Радикальная полимеризация N-замещённых акриламидов природных оксикислот

Аннотация

Актуальность и востребованность темы диссертации. На сегодняшний день в мире всё больше возрастает потребность к новым стимул чувствительным полимерам с необходимыми физико-химическими свойствами, которые восприимчивы к изменениям в окружающей среде. «10% гидрогелей и стимуляторов, широко применяемых в сельском хозяйстве и получаемых на основе этих полимеров, составляют стимул-чувствительные полимеры»1. Поэтому синтез применяемых в медицине, фармации, биотехнологии и сельском хозяйстве стимул-чувствительных полимеров на основе местного сырья, имеет важное значение. С обретением независимости в нашей стране были созданы большие возможности по развитию химической промышленности и сельского хозяйства, в результате чего уделяется большое внимание по получению новых стимул-чувствительных гидрогелей на основе экологически чистых акриловой кислоты. Проведенные мероприятия по данному направлению при стимулировании и поддержке модернизации и диверсификации производства обеспечивает рост производства новых видов химической продукции, в том числе стимуляторов роста растений. В мире синтезу полимерных материалов с комплексом особых свойств, в том числе новых методов получения полимеров содержащих в своём составе различные стимул-чувствительные функциональные группы уделяется особое внимание, при этом в проводимых научных исследованиях одной из актуальных задач считается создание методов получения высококачественных полимеров на основе мономеров и оксикислот. При разработке методов получения стимул-чувствительных полимеров актуальными задачами считаются: синтез и идентификация новых мономеров на основе природных оксикислот, определение кинетики и механизма образования полимеров на основе акриламидо N-метилен гликолевой, акриламидо N-метилен молочной кислоты, выявление и регулирования их pH- и термочувствительных свойств и чувствительности к различным факторам, очистка, выделение и очистка биологически активных веществ, получение эффективных биологически активных веществ на основе водонабухающих и водорастворимых функциональных полимеров со стимул-чувствительными свойствами считаются актуальными. Данное диссертационное исследование в определенной степени служит выполнению задач, предусмотренных в указе и постановлении Президента Республики Узбекистан № УП-4707 от 4 марта 2015 года «О программе мер по обеспечению структурных преобразований, модернизации и диверсификации производства на 2015-2019 годы» и постановления Кабинета Министров Республики Узбекистан № 8 от 22 января 2015 года «О дополнительных мерах по сокращению производственных затрат и снижению себестоимости продукции в промышленности», постановлении Президента Республики Узбекистан № ПП-2640 от 24 октября 2016 года «О мерах по совершенствованию системы защиты растений и агрохимического обслуживания сельского хозяйства» а также в других нормативно-правовых документах, принятых в данной сфере. Целью исследования является создание стимул-чувствительных полимеров посредством радикальной полимеризацией мономеров на основе оксикислот и выявление особенностей их свойств. Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующем: впервые синтезированы мономеры N-замещённого акриламидного ряда на основе оксикислот с ионогенными функциональными группами и определены оптимальные условия получения pH- и термочувствительных водорастворимых и водонабухающих полимеров; подтверждено влияние различных факторов, таких как pH-среды, ионная сила раствора на радикальную полимеризацию мономеров, соответствие кинетики и механизма реакции теории Кабанова и Топчиева, доказана возможность регулирования процесса радикальной полимеризации мономеров; путём сополимеризации синтезированных мономеров с диэтилакриламидом, N-винилпирролидоном получены новые термочувствительные полимеры и обоснована возможность регулирования их термочувствительных свойств изменением состава сополимеров; выявлено положительное влияние на урожайность, рост стеблей и эффективность прорастания зёрен пшеницы полиакриламидо-Ы-метилен молочной кислоты, используемой в качестве стимулятора роста растений. Заключение 1. Впервые на основе природных оксикислот синтезированы акриламидо-N-метилен гликолевая, акриламидо-N- гликолевая, акриламидо-N-метилен молочная, акриламидо-N- молочная кислоты. Анализ ИК-, ЯМР-, хроматомасс спектров позволяет доказать структуру полученных мономеров. 2. Исследована кинетика радикальной полимеризации акриламидо-N-метилен гликолевой, акриламидо^-метилен молочной кислот в водном растворе и сравнена с кинетикой полимеризации известных мономеров. Показано, что скорость радикальной полимеризации исследуемых мономеров в водном растворе подчиняется обычным закономерностям радикальной полимеризации акриловых мономеров в растворе, а акриловый мономер, где заместитель связан с винильной группой сложноэфирной связью намного активнее мономера, где присоединение осуществляется за счёт амидной связи. Полученные результаты и кванто-химические расчёты позволяют объяснить отличие в реакционной способности этих мономеров различной подвижностью заместителя у двойной связи винильной группы мономера. 3. Выявлен экстремальный характер зависимости скорости полимеризации исследуемых мономеров от pH среды. Возрастание скорости в кислой и щелочной среде объясняется изменением значения Кр/Ко0,5 и доказывает подчинение процесса полимеризации этих мономеров теории ионных пар Кабанова и Топчиева. 4. С целью получения pH- и термочувствительных гидрофильных полимеров впервые осуществлена сополимеризация акриламидо-^метилен гликолевой, акриламидо^-метилен молочной кислот с N-винилпирролидоном, акриламидом, ^Ы-диэтилакриламидом. Подтверждена большая активность сомономеров на основе оксикислот по сравнению с присоединяемыми мономерами. Такая высокая реакционная способность этих мономеров объясненяется наличием в их составе карбоксильных групп. 5. Исследованием влияния pH и температуры среды на вязкость водных растворов, кинетики набухания и коллапса линейных и сшитых полимеров и сополимеров, на основе природных оксикислот показано наличие у них pH- и термочувствительных свойств. Наличие в составе полимеров как амидных, так и карбоксильных групп приводит к появлению у них уникального свойства: наличие в небольшом интервале температур двух критических температур смешения. 6. Проведённые биологические испытания полиакриламидо-И-метилен молочной кислоты выявили возможность её использования в качестве стимулятора роста растений. При этом показано, что полимерная форма молочной кислоты на 40% позволяет увеличить рост саженцев, на 15-20% всхожесть семян пшеницы сорта «Дустлик». Водорастворимый полимер на основе молочной кислоты внедрён в фермерском хозяйстве Шахризябского района Кашкадарьинской области в качестве стимулятора роста семян пшеницы (справка о внедрении от 18 января 2017 года № 03/20-92 Министерства сельского и водного хозяйства РУз). При использовании его на 10 гектарах среднезасолённой земли засеянной пшеницей может быть достигнут экономический эффект 1,6 млн. сум. 7. Получение радикальной полимеризацией стимул - чувствительных полимеров на основе акриламидов оксикислот соответствие процесса полимеризации теории Кабанова и Топчиева и исследование их физико-химических свойств, методы получения природных и синтетических функциональных полимеров использованы в фундаментальном проекте по теме ОТ-З-Ф-151 «Полимеры как носители биологически активных веществ, ингибиторы. Механизм действия дитерпеноидов» (НУУз, 2007-2011 гг.) для проведения исследований, позволяющих получать макромолекулярные терапевтические системы пролонгированного действия, целенаправленно доставляющие лекарственные вещества (справка ФТК-03-13/57 Комитета по координации развития науки и технологии от 18 января 2017 года). В результате проведённых научных исследований созданы новые стимул -чувствительные полимеры.