Скачать презентацию Лекция 17 Растворы ВМС ПЛАН 17 1 Скачать презентацию Лекция 17 Растворы ВМС ПЛАН 17 1

Lektsia_17.pptx

  • Количество слайдов: 72

Лекция 17 Растворы ВМС Лекция 17 Растворы ВМС

ПЛАН 17. 1 Общая характеристика ВМС 17. 2 Набухание и растворение ВМС 17. 3 ПЛАН 17. 1 Общая характеристика ВМС 17. 2 Набухание и растворение ВМС 17. 3 Полиэлектролиты 17. 4 Коллоидная защита

17. 1 Высокомолекулярными соединениями (ВМС) называют вещества, имеющие молекулярную массу от 10 тысяч до 17. 1 Высокомолекулярными соединениями (ВМС) называют вещества, имеющие молекулярную массу от 10 тысяч до нескольких миллионов. Длина макромолекулы в вытянутом состоянии составляет в среднем 1 000 нм.

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

Методы синтеза полимеров основаны на реакциях полимеризации и поликонденсации. Методы синтеза полимеров основаны на реакциях полимеризации и поликонденсации.

Реакции полимеризации 1)Полиэтилен n CH 2=CH 2 → [–CH 2–]n Применение: пленки, трубы, флаконы, Реакции полимеризации 1)Полиэтилен n CH 2=CH 2 → [–CH 2–]n Применение: пленки, трубы, флаконы, полиэтиленовые бутылочки

2) Тефлон n. CF 2=CF 2 → [–CF 2–]n Применение: пленки, протезы ного клапана 2) Тефлон n. CF 2=CF 2 → [–CF 2–]n Применение: пленки, протезы ного клапана и носных сосудов сердечкрове-

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

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

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

б) разветвленные крахмал, гликоген б) разветвленные крахмал, гликоген

в) пространственные фенолформальдегидные смолы в) пространственные фенолформальдегидные смолы

г) сшитые S S резина г) сшитые S S резина

2. По элементному составу: • Гомоцепные ВМС: полимерные цепи состоят только из атомов углерода; 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, • Гетероцепные ВМС содержат в цепи не только углерод, но и гетероатомы (N, S и другие); их получают реакцией поликонденсации (найлон).

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

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

Специфическим свойствами полимеров являются: • Гибкость цепей, • Наличие прочных межмолекулярных связей Специфическим свойствами полимеров являются: • Гибкость цепей, • Наличие прочных межмолекулярных связей

17. 2 ВМС могут образовывать как истинные, так и коллоидные растворы. 17. 2 ВМС могут образовывать как истинные, так и коллоидные растворы.

Истинные растворы образуются при растворении полярного полимера в полярном растворителе (белок в воде) или 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. Растворению полимеров предшествует их набухание.

Набухание ВМС – это увеличение объема и массы полимера вследствие односторонней диффузии низкомолекулярного растворителя 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 Диффузия молекул ВМС в растворитель не протекает из-за их низкой подвижности, обусловленной большой молярной массой и наличием межмолекулярных сил.

Набухание полимера НМР ВМС Vo V Набухание полимера НМР ВМС Vo V

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

α= m - mo mo где mo и m – начальная и конечная масса α= m - mo mo где mo и m – начальная и конечная масса полимера

Набухание Ограниченное Неограниченное Набухание Ограниченное Неограниченное

Ограниченное набухание (желатин в холодной воде) приводит к образованию геля. Гель –это состояние вещества, 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. Неограниченное набухание (желатин в горячей воде) завершается образованием истинного раствора.

Кинетические кривые набухания Объем полимера Ограниченное набухание Неограниченное набухание Время Кинетические кривые набухания Объем полимера Ограниченное набухание Неограниченное набухание Время

На процесс набухания влияет: 1)Природа ВМС и растворителя: «Подобное растворяется в подобном» На процесс набухания влияет: 1)Природа ВМС и растворителя: «Подобное растворяется в подобном»

2) Конфигурация цепи полимера; линейные и разветвленные ВМС лучше набухают, чем пространственные и сшитые; 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 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. В механизме физиологических процессов набухание играет большую роль: рост организма, сокращение мышц, тканевый обмен.

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

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

Старение человека сопровождается уменьшением способности тканей организма к набуханию. Старение человека сопровождается уменьшением способности тканей организма к набуханию.

Растворы ВМС и коллоидные растворы существенно отличаются друг от друга, однако существует и некоторая 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 Устойчивы, образуются самопроизволь но Коллоидные растворы Не устойчивы, образуются несамопроизвольно Гомогенные Микрогетерогенные Растворы ВМС Устойчивы, образуются самопроизволь но Коллоидные растворы Не устойчивы, образуются несамопроизвольно Гомогенные Микрогетерогенные

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

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

17. 3 Полиэлектролиты – это ВМС, содержащие ионогенные группы. По характеру ионогенных групп полимеры 17. 3 Полиэлектролиты – это ВМС, содержащие ионогенные группы. По характеру ионогенных групп полимеры делятся на три вида.

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

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

3. Амфотерные полиэлектролиты (полиамфолиты) – это ВМС, содержащие и кислотные, и основные группы. Важнейшие 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 N Кислотно-основное равновесие в растворах белков H 2 N – R – COOH +H N – R – COO 3 + OH- H N – R – COO 2 Анионная форма +H 3 N + H+ – R – COOH Катионная форма

Особым состоянием белка является его изоэлектрическое состояние, в котором суммарный заряд белковой молекулы равен 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 N – R – COO 3

Изоэлектрическая точка (ИЭТ или p. I)– это значение р. Н раствора, при котором полиамфолит 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.

ИЭТ некоторых белков Белок ИЭТ Сывороточный альбумин Гемоглобин Рибонуклеаза Цитохромы С 4, 9 6, ИЭТ некоторых белков Белок ИЭТ Сывороточный альбумин Гемоглобин Рибонуклеаза Цитохромы С 4, 9 6, 7 9, 5 10, 7

В ИЭТ белки имеют особые свойства, что объясняется изменением конфигурации белковых молекул. В ИЭТ белки имеют особые свойства, что объясняется изменением конфигурации белковых молекул.

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

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

Степень набухания В ИЭТ степень набухания белка минимальна ИЭТ р. Н Степень набухания В ИЭТ степень набухания белка минимальна ИЭТ р. Н

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

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

Коагулирующее действие как электролитов, так и нерастворителей обусловлено их десольватирующем действием; они связывают молекулы 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 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 К катоду u мкм мин 0 К Кривая электрофоретической подвижности белков и других полиамфолитов К катоду u мкм мин 0 К аноду ИЭТ p. H

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

Коллоидная защита это 17. 4 повышение порога коагуляции гидрофобных золей в присутствии ВМС. Коллоидная защита это 17. 4 повышение порога коагуляции гидрофобных золей в присутствии ВМС.

Механизм защитного действия-адсорбция молекул ВМС на поверхности частиц дисперсной фазы, в результате чего поверхность Механизм защитного действия-адсорбция молекул ВМС на поверхности частиц дисперсной фазы, в результате чего поверхность становится лиофильной и покрывается защитной сольватной оболочкой.

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

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

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

Кроме того, для количественной оценки защитного действия ВМС используют «рубиновое» , «серебряное» , «железное» Кроме того, для количественной оценки защитного действия ВМС используют «рубиновое» , «серебряное» , «железное» и другие числа.

Коллоидная защита играет важную роль в жизнедеятельности организма. Белки крови стабилизируют дисперсии жиров, холестерина 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 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) 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 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 Например, лекарственный препарат колларгол – это коллоидный раствор, содержащий 70% высокодисперсного металлического серебра, стабилизированного гидролизатами белков.

Изучение коллоидной защиты имеет большое значение для понимания процессов нормального роста костной ткани, патологического Изучение коллоидной защиты имеет большое значение для понимания процессов нормального роста костной ткани, патологического отложения солей при атеросклерозе, подагре и образовании почечных и желчных камней.

Благодарим за внимание!!! Благодарим за внимание!!!