Научный журнал

Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955

ИФ РИНЦ = 0,593

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Масимов Э.А. 1 Шахбазова Г.М. 1 Багиров Т.О. 1 Оджагвердиева С.Я. 1

---

1 Бакинский государственный университет

В данной работе было исследовано влияние некоторых одноатомных спиртов (метанол, этанол, пропанол) на фазовую диаграмму водной двухфазной системы «полиэтиленгликоголь (ПЭГ)-натриевая соль лимонной кислоты-вода». Получено, что бинодали фазовой диаграммы в присутствии метанола (CH3OH) и этанола (CH3CH2OH) смещены в сторону увеличения гомогенной области диаграммы, причем такое смещение тем меньше, чем больше число гидрофобных функциональнах групп в молекуле спирта. В присутствии пропанола (CH3CH2CH2OH), где число гидрофобных групп равно трем, бинодали смещены в сторону увеличение гетерогенной области фазовой диаграммы. Предполагается, что разрушение структуры воды и соответственно улучшение совместимости фазообразующих компонентов двухфазной системы за счет гидроксильной группы спиртов превалирует в случае гидрофобных групп меньше трех.

Статья в формате PDF

1102 KB

водно-двухфазные системы

натриевая соль лимонной кислоты

полиэтиленгликоголь

одноатомные спирты

1. Beijeriak M. Ueber Emulsious bilding bei der Vermischung wasseriger lo sungen gewisser gelatinierender Kolloide // Kolloid-z. – 1910. – V.7. – p. 12–16.

2. Albertson P.A. Partition of cell particles and macromolecules, New York: Wiley, 3rd, 1986, 412 p.

3. Dobry A., Boyer-Kawenoki F. Phase separation in polymer solution // y. Polym. Sci2, 1947, p. 90.

4. Золотов Ю.А. Жидкостная экстракция в системе "водный раствор соли – водный раствор полиэтиленгликоголя". ДАН СССР , 1983, Т, 273,Н1, с.107–110.

5. Альбертсон П.О. Разделения клеточных частиц и макромолекулы. – М.: Мир, 1974. – С. 381.

6. Заславский Б.Ю., Масимов Э.А., Михеева Л.М. Способ оценки относительной гидрофобности водных растворов полимеров / ДАН СССР, 1981, Т.261. – С. 669–671.

7. Zaslavsky B.Y., Masimov E.A., Methods of Analysis of the Relative Hydrophobicity of Biological Solutes // Topics current Chemistry. – 1988. – V. 146. – p. 171–202.

8. Оджагвердиева С.Я. Кандидатская диссертация, Баку, 2015.

Как известно, при смешивании водных растворов двух полимеров при определенных концентрациях компонентов смеси расслаиваются на две жидкие фазы. Впервые это явление было обнаружено в работе [1]. В дальнейшем стало известно, что существуют также другие пары полимеров, которые термодинамически не совместимы в одном общем растворителе (воде), и выше определенных концентраций этих полимеров системы разделяются на две фазы [2]. Исследование водорастворимых полимеров в общем растворителе подтвердило, что фазовое расслоение в смесях полимеров в воде явление обычное [3] и растворителем в обеих фазах, является вода, при этом её содержание в каждой из фаз может составлять 70 и более процентов, а каждая из фаз системы обогащена одним из полимеров.

Следует отметить, что несовместимость компонентов в общем растворителе (воде) может иметь место и в водных смесях полимера с неорганической или органической солями, например, в системах ПЭГ-некоторые соли [4].

Впервые водные двухфазные системы, образуемые двумя несовместимыми парами полимеров, были систематически исследованы Альбертсоном, результаты которых были представлены в виде монографии [5]. Метод неравномерного распределения вещества в двухфазных водно-полимерных системах, который применен в работе [5], позволил осуществить разделение и очистку биологических материалов различной природы (белков, нуклеиновых кислот, клеточных органелл, вирусов, бактерий и т.д.).

В последнее время для разделения и очистки различных веществ и фракционирования высокомолекулярных соединений широко используют водные двухфазные системы «полимер-вода-соль». В качестве соли используют как неорганические, так и органические соли. Такие системы отличаются сравнительно высокой скоростью разделения и значительной дешевизной используемых материалов. Роль исследования водных двухфазных систем и метода распределения веществ в таких системах значительно возросла после того, как в работе [6] были показаны возможности этого метода для оценки относительной гидрофобности водных растворов различных веществ, очень важного параметра, определяющего процесс расслоения, а также возможности направленного регулирования разделительной способности этих водных двухфазных систем (полимер-полимер-вода; полимер-соли-вода).

Согласно развиваемым в последнее время представлениям основой возникновения разделительных свойств, определяемых разницей в свойствах сосуществующих фаз водных двухфазных систем, являются различия в структуре воды равновесных фаз системы.

Поскольку вода в таких сложных системах находится под воздействием многих факторов (температура, природа фазообразующих компонентов, различные добавки, молекулярно-массовое распределение полимерного компонента системы и т.д.), изучение влияния этих факторов, как в отдельности, так и совместно на структуру воды и, соответственно, на свойства водных двухфазных систем очень важно для понимания механизма расслоения системы на две фазы и управления разделительной способностью таких систем. Для описания водных двухфазных систем принято использовать фазовые диаграммы (бинодальние кривые, соединительные линии и т.д.) этих систем, где на оси ординат откладываются содержание одного полимера (в весовых концентрациях), на оси абсцисс содержание другого полимера или соли. Важное значение имеет, как с практической, так и с теоретической точек зрения исследование влияния различных веществ на фазовые диаграммы водных двухфазных систем.

Нами было изучено влияние некоторых одноатомных спиртов (метанол, этанол, пропанол) на фазовую диаграмму водной двухфазной системы «ПЭГ-натриевая соль лимонной кислоты-вода»).

Впервые водно-двухфазные системы на основе ПЭГ-органические соли и влияние различных факторов на фазовые диаграммы этих систем исследовано в работе [8]. Полученные результаты по влиянию спиртов на фазовую диаграмму двухфазной системы ПЭГ-натриевая соль лимонной кислоты-вода представлены на рис.1. Как следует из рисунков бинодали фазовой диаграммы в присутствии метанола и этанола смещены в сторону увеличения гомогенной области диаграммы, причем такое смещение тем меньше, чем больше число гидрофобных функциональных групп в молекуле спирта. Как следует из рисунков, в присутствии пропанола (CH3CH2CH2OH) число гидрофобных групп равно трем, бинодали смещены в сторону увеличения гетерогенной области фазовой диаграммы.

Влияние некоторых спиртов на фазовую диаграмму двухфазной систем «ПЭГ-натриевая соль лимонной кислоты-вода»: 1 – основная бинодаль; 2 – метанол; 3 – этанол; 4 – пропанол (0,3 мол/л); 5– пропанол (0,5 мол/л)

Полученные результаты можно попытаться объяснить следующим образом. Фазообразующие компоненты системы – ПЭГ и натриевая соль лимонной кислоты в какой-то мере структурируют воду. В этом не малую роль играют ионы натрия диссоциированной соли, которые блокируют атомами кислорода молекулы полиэтиленгликоголя, тем самым отключая водородные связи этого кислорода с молекулами воды. При присутствии спиртов, их гидроксильные группы, входя в водородную связь с молекулами воды в некоторой степени разрушают структуру воды, что приводит к улучшению совместимости фазообразующих компонентов. Однако гидрофобные функциональные группы спиртов естественно структурирует воду, уменьшая частоты обмена между молекулами воды, связанными с молекулами спиртов, и между объемными молекулами воды. Этот процесс приводит к ухудшению совместимости фазообразующих компонентов. Первый из этих процессов, т.е. возникновение водородных связей между гидроксильными группами спиртов и молекулами воды, разрушая структуру воды, приводит к улучшению совместимости фазообразующих компонентов, а второй процесс за счет гидрофобной гидратации неполярных функциональных групп спиртов приводит к ухудшению совместимости фазообразующих компонентов двухфазной системы. В конкуренции этих двух процессов, как показывают результаты экспериментов, превалирует сначала разрушающее структуру воды влияние гидроксильных групп спиртов, затем с увеличением гидрофобных групп спиртов влияние этих групп компенсирует влияние OH- групп и в дальнейшем превосходит влияние единственной гидроксильной группы спиртов. Об этом свидетельствует также увеличение смещения бинодали под влиянием пропилового спирта с ростом его концентрации.

Библиографическая ссылка