Диссертация (1091617), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Новым веществом,используемымдлямикроорганизмовмодификацииПВС,сцельюиммобилизациидля создания распознающих элементов биосенсоровявляется N-винилпирролидон, поскольку он легко образует комплексы сомногимисоединениямикрасителями),(токсинами,биосовместим,лекарственныминетоксичен,веществами,являетсяосновойкровезаменителей. Для получения матрицы на основе модифицированногополивинилового спирта, подходящей для включения микроорганизмов,необходимо изучить факторы (соотношение исходных реагентов, условияпроведения синтеза), влияющие на ее свойства.3.3.1 Влияние соотношения компонентов и времени синтеза на долюсшитого полимераВажнейшим фактором, оказывающим влияние на свойства (степеньсшивки)полимерногоносителя,являетсясоотношениеисходныхкомпонентов и время синтеза.
Для полученных сополимеров с различнымсоотношением исходных компонентовпроведено определение долисшитого сополимера методом экстракции.При использовании 20 мл 5% р-ра ПВС+ 100 мкл N-ВП и 100-400мкл Сe4+ (0,1 г/мл) все образцы в процессе экстракции при температуре600С растворились. При увеличении доли инициатора (800 мкл на 20 млраствора) происходит формирование нерастворимого сополимера.При смешивании N-винилпирролидона и поливинилового спиртапленка, образующаяся после высушивания, растворяется в воде. Припроведении модификации в течении одного часа происходит образованиенерастворимого полимера со степенью сшивки 54±4 %. В таблице 11представлены результаты влияния соотношения исходных компонентов ивремени синтеза на степень сшивки сополимера.82Таблица11.Долясшитогополимеравзависимостиотсоотношения компонентов и времени синтезаМольное соотношение компонентовДоля сшитого полимераВремя модификации 3 часаПВС : инициатор: N-ВП= 160 : 7 : 252 ± 4%ПВС : инициатор: N-ВП= 160 : 7 : 165 ± 5%ПВС : инициатор : N-ВП= 160 : 7 : 0,568 ± 3%ПВС : инициатор : N-ВП= 160 : 70 : 1095 ± 5%ПВС : инициатор: N-ВП = 160 : 3,5 : 1растворимПВС : инициатор: N-ВП= 160: 1,75 : 1растворимПВС : инициатор : N-ВП= 160 : 0,875: 1растворимСоотношнние компонентов ПВС : инициатор: N-ВП= 160 : 7 : 1Время модификации 1 час54±4%Время модификации 2 часа59±5%Время модификации 5 часов65± 5%Время модификации 6 часов67± 5%Как видно из таблицы 11 при увеличении времени модификациипроисходит незначительное увеличение доли сшитого полимера (с 54 до67%).ПриувеличениидолиN-винилпирролидонавсополимерепроисходит незначительное уменьшение доли сшитого полимера (с 68 до52%), что может быть связано с недостатком инициатора взятого для всехсоотношений в одинаковом объеме (800 мкл).Такимобразом,дляформированиянерастворимогоПВС,модифицированного N-винилпирролидоном необходимо использоватьследующее соотношение компонентов ПВС : инициатор : N-ВП = 160 : 7 :1.А для получения более сшитого полимерапропорционально увеличиватьколичествонеобходимоN-винилпирролидона иинициатора (ПВС : инициатор : N-ВП = 160 : 70 : 10), так как принедостатке инициатора образуется менее сшитый сополимер.3.3.2 ИК-спектроскопия образцов модифицированного поливиниловогоспиртаВработеполученыИК-спектрыисходныхвеществ:поливинилового спирта (рисунок 17) и N-винилпирролидона (рисунок 18).83Рисунок 17.
ИК-спектр поливинилового спирта (ν, см-1, таблетка вКВr): 3430 см-1 – валентные колебания ОН-группы; 2920 см-1 – валентныеколебания CH2 – группы; 2350 см-1 - валентные колебания CH– группы;1630 см-1 – колебания метоксикарбонильной группы поливинилацетата;1430 см-1 – деформационные колебания CH2– группы; 1100 см-1 –валентные колебания C – O – группыРисунок 18. ИК-спектр N-винилпирролидона (ν, см-1, приставкаМНВПО): 2977 см-1, 2948 см-1, 2887 см-1 –колебания CH2 – группы; 1693см-1 – валентные колебания С=О пирролидонового цикла; 1625 см-1 –валентные колебания C=C – связи; 1271 см-1 – валентные колебания С – N– связи.84В работе получены ИК- спектры всех образцов поливиниловогоспирта,модифицированногосN-винилпирролидономразличнымсоотношением компонентов.
На рисунке 19 представлены ИК-спектрыобразцовмодифицированногоПВСсразличнымсодержаниемсшивающего агента (N-винилпирролидона (N-ВП)).Рисунок 19. ИК-спектры ПВС модифицированного N-ВП (ν, см-1,приставкаМНВПО):1693см-1–валентныеколебанияС=Опирролидонового цикла; 1625 см-1 – валентные колебания C=C – связи.На всех трех ИК-спектрах (рисунок 19) наблюдается исчезновениеполосы поглощения при частоте 1625 см-1, характерной для валентныхколебаний двойных связей N-винилпирролидона, что указывает на разрывэтих связей.
Для сравнения приведен ИК-спектр образца, полученногопростым смешиванием поливинилового спирта и N-винилпирролидона(без синтеза), в котором не происходит модификации поливиниловогоспирта N-винилпирролидоном, инаблюдается характерная полосавалентных колебаний C=C – связив N-винилпирролидоне при частоте851625 см-1. В результате протекающей реакции происходит образованиесвязи >СH–O–CH<, которая в ИК-спектрах дает 3 характерных полосыпоглощения (1136 см-1, 935 см-1 и 917 см-1).Нарисунке20представленыИК-спектрыобразцовмодифицированного ПВС с различным содержанием инициатора.Рисунок 20.
ИК-спектры ПВС модифицированного N-ВП (ν, см-1,приставка МНВПО): 1693 см-1 – валентные колебания С = Опирролидонового цикла; 1625 см-1 – валентные колебания C=C – связи.При варьировании доли инициатора на всех ИК-спектрах (рисунок20)также наблюдается исчезновение полосы поглощения при частоте1625 см-1, характерной для валентных колебаний двойных связей вмолекуле N-винилпирролидона, что указывает на разрыв этих связей.Полосы поглощения на всех трех ИК-спектрах при разном соотношенииПВС: инициатор, совпадают, однако, как было показано ранее образцы ссодержанием 200 и 400 мкл раствора(NH4)2Ce(NO3)6 (Т=0,1 г/мл)растворяются в дистиллированной воде, что говорит о малом количествесшивок, образующихся при недостатке инициатора.86На рисунке 21 представлены ИК-спектры образцов сополимераприготовленных в течение разного времени.Рисунок21.ИК-спектрыобразцов поливиниловогоспирта,модифицированного N-винилпирролидоном в течение разного времениНа всех ИК-спектрах образцов со временем синтеза от 1 до 5 часовнаблюдается исчезновение полосы поглощения при частоте 1625 см-1,характернойдлявалентныхколебанийдвойныхсвязейN-винилпирролидона.3.3.3 ЯМР-спектроскопия образцов модифицированногополивинилового спирта и исходных веществСпектроскопия ядерного магнитного резонанса является мощным иинформативным методом исследования структуры молекул.
В частности,ЯМР позволяет наблюдать за протеканием химических процессов безвыделения индивидуальных продуктов из реакционной массы.Для установления структуры получающегося сшитого полимеранами было проведено изучение продуктов реакции взаимодействияполивиниловогоспиртасN-винилпирролидоном87сразличнымсоотношением компонентов ПВС: инициатор: N-ВП = 160:70:10 и 160:7:1(в присутствии аммоний-церий азотнокислого (NH4)2Ce(NO3)6).Дляотнесениясигналоввпредварительно были зарегистрированыспектре1Н иреакционной13смесиС спектры исходныхсоединений: N-винилпирролидона (рисунок 22,23) и ПВС (рисунок 24,25).Рисунок 22.
1Н спектр N-винилпирролидона.Рисунок 23. 13С спектр N-винилпирролидона.88Рисунок 24. Протонный ЯМР-спектр поливинилового спирта.Протоны ОН–групп находятся в обмене с протонами воды и вспектре не проявляются.Рисунок 25. 13С ЯМР-спектр поливинилового спирта.89Триады пиков на рисунке 25 обуславливаются наличием водородныхсвязей в поливиниловом спирте [99-100].Структура получаемого сополимера c соотношением компонентовПВС: инициатор: N-ВП = 160:70:10 была установлена с помощьюсовместного анализа одномерных 1H (рисунок 26), 13C-DEPTi (рисунок 27)и двумерных COSYii (рисунок 30), HSQCiii (рисунок 38), и HMBCiv(рисунок 29) ЯМР спектров.Рисунок26.Н1ЯМР-спектрполивиниловогоспиртамодифицированного N-винилпирролидоном c соотношением компонентовПВС: инициатор: N-ВП = 160:70:10.Distortionless enhancement by polarization transfer (позволяет отличить вуглеродном спектре CH/CH3 группы от СН2 и четвертичных углеродов).iiCorrelation spectroscopy (выявляет протоны связанные друг с другом спинспиновым взаимодействием)iiiHeteronuclear single quantum coherence spectroscopy (определяет прямыеуглерод-протонные взаимодействия)ivHeteronuclear Multiple Bond Correlation (определяет углерод-протонныевзаимодействия через три связи)i90На протонном ЯМР-спектрераствора сополимера виден сигналNH4+ группы аммоний-церий нитрата (6.90-7.22 м.д.) и отсутствуютсигналыпротоновCH2=CH-группыN-винилпирролидона,чтосвидетельствует о полном протекании реакции.
В протоном спектре(рисунок 28) хорошо видны уширенные сигналы СН2(8) – 1.50-1.70 м.д. иСН(6,7) – 3.86-4.06 м.д. групп цепочки поливинилового спирта.Рисунок27.13C(DEPT)спектрполивиниловогоспиртамодифицированного N-винилпирролидоном (соотношение компонентовПВС: инициатор: N-ВП = 160:70:10). Сигналы СН и СН3 групп направленывверх, сигналы СН2 и четвертичных углеродов направлены вниз.В углеродном спектре этим группам соответствуют три группысигналов: 42.0-42.7 м.д.
(СН2), а также 63.2-66.6 м.д. и 72.3-74.7 м.д. (СН).Наличие двух групп сигналов СН групп объясняется тем, что одна из них(при 63.2-66.6 м.д.) относится к незамещенному гидроксилу (СН-ОН), адругая (при 72.3-74.7 м.д.) относится к гидроксильной группе к которойприсоединяется N-винилпирролидон.91Рисунок28.спектрHSQCполивиниловогоспиртамодифицированного N-винилпирролидоном.Совместноанализируяпротонный,углеродный(DEPT)идвумерный HSQC (рисунок 28) спектры, мы определяем углероды СН,СН2, СН3 групп, их протоны, а также четвертичные углероды, которые неимеют прямых взаимодействий с водородами.Помимо сигналов протонов трех СH2-групп: 1.96-2.14 СН2(2); 2.292.45 СН2(3); 3.35-3.59 СН2(1) имеется еще один сигнал СН2(4) группы: 1.27м.д.
(19.7 м.д. в углеродном спектре). Его сильнопольный химическийсдвиг однозначно говорит о принадлежности этой СН2 группы к фрагментуOHCCH2NCOCH2CHNCCH2OOсшивки.Сигналы группы СН(5) (4.82 м.д. и 98.5 м.д. в протонном иуглеродном спектре) находим по двумерным HMBC (рисунок 29) и COSY(рисунок 30) спектрам. Так как протон СН группы в спектре 1Н не виден,92поскольку он попадает под подавленный сигнал воды, то его химическисдвиг определяется по спектру HSQC.Рисунок29.HMBCспектрполивиниловогоспиртаполивиниловогоспиртамодифицированного N-винилпирролидоном.Рисунок30.COSYспектрмодифицированного N-винилпирролидоном.93OHCCH2NCCH2CHCH2NOCOOПомимо сигналов сшивкивпротонном и углеродном спектрах также видны сигналы двух метильныхгрупп СН3(10) 1.32 и 1.40 м.д (14.3 и 18.4 м.д.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
