Материалы XVIII Менделеевского съезда по общей и прикладной химии, Москва. 2007. Т. 4. С. 596.

41. Л.М. Тимофеева, Н.А. Клещева, М.П.Филатова, А.С. Лилеев. Процессы получения вторичных и третичных полидиаллиламинов: квантово-химическое моделирование, кинетические особенности, характеристики полимеров. // Материалы XVIII Менделеевского съезда по общей и прикладной химии, Москва. 2007. Т. 3. С. 446.

42. A. Lileev, A. Lyashchenko, L. Timofeeva, N. Kleshcheva. Microwave dielectric properties and conductivity of aqueous solutions of polydiallylmethylammonium and diallylmethylammonium trifluoroacetates. // Proceedings Of The 5th International Conference on Broadband Dielectric Spectroscopy and Its Applications (BDS2008), Lyon, France. 2008. Hal 00264318. V.l. P. 164.

43. O.A. Финогенова, Л.М. Тимофеева, Ю.А. Ермаков. Электростатические эффекты при адсорбции и десорбции поликатионов на поверхности липидных мембран разного состава. //Материалы 3-ей Международной конференции по коллоидной химии и физико-химической механике, Москва. 24-28 июня 2008. С. 29. ВР06.

44. Л.М.Тимофеева, Н.А.Клещева, А.Ф.Мороз, Л.В.Диденко. Вторичные и третичные полидиаллиламины - новые полимеры с высокой антимикробной активностью. // Тезисы докладов научной конференции ИНХС РАН, посвященной 75-летию Института, Москва, ИНХС. 6-8 апреля 2009. С.55.

45. Lileev, A.; Timofeeva, L.; Lyashenko, A.; Kleshcheva, N. Dielectric relaxation and conductivity of polydiallylmethylammonium trifluoroacetate aqueous solutions. // Proceedings of the 31-st International Conference on Solution Chemistry, Innsbruck, Austria. August 21-25 2009. P.215.

46. Л.М. Тимофеева, H.A. Клещева, А. Ф. Мороз, Л. В. Диденко. Антимикробная активность и полиэлектролитные свойства вторичных и третичных полидиаллиламинов. // Материалы Всероссийской конференции «Каргинские чтения -2010», Москва, МГУ. 21-25 июня 2010. С. 150

47. А.С. Лилеев, Л.М. Тимофеева, А.К. Лященко, Н.А. Клещева. Диэлектрические свойства водных растворов вторичных - четвертичных полидиаллиламмониевых солей и их влияние на структуру воды. // Материалы Всероссийской конференции «Каргинские чтения -2010», Москва. 21-25 июня 2010. С5-233.

48. T.Y. Grankina, N.A. Klestcheva, L.M. Timofeeva, O.K.Krasilnikova. Water vapors adsorption by poly(diallylammonium) polymers. // Материалы XIV Всероссийского симпозиума с иностранными участниками «Актуальные проблемы теории адсорбции, пористости и адсорбционной селективности», Москва-Клязьма. 26-30 апреля 2010. С. 161.

Формат 60x90/16. Заказ 1519. Тираж 100 экз.

Печать офсетная. Бумага для множительных аппаратов.

Отпечатано в ООО "ФЭД+", Москва, Ленинский пр. 42, тел. 774-26-96

Введение

Проблема полимеризации аллильных мономеров

Общая характеристика работы

Глава 1. Механизм элементарных реакций при полимеризации 25 мономеров ряда диаллиламина

1.1. Полимеризация диаллиламинов: данные по кинетике и 25 механизмам процессов (критический анализ литературы)

1.2. Элементарные реакции роста и передачи цепи. Квантово- 30 химический аспект

Анализ литературы

Метод расчета

Реагенты

Присоединение к двойной связи - рост цепи

Влияние среды

Сопоставление с экспериментом

Внутримолекулярная циклизация

Отрыв подвижного водорода - передача цепи на мономер

Проблема полимеризации аллильных мономеров

Исследования процессов образования, физико-химических и прикладных свойств синтетических полиэлектролитов (ПЭ) представляют актуальное направление в современной химии высокомолекулярных соединений. Полиэлектролиты широко распространены в живой природе, синтетические и природные ПЭ находят большое применение в современных технологиях, медицине и т.д. Круг синтетических ПЭ весьма невелик, поэтому важен поиск новых структур, возможностей регулирования строения, молекулярных масс для получения необходимых функциональных свойств.

К широко востребованным катионным ПЭ относятся кватернизованные диаллилдиалкиламмониевые полимеры, механизм получения и свойства которых были исследованы ранее [1,2]. В то же время, отсутствие в звеньях четвертичных аммониевых структур функциональных групп ограничивает возможности модификации мономеров и полимеров на их основе. Кроме того, кватернизованные полиамины теряют свои свойства в щелочных растворах. Поэтому большой интерес представляют производные ряда диаллиламина (ДА А) в некватернизованной форме - сам ДА А и алкилдиаллил амины. Наличие вторичных/третичных аминогрупп открывает возможности для химической модификации и позволяет варьировать свойства потенциальных полимеров в зависимости от рН среды от полисолей до полиоснований. Полимеры с некватернизованной структурой амина в звеньях весьма перспективны и актуальны для биомедицинских целей благодаря своей низкой токсичности.

Хорошо известны трудности синтеза полимеров из аллильных и диаллильных мономеров в некватернизованной форме, связанные с вырожденной передачей цепи на мономер и образованием аллильного радикала передачи с очень низкой реакционной способностью по отношению к двойным связям [3-14]. Реакция вырожденной передачи цепи в этом случае фактически контролирует процесс, приводя к драматическому падению скорости радикальной полимеризации и получению только низкомолекулярных олигомерных продуктов со степенью полимеризации, не превышающей 30 мономерных звеньев. Характерной особенностью этих процессов полимеризации является нулевой порядок по мономеру и первый по инициатору, что указывает на мономолекулярный характер обрыва цепей [5-14].

Первые работы по изучению радикальной полимеризации аллильных мономеров были сделаны Бартлеттом и Алтшулем в 1945 г. [5,6]. Изучая термически инициируемую радикальным инициатором полимеризацию аллилацетата, они показали, что при атаке мономера активным радикалом, наряду с реакцией присоединения к двойной связи - ростом цепи, с высокой вероятностью может произойти отрыв атома водорода от а-СН2-группы [5].

Это приводит к гибели исходного активного радикала и образованию резонансно стабилизированного аллильного радикала [15], активность которого по отношению к двойным связям существенно ниже чем у винильного [5, 16]. Поэтому отрыв а-протона растущим радикалом ведет к гибели как материальной, так и кинетической цепи, что и является проявлением деградации цепи в ходе передачи на мономер [5,6].

Последующие исследования были направлены на преодоление указанных трудностей полимеризации различных аллильных мономеров. Долматов и Полак показали, что продукты с более высокой молекулярной массой могут быть получены под действием больших доз излучений высокой энергии благодаря тому, что образующиеся при сравнительно малых дозах олигомеры способны при облучении к дальнейшей полимеризации за счет содержащихся в них концевых двойных связей [17]. Было установлено, что в некоторых случаях, наряду с деградационной передачей при полимеризации аллильных мономеров, имеет место также и эффективная передача цепи, когда образующиеся в результате акта передачи цепи радикалы способны присоединять молекулы мономера [9,10,14].

Сакурата и Такахаши предложили кинетическую схему, включающую в себя наряду с деградационной передачей цепи и эффективную, и вывели уравнение для количественной оценки доли деградационной передачи цепи [9]. В ряде работ [10,12,14,18] было показано, что при полимеризации аллиловых эфиров длина кинетической цепи несколько превышает среднюю степень полимеризации, т.е. в инициировании наряду с радикалами инициатора участвуют и радикалы передачи, образующиеся в ходе реакции.

Изучая аллильные системы при низких температурах, Дакин и Карпов установили, что аллильные радикалы передачи цепи, образующиеся в результате отрыва радикалом атома Н от аллильной группы мономера, представляют единственный или преобладающий стабилизированный радикальный продукт в области температур на 30-50° ниже температуры плавления (стеклования) мономера, а вблизи температуры плавления (стеклования) мономера эти радикалы рекомбинируют с образованием стабильных продуктов [19]. Тем самым было установлено, что в стандартных относительно мягких условиях радикальной полимеризации аллильные радикалы передачи цепи на мономер расходуются в основном путем рекомбинации.

Радикалы передачи могут с достаточно высокой скоростью присоединяться к двойной связи аллильного мономера лишь при температурах выше 300-400°С [11], или под давлением 3000-8000 атм [20]. Изучая полимеризацию аллильных мономеров при высоких давлениях, Шаров, Берлин и Ениколопян показали, что с увеличением давления общая скорость полимеризации увеличивается, а скорость обрыва цепи уменьшается, порядок по инициатору, равный 1 при давлении ниже 3000 атм., снижается и достигает 0.55 при 6500 атм. Однако средняя степень полимеризации возрастает слабо [20]. Получить высокомолекулярный полимер удалось только при давлении порядка 25000 атм [21], или под действием больших доз излучений высокой энергии [17].

Такие подходы были связаны с преодолением определенных технических трудностей. Во многих работах исследовались подходы, использующие зависимость полимеризационной способности аллильных мономеров от их химического строения. В частности, введение электроноакцепторных заместителей у аллильных мономеров в [3- [22,23] и ос-положение [22,24-27] приводило к увеличению скорости полимеризации и ММ полимеров. Мацояном с сотрудниками было показано, что диаллиламин и алкилдиаллиламины в виде свободных оснований не полимеризуются [24]. Однако при введении в молекулу диаллиламина при атоме азота полярных заместителей, содержащих электроноакцепторные группы (СО; СМ; 802), такие М-замещенные диаллиламины обнаруживают склонность к радикальной полимеризации в присутствии свободнорадикальных инициаторов. Авторы объясняли это тем, что при введении в молекулу мономера электроноакцепторных заместителей происходит перераспределение электронной плотности на двойных связях в молекуле диаллиламина, вследствие чего и повышается активность двойных связей [24]. Действие электроноакцепторных заместителей на полимеризационную способность аллильных мономеров рассматривалось и в рамках метода молекулярных орбиталей в приближении Хюккеля [26]. По данным расчетов, в ряду аллиламин - аллилацетамид - аллилсукцинимид заметной активации двойной связи не происходит, но с увеличением электроноакцепторных свойств заместителей закономерно уменьшается л-электронная плотность на атоме азота, что может влиять на прочность а-С-Н связи и, следовательно, приводить к уменьшению константы передачи цепи [26].

Значительно уменьшить конкурентную способность реакции деградационной передачи цепи удалось, используя протонные и апротонные кислоты [28-41]. Основной вклад в разработку этих идей был сделан в серии работ группы Кабанова и Зубова с сотрудниками [28-39].

Было обнаружено, что скорость полимеризации аллильных мономеров, инициируемая у-лучами и вещественным инициатором, существенно возрастает в присутствии комплексообразователей (КО) - кислот Льюиса (1ЛС1, ЪпСХ и т.д.) [28-34]. Показано, что увеличение скорости не связано с возрастанием скорости инициирования или упрочнением а-СН-связи мономера. На основании данных ИК-спектроскопии установлено, что КО взаимодействует только с функциональными группами аллильного мономера и его поляризующее влияние не распространяется на двойную связь [29,31,34].

Авторами [34,42] был предложен координационно-радикальный механизм полимеризации аллильных мономеров в присутствии КО. Было показано, что связывание в комплексы молекул мономера и радикалов приводит к увеличению абсолютных констант скорости как роста, так и передачи цепи на мономер. Образующийся в результате акта деградационной передачи цепи аллильный радикал в присутствии КО с достаточно высокой вероятностью присоединяется к двойной связи мономера, т.е. наблюдаются акты эффективной передачи цепи, в результате чего увеличивается кинетическая длина цепи. Первичная степень полимеризации, определяемая отношением констант скоростей роста и передачи цепи, в присутствии КО также возрастает, по мнению авторов, за счет преимущественного возрастания константы скорости роста; в этом случае среднечисленная молекулярная масса олигомеров, полученных на ранних стадиях полимеризации, низка, хотя и несколько выше (в 2-3 раза), чем при полимеризации без КО. На высоких стадиях конверсии молекулярный вес возрастает в десятки раз, однако полученные полимеры характеризуется высокой полидисперсностью (~5) и разветвленностью. Было показано, что вторичные реакции разветвления, ответственные за рост молекулярного веса, происходят с участием концевых двойных связей, присутствующих в первоначально образующихся коротких цепях. Сохранение первого порядка реакции по инициатору при введении КО указывало на то, что в этих системах происходит мономолекулярный обрыв цепи, в результате отрыва атома а-водорода. Достаточная легкость этой реакции была доказана методом ЭПР [33].

Аналогичное увеличение скорости радикальной полимеризации и молекулярных масс полимеров при УФ и у-облучении наблюдалось при добавлении протонных кислот к аллильным мономерам [28,35-39]. Было установлено, что протонные кислоты практически не влияют на скорость инициирования и роста цепи [35]. Авторы предположили два возможных механизма влияния модификаторов. Во-первых, изменение поляризующего действия атома азота в результате протонирования или образования водородной связи может приводить к упрочнению а-СН-связи в мономере, а следовательно, к снижению константы скорости передачи цепи на мономер. Во-вторых, с использованием кислот возможно увеличение вероятности присоединения аллильного радикала передачи цепи к двойной связи, которая близка к нулю при полимеризации аллильных систем без кислот. Зависимость действия кислот от основности мономеров была исследована методом ЭПР при низких температурах: в случае аллильных мономеров с сильноосновными группами (аллиламины) в спектрах ЭПР появлялся сигнал радикалов роста и становилась возможной низкотемпературная постполимеризация [38,39]. Было обнаружено, что скорость полимеризации зависит от природы добавляемой кислоты и растет с увеличением силы кислоты (в ряду СНзСООН < НВг < НС1 < Н2804 < Н3Р04) [36,40], при этом важным параметром является соотношение мономер-кислота (наибольший эффект был достигнут в случае аллиламинов в присутствии избытка Н3Р04 (3:1) [36]. Было показано, что для некоторых систем аллиламин-кислота вероятность эффективного присоединения радикала передачи может достигать 80-90% [28,35,36]. В ходе такой эффективной передачи цепи через аллильные радикалы молекулы олигомеров содержали непредельные концевые группы, которые участвовали в следующей стадии полимеризации, ведущей к получению разветвленного полимера. В результате, как и в случае апротонных кислот, синтезированные полимеры характеризовались высокой поли дисперсностью и разветвленностью.

Идея использовать гидратные соли аллиламинов с протонными кислотами была реализована в ряде работ [40,41]. Полимеризация алкилдиаллиламмонийгалогенидов с использованием термоинициаторов и у-излучения в воде приводила к образованию продуктов со степенью полимеризации, не превышающей 10 [40]. Олигомерные продукты с низкой характеристической вязкостью на основе указанных мономеров были получены также при проведении реакции в диметилсульфоксиде [41].

Таким образом, накопленные к концу 80-х годов данные свидетельствовали о том, что аллильные мономеры в обычных условиях радикальной полимеризации либо не полимеризуются, либо образуют олигомерные продукты. Использование КО и протонных кислот позволило существенно увеличить скорость полимеризации, частично подавить реакцию деградационной передачи цепи и увеличить ММ олигомеров. Тем не менее, в этих условиях сохранялся мономолекулярный обрыв цепи и наблюдалось затухание процесса полимеризации. Получить достаточно высокомолекулярный разветвленный полимер с высокой полидисперсностью удалось только в результате взаимодействия олигомеров в присутствии больших количеств добавок под действием облучения высокой энергии.

В то же время, как отмечалось выше, мономеры ряда ДАА в кватернизованной форме - соли ТУ,тУ-диаллил-МЛ^-диалкил аммония -полимеризуются при сравнительно высоких скоростях под действием традиционных радикальных инициаторов, образуя линейные хорошо растворимые продукты - катионные полиэлектролиты с достаточно высокими значениями ММ.

Анализ литературных данных показывает, что до последнего времени были мало изучены механизмы ряда явлений, наблюдаемых в процессах полимеризации аллильных и диаллильных мономеров, роль протонирования аллиламинов и, особенно, кватернизации мономеров ряда ДАА в уменьшении конкурентной способности реакции отрыва атома водорода аллильной группы по сравнению с реакциями роста цепи. Оставались невыясненными причины увеличения скорости полимеризации в кислых средах, возможной частичной трансформации вырожденной передачи цепи на мономер в эффективную передачу в этих условиях.

Ценную информацию по этому вопросу может дать изучение методами теоретической химии реакций радикального присоединения к аллильной группе мономера и отрыва атома водорода группы а-СН2 радикалом. Расчеты реакций свободнорадикального присоединения к двойным связям широко представлены в теоретической литературе: природа реакций свободнорадикального присоединения рассматривалась в рамках теории возмущений (например, работы [43,44]), опубликованы полуэмпирические и неэмпирические расчеты, в том числе, модельных реакций радикальной димеризации этилена [45,46]. Однако до настоящей диссертационной работы не были представлены теоретические исследования, касающиеся присоединения радикалов к аллильным мономерам (реакций роста (ди)аллильных мономеров). Это относится и к реакциям передачи цепи на мономер путем отрыва подвижного протона аллильной группы, при этом реакции переноса протона радикалом в целом изучены меньше, чем радикальное присоединение к двойной связи (например, [46-48], также ссылки в монографии [48]). Модельные расчеты реакций, проведенные с учетом растворителя, представляют не только теоретический интерес, но могут содержать ключ к созданию необходимых условий для получения полимеров на основе аллиламинов и, в частности, мономеров ряда ДАА в некватернизованной форме.

Оценка влияния растворителя на рассматриваемые процессы является необходимой частью исследования. Результаты работ по полимеризации аллильных мономеров в присутствии протонных кислот показали существенное влияние изменения среды на скорость радикальной полимеризации и конкурирующую способность реакций роста и передачи цепи, вызванное возможным образованием протонированных форм мономера и радикалов и их участием в полимеризации [28,35-40]. В то же время, появление ионов в реакционной системе изменяет и характер ее взаимодействия со средой. В.А. Кабанов и Д.А. Топчиев подчеркивали, что явления, наблюдаемые при радикальной полимеризации ионогенных мономеров, не могут быть объяснены только на основе классических представлений о радикальной полимеризации [49]. Диэлектрические и структурные свойства раствора обусловливают различные сольватационные эффекты, влияющие на реакции с участием полярных реагентов и/или ионов, в том числе и радикальные. В литературе приводятся данные, указывающие на существенное влияние структуры раствора на протекание процессов с участием ионов [50,51]. Элементарные реакции радикальной полимеризации ионогенных мономеров, как и аминов в присутствии кислот, не рассматривались и не изучались с этой точки зрения, будь то теоретически или экспериментально. Такой подход к исследованию ряда особенностей радикальной полимеризации полярных/ионогенных мономеров, включающий, прежде всего, исследования диэлектрических и структурных свойств исходных растворов мономеров, важен для понимания механизмов влияния среды на основные характеристики жидкофазных реакций, поскольку указанные свойства должны оказывать существенное влияние на реакционную способность мономеров, в частности аминов, в кислых средах. Поэтому развитие такого подхода, в том числе, к реакциям радикальной полимеризации (ди)аллиламинов весьма актуально.

Особый интерес вызывают свойства, которые могут проявлять вторичные/третичные протонированные пол идиалл ил амины. Четвертичные полидиаллилдиалкиламмониевые полимеры обладают широко применяемыми в различных областях сильными адсорбционными и абсорбционными свойствами [52,53], однако имеют низкую антимикробную активность в ряду известных кватернизованных гидрофобных полиаммониевых биоцидов [54]. Можно ожидать, что вторичные/третичные полидиаллиламины, содержащие в гидрофобных пирролидиновых звеньях гидрофильные аминогруппы, способные к образованию водородных связей, будут проявлять свойства, отличные от кватернизованных полимеров этого ряда. Нужно отметить, что в самое последнее время в зарубежной научной литературе формируется новое перспективное направление в синтезе биоцидных полимеров: это полиамины с первичной/вторичной/третичной структурой протонированного амина, проявляющие антимикробную активность, в отличие от их кватернизованных аналогов [55-59]. Новые биоцидные полиамины, сочетающие умеренную гидрофобность с гидрофильными протонированными аминогруппами, представляются перспективными для использования в биомедицинских целях благодаря своей значительно более низкой токсичности по отношению к живым системам, чем кватернизованные полимерные структуры [56-59].

Учитывая все сказанное выше, мы полагаем, что разработка подходов и путей получения новых достаточно высокомолекулярных полиаминов на основе аллиламинов и, в частности, мономеров ряда ДАА в некватернизованной форме является весьма актуальной проблемой.

Общая характеристики работы

Цель работы заключалась в решении проблемы полимеризационной способности (ди)аллиламинов, разработке подхода для осуществления полимеризации мономеров ряда диаллиламина в некватернизованной форме и методов их полимеризации, установлении закономерностей новых радикальных процессов полимеризации и механизмов влияния среды на эти процессы, изучении свойств новых полимеров - вторичных и третичных полидиаллиламинов в форме полисолей и полиоснований, наиболее важным из которых является обнаруженная высокая антимикробная активность.

Основными задачами работы были:

-теоретическое исследование методами квантовой химии механизмов и общих закономерностей элементарных реакций радикальной полимеризации мономеров ряда ДАА для выявления возможности получения полимеров из некватернизованных мономеров ряда ДАА;

-разработка методов получения новых мономеров - трифторацетатов вторичных/третичных диаллиламинов, и методов синтеза новых полимеров на их основе;

-исследование кинетических закономерностей новых полимеризационных процессов;

-исследование структурных и диэлектрических свойств исходных полимеризационных растворов солей диаллиламмония методами СВЧ диэлектрической спектроскопии и низкочастотной электропроводности;

-анализ теоретических и экспериментальных данных и оценка влияния структуры и диэлектрических свойств исходных растворов мономеров на кинетические параметры радикальной полимеризации мономеров ряда диаллиламмония;

-изучение свойств новых полимеров, в том числе обнаруженной высокой антимикробной активности широкого спектра, связи биологической активности со структурой и полиэлектролитными свойствами новых вторичных/третичных полиаминов.

Научная новизна. Все результаты работы получены впервые. Из них наиболее существенными являются следующие:

-Предложен и теоретически обоснован подход к получению полимеров из мономеров ряда ДАА в некватернизованной форме, развитый в ходе систематического изучения методами квантовой химии закономерностей и механизмов элементарных реакций роста и передачи цепи на мономер с учетом среды-растворителя различной полярности. Главным его моментом является создание в полимеризационной среде подавляющего количества мономера в протонированной форме, что приводит к уменьшению конкурентной способности реакции передачи цепи и ее трансформации в эффективную передачу. Предложенный новый подход является общим и может быть применим ко всем мономерам ряда аллил- и диаллиламинов.

-В рамках предложенного общего подхода синтезированы новые мономерные системы - трифторацетатные соли вторичных и третичных диаллиламинов, разработаны методы их полимеризации под действием традиционного радикального инициатора в относительно мягких условиях.

-Впервые получены новые вторичные и третичные полидиаллиламины - полимерные соли (ПДААС) и полиоснования (ПДАА) с достаточно высокой молекулярной массой (ММ -65000) - представители нового семейства полимеров.

-Развит применительно к радикальным реакциям катионогенных мономеров новый подход, рассматривающий влияние структуры раствора на протекание процессов с участием ионов. Впервые показано, с использованием методов СВЧ диэлектрической спектроскопии и низкочастотной электропроводности, влияние структуры и диэлектрических свойств исходного полимеризационного раствора на кинетические параметры радикальной полимеризации; показано, что наличие "свободной" воды в исходных растворах диаллиламмониевых мономеров ответственно за характер концентрационного поведения констант скорости элементарных реакций роста и передачи цепи на мономер, бимолекулярного обрыва цепи.

-Получены новые антимикробные полимеры, не имеющие аналогов среди биоцидов. Впервые показано, что замена кватернизованной аминогруппы в пирролидиниевом звене на вторичную/третичную может кардинально изменить свойства полимеров, обеспечив ПДААС высокую антимикробную биоцидную активность широкого спектра действия. Показана важная роль гидрофильных свойств и способности к образованию водородных связей в биологической активности полимеров.

Научная значимость работы. Развитые в диссертации подход и методология полимеризации мономеров ряда ДАА в некватернизованной форме носят общий характер и применимы ко всем мономерам ряда аллиламинов. Данные исследования радикальных реакций диаллиламинов в различных средах важны для понимания механизмов свободнорадикальных взаимодействий и дополняют эту область знаний.

Полученные результаты открывают возможность для создания нового семейства полимеров, проявляющих свойства как полисолей, так и полиоснований в зависимости от рН среды - катионных ПЭ на основе аллил-/диаллиламинов с достаточно высокими ММ и возможностью для химической модификации благодаря наличию функциональных групп.

Выделенные новые полиоснования - вторичные/третичные полидиаллиламины обладают рядом отличительных свойств, включая способность к образованию водо- и спиртонабухающих гелей, и представляют отдельную перспективную область исследований.

Развитый в работе новый подход, рассматривающий влияние структуры и диэлектрических свойств раствора на кинетические параметры полимеризации диаллиламмониевых мономеров, носит общий характер и применим к другим процессам полимеризации ионогенных мономеров. Полученные данные относительно гидрофобной гидратации диаллиламмониевых мономеров расширяют круг катионов разного типа, для которых характерна гидрофобная гидратация.

Биологическая активность ПДААС ставит важную научную задачу, касающуюся механизма их противомикробного и, прежде всего, туберкулоцидного (т.е., убивающего микобактерию туберкулеза) действия, учитывая строение наружной оболочки микобактерий, делающее их непроницаемыми для большинства известных неспецифических биоцидов.

Практическая значимость работы. Одним из важных и практически значимых свойств новых полидиаллиламинов является высокая антимикробная биоцидная активность широкого спектра действия, включая активность против микобактерии туберкулеза. Совокупность этих проявлений выделяет ПДААС из ряда известных катионных биоцидов и, на сегодняшний день, делает их уникальными среди всех известных в мире катионных неспецифических биоцидов. Изученные антимикробные свойства полидиаллиламинов, а также полученные данные относительно поведения этих полимеров в различных условиях позволяют рассматривать их в качестве перспективных дезинфектантов высокого уровня для использования в медицинской практике. В целом, получение и исследование биоцидных полимеров с первичной/вторичной/третичной структурой амина представляет новое перспективное направление в области синтеза антимикробных полимеров.

Апробация работы. Основные результаты были представлены на отечественных и международных конференциях, в том числе: на международных конгрессах и симпозиумах по расчетным методам в химии (Israel 1996, Москва 1996), радикальной полимеризации (Italy 1996), макромолекулам (Korea 1996, Prague 1999), химии растворов (Slovenia 2005, Суздаль 2007, Austria 2009) и диэлектрическим свойствам растворов (France 2008); на Европейских полимерных конгрессах (Stockholm 2003, Москва 2005), Всероссийских Каргинских конференциях (Москва 2004, 2007 и 2010), XVIII Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Москва 2007), X Всероссийской конференции по структуре и динамике молекулярных систем (Яльчик 2003), научных конференциях ИНХС РАН (Москва 1997, 1999, 2003 и 2009).

Публикации. Материалы диссертации изложены в 48 научных публикациях, включая 18 статей в ведущих отечественных и зарубежных рецензируемых журналах, 2 патента и 28 тезисов докладов на международных и всероссийских конференциях. Список публикаций автора приводится в конце диссертации (перед списком цитируемой в диссертации литературы).

В диссертации используются данные, полученные и опубликованные в соавторстве с Д.А. Топчиевым, H.A. Клещевой, Ю.А. Васильевой,

Г.Л. Громовой], А.И. Мартыненко, М.П. Филатовой, Г.И. Тимофеевой, А.К. Лященко, A.C. Лилеевым, А.Ф. Мороз, Л.В. Диденко, Ю.А. Ермаковым и другими. Всем моим соавторам приношу искреннюю признательность за активное и плодотворное сотрудничество. Я благодарна д.х.н. профессору Д.А. Топчиеву, который стоял у истоков этого исследования. Приношу глубокую благодарность ближайшей коллеге по лаборатории химии полиэлектролитов и медико-биологических полимеров ИНХС РАН, старшему научному сотруднику, к.х.н. H.A. Клещевой за постоянное содействие в работе.

Автор благодарен всем сотрудникам лаборатории химии полиэлектролитов и медико-биологических полимеров ИНХС РАН и заведующему лаборатории к.х.н. H.A. Сивову за поддержку и доброе отношение.

выводы

1. Предложен и теоретически обоснован подход к получению полимеров из мономеров ряда аллил- и диаллиламинов в некватернизованной форме. Главным моментом является создание в полимеризационной среде подавляющего количества мономера в протонированной форме, что приводит к уменьшению конкурентной способности реакции передачи цепи на мономер и ее трансформации в эффективную передачу. Предложенный подход является общим и может быть применим ко всем мономерам ряда аллил- и диаллиламинов.

2. В рамках предложенного общего подхода разработаны методы получения и синтезированы новые мономерные системы - трифторацетатные соли вторичных и третичных диаллиламинов, показано, что в растворах этих солей мономеры ряда ДАА существуют в протонированной форме как в протонных, так и в апротонных инертных средах. Разработаны методы радикальной полимеризации новых мономерных солей ряда ДАА под действием традиционного радикального инициатора в относительно мягких условиях.

3. Впервые синтезированы вторичные и третичные полидиаллиламины, проявляющие свойства как полисолей (ПДААС), так и полиоснований (ПДАА) с достаточно высокой молекулярной массой ММ до -65000 -представители нового семейства полимеров.

4. Установлены основные закономерности новых процессов полимеризации, в том числе, бимолекулярный обрыв цепи, трансформация (ди)аллильного радикала передачи цепи в радикал роста; определены достаточно низкие константы передачи цепи, т.е. показано, что в рассмотренных процессах полностью преодолены явления, связанные с деградационной передачей цепи на мономер, присущие реакциям полимеризации мономеров (ди)аллильного ряда.

5. Развит применительно к радикальным реакциям катионогенных мономеров новый подход, рассматривающий влияние структуры раствора на протекание процессов с участием ионов. Впервые изучены структурные и диэлектрические свойства водных растворов солей ряда диаллиламмония с использованием методов СВЧ диэлектрической спектроскопии и низкочастотной электропроводности. Установлена гидрофобная гидратация этих солей. Установлены концентрационные границы существования "свободной" объемной воды в исходных полимеризационных растворах диаллиламмониевых мономеров.

6. Впервые показано влияние структуры полимеризационного раствора на протекание радикальных реакций с участием ионов. Показано, что наличие свободной объемной воды в исходных растворах ответственно за характер концентрационного поведения констант скорости элементарных реакций полимеризации катионогенных мономеров - роста и передачи цепи на мономер, бимолекулярного обрыва цепи.

7. Обнаружено, что вторичные/третичные ПДААС проявляют высокую антимикробную биоцидную активность, в отличие от близких по структуре кватернизованных полидиаллиламмониевых солей, не обладающих заметной антимикробной эффективностью. Широкий спектр активности ПДААС включает действие против микобактерий туберкулеза, что выделяет их из ряда известных катионных биоцидов. Показано, что решающим фактором биологической активности ПДААС является наличие в гидрофобных пирролидиновых звеньях вторичных/третичных аминогрупп, способных к образованию водородных связей.

Список работ автора по теме диссертации

1. Тимофеева JIM., Васильева Ю.А., Клещева H.A., Топчиев Д.А. Механизм взаимодействия диаллилметиламина и его протонированной и кватернизованной форм с собственными радикалами в растворителе. //Изв. АН. Сер. хим. 1999. Т.48. №5. С. 865-872.

2. L.M. Timofeeva, Y.A. Vasilieva, N.A. Kleshcheva, G.L. Gromova, D.A. Topchiev. Radical Polymerization of Diallylamine Compounds: from Quantum Chemical Modeling to Controllable Synthesis of High-Molecular Weight Polymers. I/Int. J. Quantum. Chem. 2002. V.88. № 5. P.531-541.

3. Тимофеева JIM. Полуэмпирический квантово-химический расчет модельных реакций роста в катионной полимеризации азиридина в растворе. //Химическая физика. 1991. Т. 10. №10. С. 1397-1404.

4. Тимофеева JI.M. Количественный учет влияния ионных ассоциаций на энергетику реакций роста в катионной полимеризации азиридина в растворе. // Химическая физика. 1991. Т.10. №12. С.1683-1686.

5. Тимофеева JIM., Громова Г.Л., Жук Д.С. Эффект инертного неполярного растворителя в кинетике катионной полимеризации этиленимина. // Кинетика и катализ. 1990. Т.31. №2. С.337-343.

6. Тимофеева Л.М., Кабанова Е.Ю., Мартыненко А.И., Топчиев Д.А. Квантово-химическое исследование влияния специфической и электростатической сольватации на энергетику реакций роста в радикальной полимеризации N-винилпирролидона. // Химическая физика. 1994. Т.13. №11. С.39-45.

7. JI.M. Тимофеева, Е.Ю. Кабанова, А.И. Мартыненко, Д.А. Топчиев. Влияние растворителя на энергетику реакций роста цепи при радикальной полимеризации N-винилпирролидона. // Высокомолек.соед. А. 1996. Т.38. №6. С.933-939.

8. Д.А. Топчиев, А.И. Мартыненко, Е.Ю. Кабанова, JI.M. Тимофеева. О причине кинетических аномалий в радикальной полимеризации N-винилпирролидона. II Высокомолек.соед. А. 1997. Т.39 №7. С.1129-1139.

9. Л.М.Тимофеева, Ю.А.Васильева, Н.А.Клещева, Д.А.Топчиев. Моделирование элементарных реакций в радикальной полимеризации диаллиламинов: реакции роста и передачи цепи на мономер. // Тезисы докладов научной конференции ИНХС РАН, Москва, ИНХС РАН. 1997. С.58.

10. L.M.Timofeeva, Yu.A.Vasilieva and D.A.Topchiev. Theoretical Calculation of Propagation and Transfer Reactions in Radical Polymerization of Allylamines in Solvent. // Proceedings of the International Symposium "Computer Assistance to Chemical Research", Moscow, Russia. December 1996. P.95-96.

11. L.Timofeeva, Yu. Vasilieva, N. Klescheva, G. Gromova, D. Topchiev. Theoretical Aspects of Competitiveness of Propagation and Chain Transfer to Monomer Reactions in Diallylmethylamines Radical Polymerization in Solvent. //Proceedings of the 39-th International Microsymposium

Advances in Polymerization Methods: Cotrolled Synthesis of Functionalized Polymers", Prague, Czech Republic. 12-15 July 1999. P.42.

12. L.M.Timofeeva, A.I.Martynenko, E.Yu.Kabanova, Yu.A.Vasilieva, D.A.Topchiev. Quantum-Chemical Study of Reactivity of Some Vinyl Monomers in Radical Polymerization Processes in Solvent. // Second International Symposium on Free Radical Polymerization: Kinetics and Mechanism, Santa Margherita Ligure, Italy. May 1996. Proceedings. P. 142146.

13. L.M.Timofeeva, A.I.Martynenko, E.Yu.Kabanova, and D.A.Topchiev. Quantum-chemical calculations of radical additions reactions of N-vinylpyrrolidone monomer in solvent. // Fourth World Congress of Theoretically Oriented Chemists, Jerusalem, Israel. July 1996. Proceedings. P.50.

14. L.M.Timofeeva, A.I.Martynenko, E.Yu.Kabanova, and D.A.Topchiev. Theoretical treatment of solvent influence on propagation reaction in N-vinylpyrrolidone radical polymerization. // Proceedings of the International Symposium on Macromolecules, Seoul, Korea. August 1996. P.683.

15. Васильева Ю.А., Клещева H.A., Громова Г.Л., Ребров А.И., Филатова М.П., Крутько Е.Б., Тимофеева JI.M., Топчиев Д.А. Синтез высокомолекулярного полиамина при радикальной полимеризации N,N-диаллил-Ы-метиламина. IIИзв. АН. Сер. хим. 2000. Т.49. №3. С.430-436.

16. L.M. Timofeeva, Y.A. Vasilieva, N.A. Kleshcheva, G.L. Gromova, G. I. Timofeeva, A. I. Rebrov, D.A. Topchiev. Synthesis of High-Molecular

Weight Polymers Based on N,N-Diallyl-N-Methylamine. // Macromol. Chem. Phys. 2002. V.203. № 16. P.2296-2304. 17. Г.Л.Громова, Ю.А.Васильева, H.A. Клещева, Л.М.Тимофеева, В.Г. Березкин, Д.А. Топчиев. Метод газожидкостной хроматографии в исследовании механизмов реакций полимеризации. II Ж. физ. химии. 2002. Т.76. №7. С.1277-1282.

18. Л.М. Тимофеева, Н.А. Клещева, Ю.А. Васильева, [Г.Л. Громова), Г.И. Тимофеева, М.П. Филатова. Механизм и кинетические особенности процессов получения новых полимеров на основе мономеров ряда диаллиламина. // Высокомолек. соед. 2005. Т.203. №6. С.916-933.

19. Л.М.Тимофеева, Ю.А.Васильева, Н.А.Клещева, Д.А.Топчиев. Радикальная полимеризация Ы^-диаллил-Ы-метиламина — синтез высокомолекулярного полиамина, механизм элементарных взаимодействий. // Тезисы докладов научной конференции ИНХС РАН, Москва, ИНХС РАН. 1999. С.67.

20. Yu. Vasilieva, N. Klescheva, G. Gromova, L. Timofeeva, D. Topchiev. The Possibility of Synthesis of High Molecular Weight Polyamine in Radical Polymerization of N,N-diallyl-N-methylamine. // Proc. 39-th International microsymposium "Advances in Polymerization Methods: Cotrolled Synthesis of Functionalized Polymers", Prague, Czech Republic. 12-15 July 1999. P.43.

21. Ю.А.Васильева, Н.А.Клещева, Л.М.Тимофеева, Д.А.Топчиев.

Радикальная полимеризация ^^диаллил-К-метиламина — возможность синтеза высокомолекулярного полиамина. // Тезисы докладов II Всероссийской конференции молодых ученых "Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии", Саратов. Сентябрь 1999. С. 177.

22. JI.M. Тимофеева Н.А. Клещева, Ю.А. Васильева, Г.Л. Громова, Г.И. Тимофеева, М.П. Филатова, С.А. Купцов, Д.А. Топчиев. Радикальная полимеризация мономеров ряда диаллиламина: от компьютерного моделирования до контролируемого синтеза высокомолекулярных полимеров. // Тезисы докладов научной конференции ИНХС РАН, Москва, ИНХС РАН. 12-14 февраля 2003. С. 22.

23. L.M. Timofeeva, N.A. Kleshcheva, Y.A. Vasilieva, D.A. Topchiev. Synthesis of High-Molecular Weight Polymers Based on Diallylamine Compounds: Quantum Chemical Modeling, Kinetic Feature, Characteristics of Polymers. // International Polymer Congress "Europolymer 2003", Stockholm, Sweden. June 23-27, 2003. Book of Abstracts. Oral Presentations.

24. JI.M. Тимофеева, Н.А. Клещева, E.A. Кузьмина, О.С. Кондратьева. Новые полимеры на основе соединений диаллиламина и процессы их получения: квантово-химическое моделирование, кинетические особенности, характеристики полимеров. // Тезисы докладов III Всероссийской Каргинской конференции "Полимеры -2004", Москва, МГУ. 2004. Т.1. С.145.

25. JIM. Тимофеева, H.A. Клещева, М.П. Филатова, A.C. Лилеев. Процессы получения вторичных и третичных полидиаллиламинов: квантово-химическое моделирование, кинетические особенности, характеристики полимеров. //Материалы XVIII Менделеевского съезда по общей и прикладной химии, Москва. 2007. Т. 3. С. 446.

26. Л.М. Тимофеева, H.A. Клещева, Д.В. Логинова, A.C. Лилеев, А.К. Лященко. Влияние диэлектрических и структурных свойств растворов на полимеризационную способность мономеров ряда диаллиламмония. II ДАН, физическая химия 2006, Т.406, №6, 780-783.

27. A. Lileev, D. Loginova, A. Lyashchenko, L. Timofeeva, N. Kleshcheva. The Hydrophobie Hydration in Aqueous Solutions of Allyl-Substituted Ammonium Salts. II J.Mol.Liquids. 2007. V. 131-132. №1. P. 101-104.

28. Л.М. Тимофеева, H.A. Клещева, Д.В. Логинова, A.C. Лилеев, А.К. Лященко. Влияние диэлектрических свойств и строения водных растворов диаллиламмониевых солей на их реакционную способность в радикальной полимеризации. // Высокомолек. соед. Сер. А 2008, Т. 50, №3, 434-445.

29. Л.М. Тимофеева, H.A. Клещева, О.С. Кондратьева, Е.А. Кузьмина, Д.В. Логинова, A.C. Лилеев, А.К. Лященко. Исследование влияния сольватационных эффектов на кинетику радикальной полимеризации мономеров ряда диаллиламина. // Тезисы докладов научной конференции ИНХС РАН, Москва, ИНХС РАН. 12-14 февраля 2003. С.70.

30. . L. Timofeeva, N. Kleshcheva, D. Loginova, A. Lileev, A. Lyashchenko. Influence of dielectric and structural properties of medium on main polymerization characteristics of diallylammonium series monomers. //European Polymer Congress "Macro-2005", Moscow. 2005. Congress Proceedings. P.221. Ref.2526.

31. A. Lileev, D. Loginova, A. Lyashchenko, L. Timofeeva, N. Kleshcheva. The hydrophobic hydration in aqueous solutions of allyl-substituted ammonium salts. // 29-th International Conference on Solution Chemistry, Portoroz, Slovenia. 2005. Book of Abstracts. P.92.

32. JI.M. Тимофеева, Н.А. Клещева, A.C. Лилеев, A.K. Лященко. Процессы получения новых вторичных и третичных полидиаллиламинов: полимеризационная способность мономеров, влияние структуры растворов. // Тезисы докладов IV Всероссийской Каргинской конференции "Наука о полимерах 21-му веку", Москва, МГУ. 29 января-2 февраля 2007. Т.2. С.353.

33. Timofeeva L.M., Kleshcheva N.A., Loginova D.V., Lileev A.S., Lyashchenko A.K. Effect of dielectric and structural properties of aqueous solutions on the free-radical polymerizability of cationogenic monomers. // Proceedings of X International Conference On The Problems Of Solvation And Complex Formation In Solutions, Suzdal, Russia. July 2007. V. 2. P. 5/S-549-550.

34. A. Lileev, A. Lyashchenko, L. Timofeeva, N. Kleshcheva. Microwave dielectric properties and conductivity of aqueous solutions of polydiallylmethylammonium and diallylmethylammonium trifluoroacetates. // Proceedings Of The 5th International Conference on Broadband Dielectric Spectroscopy and Its Applications (BDS2008), Lyon, France. 2008. Hal 00264318. V.l. P. 164.

35. Lileev, A.; Timofeeva, L.; Lyashenko, A.; Kleshcheva, N. Dielectric relaxation and conductivity of polydiallylmethylammonium trifluoroacetate aqueous solutions. // Proceedings of the 31-st International Conference on Solution Chemistry, Innsbruck, Austria. August 21-25 2009. P.215.

36. A.C. Лилеев, JI.M. Тимофеева, A.K. Лященко, H.A. Клещева. Диэлектрические свойства водных растворов вторичных -четвертичных полидиаллиламмониевых солей и их влияние на структуру воды. // Материалы Всероссийской конференции «Каргинские чтения -2010», Москва. 21-25 июня 2010. С5-233.

37. Е.А.Кузьмина, О.С.Кондратьева, Н. А. Клещева, Л.М.Тимофеева, М.И. Штильман. Термофизические свойства новых синтезированных полимеров на основе диаллилметиламина. // Сборник "Успехи в химии и химической технологии". Москва: Мин. образ. России. 2003. Т. 17. №5. С.86-90.

38. Е.А. Кузьмина, О.С. Кондратьева, Н.А. Клещева, Л.М. Тимофеева. Термофизические свойства новых синтезированных полиэлектролитов на основе мономеров ряда диаллиламина. // Сборник тезисов докладов и сообщений на X Всероссийской конференции "Структура и динамика молекулярных систем", Яльчик. 30 июня-4 июля 2003. С. 165.

39. Л.М. Тимофеева, Н.А. Клещева. Полидиаллиламины и содержащее их дезинфицирующее средство. Патент 2272045 РФ, 20 марта 2006 (приоритет от 28.09.2004).

40. L. М. Timofeeva, N. A. Kleshcheva, A. F. Moroz, L. V. Didenko. Secondary and Tertiary Polydiallylammonium Salts: Novel Polymers with High Antimicrobial Activity. // Biomacromolecules 2009. V. 10. №11. 2976-2986.

41. Л.М. Тимофеева, Н.А. Клещева, A.C. Капрельянц, M.O. Шлеева. Полидиаллиламмониевые соли в качестве микобактерицидного и туберкулоцидного дезинфицирующего средства. Патент 2415679 РФ, 10 апреля 2011 (приоритет от 13.10.2009).

42. L. М. Timofeeva, N. A. Kleshcheva. Antimicrobial polymers: mechanism of action, factors of activity, and applications. // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2011. V.89. No.3. P.475-492.

43. Л.М. Тимофеева, Н.А. Клещева, А.Ф. Мороз, Л.В. Диденко. Вторичные и третичные полидиаллиламины - новые соединения с биоцидной активностью. // Тезисы докладов IV Всероссийской Каргинской конференции "Наука о полимерах 21-му веку", Москва, МГУ. 29 января-2 февраля 2007. Т.2. С.431.

44. Л.М. Тимофеева, Н.А. Клещева, А.Ф. Мороз, Л.В. Диденко, О.А. Финогенова, Ю.А. Ермаков. Вторичные и третичные полидиаллиламины: мембранотропные свойства и биоцидная активность. // Материалы XVIII Менделеевского съезда по общей и прикладной химии, Москва. 2007. Т. 4. С. 596.

45. O.A. Финогенова, JIM. Тимофеева, Ю.А. Ермаков. Электростатические эффекты при адсорбции и десорбции поликатионов на поверхности липидных мембран разного состава. // Материалы 3-ей Международной конференции по коллоидной химии и физико-химической механике, Москва. 24-28 июня 2008. С. 29. ВР06.

46. Л.М.Тимофеева, Н.А.Клещева, А.Ф.Мороз, Л.В.Диденко. Вторичные и третичные полидиаллиламины - новые полимеры с высокой антимикробной активностью. // Тезисы докладов научной конференции ИНХС РАН, посвященной 75-летию Института, Москва, ИНХС. 6-8 апреля 2009. С.55.

47. Л.М.Тимофеева, Н.А.Клещева, А.Ф.Мороз, Л.В.Диденко. Антимикробная активность и полиэлектролитные свойства вторичных и третичных полидиаллиламинов. // Материалы Всероссийской конференции «Каргинские чтения -2010», Москва, МГУ. 21-25 июня 2010. С.150.

48. T.Y. Grankina, N.A. Klestcheva, L.M. Timofeeva, O.K.Krasilnikova. Water vapors adsorption by poly(diallylammonium) polymers. // Материалы XIV Всероссийского симпозиума с иностранными участниками «Актуальные проблемы теории адсорбции, пористости и адсорбционной селективности», Москва-Клязьма. 26-30 апреля 2010. С.161.

Заключение

Замена кватернизованной аминогруппы в пирролидиниевом звене полимеров диалкилдиаллиламмониевого ряда на вторичную МН2+ или третичную СН3]Ч[Н+ аммониевые группы существенным образом повлияла на свойства синтезированных вторичных и третичных ПДААС в водных растворах, обусловив их высокую антимикробную активность. Активность ПДААС растет с М^ (Р\у) полимеров (в рамках рассмотренных величин М^), сохраняется в растворах умеренной ионной силы, до 1<0.1М и в плазме крови, в отличие от (поли)кватернизованных биоцидов, пока сохраняется положительный заряд макроиона; активность ПДААС сохраняется и в водно-щелочных растворах, где, в частности, ПДААТФА существует в виде водорастворимого полиоснования ПДАА, что также отличает вторичный полиамин ПДААТФА от кватернизованных биоцидов, несовместимых со щелочными растворами.

На основании проведенных исследований можно заключить, что решающим фактором в биологической активности ПДААС/ПДАА является вторичная/третичная структура амина в звеньях, сочетающих значительную гидрофобность пирролидиниевых циклов с высокой гидрофильностью >ТчГН2+/>К1Ш+ групп, способных к образованию водородных связей. Это выявляет роль гидрофильно-гидрофобного баланса полимеров, варьирование которого существенно влияет на их антимикробные свойства.

Полученные результаты указывают на определяющую роль полимерной природы ПДААС в их антибактериальной эффективности. В то же время очевидно, что для проявления фунгицидной активности молекулярная масса (длина полимерной цепи) и гидрофобные свойства полимера не является столь существенными, как для бактерицидной эффективности, а важным фактором является структура пирролидиниевых циклов.

Синтезированные вторичные/третичные полидиаллиламины образуют группу новых биоцидных полимеров широкого спектра действия. Недавно было установлено, что ПДААС проявляют достаточно высокую биоцидную активность в отношении микобактерий, включая микобактерию туберкулеза.

Известно, что строение наружной оболочки микобактерий обеспечивает им непроницаемость для многих растворимых веществ, включая антибиотики

205,207,208]. Все известные кватернизованные биоциды не активны в отношении микобактерий [205-209]. Поэтому обнаруженная микобактерицидная активность ПДААС вызывает особый интерес и представляет перспективную область дальнейших исследований.

Результаты исследований, описанных в разделе 4.2, опубликованы в работах [39-47\ автора.

Глава 5 Экспериментальная часть

В экспериментах использовали реагенты отечественного производства квалификации х.ч. за исключением 1Ч,]Ч-диаллиламина и персульфата аммония (ПСА) (Германия, "Merck", ч.д.а.), а также трифторуксусной кислоты (Германия, "Riedel-de Наёп AG", содержание основного вещества 99%).

5.1. Подготовка реагентов

1. Аллилхлорид (А11С1) - сушили над СаС12, затем перегоняли над СаС12 в отсутствие влаги. Т^ = 44.9 °С.

2. Гексан - сушили над металлическим натрием, затем перегоняли в отсутствие влаги. Т^п = 68.7°С.

3. Диалл ил амин (ДАА) - сушили над NaOH, затем перегоняли над NaOH в токе Ar. Т^ = 110 °С. Спектр ЯМР (1.13 моль/л, Me2CO-d6):

5 = 3.20 (д, 4Н, J= 5.89 Гц, 2а-СН2); 5.12 ( м, 4Н, 2 у- СН2); 5.87 м.д. (м, 2Н, 2 (3-СН).

4. Диэтиловый эфир (Et20) - сушили над металлическим Na, добавляя свежие порции до прекращения выделения водорода. Перегоняли в отсутствие влаги над металлическим Na. Ткип = 34.5°С.

5. Метиламин (Ме]ЧН2) - использовали водный 25%-ный раствор марки "чистый".

6. Метиловый спирт (МеОН) - абсолютировали по методике [227] с помощью и 12. Перегоняли в отсутствие влаги. Тищ = 64.5°С.

7. Р-Пиколин - сушили над КаОН, затем перегоняли в отсутствие влаги над КаОН. Т^ = 144.0°С.

8. Трифторуксусная кислота (ТФК) - использовали 99%-ную кислоту.

9. Этиловый спирт (ЕЮН) - хроматографически чистый, использовали во всех опытах одну и ту же партию.

ОН, №С1,1ЛС1 - отечественного производства марки "х.ч.". СМН4)28208 (ПСА) - Германия, марка "ос.ч.".

5.2. Получение мономеров и мономерных солей

1Ч,1Ч-Диаллил-]Ч-метиламин (ДАМА) получали по известной методике [228] из МеЫН2 и А11С1. Хроматографически чистое соединение ДАМАимело

Т^ = 108-110 °С, п019 = 1.4308. Спектр ЯМР !Н (1.13 моль/л; Ме2СО-ё6): 5 2.16 (с, 3 Н, СН3>1), 2.98 (д, 4 Н, 2 сс-СН2, 3= 5.89 Гц), 5.13 (м, 4 Н, 2 у-СН2), 5.78 м.д. (м, 2 Н, 2 р-СН).

Мономерные соли

К^-Диаллил-^метиламмоний трифторацетат (ДАМАТФА) получали следующим образом. К раствору 29.64 г (0.26 моля) ТФК в 200 мл сухого гексана при -5-0°С в токе Аг в течение 1 ч при интенсивном перемешивании добавляли по каплям 28.86 г (0.26 моля) ДАМА. Выпавшую в виде слегка желтоватого масла соль ДАМАТФА дважды промывали гексаном. Остаток растворителя удаляли на роторном испарителе. Продукт очищали осаждением гексаном из раствора в МеОН. Выход 49.73 г (85%). Состав и структура подтверждены элементным анализом и спектром ЯМР1^ Найдено (%): С 47.75; Н 6.08; N 6.79; F 26.03. Для (C9H14N02F3) вычислено (%): С 48.00; Н 6.22; N 6.22; F 25.33.

ЯМР !Н (1.13 моль/л; Me2CO-d6): 6 = 2.78 (с, 3 Н, CH3N), 3.80 (д, 4 Н, 2 а-СН2, J= 6.96 Гц), 5.53 (м, 4 Н, 2 у-СН2), 6.03 м.д. (м, 2 Н, 2 р-СН). Синтезированная соль ДАМАТФА представляет собой при комнатной температуре прозрачную маслянистую жидкость, что подтверждается термограммой ДСК (гл. 2, рис. 6а). Температура плавления 6.4°С.

1Ч,]\-Диаллиламмоний трифторацетат (ДААТФА) получали по методике для ДАМАТФА, добавляя к 29.64 г (0.26 моля) ТФК 25.22 г (0.26 моля) ДАА. Выход 48.83 г (89%). Состав и структура подтверждены элементным анализом и спектром ЯМР Найдено (%): С 45.33; Н 5.51; N 6.64; F 27.27. Для (C8H12N02F3) (211.09) вычислено (%): С 45.52; Н 5.69; N 6.63; Б 26.99.

ЯМР ]Н (1.13 моль/л, Ме2СО-с16): 5=3.71 (д, 4Н, У= 6.43 Гц, 2а-СН2); 5.47(м, 4Н, 2 у- СН2); 6.00 м.д. (м, 2Н, 2 (3-СН). Полученная соль представляет собой при комнатной температуре белые кристаллы. Термограмма ДСК представлена на рис. 6 б,Тпд = 57.5°С.

5.3. Получение полимеров

Поли(^1Ч-диаллил-]Ч-метиламмоний трифторацетат) (ПДАМАТФА). Полимеризационный раствор из мономерной меси (ДАМА+ТФА) готовили следующим образом. В пикнометр, частично заполненный дистиллированной Н20, добавляли 22,71 г (0.2 моль) ТФК, 22.11 г (0.2 моль) ДАМА и 11.35х10"2 г (4.98х10'4 моля) инициатора ПСА, доводя до объема 100 мл.

Полимеризационный раствор из мономерной соли ДАМАТФА готовили так: в пикнометре объемом 100 мл к 45.0 г (0.2 моля) ДАМАТФА, добавляли 11.35х10'2 г (4.98х10"4 моля) ПСА и дистиллированную Н20 (рН раствора 2.5). Полученный раствор помещали в ампулу, 4-5 раз дегазировали на вакуумной установке (10"3 мм. рт ст) при замораживании жидким N2, запаивали и термостатировали. При фотоинициировании дегазированный раствор помещали в токе Аг в кварцевый реактор и облучали полным светом лампы ДРШ-250 (^ = 200-400 нм, А,тах = 240 нм, время облучения указано в табл. 11). Полимер осаждали в Е^О. Очищали переосаждением Е^О из раствора МеОН. Выход 3.78 г (8.4%). Структуру полимера устанавливали по данным элементного анализа и спектрам ЯМР !Н и 13С (гл. 2, рис. 7 б,в). Найдено, (%): С 47.00; Н 6.07; N 6.12; Б 25.03. Для(С9Н14М02Р3)п в, (%): С 48.00; Н 6.22; N 6.22; Б 25.33.

Полисоль ПДАМАТФА представляет собой желтоватое твердое вещество. ПДАМАТФА проявляет сильные гидрофильные свойства. Поли(1Ч,]Ч-диаллил-]Ч-метиламин) (ПДАМА). Приготовление исходных растворов и полимеризацию проводили по методикам, приведенным для синтеза ПДАМАТФА. Полученный полимер осаждали в 40%-ный водный раствор №ОН, охлажденный до 0°С, тщательно промывали дистиллированной водой до нейтральной реакции; переосаждали Н20 из раствора в МеОН. Выход 2.34 г (5.2%). Структуру полимера устанавливали по данным элементного анализа и спектрам ЯМР !Н и 13С (гл. 2, рис. 7 а).Найдено, (%): С 73.53; Н 13.75; N 12.08. Для (С7Н13К)П вычислено, (%): С 75.68; Н 11.71; N 12.61.

Полиоснование ПДАМА представляет собой желтоватое твердое вещество.

Поли(1Ч,]Ч-диаллиламмоний трифторацетат) (ПДААТФА).

Приготовление исходных растворов и полимеризацию проводили по методикам, приведенным для синтеза ПДАМАТФА. Приготовление полимеризационного раствора из мономерной соли ДААТФА: к 42.2 г (0.2 моль) ДААТФА добавляли 1.68x10'1 г (7.4x10"4 моля) ПСА и дистиллированную . Затем содержимое переносили в пикнометр и доливали Н20 до объема 100 мл. Выход 9.15 г (21.7%). Найдено, (%): С 45.47; Н 5.57; N 6.61; Б 26.84. Для (С8Н12К02Р3)п вычислено, (%): С 45.52; Н 5.69; N 6.63; Б 26.99.

Полисоль ПДААТФА представляет собой желтоватое твердое вещество. Как и третичный ПДАМАТФА, ПДААТФА проявляет сильные гидрофильные свойства. Адсорбционная способность ПДААТФА (с Му, 62 ООО и 24 ООО) в присутствии паров воды была исследована в сравнении с адсорбционной способностью ПДАДМАХ с помощью весов Мак-Бена, выявлено различное поведение изотерм адсорбции вторичного и четвертичного полимеров, причем адсорбционная способность ПДААТФА значительно увеличивается с уменьшением М„ (работа \48] из "Списка работ автора").

Поли(]\,1Ч-диаллиламин) (ПДАА). Приготовление исходных растворов и полимеризацию проводили по методикам, приведенным для синтеза ПДАМАТФА и ПДААТФА. Полученный полимер осаждали в 40%-ный водный раствор №ОН, охлажденный до 0°С. Очищали от мономера диализом и сушили под вакуумом над Р205. %). Структуру полимера устанавливали по данным элементного анализа и спектрам ЯМР *Н и 13С.

Полиоснование ПДАА представляет собой белое твердое вещество.

5.4. Методы анализа

Спектры ЯМР !Н мономерных солей регистрировали на спектрометре MSL-300 ("Bruker") (300 МГц); хим. сдвиги в спектрах ЯМР !Н приведены относительно остаточных протонов растворителя. Спектр ЯМР 13С полиоснования ПДАМА регистрировали на спектрометре Bruker DRX 500, хим.сдвиги относительно ацетона (5с 31.45). Спектры ЯМР 13С полисолей ПДАМАТФА и ПДААТФА регистрировали на спектрометре Bruker AVANCE 600. Спектры ЯМР !Н полимерных солеи, в частности приведенного спектра ПДАМАТФА, и отнесение сигналов протонов макроцепи сделано с использованием двумерного спектра HSQC, Bruker AVANCE 600, хим.сдвиги в спектре !Н относительно внутреннего стандарта TSP (ÔH 0.0).

Содержание фтора определяли стандартным методом [229].

Фазовое поведение мономерных солей изучали на дифференциальном сканирующем калориметре "Mettler ТА-4000" с нагревательной ячейкой DSC 30 при скорости нагревания 10 град/мин в атмосфере Аг.

Термическую устойчивость полимеров изучали методом дифференциального термического анализа (ДТА) и дифференциальной термической гравиметрии (ДТГ) на дериватографе ОД-102 (фирма MOM, Венгрия) на воздухе и в токе Аг при скорости нагревания 2.5 град/мин от 20 до 500°С. Эталон - А1203. Чувствительность по ДТА и ДТГ - 1/10.

Характеристическую вязкость полимерных солей определяли в вискозиметре Уббелоде в 1 N №0 при 30°С. Характеристическую вязкость полимерных оснований определяли в вискозиметре Уббелоде в абс. МеОН при 25°С.

М^ полимеров находили с помощью седиментационного анализа по методу неустановившегося равновесия (метод Арчибальда) [230] на ультрацентрифуге МОМ 3180 (Венгрия). М^ полиоснования ПДАМА определяли в МеОН (Т = 20 °С, скорость вращения ротора 40 ООО об/мин), а полимерных солей в 1 N растворе №С1 (Т = 25 °С, скорость вращения 50 ООО об/мин).

Измерение начальной скорости полимеризации. Использовали метод ГЖХ-анализа. Способ количественной оценки расходования мономера был модифицирован нами применительно к описываемому процессу (работа [77] из "Списка работ автора"). Преимущество использования метода ГЖХ состоит в том, что он позволяет с достаточной степенью точности и воспроизводимостью результатов изучать кинетику процессов с относительно низкими скоростями расходования мономера, может быть применим как для низких, так и для высоких степеней конверсии [17].

Измерения проводили на хроматографе "Цвет-З" (интегратор ИЦ-26, пламенно-ионизационный детектор, стеклянная колонка (1 мхЗ мм), заполненная 5% 8Е-30 на Сгота1:оп 1ч[-А\¥ (0.20-0.25 мм), газ-носитель - N2, расход 30 мл/мин; нагревание колонки от 70 до 150°С со скоростью 12 град/мин; температура в испарителе 200°С). Содержание мономера в полимеризационной смеси определяли с помощью внутреннего стандарта (Р-пиколин + EtOH), время анализа не превышало 3 мин (рис. 23).

Для приготовления пробы процесс полимеризации останавливали

2 "2 добавлением 94x10" г (2.35х 10"J моля) NaOH к 2 г полимеризационной л 7 смеси, затем добавляли 266x10" г (5.79x10" моля) гомогенизатора (EtOH) и

3 3

172x10 г (2.15 х10" моля) внутреннего стандарта (Р-пиколин); мольное соотношение ДАМАТФА : NaOH : EtOH : р-пиколин = 1.00:1.52:3.74:1.39. Вторым внутренним стандартом был EtOH. Использование двух стандартов позволило уменьшить ошибку оценки расходования мономера, что особенно важно при низких степенях конверсии.

3-пиколин А

ДАМАТФА

-EtOH и и

Рис. 23. Типичная хроматограмма.

Для определения каждого значения начальной скорости проводили две-три серии измерений конверсии (до расходования мономера). Точность измерений начальной скорости полимеризации 10 %. [17].

5.5. Методы измерений и расчета диэлектрических параметров

Измерения комплексной диэлектрической проницаемости водных растворов проводили при 288, 298 и 308 К, на частотах 7.5, 10.0, 13.0, 16.0, 18.9, 22.0 и 25.0 ГГц, соответствующих области максимальных диэлектрических потерь воды и водно-электролитных растворов. Для измерений комплексной диэлектрической проницаемости в сантиметровом диапазоне длины волн использовали метод "цилиндрического стерженька" в волноводе [231]. Более подробно аппаратура и методика измерений описаны в работе [232]. Значения относительной погрешности величин е' и е" составляли 1.5-2.0 и 2.0-2.5 %, соответственно.

Удельную электропроводность растворов измеряли в том же интервале концентраций и температур в U-образной стеклянной ячейке с гладкими платиновыми электродами, используя цифровой измеритель Е 7-8 на частоте 1 кГц. Термостатирование ячейки осуществляли в термостате U-8 с точностью ±0.05 К. Погрешность измерения электропроводности не превышала ±0.5%. Полученные экспериментальные значения совпадают с имеющимися в литературе в пределах указанных погрешностей.

Комплексная диэлектрическая проницаемость е* равна [167, 168]: = £'- 1-Е", где е' - высокочастотная диэлектрическая проницаемость; е" - полные потери. Дипольные потери рассчитывались по формуле п — ¡.и „и Е а - Е - Е

Здесь е'\ - ионные потери, е'\ = к/(е0-со) [168] (к - удельная электропроводность раствора, со - круговая частота).

Релаксация молекул воды в растворе при всех изученных температурах описывается уравнением Коула-Коула [167] с симметричным распределением времени релаксации

В этом выражении е8 - низкочастотный предел области дисперсии (статическая диэлектрическая постоянная), т- время диэлектрической релаксации, а - параметр распределения времен релаксации, -высокочастотный предел для рассматриваемой области дисперсии. Высокочастотный предел диэлектрической проницаемости £х для растворов был принят равным пяти. Его температурная и концентрационная зависимости не учитывались, так как в работах [169, 172] было показано, что изменения значений е5 и г, обусловленные небольшими отличиями е» от пяти, находятся в пределах погрешности определения е& и т.

На комплексной плоскости, расположив по оси действительных чисел £•', а по оси мнимых е"а были построены круговые диаграммы. Найдены значения статической диэлектрической проницаемости и времени релаксации. Статическую диэлектрическую константу £в определяли по диаграммам Коула - Коула круговой экстраполяцией на нулевую частоту. Время диэлектрической релаксации г находили графически из частотной логарифмических координатах представляет собой прямую линию, точка пересечения которой с осью абсцисс отвечает частоте, соответствующей времени релаксации. Ошибка определения г составляла 5%.

5.6. Методы тестирования антимикробной активности

Тестирование мономеров и полимеров. Анализировалась биоцидная (убивающая микроб) активность нефракционированных полимеров ПДААТФА и ПДАМАТФА, а также разветвленного ПЭИ (43 ООО) против микроорганизмов, полученных из Международной коллекции музейных штаммов Российского государственного научно-исследовательского института стандартизации и контроля биомедицинских препаратов им. Л.А. Тарасевича (ГИСК) (<тестирование на активность против микобактерий описано ниже). Тестирование проводилось в соответствии с принятыми стандартами [233]. Тестируемый образец полимера растворяли в дважды дистиллированной воде до начальной концентрации 1000 мкг/мл (-0.1 вес.%), при которой рН = 4.6 для ПДААТФА, рН = 4.8 для ПДАМАТФА. Методом двукратных серийных разведений приготовлено 10 пробирок, содержащих по 1 мл полимерного раствора различной зависимости функции которая в концентрации. Исследуемую музейную культуру выращивали на мясопептонном агаре в течение 24 ч при 37°С, после этого отбирались колонии 8-типа и выращивались в таких же условиях. Полученные колонии о суспендировались в дважды дистиллированной воде до концентрации 5x10 колониеобразующих единиц (КОЕ)/мл в соответствии со стандартом оптической мутности №10 ГИСК. Затем клеточную суспензию в количестве 0.1 мл (5x10 КОЕ) добавляли в каждую пробирку с раствором полимера (фосфатный буфер не использовался в соответствием с инструкцией [233] для кватернизованных аммониевых солей). Контрольная пробирка содержала 1 мл клеточной суспензии. После 1.5 ч обработки полимером, делались высевы (методом штрихов) платиновой петлей на соответствующую питательную среду в чашку Петри, разделенную на 10 секций. Чашку инкубировали 24 ч при 37°С. После этого колонии в чашке Петри анализировались (подсчитывались) в световом ящике и определялись минимальные бактерицидные концентрации (МБК) полимера, при которых отсутствовал рост колоний. Все эксперименты проводились по меньшей мере 4 раза и оценена ошибка эксперимента. Нужно отметить, что величины рН всех тестируемых полимерных образцов увеличивались с разбавлением до значений рН 6.4-6.6, близких к нейтральным. Это позволило делать контроль при нейтральном рН. Значения рН растворов при МБК представлены в таблицах раздела 4.2.

Активность мономерных солей и ТФК исследовались аналогичным образом.

Тестирование ПЭИ. Активность ПЭИ исследовалась, как описано выше. Образец ПЭИ растовряли до исходной концентрации 1000 мкг/мл (0.1 вес.%, pH 9.8). Значения pH растворов ПЭИ уменьшались с разбавлением до значений pH 7.4-7.2, близких к нейтральным (даны в табл. 20).

Тестирование в сыворотке крови. Использовалась обычная лошадиная сыворотка из Ставропольского научно-исследовательского института эпидемиологи и микробиологии. Была приготовлена методом двукратного серийного разведения серия из 10 пробирок, каждая из которых содержала 1 мл водного раствора ПДААТФА (образец Р50, Mw = 24 000) различной концентрации и 0.6 мл сыворотки. После этого добавляли по 0.1 мл клеточной суспензии, приготовленной, как описано выше. Контрольная пробирка содержала 1 мл дважды дистиллированной воды, 0.6 мл сыворотки и 0.1 мл клеточной суспензии.

Тестирование в растворах KCl. Было приготовлено 0.01 М, 0.1 Ми 1М водного раствора KCl (использовалась дважды дистиллированная вода). Образец Р50 растворяли в 0.01М (или 0.1 М/1М) растворе KCl до начальной концентрации 1000 мкг/мл. Методом двукратного разведения приготавливали 10 пробирок, содержащих каждая 1 мл раствора Р50 различной концентрации в 0.01М (или 0.1 М/1М) растворе KCl. После этого в каждую пробирку добавляли по 0.1 мл клеточной суспензии, приготовленной, как описано выше. Контрольная пробирка содержала 1 мл 0.01М (или 0.1 М/1М) водного раствора КС1 и 0.1 мл суспензии

Тестирование смеси полимер+ИаОН. Приготавливали свежий раствор эквимольной смеси Р50+Ыа(ЭН, в которой полимер ПДААТФА существует в виде водорастворимого полиоснования ПДАА. Использовали свежеприготовленный раствор, чтобы избежать эффектов сшивки полиоснований, о которых говорилось в разделе 2.5. Поскольку в свежеприготовленном 0.1 % растворе ПДААТФА скорость реакций межмолекулярной сшивки очень мала из-за низкой концентрации полимера, мы полагали, что образующееся в свежем растворе из образца Р50 (М^ 24 000) полиоснование ПДАА при биологическом тестировании имело 11 000 и /\v~110. Полимер растворяли в воде, добавляли 0.1 М водный раствор ЫаОН (использовали дважды дистиллированную воду) для получения эквимольного соотношения полимера и щелочи; исходная концентрация Р50 была 1000 мкг/мл, рН 10.5. После этого готовили 10 пробирок тестируемых образцов, как описано выше (отметим, что значения рН уменьшались с разбавлением до близких к нейтральным рН 7.4-7.2 при МБК (табл. 20)). Контрольная пробирка содержала 1 мл дважды дистиллированной воды и 0.1 мл клеточной суспензии. Эквимольная смесь ТФК+ЫаОН тестировалась также, как и смесь полимер+ИаОН. Начальная концентрация ТФК была 1000 мкг/мл, рН 7.4.

Тестирование в отношении микобактерий

Антимикробную активность синтезированных мономеров и полимеров в отношении микобактерий исследовали при концентрации бактерий 7.6х105 КОЕ/мл (колониеобразующие единицы, КОЕ). Микобактерицидный (т.е., убивающий микроб) эффект подтверждается при высеве бактерий, обработанных при различных концентрациях полимеров/мономеров, на плотную среду с целью контроля за ростом обработанных бактерий и определения количества колониеобразующих единиц. Для этого исходное количество обработанных в течение трех суток (или в течении другого времени) бактериальных клеток разводят несколько раз в соотношении 1:10 и высевают по 100 мкл культуры из каждого разведения на чашку Петри с плотной питательной средой Сатона.

В результате определяли минимальные бактерицидные концентрации полимеров относительно микобактерий М. smegmatis и М. tuberculosis (табл. 18). После инкубирования клеток в жидкой среде в присутствии полимера, взятого при минимальной бактерицидной концентрации, в течение 1 месяца при 37°С видимого роста микобактерий не наблюдали.

5.7. Исследование методом электронной микроскопии

Биологическая активность полимеров исследовалась с помощью ТЭМ

JEM-100 В, напряжение 80 кВ. Изучали действие ПДААТФА (Mw 24 ООО) на грамотрицательную бактерию E.coli. Клеточная суспензия была приготовлена как описано выше и добавлена в каждую из 2-х пробирок с

174 раствором полимера бактерицидной (МБК=125 мкг/мл) и бактериостатической (65 мкг/мл) концентраций; контрольная пробирка содержала культуру в дважды дистиллированной воде; клеточная культура выдерживалась в растворах 1.5 ч, как это описано выше. После этого образцы для исследования ТЭМ приготавливали следующим образом. Бактериальная культура из каждой пробирки промывалась дважды дистиллированной водой, затем центрифугировалась при 6000 об/м (центрифуга Hettich ЕВА 20, о

Германия) до концентрации 10 КОЕ/мл. Затем культуру фиксировали стандартным методом Ито-Карновски [234]: смесь водного раствора 3% параформальдегида и пикриновой кислоты (в присутствии IN NaOH) в 0.2 М какодилатном буфере (рН 7.2) и 25% раствора глутаральдегида. Постфиксация проводилась в 1% растворе 0s04 в 0.2 М какодилатном буфере (рН 7.2) с последующей фиксацией уранилацетатом: 1% водный раствор в 0.2 М малеатном буфере (рН 6.0). После чего бактериальные клетки дегидратировались в спиртовых растворах восходящей концентрации (от 50% к 70%, 96% и до 100%) и покрывались метакриловой смолой LR White в соответствии с известной методикой [235]. С помощью ультратома LKB 3 (LKB, Швеция) образец был нарезан стеклянным ножом на ультратонкие секции (толщиной 200-300 А). Секции помещали на 200 ячеечную никелевую решетку с формваровой подложкой (Polyscience, Ltd., Германия). Секции окрашивали по методу Рейнольдса [236] и анализировали в электронном микроскопе.

1. Butler G.B. Cyclopolymerization and cyclocopolymerization. New York: Marcel Dekker, 1992.

2. Кабанов В.А., Топчиев Д.А. Кинетика и механизм радикальной полимеризации N,N-диалкил-ЫД^-диаллиламмонийгал огенидов. //Высокомол. соед. А. 1988. Т. 30. №4. С. 675-685.

3. Laible R.C. Allyl Polymerizations. // Chem. Rev. 1958. V. 58. №5. P. 807847.

4. Володина В.И., Тарасов А.И., Спасский С.С. Полимеризация аллиловых соединений. // Успехи химии. 1970. Т. 39. №(1-2). С. 276-303.

5. Bartlett P.D. , Altschul R. The Polymerization of Allyl Compounds. I. Factors Governing the Acyl Peroxide-Induced Polymerization of Allyl Acetate, and the Fate of the Peroxide. // J. Amer. Chem. Soc. 1945. V. 67. №5. P. 812-816.

6. Bartlett P.D., Altschul R. The Polymerization of Allyl Compounds. II. Preliminary Kinetic Study of the Peroxide-Induced Polymerization of Allyl Acetate. // J. Amer. Chem. Soc. 1945. V. 67. №5. P. 816-822.

7. Bartlett P., Nozaki K. Polymerization of allyl compounds. IV. Emulsion polymerization of allyl acetate. //J. Polym. Sci. Part A. Polym. Chem. 1948. V. 3. №2. C. 216-222.

8. Gaylord N.G., Eirich F.R. Allyl Polymerization. III. Kinetics of

9. Polymerization of Allyl Esters. //J. Am. Chem. Soc. 1952. V. 74. №2. P. 337-342.

10. W. Simpson, T. Holt, R. J. Zetie. The structure of branched polymers of diallyl phthalate. //J. Polym. Sci. Part A. Polym. Chem. 1953. V. 10. №5. P. 489-498.

11. GaylordN.G. Allyl polymerization. IV. Effective chain transfer in polymerization of allylic monomers. // J. Polym. Sci. Part A. Polym. Chem. 1956. V. 22. №100. P. 71-78.

12. Walling Ch., Pellon J. J. Organic Reactions Under High Pressure. II. The Polymerization of Allyl Acetate. //Am. Chem. Soc. 1957. V. 79. №17. P. 4782-4786.

13. Litt N., Eirich F.R. Polymerization of allyl acetate. //J. Polym. Sci. A. 1960. V. 45. №146. P. 379-395.

14. Brown A.C.R., James D.G.L. A kinetic study of the metathetical and addition reactions characteristic of allyl polymerization. // Can. J. Chem. 1962. V. 40. №4. P. 796-803.

15. Matsumoto M., Maeda M. Chain transfer constant of benzoyl peroxide to polyvinyl acetate radical. // J. Polym. Sci. A. 1955. V. 17. №85. P. 438-440.

16. RuzickaD.J., Bryce W.A. The pyrolysis of diallyl (1,5-hexadiene). // Can. J. Chem. 1960. V. 38. №6. P. 827-834.

17. SemenovN.N. In: Some problems in chemical kinetics and reactivity. London: Pergamon Press, 1958. V. 1. C. 37.

18. Долматов С.А., Полак JI.C. Радикальная полимеризация аллилового спирта и некоторых других аллиловых производных.// Нефтехимия. 1963. Т. 3. №5. С. 683-689.

19. James D.G., Troughton G.E. Radical displacement in allyl ester polymerization. I. Allyl acetate; evidence from gas-phase kinetics. // J. Polym. Sci. A. 1965. V. 3. №1. P. 75-80.

20. Дакин В.И., Карпов В.JI. Исследование методом ЭПР радиолиза некоторых аллильных мономеров в твердом состоянии. //Высокомол. соед. А. 1970. Т. 12. №2. С. 409-415.

21. Zharov А.А., Berlin Al. Al., Enikolopian N.S. The investigation of polymerization at high pressures. //J. Polym. Sci., C. 1967. №16. Part 4. P. 2313-2321.

22. Sullivan E.M., Reding F.P., Wise E.M. High-molecular-weigh poly(allyl-alcohol). / Pat.3285897 (US). Chem. Abstr. 1967. V. 66. №29850a.

23. Reed S.F., Baldwin M.G. Polymerization studies on allylic compounds. Part П. // J. Polym. Sci. A. 1964. V. 2. №3. P. 1355-1363.

24. Hawthorne D.G., Solomon D.H. Cyclopolymerization. IX. Effect of substituents on the cyclopolymerization of diallylamines. // J. Macromol. Sci.-Part A. Chem. 1976. V. 10. №5. P. 923-941.

25. Мацоян С.Г., Погосян Г.М., Джагалян A.O., Мушегян А.В. Исследование в области циклической полимеризации и сополимеризации. //Высокомолек. соед. 1963. Т. 5. №6. С. 854-860.

26. Островерхое В.Г., Бруновская Л.А., Корниенко А.А. О полимеризуемости некоторых N-диаллильных соединений. //Высокомолек. соед. 1964. Т. 6. №5. С. 925-928.

27. Щербина Ф.Ф., Федорова И.П., Горлов Ю.И. Передача цепи при полимеризации аллиламина и его ацилпроизводных. //Высокомолек. соед. А. 1970. Т. 12. №9. С. 2042-2045.

28. Uno К., Tsuruoka К., Iwakura Y. Cyclopolymerization of diallylcyanamide. // J. Polym. Sci. Part A-l. 1968. V. 6. №1. P. 85-93.

29. Zubov V.P., Kumar M. Vijaya, Masterova M.N., Kabanov V.A. Reactivity of allyl monomers and radical polymerization. // J. Macromol. Sci.-Chem. 1979. V. A13.№1.P. 111-131.

30. Куликова В.Ф., Савинов И.В., Зубов В.П., Кабанов В.А., Полак Л.С., Каргин В.А. Влияние комплексообразования на полимеризацию аллильных мономеров. //Высокомолек. соед. А. 1967. Т. 9. №2. С. 299302.

31. Zubov V.P., Lachinov М.В., Golubev V.B., Kulikova V.F., Kabanov V.A., Polak L.S. The influence of complexing agents on the polymerization of vinyl and allyl monomers. // J. Polym. Sci. Part C: Polym. Symp. 1968. V. 23. №1. P. 147-155.

32. Корнильева В.Ф., Георгиев Г.С., Зубов В.П., Кабанов В.A., Полак Л.С. Полимеризация аллилкарбинола в присутствии хлористого цинка. // Высокомолек. соед. Б. 1969. Т. 11. №6. С. 396-397.

33. Зубов В.П., Дис. док. хим. наук, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, М., 1970.

34. Зубов В.П., Кабанов В.А. Эффекты комплексообразования в радикальной полимеризации. //Высокомолек. соед. А. 1971. Т. 13. №6. С.1305-1323.

35. Корнильева В.Ф., Мастерова М.Н., Гарина Е.С., Зубов В.П., Кабанов В.А., Полак Л.С., Каргин В.А. Полимеризация аллилового спирта и аллилацетата в присутствии хлористого цинка. // Высокомолек. соед. А. 1971. Т. 13. №8. С. 1830-1843.

36. Зубов В.П., Гарина Е.С., Корнильева В.Ф., Мастерова М.Н., Кабанов В.А., Полак Л.С. Полимеризация аллиловых мономеров в присутствии фосфорной кислоты. //Высокомолек. соед. Сер. А. 1973. Т. 15. №1. С. 100-106.

37. Мастерова М.Н., Андреева Л.И., Зубов В.П., Полак Л.С., Кабанов В.А. Полимеризация аллиламинов в присутствии протонных кислот. //Высокомолек. соед. Сер. А. 1976. Т. 18. №9. С. 1957-1962.

38. Гридчин С.А., Шаталов Г.В., Мастерова М.Н., Михантьев Б.И., Зубов В.П. Кинетика радикальной полимеризации аллилпиридазонов. //Высокомолек. соед. А. 1982. Т. 24. №2. С. 272-276.

39. Кумар М.В., Мастерова М.Н., Голубев В.Б., Зубов В.П., Кабанов В.А. О реакционной способности аллиловых мономеров в реакциях низкотемпературной постполимеризации. // Вестн. МГУ. Сер. 2. Химия.1979. Т. 20. №5. С. 490-496.

40. Jackson М.В. Cyclopolymerization. XI. Polyelectrolytes and polyampholytes from N-alkyl-N,N-diallylamines and methacrylamide. //J. Macromol. Sci.- Chem. 1976. V. A10. №5. P. 959-980.

41. Negi Y., Harada S., Ishizuka O. Cyclopolymerization of diallylamines derivatives in dimethyl sulfoxide. //J. Polym. Sci. A-l. 1967. V. 5. №8. P. 1951-1965.

42. Кабанов B.A., Зубов В.П., Семчиков Ю.Д. Комплексно-радикальная полимеризация. М.: Химия, 1987. 150 с.

43. Basilevsky М. V. Transition State Stabilization Energy as a Measure of Chemical Reactivity. //Adv. Chem. Phys. 1975. V. 33. P. 345-398.

44. C.B. Воловик, Г.Г. Дядюша, В.И. Станинец. Региоселективность и реакционная способность свободных радикалов в процессах присоединения и ароматического замещения. Киев: Наукова думка, 1988.

45. Heuts J.P.A., Gilbert R.G., Radom L. A priori prediction of propagation rate coefficients in free-radical polymerizations: propagation of ethylene.

46. Macromolecules. 1995. V. 28. №26. P. 8771-8781.

47. Heuts J. P. A., Sudarko, Gilbert R. G. First-principles predictions and interprediction of propagation and transfer rate coefficients. // Macromol. Symp. 1996. V. 111. 147-157.

48. Azuma H., Katagiri Y., Yamabe S. Steric effects upon transition states of radical addition polymerization. //J. Polym. Sci. A Polym. Chem. 1996. V. 34. №8. P. 1407-1414.

49. Moad G., Solomon D.H. The Chemistry of Free Radical Polymerization. Oxford: Pergamon, 1995. P. 21.

50. Кабанов B.A., Топчиев Д.А. Об особенностях радикальной полимеризации ионогенных мономеров. //Высокомолек. соед. А. 1971. Т. 13. №6. С. 1324-1347.

51. Черняк А.С., Шепотько M.JL, Лященко А.К., Поблинков Д.Б. Влияние структурных изменений в растворах на кислотно-основное равновесие. // Ж.физ.химии. 1980. Т.54.№6. С. 1504-1508.

52. Лященко А.К., Портнова С.М. Об образовании двойных солей в водно-солевых системах. // Докл.АН СССР. 1987. Т.297. N3. С.643-646.

53. Н.М. Бояркина, В.В. Крючков, Е.С. Пархамович, Л.А. Амбург, Д.А.Топчиев, В.А. Кабанов. Полимеры на основе N,N-flHMemn-N,N-диаллиламмоний хлорида. // Пласт, массы. 1987. №8. С. 17-20.

54. Wandrey С., Hernandez-Barajas J., Hunkeler D. Diallyldimethyl-ammoniumchloride and its polymers. //Adv. Polym. Sci. 1999. V.145.1. P.123-182.

55. Merianos J.J. In: Disinfection, Sterilization and Preservation: Surface-Active Agents. Block S. S., Ed. New-York: Lippincott Williams&Wilkins, 2001. P. 283-320.

56. Gelman M.A, Weisblum B, Lynn D.M, Gellman S.H. Biocidal activity of polystyrenes that are cationic by virtue of protonation. // Org Lett. 2004. V.6 №4. P.557-560.

57. AL-Badri Z.M, Som A, Lyon S, Nelson CF, Nusslein K, Tew G.N. Investigating the Effect of Increasing Charge Density on the Hemolytic Activity of Synthetic Antimicrobial Polymers. // Biomacromolecules 2008. V.9. №10. P.2805-2810.

58. Palermo E., Sovadinova I., Kuroda K. Structural determinants of antimicrobial activity and biocompatibility in membrane-disrupting methacrylamide random copolymers. //Biomacromolecules 2009. V.10. №11. P.3098-3107.

59. Palermo E., Kuroda K. Structural determinants of antimicrobial activity in polymers which mimic host defense peptides.// Appl. Microbiol. Biotechnol.2010. V.87 №6. P.1605-1615.

60. Butler G.B., Angelo R.J. Preparation and Polymerization of Unsaturated Quaternary Ammonium Compounds. VIII. A Proposed Alternating Intramolecular-Intermolecular Chain Propagation. // J. Am. Chem. Soc. 1957. V. 79. №12. P. 3128-3133.

61. Butler G.B., Crawshaw A. Miller W.L. The Formation of Linear Polymers from Diene Monomers by a Cyclic Polymerization Mechanism. I. The Structure of Poly-(diallylammonium Halides). //J. Amer. Chem. Soc. 1958. V. 80. №14. P. 3615-3618.

62. A.L.J. Beckwith, A.K. Ong, D.H. Solomon. Cyclopolymerization. n. Electron Spin Resonance Studies of the Free-Radical Reactions of Some Diolefins. // J. Macromol. Sci. A.- Chem. 1975. V. 9. №1. P. 115-124.

63. D.G. Hawthorne, S.R. Johns, D.H. Solomon, R.I. Willing. The cyclopolymerization of N-Allyl-N-methyl(2-substituted allyl)amines. The structure of the polymers and low molecular weight products. //Aust. J. Chem. 1976. V. 29. №9. P. 1955-1974.

64. A.L.J. Beckwith, A.K. Ong, D.H. Solomon. Cyclopolymerization. m. Electron Spin Resonance Studies of Diallylamines with Redox Systems. // J.

65. Macromol. Sei. A.- Chem. 1975. V. 9. №1. P. 125-147.

66. M. Fujimoto, D.I.E. Ingram. Electron resonance studies of the change in free radical spectra of solid alcohols with variation of temperature and time of u.-v. irradiation. //Trans. Faraday Soc. 1958. V. 54. P. 1304-1315.

67. Топчиев Д.А., Нажметдинова Г.Т., Крапивин A.M., Шрейдер B.A., Кабанов В.А. О циклолинейной структуре полимеров 1Ч,1чГ-диалкил-.^,]Ч-диаллш1аммонийгалогенидов. И Высокомол. соед. Сер. Б. 1982. Т.24. №6. 473-476.

68. Beckwith A.L.J., Moad G.J. Intramolecular addition in hex-5-enyl, hept-6-enyl, and oct-7-enyl radicals. // J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1974. №12. P. 472-473.

69. Johns S.R., Willing R.I., Middleton S., Ong A.K. J. Cyclopolymerization.1 3

70. VII. The С NMR spectra of cyclopolymers obtained from N,N-diallylamines. //Macromol. Sei.- Chem. 1976. V. A10. №5. P. 875-891.

71. Hawthorne D.G., Johns S.R., Solomon D.H., Willing R.I. Initiation and termination group identification in polymers by bC N.M.R. spectroscopy. //Aust. J. Chem. 1979. V. 32. №5. P. 1155-1157.

72. Beckwith A.L.J., Hawthorne D.G., Solomon D.H. Cyclopolymerization. XII. Electron spin resonance studies of the free radical reactions of ß-substituted diallylamines. //Aust. J. Chem. 1976. V. 29. №5. P. 995-1003.

73. Solomon D.H. Cyclopolymerization. I. Structure and Mechanism. // Macromol. Sei. A.- Chem. 1975. V. A9. №1. P. 97-113.

74. Hawthorne D.G., Solomon D.H. Cyclopolymerization. IV. Low Molecular Weight Products for the Reactions of Allylamines and Diallylamines with Azobisisobutyronitrile. // J. Macromol. Sei. A.- Chem. 1975. V. 9. №1. P. 149-167.

75. Hamann S.D., Pompe A., Solomon D.H., Spurling T.H. Steric effects in cyclization reactions. //Aust. J. Chem., 1976. V. 29. №9. P. 1975-1977.

76. Solomon D.H. Ceclopolymerization. // J. Polym. Sei.: Pol. Symposium. 1975. V. 49. №1. P. 175-190.

77. Armentrout R.S., McCormick C.L. The synthesis and solution behavior of pH-responsive cyclopolymers containing a sulfobetaine monomer. // Polym. Prepr. 1999. V. 40. №2. P. 193-194.

78. Thomas D.B., Armentrout R.S., McCormick C.L. The synthesis andcharacterization of responsive zwitterionic cyclopolymers containing a novel carboxybetaine monomer. 11 Polym. Prepr. 1999. V. 40. №2. P. 275-278.

79. Ali Sk. A., Rasheed A., Wazeer M.I.M. Synthesis and solution properties of a quaternary ammonium polyampholyte. //Polymer. 1999. V. 40. №9. P. 2439-2446.

80. Топчиев Д.А., Бикашева Г.Т., Мартыненко А.И., Капцов Н.Н., Гудкова JI.M., Кабанов В.А. Радикальная полимеризация галоидных солей диалкилдиаллиламмония в водных растворах. //Высокомолек. соед. Б. 1980. Т. 22. №4. С. 269-276.

81. Топчиев Д.А., Нажметдинова Г.Т. Особенности кинетики радикальной полимеризации мономеров ряда 1Ч,М-диалкил-М,М-диаллиламмонийхлоридов. //Высокомолек. соед. А. 1983. Т. 25. №3. С. 636-641.

82. Нажметдинова Г.Т., Шрейдер В.А., Топчиев Д.А., Кабанов В.А. Влияние природы N-алкильного заместителя и противоиона на кинетику радикальной полимеризации мономерных четвертичных солей диаллильного ряда. // Изв. АН СССР. Сер. хим. 1984. №5. С. 1024-1025.

83. Babaev N.A., Martynenko A.I., Topciev D.A., V.A. Kabanov, G. Reinisch, Wandrey Ch., Hahn M., Jaeger W. Radical polymerization of N,N-diallyl-N-methyl-N-carbisopropyloxymethylammonium chloride. // Acta Polymerica. 1985. V. 36. №7. P. 396-397.

84. Martynenko A.I., Wandrey Ch., Jaeger W., Hahn M., Topchiev D.A.,

85. Reinisch G., Kabanov V.A. Radical polymerization of dimethyl diallyl ammonium chloride: Effect of monomer and initiator concentration on the overall kinetics. // Acta Polymeria. 1985. V. 36. № 9. P.516-517.

86. Бабаев H.A., Мартыненко А.И., Оппенгейм В.Д., Крапивин A.M., Эфендиев A.A., Топчиев Д.А. Кинетика радикальной полимеризации К^-диаллил-1Ч-метил-Ь1-карбизопропилоксиметиламмонийхлорида. // Азерб. хим. жур. 1983. №4. С. 89-97.

87. Golubkova N.A., Drabkina A.M., GudkovaL.A., TopchievD.A. Photopolymerization of quarternary diallylammonium salts in aqueous solutions. // Acta Polymerica. 1989. V. 40. №7. P. 435-438.

88. Wandrey Ch., Jaeger W., Reinisch G. Zur Kinetik der radikalischen Polymerisation von Dimethyl-dially-lammoniumchlorid. I. Bruttokinetik bei niedrigen Umsätzen und Versuche zu ihrer Deutung. // Acta Polymerica. 1981. V. 32. №4. 197-202.

89. Кабанов B.A., Топчиев Д.А., Нажметдинова Г.Т. Особенности реакции передачи цепи на мономер при радикальной полимеризации НК-диалкил-К,1Ч-диаллиламмонийгалогенидов. //Изв. АН СССР. Сер. хим. 1983. №9. С. 2146-2148.

90. Кабанов В.А., Топчиев Д.А., Нажметдинова Г.Т. О причинах отсутствия актов деградационной передачи цепи на мономер при радикальной полимеризации 1Ч,1Ч-диалкил-М,М-диаллиламмоний-галогенидов. //Высокомолек. соед. Б. 1984. Т. 26. №1. 51-53.

91. Bartlett P.D., Nozaki К. The Polymerization of Allyl Compounds. Ш. The Peroxide-induced Copolymerization of Allyl Acetate with Maleic Anhydride. // J. Am. Chem. Soc. 1946. V. 68. №8. P. 1495-1504.

92. Free radicals. / Ed. Kochi J. New York: Wiley, 1973.

93. Reactivity mechanism and structure in polymer chemistry. / Eds. Jenkins A., and Ledwith A. London: Wiley Intersci., 1974.

94. Houk K.N. In: Molecular distortion and organic reactivity: additions, cycloadditions and free radical reactions. New York: Acad, press, 1980.

95. Tedder J.M., Walton J.C. The importance of polarity and steric effects in determining the rate and orientation of free radical addition to olefins: Rules for determining the rate and preferred orientation. // Tetrahedron. 1980. V. 36. №6. P. 701-707.

96. Beckwith A.L.J. Regio-selectivity and stereo-selectivity in radical reactions. //Tetrahedron. 1981. V. 37. №18. P. 3073-3100.

97. Базилевский M.B. Метод молекулярных орбит и реакционная способность органических молекул. М.: Химия, 1969.

98. Fukui К., Fujimoto Н. An Mo-Theoretical interpretation of the Nature of Chemical Reactions. П. The governing principles. // Bull. Chem. Soc. Jpn. 1969. V. 42. №2. P. 3399-3409.

99. Клопман Г. Общая теория возмущений и ее применение к химической реакционной способности. Реакционная способность и пути реакций. М.: Мир, 1977.

100. Evans M.G. The activation energies of reactions involving conjugated systems. // Trans. Faraday Soc. 1939. V. 35. P. 824-834.

101. Багдасарьян X.C. О связи между строением виниловых соединений и их способности к полимеризации. // Журн. физ. химии. 1949. Т. 23. №11. С. 1375-1384.

102. Hayashi К., Yonezawa Т., Nagata С., Okamura S., Fukui К. Molecular orbital theory of reactivity in radical polymerization. Part П. // J. Polym. Sci. 1956. V. 20. №96. P. 537-550.

103. Huang D.M., Monteiro M.J., Gilbert R.G. A Theoretical Study of Propagation Rate Coefficients for Methacrylonitrile and Acrylonitrile. //Macromolecules 1998. V. 31. №16. P. 5175-5187.

104. Соколов A.B. Переходные состояния реакции радикального присоединения к винильной двойной связи. Сообщение 1. Термохимический аспект. // Изв. АН. Сер. хим. 1993. №2. 680-684.

105. Davis Т.Р., Rogers S.C. Ab initio molecular orbital calculations on the transition state for the addition of a methyl radical to vinyl monomers. // Macromol. Theory Simul. 1994. V. 3. №5. P. 905-913.

106. Heuts J.P.A., Gilbert R.G., Radom L. Determination of Arrhenius parameters for propagation in free-radical polymerizations: an assessment for ab initio procedures. // J. Phys. Chem. 1996. V. 107. №49. 18997-19006.

107. Gray-Weale A.A., Hencman R.H., Gilbert R.G. Transition-state theory model for the diffusion coefficients of small penetrates in glassy polymers.

108. Macromolecules. 1997. V. 30. №23. P. 7296-7306.

109. Huang D.M., Monteiro M.J., Gilbert R.G. A theoretical study of propagation rate coefficients for methacrylonitrile and acrylonitrile. //Macromolecules. 1998. V. 31. №16. P. 5175-5187.

110. Hammond G.S. A correlation of reaction rates. // J. Am. Chem. Soc. 1955. V. 77. №2. P. 334-338.

111. Evans M., Polanyi M. Inertia and driving force of chemical reactions. // Trans. Faraday Soc. 1938. V. 34. P. 11-24.

112. Alfrey T.A., Bohrer J., Mark H. Copolymerization. New York: Marcel Dekker, 1952.

113. Sheldon R.A., Kochi J.K. Pair production and cage reactions of alkyl radicals in solution. // J. Am. Chem. Soc. 1970. V. 92. №14. P. 4395-4404.

114. Houk K.N. In: Frontiers in Free Radical Chemistry. / Ed. Pryor W.A. New York: Academic Press, 1980. P.43.

115. Stewart J. J.P. Optimization of parameters for semiempirical methods. //J. Comput. Chem. 1989 V. 10. №2. P. 209-264.

116. DewarM.J.S., Zoebish E.G., HealyE.F., and Stewart J.J.P. Development and use of quantum mechanical molecular models. 76. AMI: a new generalpurpose quantum mechanical molecular model. //J. Am. Chem. Soc. 1985. V. 107. №13. P. 3902-3909.

117. S. Miertus, E. Scrocco, J. Tomasi. Electrostatic interactions of a solute with a continuum. A direct utilization of AB initio molecular potentials for the prevision of solvent effects.// Chem. Phys. 1981. V. 55. №1. P. 117-129.

118. Chudinov G.E., Napolov D.V., Basilevsky M.V. Quantum-chemical calculations of the hydration energies of organic cations and anions in the framework of a continuum solvent approximation. //Chem. Phys. 1992. V. 160. P. 41-54.

119. R.V. Taft. Protonic Acidities and Basicities in the Gas Phase and in Solution: Substituent and Solvent Effects. //Progr. Phys. Org. Chem. 1983. V. 14. P. 247-350.

120. Энтелис С.Г., ТигерР.П. Кинетика реакций в жидкой фазе. М.: Химия, 1973.

121. E.H. Викторова, Дис. канд. хим. наук, Ин-т нефтехимического синтеза им. A.B. Топчиева РАН, Москва, 1996, 150 с.

122. Е. Senogles, R.A. Thomas. Polymerization kinetics of N-vinyl pyrrolidone. //J. Polym. Sei., Polym. Symp. 1975. V.49. P.203-210.

123. E. Senogles, R.A. Thomas. Hydrogen bonding effects in the polymerization of N-vinyl pyrrolidone. // J. Polym. Sei. Polym. Lett. Ed. 1978. V.16. №11. P.555-562.

124. T.M. Карапутадзе, В.И. Шумский, Ю.Э. Кирш. Влияние природырастворителей на радикальную полимеризацию N-винилпирролидона. // Высокомолек.соед. А. 1978. Т.20. №8. С. 1854-1859.

125. Кирш Ю.Э. N-виниламиды: синтез, физико-химические свойства и особенности радикальной полимеризации. // Высокомолек. соед. С. 1993. Т.35. №2. С. 2-98.

126. С.Н. Bamford, Е. Scohofield, D.J. Michael. Non-classical free-radical polymerization: 5. The purification and polymerization of l-vinyl-2-pyrrolidone. // Polymer. 1985. V.26. №6. P.945-950.

127. M. Дьюар, P. Догерти. Теория возмущения молекулярных орбиталей в органической химии. Москва: Мир, 1977. С.257-286.

128. W.N. Olmstead, J.I. Brauman. Gas-phase nucleophilic displacement reactions. // J. Amer. Chem. Soc. 1977. V.99. №13. P.4219-4228.

129. M.B. Базилевский, С.Г. Колдобский, С.Г. Тихомиров. Реакции нуклеофильного замещения. Современные представления о механизме и реакционной способности. // Успехи химии. 1986. Т.45. №10. С. 16671698.

130. Глесстон С., Лейдлер К., Эйринг Г. Теория абсолютных скоростейреакций. М.: Иностр. лит., 1948. Гл. 3,4.

131. Ю.А. Васильева. Дис. канд. хим. наук, Ин-т нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН, Москва, 2000, 118 с.

132. Azuma Н., Katagiri Y., Yamabe S. Steric effects upon transition states of radical addition polymerizations. // J. Polym.Sci. A- Polym. Chem. 1996. V. 34. №8. P. 1407-1414.

133. Кондратьев B.H. Кинетика химических газовых реакций. М.: АН СССР, 1958. Гл. 3-6.

134. Ротайчик Г., Орвилл-Томас У., Молекулярные взаимодействия, Мир, М., 1984.

135. Е.М. Arnett, В. Chawla. Thermometric titrations of substituted pyridines with trifluoroacetic acid in carbon tertrachloride. Hydrogen bonded ion pair systems. // J. Am. Chem. Soc. 1978. V. 100. № 1. P. 217-222.

136. G.S. Denisov, N.S. Golubev. Localization and moving of a proton inside hydrogen bonded complexes in aprotic solvents. // J. Mol. Struct. 1981. V. 75. P. 311-326.

137. Z. Dega-Szhafran, A. Hrynio, M. Szhafran. Integrated intensity of continuous absorption in infrared spectra of complexes with medium-strongand strong hydrogen bonds. // Spectrochim. Acta. 1987. V. 43A. № 12. P. 1553-1559.

138. Z. Dega-Szhafran, M. Grundwald-Wysplanska, M. Szhafran. Evidence of a single minimum potential for hydrogen bonds of pyridine N-oxides complexes with dichloroacetic acid in dichloromethane. //Spectrochim. Acta. 1991. V. 47A. № l.P. 125-131.

139. M. Szhafran. Recent aspect of the proton transfer reaction in H-bonded complexes. //J. Mol. Struct. 1996. V. 381. P. 39-64.

140. D. Farca§iu, A. Ghenciu. Determination of acidity functions and acid strengths by ,3C NMR. // J. Prog. Nucl. Magn. Reson. Spectrosc. 1996. V. 29. P. 129-168.

141. T. Liljefors, P.-O. Norrby. An ab initio study of the trimethylamine-formic acid and the trimethylammonium ion-formate anion complexes, their monohydrates, and continuum salvation. // J. Am. Chem. Soc. 1997. V. 119.5. 1052-1058.

142. Sobczyk L. X-ray diffraction, IR, UV and NMR studies on proton transfer equilibrating phenol-N-base systems. // Ber. Bunsenges. Phys. Chem. 1998. V. 102. P. 377-383.

143. Г.Л. Громова, Л.М. Тимофеева, Т.Л. Лебедева, Д.С. Жук. Особенности полимеризации этиленимина, инициируемой трифторуксусной кислотой в декане. // Высокомолек. соед. Сер. Б. 1989. Т.ЗО. №1. С.30-33.

144. Ma J.C.N., Warnhoff E.W. On the use of nuclear magnetic resonance for the detection, estimation, and characterization of N-methyl groups. // Canad. J. Chem. 1965. V. 43. № 6. P. 1849-1869.

145. Kalinowski H.O., Berger S., Braun S. Carbon-13 NMR Spectroscopy. Chishester-New York: John Wiley & Songs, 1988. P. 198-213.

146. Эмсли Дж., Финей Дж., Сатклиф Л. Спектроскопия ядерного магнитного резонанса высокого разрешения. М.: Мир, 1972. Т. 2. С. 302307.

147. Wiberg K.N., Cheeseman J.R., Ochterski J.W., Frisch M.J. Substituent Effects. 6. Heterosubstituted Allyl Radicals. Comparison with Substituted Allyl Cations and Anions. // J. Am. Chem. Soc. 1995. V. 117. № 24. P. 65356543.

148. Багдасарьян X.C. Теория радикальной полимеризации. M.: Изд-во АН СССР, 1959.

149. Гладышев Г.П., Попов В.А. Радикальная полимеризация при глубокихстепенях превращения. М.: Наука, 1974. С.43.

150. North A.M., Reed G.A. Diffusion-controlled polymerization of some alkyl methacrylates. //J. Polym. Sci. A. 1963. V. 1. № 4. P. 1311-1321.

151. Archibald W.J. An approximate solution of the differential equation of the ultracentrifuge. // J. Appl. Phys. 1947. V. 18. № 4. P. 362-367.

152. Драгалова E.K., Галушко T.B., Топчиев Д.А. Синтез гидрогелей из полимерной соли ^^диаллил-Ы^-диметиламмония. // Изв. РАН. Сер.хим. 1992. №4. С. 851-854.

153. MacFarlane R., Jr., Fuoss R. М. Polyelectrolytes. XII. Conductance of partially quaternized poly-4-vinylpyridine in methanol-butan-2-mixtures. // J. Polym. Sci. A. 1957. V. 23. №103. P. 403-420.

154. Manning G. S. Limiting Laws and Counterion Condensation in Polyelectrolyte Solutions I. Colligative Properties. // J. Chem. Phys. 1969. V. 51. №3. P. 924-934.

155. Oosava F. Polyelectrolytes. / New York: Marcel Dekker, 1971.

156. Khokhlov A.R. On the collapse of weakly charged polyelectrolytes. //J. Phys. A: Math. Gen. 1980. V. 13. P. 979-987.

157. Нага М., Wu J., Lee A.H. Solution Properties of Ionomers. 2. Simple Salt Effect. // Macromolecules. 1989. V. 22. P. 754-757.

158. Stevens M.J., Kremer K. The nature of flexible linear polyelectrolytes in salt free solution: a molecular dynamics study. //J. Chem. Phys. 1995. V. 103. №4. P. 1669-1689.

159. Barrat J.L., Joanny J.F. Theory of polyelectrolyte solutions. // Advances in Chemical Physics. 1996. V. 94. P. 1-66.

160. Deshkovski A., Obukhov S., Rubinstein M. Counterion phase transitions in dilute polyelectrolyte solutions. // Phys. Rev. Lett. 2001. V. 86. №11. P. 23412344.

161. Lui S., Ghosh K., Muthukumar M. Polyelectrolyte solutions with added salt: A simulation study. // J. Chem. Phys. 2003. V. 119. №3. P. 1813-1823.

162. Hasted J. Aqueous Dielectrics. London: Chapman and Hall, 1973.

163. Barthel J., Buchner R., Munsterer M. Electrolyte Data Collection. Pt. 2. Dielectric Properties of Water and Aqueous Electrolyte Solutions. / DECHEMA, Chemistry Data Series, 1995. V. 12. Pt. 2.

164. Lyashchenko A.K., Zasetsky Yu. A. Complex dielectric permittivity and relaxation parameters of concentrated aqueous electrolyte solutions in millimeter and centimeter wavelength ranges. // J. Molec. Liq. 1998. V. 77. №1-3. P. 61-75.

165. Логинова Д.В., Лилеев A.C., Лященко A.K. Диэлектрические свойства водных растворов КС1 как функция температуры. // Журн. неорган.химии. 2002. Т. 47. №9. С. 1558-1566.

166. A.S.Lileev, I.V.Balakaeva, A.K.Lyashchenko. Dielectric properties, hydration and ionic association in binary and multicomponent formate watersalt systems. //J. Mol. Liq. 2001. V. 87. P. 11-20.

167. LileevA. S., Filimonova Z. A., Lyashchenko A. K. Dielectric permittivity and relaxation in aqueous solutions of sulafates and nitrates of alkali metals in temperature range. // J. Molec. Liq. 2003. V. 103-104. P. 299-308.

168. LileevA. S., Loginiva D.V., Lyashchenko A. K. Dielectric properties of aqueous solutions of the hydrochloric acid. // Mendeleev Commun. 2007. V. 17. P. 364-365.

169. LileevA. S., Lyashchenko A. K. Dielectric properties of aqueous ammonium salt solutions. // J. Molec. Liq. 2009. V. 91. P. 21-31.

170. Lyashchenko A. K. Structure and structure-sensitive properties of aqueous solutions of electrolytes and nonelectrolytes. // Adv. Chem. Phys. 1994. V. 87. P. 379-426.

171. Lyashchenko A. K. Concentration transition from water-electrolyte to electrolyte-water solutions. // J. Molec. Liq. 2001. V. 91. P. 21-31.

172. Eriksson P.-O., Lindblom G., Burnell E.E., Tiddy G.J.T. Influence of organic solutes on the self-diffusion of water as studied by nuclear magnetic resonance spectroscopy. //J. Chem. Soc. Faraday Trans. I. 1988. V. 84. №9. P. 3129-3139.

173. Takekiyo Т., Yoshimura Yu. Raman spectroscopic study on the hydrationstructures of tetraethylammonium cation in water. // J. Phys. Chem. A. 2006. V. 110. №37. P. 10829-33.

174. Liegl В., Bradl S., Schaltz Т., Lang E.W. High-pressure NMR relaxation study of the solute and solvent dynamics of undercooled aqueous tetraethylammonium bromide solutions. // J. Phys. Chem. 1996. V. 100. №2. P. 897-904.

175. Jorgensen, W.L.; Gao, J. Monte Carlo simulations of the hydration of ammonium and carboxylate ions. //J. Phys. Chem. 1986. V. 90. №10. P. 2174-2182.

176. Bergstrom P.-A., Lindgren Ja. An IR study of the hydration of СЮ4~, N03~, Г, Br~, СГ and S042- anions in aqueous solution. // J. Phys. Chem. 1991. V. 95. №22. P. 8575-8580.

177. Water. A Comprehensive Treatise. / Ed. by Franks F. New York: Plemium Press, 1975. V. 4. P. 1.

178. Коковина Г.В., Лященко A.K., Ястремский П.С. Стабилизация структуры D20 ионом тетрабутиламмония. // Журн. структур, химии. 1983. Т. 24. № 1.С. 152-156.

179. Buchner R., Holz С., Stauber J., Barthel J. Dielectric spectroscopy of ion-pairing and hydration in aqueous tetra-N-alkylammonium halide solutions. //Phys. Chem. Chem. Phys. 2002. V. 4. № 11. P. 2169-2179.

180. Imprey R.W., Madden P.A., McDonald I.R. Hydration and mobility of ions in solution. // J. Phys. Chem. 1983. V. 87. № 25. P. 5071-5083.

181. Ashbaugh H.S., Paulaitis M.E. Entropy of hydrophobic hydration: extension to hydrophobic chains. 11 J. Phys. Chem. 1996. V. 100. № 5. P. 1900-1913.

182. Jorgensen W.L., Cao J., Ravimohan C. Monte Carlo simulations of alkanes in water: hydration numbers and the hydrophobic effect. // J. Phys. Chem. 1985. V. 89. №16. P. 3470-3413.

183. Garcia-Tarres L., E. Guardia. Hydration and dynamics of tetramethylammonium ion in water: a computer simulation study. // J. Phys. Chem. B. 1998. V. 102. № 38. P. 7448-7454.

184. MuthukumarM. Theory of counter-ion condensation on flexible polyelectrolytes: Adsorption mechanism. //J.Chem.Phys. 2004. V. 120. №19. P. 9343-9350

185. MuthukumarM. Dynamics of polyelectrolyte solution. //J.Chem.Phys. 1997. V. 107. №7. P. 2619-2635.

186. LiuH., SkibinskaL., Gapinski J., Patkowski A., Fischer E.W., PecoraR. Effect of electrostatic interactions on the structure and dynamics of a model polyelectrolyte. I. Diffusion. //J. Chem. Phys. 1998. V. 109. №17. P. 75567566.

187. Васильева O.B., Давыдов A.B., Колганова И.В., Микая А.И., Заикии В.Г., Яновский Ю.Г., Топчиев Д.А., Виноградов В.Б. О термомеханических свойствах и термостабильности полимеров на основе К,Ы-диаллил^,Ы-диметиламмоний хлорида. // Доклады АН

188. СССР. 1984. Т. 276. №3. С. 621-624.

189. Tal'roseR.V., Rogozhina E.V., KuptsovS.A., Murzabekova T.G., Rebrov A.I., Topchiev D.A. Microphase separated structures based on N-substituted polydiallylamines. //Macromol. Rapid Commun. 1998. V. 19. №10. P. 517-522.

190. Ikeda Т., Ledwith A., Bamford C.H, Hann R.A. Interaction of a polymeric biguanide biocide with phospholipid membranes. // Biochem Biophys Acta. 1984. V. 769. P. 57-66.

191. Ikeda Т., Yamaguchi H., Tazuke S. New Polymeric Biocides: Synthesis and Antibacterial Activities of Polycations with Pendant Biguanide Groups. //Antimicrob. Agents Chemother. 1984. V. 26. №2. P. 139-144.

192. Ikeda Т., Tazuke S., Suzuki Y. Biologically active polycations: synthesis and antimicrobial activity of poly(trialkylvinylbenzyl ammonium chloride)s. // Makromol. Chem. 1984. V.185. P. 869-876.

193. Panarin E.F, Solovskii M.V, Zaikina N.A, Afinogenov G.E. Biological activity of cationic polyelectrolytes. //Macromol. Chem. Suppl. 1985. V. 9. P. 25-33.

194. Ikeda Т., Hirayama H., Yamaguchi H., Tazuke S., Watanabe M. Polycationic Biocides with Pendant Active Groups: Molecular Weight Dependence of Antibacterial Activity. // Antimicrob. Agents. Chemother. 1986. V. 30. P. 132-136.

195. Ikeda Т., Yamaguchi H., Tazuke S. Phase separation in phospholipidbilayers induced by biologically active polycations. // Biochem. Biophys. Acta. 1990. V. 1026. №1. P.105-112.

196. Г.Е. Афиногенов, Е.Ф. Панарин. Антимикробные полимеры. Санкт-Петербург: Гиппократ, 1993. 264 с.

197. Tashiro Т. Antibacterial and bacterium adsorbing macromolecules. // Macromolecular Materials and Engineering. 2001. V. 286. №2. P. 63-87.

198. Kenawy E.-R., Worley S.D., Broughton R. The Chemistry and Applications of Antimicrobial Polymers: A State-of-the-Art Review. //Biomacromolecules. 2007. V.8. №5. P.1359-1384.

199. Denyer SP, Stewart GSAB (1998) Mechanisms of Action of Disinfectants. Intern Biodeterior Biodegrad 41:261-268.

200. Hugo WB (1999) Disinfection mechanisms. In: Russell AD, Hugo WB, Ayliffe GAJ (eds) Principles and Practice of Disinfection, Preservation and Sterilization, 3rd edn, Blackwell Science, Oxford, pp 258-283.

201. Russel AD (2001) Principles of Antimicrobial activity and resistance. Part

202. П: Fundamental Principles of Activity. In: Block SS (ed) Disinfection,th

203. Sterilization and Preservation, 5 edn. Lippincott Williams&Wilkins, New-York, pp 31-56.

204. Disinfection, Sterilization and Preservation; Block S. S., Ed.; Lippincott Williams&Wilkins: New-York, 2001.

205. Lauzardo M., Rubin J. Mycobacterial disinfection. In: Disinfection, Sterilization and Preservation; Block, S. S., Ed.; Lippincott

206. Williams&Wilkins: New-York, 2001; Ch. 26, p.513-528.

207. Franklin, T. J.; Snow, G. A. / Biochemistry and Molecular Biology of Antimicrobial Drug Action. Springer-Verlag: New York, 2005.

208. Задачи современной дезинфектологии и пути их решения. //Материалы Всероссийской научной конференции , посвященной 70-летию НИИ дезинфектологии. Москва, 22-24 октября 2003.

209. Singer S.J, Nicholson G.L. The fluid mosaic model of the structure of cell membranes. // Science. 1972. V.175. P.720-731.

210. Grapski J.A., Cooper S.L. Synthesis and characterization of nonleaching biocidal polyurethanes. // Biomaterials. 2001. V.22. p.2239 2246.

211. Chen C.Z., Cooper S.L. Interactions between dendrimer biocides and bacterial membranes. //Biomaterials 2002. V.23. p.3359-3368.

212. Yaroslavov A.A., Efimova A.A., Lobyshev V.I., Kabanov V.A.) Reversibility of structural rearrangements in the negative vesicular membrane upon electrostatic adsorption/desorption of the polycation. // Biochim. Biophys. Acta. 2002. V.1560. p. 14-24.

213. Kenawy E.R., Mahmoud Y.A.G. Biologically active polymers, 6: Synthesis and antimicrobial activity of some linear copolymers with quaternary ammonium and phosphonium groups. // Macromol. Biosci. 2003. V.3. №2. P.107-116.

214. Tew G.N., Liu D.H., Chen В., Doerksen R.J., Kaplan J., Carroll P.J., Klein M.L., DeGrado W.F. Supramolecular Chemistry And Self-assembly

215. Special Feature: De novo design of biomimetic antimicrobial polymers. //Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2002. V.99. p.5110-5114.

216. Yaroslavov A.A., Melik-Nubarov N.S., Menger F.M. Polymer-induced flip-flop in biomembranes. // Acc. Chem. Res. 2006. V.39. p.702-710.

217. Rawlinson L.-A.B., Ryan S.M., Mantovani G., Syrett J.A., Haddleton D.M., Brayden D.J. Antibacterial Effects of Poly(2-(dimethylamino ethyl)methacrylate) against Selected Gram-Positive and Gram-Negative Bacteria. // Biomacromol. 2010. V.l 1. p.443^153.

218. Lee S.B., Koepsel R.R., Morley S.W., Matyjaszewski K., Sun Y., Russell A.J. Permanent, Nonleaching Antibacterial Surfaces. 1. Synthesis by Atom Transfer Radical Polymerization. // Biomacromol. 2004. V5. №3. P. 877-882.

219. Hu F.X., Neoh K.G., Cen L., Kang E.T. Antibacterial and Antifungal Efficacy of Surface Functionalized Polymeric Beads in Repeated Applications. // Biotechnol. Bioeng. 2005. V. 89. №4. P. 474-484.

220. Milovic N. M., Wang J., Lewis K., Klibanov A.M. Immobilized N-Alkylated Polyethylenimine Avidly Kills Bacteria by Rupturing Cell Membranes With No Resistance Developed // Biotechnol. Bioeng. 2005. V.90 р. 715-722.

221. Park D., Wang J., Klibanov A.M. One-Step, Painting-like Coating Procedures to Make Surfaces Highly and Permanently Bactericidal. // Biotechnol. Progr. 2006 v. 22. P. 584-589.

222. Lin J., Qiu S., Lewis K., Klibanov A. M. Bactericidal properties of flat surfaces and nanoparticles derivatized with alkylated polyethylenimines. // Biotechnol. Progr. 2002. V. 18. P. 1082-1086.

223. Patterson, T. F.; Patterson, J. E. In: Disinfection, Sterilization, and Preservation: Fungistatic and Fungicidal Compounds for Human Pathogens. Block, S. S., Ed.; Lippincott Williams&Wilkins: New-York, 2001. p 617-640.

224. Boggs J. M. Lipid intermolecular hydrogen bonding: influence on structural organization and membrane function. // Biochim. Biophys. Acta, 1987, V. №3, p. 353-404.

225. Беркович A.K., Орлов B.H., Мелик-Нубаров H.C. Взаимодействие полианионов с электронейтральными липосомами в слабо-кислой среде. //Высокомолек. соед. Сер. А. 2009. Т. 51. №6. С. 972-982.

226. Вайсбергер А., Проскауэр Э., Риддик Дж., Тупс Э., Органические растворители. Иностр. лит., М., 1958, 303.

227. Harada S., Arai К. The cyclo-copolymerization of diallyl compounds and sulfur dioxide //Makromol Chem. 1967. B. 107. S. 64-77.

228. Методология количественного органического элементного микроанализа. / Под. ред. Гельман Н.Е. М.: Химия, 1987. С. 189.

229. W. J. Archibald. An Approximate Solution of the Differential Equation of the Ultracentrifuge. //J. Appl. Phys. 1947. V. 18. № 4. P. 362-364.

230. Le Bot J. Metode de mesure de la constante diélectrique comptes rendus. // C. R. Acad. Sci. 1953. V.236. N5 P.469.

231. Лященко A.K., Харькин B.C., Лилеев A.C., Ефремов П.В. Диэлектрическая релаксация в водных растворах метилэтилкетона и ацетона. //Журн. физич. химии. 2001. Т. 75. №2. С. 243-249.

232. Инструкция для исследования бактерицидных свойств новых дезинфицирующих веществ №739-68. Минздрав СССР: Москва, 1968.

233. Ito, S ., Karnovsky M . J. Formaldehyde-glutaraldehyde fixatives containing trinitro compounds. // J. Cell Biol., 1968. V. 39. p. 168a.

234. Newman, G.R.; Jasani, В.; Williams, E.D. A simple post-embedding system for the rapid demonstration of tissue antigens under the electron microscope // Histochem. J., 1983. V. 15. p. 543-555.

235. Reynolds, E.S. The use of lead citrate at high ph as an electron-opaque stain in electron microscopy. // J.Cell Biol. 1963. V. 17. p. 208-212.