Синтез, свойства и применение О-карбоксиметилхитозана

Аннотация

Актуальность и востребованность темы диссертации. В мире большой интерес представляют производные ХЗ, которые получают химической, физической или ферментативной модификацией хитозана. В настоящее время развитие экспериментальных методов дало возможность получать биологически активные, экологически безопасные, нетоксичные препараты, обладающие водорастворимостью, гидрофильностью и другими основными свойствами. В мире одной из важных задач является получение образцов карбоксиметилхитозана, обладающих различной степенью замещения и водорастворимостью, внедрение их в практику, а также расширение областей применения. По этой причине создание нового природного полимера -карбоксиметилхитозана, полученного методом алкилирования, обладающего биологической активностью, установление оптимальных условий реакции, кинетических параметров, электронного строения и определение физико-химических свойств являются основной задачей. В годы независимости в республике особое значение уделено рациональному использованию природных ресурсов, в частности, созданию и применению биодеградируемых препаратов. В данном направлении активно развиваются научные и практические исследования по увеличению объема производства новых, импортозамещающих препаратов на основе местных источников сырья и достигнуты определенные результаты по обеспечению потребности республики, а также промышленности и других отраслей народного хозяйства. Следует отметить, что обеспечение необходимым количеством экологически безопасных, нетоксичных, биологически активных полимерных препаратов, полученных на основе природных полисахаридов, применяемых в сельском хозяйстве Республики недостаточно. Конкретные задачи для дальнейшего развития сельского хозяйства, поставленные в Стратегии действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан «углубленная и качественная переработка отечественного сырья, увеличение производства экспортоориентированной конкурентоспособной промышленной продукции», послужат руководством в реализации данной работы. В связи с этим применение природного полимерного препарата-карбоксиметилхитозана, обладающего стимулирующим и росторегулирующим свойствами при капсулировании семян сельскохозяйственных культур и обработке цитрусовых растений, имеет особое значение. Данное диссертационное направление в определенной степени служит выполнению задач, предусмотренных в Постановлении Президента Республики Узбекистан ПП-1442 от 15 декабря 2010 года «О приоритетах развития промышленности Республики Узбекистан в 2011-2015 годах», ПП-2789 от 17 февраля 2017 года «О мерах по дальнейшему совершенствованию деятельности Академии наук, организации, управления и финансирования научно-исследовательской деятельности», в Указе УП-4947 от 7 февраля 2017 года «Стратегия Действий по пяти основным направлениям развития Республики Узбекистан на 2017-2021 годы», а также в других нормативноправовых документах, принятых в данной сфере. Целью исследования является синтез О-карбоксиметилхитозана Bombyx топ, выявление особенностей реакции карбоксиметилирования хитозана, установление молекулярно-массовых характеристик и биологической активности. Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующем: выявлены оптимальные условия синтеза О-карбоксиметилхитозана Bombyx mori путем варьирования концентрации гидроксида натрия, соотношения алкилирующего агента, температуры и продолжительности процесса и кинетические параметры скорость и энергия активации; впервые установлен механизм реакции О-карбоксиметилирования хитозана путем изучения фазового и электронного строения КМХЗ на основе молекулярного моделирования в программе HyperChem 8.0; обоснованы параметры регулирования степени замещения и водорастворимости при получении О-карбоксиметилхитозана; доказаны молекулярно-массовые характеристики водорастворимого О-карбоксиметилхитозана, полученного на основе хитозана, методами вискозиметрии и скоростной седиментации. Заключение Результаты проведенных научных исследований по теме диссертации (PhD) «Синтез, свойства и применение О-карбоксиметилхитозана» состоят в следующем: 1. Впервые получен водорастворимый природный биополимер -карбоксиметилхитозан на основе хитозана Bombyx mori, методом алкилирования в среде изопропилового спирта при варьировании концентрации раствора гидроксида натрия, мольного соотношения ХЗ:МХУК, температуры, продолжительности реакции. Установлено, что при карбоксиметилировании хитозана степень замещения образцов составляет от 0,5 до 1,0; растворимость карбоксиметилхитозана в воде от 85 до 92,0%. 2. Предложен возможный механизм взаимодействия хитозана с монохлоруксусной кислотой в щелочной среде и определен состав карбоксиметилхитозана. Установлены значения скоростей реакции О-карбоксиметилхитозана, которые составляют от 0,47-105 моль/л с до 1,0-103 мол/лс 0,47, методами вискозиметрии и скоростной седиментации определена молекулярная масса карбоксиметилхитозана от Мп » 65500 до 78 900. 3. Впервые на основе компьютерного моделирования проанализировано пространственное и электронное строение карбоксиметилхитозана. Производные карбоксиметилхитозана характеризуются собственными геометрическими параметрами, дипольными моментами, энергиями ВЗМО и НСМО, эффективными зарядами на атомах и теплотами образования. В результате квантово-химического расчета АМ1 в вакууме определено, что заряд атома азота структуры О-КМХЗ составляет -0.325 eV. 4. Карбоксиметилхитозан был применен при капсулировании посевных семян селекционных сортов хлопчатника и овоще -бахчевых культур (лук, томат, морковь, свекла) как протравитель со стимулирующим эффектом. При капсулировании семян хлопчатника, карбоксиметилхитозаном с концентрацией 2%, при пересчете на 1 га для хлопка-сырца наблюдалось увеличение урожайности на =4,0-5,0% по отношению к контрольным (необработанным) семенам. Установлено, что черенки различных видов цитрусовых культур при обработке карбоксиметилхитозаном в условиях искусственного тумана развиваются в относительно короткие сроки.