Презентация - Растворы ВМС

Растворы ВМС Лекция 1 8

ПЛАН 1 8 .1 Общая характеристика ВМС 1 8 .2 Набухание и растворение ВМС 1 8 .3 Полиэлектролиты 1 8 .4 Коллоидная защита

1 8 .1 Высокомолекулярными соединениями (ВМС) называют вещества, имеющие молекулярную массу от 10 тысяч до нескольких миллионов . Длина макромолекулы в вытянутом состоянии составляет 1 000 нм .

К природным ВМС (биополимерам) относятся крахмал, целлюлоза, декстраны, нуклеиновые кислоты, белки, натуральные каучуки.

C интетические полимеры являются продуктами реакций полимеризации и поликонденсации.

Реакции полимеризации Полиэтилен n CH 2 CH 2 –CH 2 –CH 2 – n Применение: пленки, трубы, флаконы, бутылочки .

2) Тефлон n CF 2 CF 2 –CF 2 –CF 2 – n Применение: протезы сердечного клапана и кровеносных сосудов .

Реакции поликонденсации Найлон - продукт поликонденсации адипиновой кислоты с гексаметилендиамином; используется для получения искусственных волокон и шовного материала в хирургии.

n HOOC–(CH 2 ) 4 COOH n H 2 N–(CH 2 ) 6 –NH 2 -CO-(CH 2 ) 4 -CO-NH-(CH 2 ) 6 -NH- n H 2 O Получение найлона

Классификация ВМС 1. По конфигурации цепи а) линейные желатин, натуральный каучук

б) разветвленные крахмал, гликоген

в) пространственные фенолформальдегидные смолы

г) сшитые резина S S

2. По элементному составу: Гомоцепные ВМС полимерные цепи состоят только из атомов углерода; их получают реакцией полимеризации (тефлон)

Гетероцепные ВМС содержат в цепи не только углерод, но и гетероатомы (N, S и др.); их получают реакцией поликонденсации (найлон).

3. По значению молярной массы Монодисперсные ВМС состоят из молекул, имеющих одинаковую молярную массу (гемоглобин и др. белки);

Полидисперсные ВМС состоят из молекул различной массы (ДНК, фибриллярные белки, каучуки). Для них рассчитывается среднеарифметическая молярная масса: M

Специфическими свойствами полимеров являются: Гибкость цепей, Наличие прочных межмолекулярных связей

1 8 .2 ВМС могут образовывать как истинные, так и коллоидные растворы.

Истинные растворы образуются при растворении полярного полимера в полярном растворителе (белок в воде) или неполярного полимера в неполярном растворителе (каучук в бензоле).

Растворению полимеров предшествует их набухание.

Набухание ВМС – это увеличение объема и массы полимера вследствие односторонней диффузии низкомолекулярного растворителя в высокомолекулярное вещество.

Диффузия молекул ВМС в растворитель не протекает из-за их низкой подвижности, обусловленной большой молярной массой и наличием межмолекулярных сил.

НМР ВМС ВМС НМР Набухание полимера V o V

Мерой набухания служит степень набухания полимера ( α ) : α V - V o V o где V o и V – начальный и конечный объем полимера

α m - m o m o где m o и m – начальная и конечная масса полимера

Набухание Неогра- ниченное Ограни-ченное

Ограниченное набухание (желатин в холодной воде) приводит к образованию геля. Гель –это состояние вещества, являющееся промежуточным между твердым и жидким.

Неограниченное набухание (желатин в горячей воде) завершается образованием истинного раствора.

Время Объем полимера Кинетические кривые набухания Ограничен-ное набухание Неограни-ченное набухание

На процесс набухания влияет: Природа ВМС и растворителя: «Подобное растворяется в подобном»

2) Конфигурация цепи полимера; линейные и разветвленные ВМС лучше набухают, чем пространственные и сшитые; 3) Кислотность среды (у амфотерных полиэлектролитов)

4) Температура: при нагревании увеличивается степень набухания, так как возрастает скорость диффузии низкомолекулярного растворителя в полимер.

В механизме физиологических процессов набухание играет большую роль: рост организма, сокращение мышц, тканевый обмен.

К набуханию способны кожа, ткани мозга, стекловидное тело глаза.

Степень набухания меняется при патологических процессах: ожог, воспаление, травма.

Старение человека сопровождается уменьшением способности тканей организма к набуханию.

Растворы ВМС и коллоидные растворы существенно отличаются друг от друга, однако существует и некоторая общность их свойств, обусловленная близкими значениями длины молекул полимера и диаметра коллоидных частиц золей.

Растворы ВМС Золи Устойчивы, образуются самопроизвольно Не устойчивы, образуются несамопроиз-вольно Гомоген-ные Микрогете-рогенные

Концентра- ция 10-15 % Концентра-ция менее 1% Устойчивость обусловлена эффектом сольватации Устойчивость обусловлена наличием ДЭС

Набухают и могут растворяться Не набухают и не раст-воряются При боковом освещении да-ют размытый конус Тиндаля Образуют четкий конус Тиндаля

18.3 Полиэлектролиты – это ВМС, содержащие ионогенные группы . По характеру ионогенных групп полимеры делятся на три вида.

1. Полиэлектролиты кислотного типа – СООН – COO - H – SO 3 Н – SO 3 - H растворимый крахмал, гуммиарабик.

2. Полиэлектролиты основного типа – NH 2 H – NH 3

3. Амфотерные полиэлектролиты (полиамфолиты) – это ВМС, содержащие и кислотные, и основные группы. Важнейшие из них – белки.

Кислотно-основное равновесие в растворах белков H 2 N – R – COOH H 3 N – R – COO - H 2 N – R – COO - H 3 N – R – COO H OH - H Анионная форма Катионная форма - H 2 O

Особым состоянием белка является его изоэлектрическое состояние, в котором суммарный заряд белковой молекулы равен нулю. Упрощенно можно считать, что белок существует в виде биполярного иона: H 3 N – R – COO -

Изоэлектрическая точка (ИЭТ или p I) – это значение р Н раствора, при котором полиамфолит находится в изоэлектрическом состоянии. Для большинства белков р I изменяется в диапазоне 4,5-6,0.

В ИЭТ белки имеют специфические свойства, что объясняется особой конфигурацией их молекул.

ИЭТ Молекула свернута в спираль Конфигурации белковой молекулы р Н ИЭТ р Н ИЭТ Молекула линейна Молекула линейна NH 3 NH 3 NH 2 NH 2 COO - COO - COOH COOH

Методы экспериментального определения ИЭТ белков 1) Путем измерения степени набухания белков в растворах с различной кислотностью.

В ИЭТ степень набухания белка минимальна ИЭТ р Н Степень набухания

2) Путем измерения степени коагуляции белка в растворах с различной кислотностью р Н Степень коагуляции ИЭТ В ИЭТ степень коагуляции максимальна

Важнейшими факторами, вызывающими коагуляцию белка и других ВМС являются: добавление электролитов (высаливание), добавление нерастворителей – жидкостей, в которых полимер практически не растворим.

Коагулирующее действие как электролитов, так и нерастворителей обусловлено их десольватирующем действием; они связывают молекулы растворителя, уменьшая тем самым плотность сольватной оболочки вокруг молекул ВМС.

3) Путем измерения электрофоретической подвижности белков (u) в растворах с различной кислотностью В ИЭТ электрофоретическая подвижность белков равна нулю, так как их молекулы электронейтральны.

Кривая электрофоретической подвижности белков и других полиамфолитов u мкм мин p H ИЭТ 0 К аноду К катоду

Электрофорез используют не только для определения ИЭТ, но и для разделения смесей белков на фракции.

18.4 Коллоидная защита - это повышение порога коагуляции гидрофобных золей в присутствии ВМС и ПАВ.

Механизм защитного действия Молекулы ВМС адсорбируются на поверхности частиц дисперсной фазы в результате чего их поверхность становится лиофильной и покрывается защитной сольватной оболочкой.

Мерой защитного действия ВМС является «золотое» число - минимальная масса (мг) сухого полимера, необходимая для защиты 10 мл золя золота от коагуляции при добавлении 1мл 10% раствора Na C l.

желатин 0,008 гемоглобин 0,05 казеин 0,01 крахмал 25 Золотые числа некоторых полимеров (мг)

Измерение «золотого» числа спинномозговой жидкости используется как важный диагностический тест; оно существенно отличается от нормы при менингите и некоторых других заболеваниях.

Кроме «золотых», для количественной оценки защитного действия ВМС используют «рубиновые», «серебряные», «железные» и другие числа.

Коллоидная защита играет важную роль в жизнедеятельности организма. Белки крови стабилизируют дисперсии жиров, холестерина и малорастворимых солей кальция, предупреждая их выделение на стенках кровеносных сосудов.

При пониженной защитной функции белков возникает целый ряд заболеваний: подагра, атеросклероз, кальциноз, образование почечных и печеночных камней.

Способность крови удерживать в растворенном состоянии большое количество газов (О 2 и СО 2 ) также обусловлена защитным действием белков.

В фармацевтической промышленности защитные свойства ВМС используются для получения концентрированных золей серебра, ртути, золота и их радиоактивных изотопов.

Например, лекарственный препарат колларгол – это коллоидный раствор, содержащий 70% высокодисперсного металлического серебра, стабилизированного гидролизатами белков.

Благодарим за внимание!!!