Введение к работе
Актуальность работы. Водорастворимые полиэлектролиты диаллильной природы в течение последних десятилетий являются одними из наиболее привлекательных объектов научных исследований в силу их большой значимости в науке, технике и медицине. Они могут быть использованы в качестве коагулянтов, флокулянтов, структураторов почв, в химической и нефтехимической промышленности, а также в ряде других производств. Развитие различных отраслей народного хозяйства выдвигает перед наукой и промышленностью новые задачи по расширению ассортимента полиэлектролитов ионогенной природы, которые обладали бы целым комплексом свойств, в том числе и амфофильными.
Постоянное расширение сфер применения полимеров этого класса вызывает интерес исследователей к проблеме синтеза и механизма образования полимеров заданного химического строения и молекулярной массы. Поэтому актуальной задачей является разработка методов синтеза новых водорастворимых полиэлектролитов на основе алкилированных аминокарбоновых кислот, которые содержали бы положительно и отрицательно заряженные группировки с заданным химическим составом, строением и молекулярной массой.
Аминокислоты представляют собой уникальный класс органических соединений. С одной стороны, они являются хиральными соединениями, входящими в состав белков и играющими важную роль в биохимических процессах в живых организмах. С другой стороны, в настоящее время наблюдается новый подъем интереса к химической модификации известных лекарственных препаратов и вновь синтезируемых соединений природными аминокислотами, которые широко используются в качестве строительных блоков в органическом синтезе, компонентов катализаторных комплексов и т.д. Присоединение фармакофорных групп к аминокислотам в ряде случаев позволяет получить препараты, обладающие высокой биологической активностью, а использование транспортной функции аминокислот способствует повышению избирательности действия и снижению токсичности лекарственных препаратов.
Внимание, уделяемое разработке методов синтеза и исследованию свойств производных аминокислот, связано с использованием их в различных областях медицины, пищевой промышленности и сельском хозяйстве.
Цель работы. Целью настоящего исследования является разработка методов синтеза новых водорастворимых полифункциональных мономеров и полимеров на основе производных карбоновых кислот, изучение особенностей их образования, строения, физико-химических и практически полезных свойств.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
-
Синтез новых мономеров, способных в результате реакции радикальной полимеризации образовывать полиэлектролиты диаллильного ряда с широким набором физико-химических характеристик.
-
Разработка эффективного способа получения мономеров и полимеров на основе производных карбоновых кислот.
-
Изучение кинетических закономерностей и механизма реакции радикальной полимеризации синтезированных мономеров.
-
Проведение комплекса исследований по изучению структурных, физико-химических, комплексообразующих, электропроводящих свойств и биологической активности полимерных материалов.
-
Исследование практически полезных свойств полученных материалов.
Научная новизна заключается в синтезе и исследовании закономерностей радикальной полимеризации и разработке способа получения новых водорастворимых полиэлектролитов диаллильной природы, обладающих практическими ценными свойствами.
В работе впервые:
разработаны способы получения новых водорастворимых мономеров: N,N-диаллиламиноэтановой кислоты, N,N-диаллилизопентановой кислоты, N,N-диаллилизогексановой кислоты и N-карбометоксиметил-N-метил-N,N-диаллиламина, а также методом радикальной полимеризации получены полимеры на их основе;
изучены основные кинетические закономерности и особенности радикальной полимеризации полученных мономеров в водных растворах;
исследованы структуры и свойства синтезированных мономеров и полимеров;
оценены электропроводящие, комплексообразующие свойства и биологическая активность синтезированного мономерного и полимерного материалов на основе алкилированной аминоэтановой кислоты.
Практическая значимость работы. Показано, что синтезированные целевые продукты могут быть использованы в качестве олигомерных и полимерных поверхностно-активных веществ. Поли-N,N-диаллиламиноэта-новая кислота обладает эффективным комплексообразующим, полупроводниковыми свойствами, биологической активностью и может быть использована в сельском хозяйстве для предпосевной обработки семян и в процессах очистки природной и сточной вод.
Проведенные опытные испытания впервые синтезированного мономера N,N-диаллиламиноэтановой кислоты и полимера поли-N,N-диаллиламиноэтановой кислоты в качестве активаторов роста семян кукурузы дали положительные результаты, что свидетельствует об их практической значимости.
Личный вклад автора. Диссертация представляет итог самостоятельной работы автора, обобщение полученных им, а также в соавторстве с сотрудниками результатов. Ему принадлежит выбор направления работ, постановка задачи, методов и объектов исследования, трактовка полученных результатов.
Результаты диссертационной работы легли в основу проекта, поддержанного фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере по программе У.М.Н.И.К. проект № 14042 от 01.04.2011 г.
Автору была присуждена специальная государственная стипендия Правительства Российской Федерации (в соответствии с приказом Министерства образования и науки Российской федерации от 11 ноября 2011 года № 2659) и стипендия Президента Кабардино-Балкарской республики (в соответствии с указом от 4 февраля 2008 года № 15-УП).
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены и обсуждены на следующих конференциях: IV-VII Междунар. научно-практ. конф. «Новые полимерные композиционные материалы», (Нальчик, 2008, 2009, 2010, 2011); 13-th International Conference «Polymeric Materials-2008» (Germany, Halle/Saale, 2008); 28 Междунар. конф. «Композиционные материалы в промышленности» (Крым, Ялта, 2008); Междунар. научной конф. «Перспектива-2009» (Нальчик, 2009); ХIII Междунар. научно-практ. конф. «Современные технологии в машиностроении» (Пенза, 2009); Междунар. научно-технич. конф. «Композиционные строительные материалы. Теория и практика» (Пенза, 2010); VI Междунар. научной конф. «Кинетика и механизм кристаллизации. Самоорганизация при фазообразовании» (Иваново, 2010); Республ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых КБР «Перспективные инновационные проекты молодых ученых КБР» (Нальчик, 2011).
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 16 работах, включая 3 статьи в рецензируемых журналах и 2 патента на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной части, обсуждения результатов, а также выводов, списка использованной литературы и приложения. Работа изложена на 146 страницах машинописного текста, содержит 20 таблиц, 56 рисунков, список использованной литературы включает 178 ссылок.
