Введение к работе
Актуальность темы. Интерес к карбоцикличсским полимерам, имеющих в качестве боковых заместителей азотосодержащие гетероциклы, обусловлен их биосовместимостью, высокой комплексообразующей способностью, некоторые из них проявляют биологическую активность Ярким примером таких полимеров может служить поли-Ы-винилкапролактам, который в водном расіворе имеет нижнюю критическую температуру растворения в области функционирования живых систем Это свойство открывает широкие перспективы в получении полимерных материалов различного назначения, таких как флокулянтов, сорбентов, новых лекарственных форм, полимеров для капсулирования ферментов, живых клеток Комбинирование звеньев N-винилкапролактама со звеньями других азотосодержащих мономеров позволяет расширить круг уникальных свойств, которые могут представлять интерес специалистов в области полимерной и физической химии, биологии и медицины Кроме этого, наличие амидных связей в боковых заместителях лакгамовоіо цикла с одной стороны и азольных фрагментов с другой, обеспечивает их общность с белковыми молекулами, поэтому они являются удобными моделями для изучения процессов, протекающих в живых организмах Гидрофобно-гидрофильный баланс поли-ЬЇ-вииилкапролактама в совокупности с гидрофильное!ыо и элекзронодонорноакцепторными свойствами азольных структур позволяет существенно расширить спектр их физико-химических свойств и открывает новые возможности их использования в различных отраслях науки и технологии
Исследования, направленные на разработку способов синтеза мономеров и (со)полимеров на основе азотосодержащих гетероциклов, исследование закономерностей их образования, изучение комплексообразующих свойств, несомненно актуальные и важны не только для развития фундаметальных исследований по синтезу N-виниловых мономеров и полимеров на их основе, но и для разработки новых путей их практическою применения
Цель рабоїьі - синіез новых N-виниловых мономеров и полимеров с азотосо-держащими гетероциклическими заместителями, изучение их комплексообразования с низко- и высокомолекулярными соединениями для получения сорбентов, флокулянтов и других полимерных материалов с широким комплексом праісгически важных свойств
Научная новизна
- Разработаны способы синтеза виниловых мономеров предельных алифаіиче-ских и циклических амидов, ароматических азотосодержащих іетероциклов Впервые получены винильные и непредельные ацильные производные ряда 4-хиназолона
и 1-фталазона Строение новых мономеров подтверждено спектральными и химическими методами Определены оптимальные условия, каталитические системы, позволяющие существенно повысить выход целевого продукта
Систематическое изучение закономерностей радикальной гомо- и сополимери-зации синтезированных мономеров позволило выявить условия, позволяющие получать полимеры с контролируемыми молекулярномассовыми характеристиками и рН-термочувствшельными свойствами
Впервые радикальной полимеризацией в условиях обратимого ингибирования в присутствии инициатора ДАК и ингибитора 2,2,6,6-тетраметилпиперидиннитроксила (ТЕМПО) синтезированы блок-сополимеры N-винилкапролактама с 1-винил-1,2,4-триазолом и 1-винилимидазолом Определены условия, позволяющие снизить температуру и увеличить скорость осуществления процесса
Проведенные систематические исследования свойств водных растворов сополимеров в зависимости от рН среды, природы и строения низкомолекулярных органических соединений и неорганических солей, ПАВ показывают, что их взаимодействие приводит к изменению стабильности полимер-гидратного комплекса и сопровождается конформациоиными переходами
Осуществлена химическая модификация сополимеров >і-винилкапролактам-Н-виниламин Установлено влияние строения и природы ковалентно связанного с полимерной матрицей заместителя на их рН-термочувствительные свойства
- Исследовано образование и устойчивость интерполимерных комплексов
(со)полимеров N-винилкапролактама и 1-винил-1,2,4-триазола с полиакриловой ки
слотой в зависимости от рН, ионной силы раствора Установлены их размеры и гео
метрия
Исследованы условия взаимодействия стиросорба МХДЭ-100, представляющего собой сверхсшитый сополимер стирола и дивинилбензола, с водным раствором поли-]Ч-винилкапролактама, позволившие получить новый сорбент, селективно извлекающий триптофан, со степенью извлечения в 4 раза большей по сравнению с известными
Показано, что добавление к промышленному бутадиен-стиролыюму латексу СКС-30 АРК гомо- и сополимеров N-винилкапролактама с 1-винил-2-метилимидазолом и продуктом его кватернизации вызывает флокуляцию латексных частиц вследствие уменьшения электрорстатического фактора с габилизации
Методами Монте-Карло и молекулярной динамики проведено математическое моделирование поведения макромолекулы поли-М-винилкапролактама в разбавлен-
ном водном растворе в зависимости от температуры На микроуровне доказана схема его термочувствительное, связанная с образованием и разружением системы водородных связей
Практическая ценность работы
Разработаны новые и адаптированы применительно к новым объектам способы синтеза N-виниловых мономеров с применением доступных реаіеніов, исключающие испочьзование взрывоопасного ацетилена
Поли-Ы-винилкапролактам и его сополимеры с 1-винил-2-метилимидазолом и катионоактивным 1-винил-2-метил-3-пропилимидазолиний йодидом использованы для бессолевого выделения каучука промышленного бутадиен-сшрольпого латекса синтетическою каучука СКС-30-АРК
Разработан способ получения сорбента, селективного к триптофану и предназначенного для его выделения из смеси аминокислої
Поли-Ы-винилкапролаетам и его сополимеры с N-винилазолами предложены для очистки сточных вод
Автор защищает
Исследование радикальной гомополимеризации N-виниловых мономеров азо-тосодежащих гетероциклов
Способы получения виниловых мономеров
Радикальную бинарную сополимеризацию N-виниловых мономеров с азотсодержащими циклическими заместителями, определение констант и параметров сопо-лимеризации пар сомономеров
Получение блок-сополимеров N-винилкапролактама с 1-винил-1,2,4-триазолом и 1-винилимидазолом в условиях обратимого ингибирования
Комплексообразование (со)полимеров с низко- и высокомолекулярными органическими соединениями, влияние рН и ионной силы раствора на устойчивость и структуру комплексов
Химическую модификацию сополимеров ^винилкапролакгам-К-виниламин и их рН-термочувствительные свойства
Использование гомо- и сополимеров N-винилкапролакіама в качестве флокулянт ов синтетических латексов
Маїемаїическое моделирование поведения макромолекул поли-N-винилкапролактама в водном растворе при действии юмперагуры
Личное участие автора являлось основополагающим на всех стадиях работы и состояло в формировании научного направления, постановке задач и целей исследо-
вания, раірабоїке іеорегичсских и пракіических подходов при выполнении зкиїери-меніа и обобщении полученных результатов
Апробация рабоїьі Материалы рабоїьі докладывались на Всесоюзной конференции радикальная полимеризация' (Горький, 1989), конференции 'Биологически акшвные соединения сиіпез, евоисіва, применение" (Пенза, 1992) Региональных на-учно-іехнических конференциях "Проблемы химии и химической іехпологии" (Тамбов, 1994, Воронеж, 1995, Іамбов, 1996, Тамбов, 2003), 1-й региональной конференции но орі анической химии (Липецк, 1997), Всероссийской научно-1ехнической конференции 'Рациональное использование ресурсного поіенциала в аїролесном комплексе" (Липецк 1998), Всероссийской конференции "Азо і содержащие геіероцикчьі" (Астрахань, 2000), Всероссийской конференции по химии гетсродиклов (Суздаль, 2000), Украинско-Российской симпозиуме по высокомолсяярным соединениям (Донецк, 2001), 52 Международное совещание по ядерной спектроскопии и струкіуре аюмного ядра-2002 (Москва, 2002), Всероссийских конференциях "Физико-химические процессы в конденсированном состоянии и на межфазных границах" (Воронеж, 2002 2004, 2006), Международной научно-1 ехнической конференции "Іонкие пленки и слоисше ыруктуры" (Москва, 2002), Чсіверюй Всероссийской Каріинскои конференции «Наука о полимерах 21-му веку» (Москва, 2007) Baltic Polymer Symposium (Vilnius, I lthuania, 2007)
Публикации По материалам диссеріации опубликовано 47 печатных рабої, из них 10 в журналах, рекомендованных ВАК 1 паїені и 2 положиіельньїх решения на выдачу паїешов
Структура и объем диссертации Диссеріация состоит из введения, 3 і лав, заключения, выводов, списка лиісраіурьі, содержит 306 страниц іекста, 81 рисунков, 37 таблиц Библиоірафия содержиі 369 наименований
