Высокомолекулярные соединения
Структура полимерных цепей и ее влияние на физические свойства полимеров. Существование двух типов связей – химических и межмолекулярных, удерживающих макромолекулярные цепи друг около друга. Характеристики растворов высокомолекулярных соединений.
Рубрика | Медицина |
Вид | реферат |
Язык | русский |
Дата добавления | 18.05.2017 |
Размер файла | 54,7 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Высокомолекулярные соединения
ВМС. Классификация. Строение и свойства
Высокомолекулярные соединения (ВМС) - это вещества, молекулы которых состоят из большого числа химически связанных атомов. Такие молекулы называют макромолекулами. Их молярные массы находятся в пределах 104<М<106 г/моль. ВМС могут быть природного происхождения (белки, высшие полисахариды, пектины, натуральный каучук) или синтетические (пластмассы, синтетические волокна). Природные ВМС (биополимеры) являются структурной основой всех живых организмов.
В последнее время большое количество ВМС получают синтетическим путем. Известно два принципиально различающихся метода синтеза ВМС - полимеризация и поликонденсация. Наряду с синтетическими методами получения ВМС из низкомолекулярных соединений представляет интерес получение полимеров методом химических превращений. Этот метод состоит в том, что готовое высокомолекулярное соединение вступает в различные химические реакции, с помощью которых вводятся новые функциональные группы, либо имеющиеся функциональные группы превращаются в другие, либо происходят сшивки готовых макромолекул или деструкция, что придает полимерам другие свойства.
По пространственной структуре полимеры подразделяют на следующие группы: линейные, разветвленные и пространственные.
Линейные полимеры построены из длинных одномерных элементов структуры - отдельных макромолекул или молекулярных блоков. К ним относятся натуральный каучук, желатин, целлюлоза.
Разветвленные полимеры состоят из цепей с боковыми ответвлениями. Это крахмал (гликоген), амилопектин, дивиниловый каучук и другие.
Пространственные полимеры представляют собой трехмерную сетку, которая образуется при соединении отрезков цепей химическими связями (например, фенолформальдегидные смолы). Пространственные полимеры, цепи которых сшиты короткими мостичными связями, например, атомами О или S, называются сшитыми (резина, эбонит, некоторые акриловые полимеры).
Структура полимерных цепей существенно влияет на физические свойства полимеров. Так, линейные макромолекулы могут плотно располагаться друг около друга, за счет чего межмолекулярное взаимодействие усиливается, и полимеры могут образовывать кристаллическую структуру. Это определяет их высокую плотность, теплостойкость и другие свойства. Разветвленные макромолекулы не упаковываются легко в кристаллическую решетку и поэтому физические свойства их ухудшаются. Сильно сшитые полимеры неплавки, нерастворимы в любых растворителях (но могут ограниченно набухать), не способны к высокоэластичным деформациям. Даже биологическая активность одного и того же полимера различна в зависимости от структуры цепи макромолекулы.
Специфические свойства полимеров обусловлены главным образом двумя особенностями: 1) существованием двух типов связей - химических и межмолекулярных, удерживающих макромолекулярные цепи друг около друга; 2) гибкостью цепей, связанной с внутренним вращеньем звеньев. В результате чего макромолекула может изменять пространственную форму путем перехода из одной конформации к другой. В результате конформационных изменений макромолекулы могут либо свертываться, образуя глобулы и клубки или выпрямляться и укладываться в ориентированные структуры - пачки. Наиболее вероятной конформацией молекулы ВМС является клубок, или глобула. Гибкость цепей полимеров зависит от химического строения цепи, природы заместителей, их числа и распределения по длине цепи, числа звеньев в цепи.
Свойства растворов ВМС
Растворы ВМС, как и растворы низкомолекулярных соединений (НМС), являются гомогенными, термодинамически равновесными и агрегативно устойчивыми системами. Это истинные растворы.
Однако свойства растворов ВМС (табл. 1) существенно отличаются от свойств растворов НМС. Отличия заключается в том, что растворы ВМС обладают малой скоростью диффузии, малым осмотическим давлением, значительной вязкостью, чем соответствующие им по концентрации растворы НМС. Растворы ВМС имеют также свойства. Не присущие растворам НМС: светорассеивание, тиксотропия.
Тиксотропия - способность в изотермических условиях самопроизвольно восстанавливать свою структуру после механического разрушения.
Таблица 1
Характеристики и свойства различных дисперсных систем
Характеристики и свойства |
Растворы истинные |
||
Низкомолекулярных веществ |
ВМС |
||
1. Дисперсологическая характеристика |
Гомогенная система |
||
1.1. Дисперсионная среда |
жидкая |
Жидкая |
|
1.2. Дисперсная фаза |
Молекулы, ионы |
Макромолекулы |
|
1.3. Поверхность раздела фаз |
Нет |
Нет |
|
1.4. Размер частиц дисперсной фазы, нм |
До 1(до 10-9 М) |
1-100(10-9 - 10-7 м) |
|
2. Устойчивость |
|||
2.1. Агрегативная |
Устойчивы |
Устойчивы |
|
2.2. Термодинамическая |
Устойчивы |
Устойчивы |
|
3. Физические свойства |
|||
3.1. Диффузия |
Хорошо выражена |
Слабо выражена |
|
3.2. Диализ |
Происходит |
Не происходит |
|
3.3. Осмотическое давление |
Высокое |
Низкое |
|
3.4. Броуновское движение |
Есть |
Есть |
|
3.5. Конус Тиндаля |
Нет |
Нет |
|
3.6. Вязкость |
Низкая |
Относительно высокая |
|
3.7. Возможность ультрафильтрации (диаметр пор фильтра менее 1 нм) |
Есть |
Нет |
|
3.8. Возможность фильтрации через бумажный фильтр |
Есть |
Есть для невязких растворов |
|
3.9. Возможные явления под действием электролитов, спирта, сиропов, глицерина |
Изменение растворимости |
Высаливание (дегидратация) |
Растворение ВМС происходит самопроизвольно, но имеет характерную особенность, растворению предшествует набухание, которое заключается в увеличении объема и массы полимера за счет поглощения им какого-то количества растворителя. Количественной мерой набухания является степень набухания б, которая может иметь объемное или массовое выражение: полимерный межмолекулярный химический
б = или б=, где
б - степень набухания;
V0 и V, m0 и m - соответственно объемы и массы исходного и набухавшего полимера.
Причина набухания заключается в различии свойств двух компонентов - ВМС и НМС. Скорость этого процесса определяется подвижностью молекул, коэффициентом их диффузии. Специфика набухания полимеров заключается в том, что взаимодействуют и смешиваются молекулы, различающиеся между собой на много порядков по своим размерам и подвижности. Поэтому переход макромолекул в фазу растворителя происходит очень медленно, тогда как молекулы НМС быстро проникают в сетку полимера, раздвигая цепи и увеличивая его объем.
Гибкость цепей облегчает проникновение малых молекул в сетку полимера. То есть, процесс набухания представляет собой одностороннее смещение, обусловленное большим различием в размерах молекул.
Способность к набуханию есть свойство полимера, определяемое его составом и строением, как и структурно-механические его свойства. Поэтому процесс набухания всегда специфичен. Полимер набухает ни в любом, а лишь в "хорошем" растворителе, с которым он взаимодействует. Это взаимодействие связано с полярностью. Поэтому полярные полимеры набухают в полярных жидкостях, например, белки в воде, неполярные - в неполярных (каучук в бензоле).
Набухание может быть ограниченным и неограниченным. В первом случае б достигает постоянной предельной величины (например, набухание желатина в воде при комнатной температуре), во втором - значения m и б проходят через максимум, после которого полимер постепенно растворяется (например, желатин в горячей воде). В этом случае набухание является начальной стадией растворения.
Процесс набухания можно разделить на 2 стадии. На первой стадии происходит выделение теплоты ?Н, наблюдается контракция системы (уменьшение общего объема). Вторая стадия почти не сопровождается контракцией и выделением теплоты, но характеризуется увеличением б и объема набухающего полимера.
Ограниченное набухание обычно заканчивается на второй стадии, неограниченное приводит к растворению полимера. Ограниченно набухший полимер называется студнем.
Одним из факторов, влияющим на процесс набухания и растворения полимеров, является степень полярности звеньев полимера и молекул растворителя. Если полярности звеньев цепи и молекул растворителя близки между собой, то набухание и растворение таких полимеров происходит относительно легко.
Вторым фактором, способствующим этим процессам, является гибкость цепей полимера, так как процесс растворения связан с отделением цепей друг от друга и диффузией их в растворителе.
Определенное значение в процессах набухания и растворения ВМС имеет молярная масса полимера, поскольку с удлинением цепей энергия взаимодействия между ними возрастает и для отделения их друга от друга требуется больше энергии. Чем выше молярная масса полимера, тем труднее он растворяется. На процесс набухания влияет также температура, рН среды, присутствие электролитов.
Нарушение устойчивости растворов ВМС
Растворы ВМС - устойчивые системы, однако при определенных условиях возможно нарушение устойчивости, что приводит к высаливанию, коацервации, застудневанию.
Высаливание ВМС. Растворы ВМС образуются самопроизвольно и являются термодинамически устойчивыми.
Под влиянием электролитов происходит процесс выделения ВМС из раствора, называемый высаливанием. Для разрушения раствора ВМС требуется большая концентрация электролита.
В основе механизма высаливания ВМС лежит процесс дегидратации. Ионы введенного электролита и молекулы спирта как бы "отнимают" большую часть растворителя от макромолекулы полимера. Концентрацию электролита, при которой наступает быстрое осаждение полимера, называют порогом высаливания ВМС. Высаливающее действие ионов изменяется в соответствии с их гидратируемостью. Высаливание ВМС имеет большое практическое значение. Его применяют для фракционирования белков, полисахаридов и других веществ.
В фармацевтической технологии высаливание часто применяют в производстве ферментных и других препаратов из животного сырья с целью осаждения примесей сопутствующих белков или для выделения действующего белка (гормона, фермента).
В аптечной технологии лекарств высаливающее действие электролитов (а также этилового спирта, сахарного сиропа), учитывают при изготовлении растворов ВМС. Этиловый спирт и большие количества электролитов несовместимы с раствором ВМС.
Коацервация. При нарушении устойчивости раствора ВМС возможно образование коацервата - новой жидкой фазы, обогащенной полимером. Это явление носит название коацервации и характерно для ряда белков. Оно заключается в разложении системы на две фазы, из которых одна представляет собой раствор ВМС в растворителе, а другая - раствор растворителя в ВМС. Коацерват может находиться в исходном растворе в виде капель или образовывать сплошной слой (расслаивание). Процессу коацервации способствует низкая температура, изменения рН среды, введение низкомолекулярных электролитов. Наиболее изучена коацервация белков и полисахаров в водных растворах. Коацервацию используют при микрокапсулировании лекарств.
Застудневание. В результате ограниченного набухания ВМС или частичного испарения растворителя из раствора ВМС образуются студни. Таким образом, студень можно рассматривать как ограниченно набухший полимер или концентрированный раствор полимера. Студни - это гомогенные системы. При старении гомогенность студней нарушается вследствие синерезиса - постепенного сжатия полимерной сетки (матрицы) и выделения жидкой фазы.
Синерезиз сопровождается уплотнением пространственной структуры-сетки и уменьшением объема студня. Пример синерезиса - отделение сыворотки при свертывании крови.
Явление студнеобразования широко применяется при создании лекарственных препаратов - мазей и суппозиториев на соответствующих основах, депо лекарственных веществ, сорбентов, мембран с регулируемой скоростью высвобождения. Студни используют в процессе гельпроникающей хроматографии при разделении на группы суммарных (например, экстракционных) препаратов, а также для получения обессоленных препаратов, в том числе обессоленной воды.
Таким образом, разнообразные специфические свойства природных и синтетических полимеров широко используются в фармацевтической технологии. Применение их идет по разным направлениям.
Приготовление растворов некоторых природных ВМС
Растворы пепсина
Пепсин, являющийся ферментом, относится к неограниченно набухающим ВМС. В рецептах чаще всего выписывается в сочетании с хлористоводородной кислотой. Готовят раствор пепсина массо-объемным методом. Так как пепсин инактивируется в сильных кислотах, большое значение имеет порядок смешивания компонентов прописи.
Вначале готовят раствор кислоты и в нем растворяют пепсин. Растворы пепсина фильтруют через ватный тампон или стеклянный фильтр. Не рекомендуется фильтровать раствор пепсина через фильтры из бумаги, т.к. он адсорбируется на них, что приводит к уменьшению концентрации фермента.
Растворы желатина
Желатин относится к ограниченно набухающим ВМС. Готовят растворы желатина массо-объемным методом. В тарированную фарфоровую чашку помещают рассчитанное количество желатина, заливают четырехкратным количеством воды очищенной и оставляют для набухания на 40-60 минут. К набухшему желатину добавляют оставшееся количество воды и нагревают на водяной бане до растворения желатина. Полученный теплый раствор фильтруют через двойной слой марли в отпускной флакон. Флакон укупоривают и оформляют к отпуску.
Растворы крахмала
Ограниченно набухающее ВМС. Растворы крахмала готовят по массе. Если концентрация раствора не указана, то готовят 2% раствор по прописи ГФ VII: Крахмала - 1 часть,
Воды холодной - 4 части,
Воды горячей - 45 частей,
Например:
Возьми: Раствора крахмала 100,0
Дай. Обозначь. Для клизмы.
В фарфоровой чашке кипятят 90 мл воды очищенной и в кипящую воду добавляют приготовленную в стаканчике взвесь 2,0 крахмала в 8 мл холодной воды. Смесь энергично перемешивают, не допуская комкования. Кипятят не более 1-1,5 мин до получения прозрачного раствора, при необходимости доводят массу раствора до 100,0. Укупоривают. Оформляют к отпуску.
Литература
1. Полимеры в фармации. /Под ред. А.И. Тенцовой и М.Т. Алюшина. М.: Медицина, 1985.-254 с.
2. Тютенков О.Л., Филипин Н.А., Яковлева Ж.И. Тара и упаковка готовых лекарственных средств. - М.: Медицина, 1982-128 с.
3. А.М. Шур. Высокомолекулярные соединения. - М.: Высшая школа, 1981-656 с.
4. Башура Г.С., Оридорога В.А. Вспомогательные вещества и их роль в создании лекарственных форм.// Технология и стандартизация лекарств: Сб. науч. трудов. - Харьков, 1996 - С 317-411.
5. Лишвиц В.С., Зайков Г.Е. Лекарственные формы на основе биодеструктирующихся полимеров (обзор). // Хим.- фармац. журнал. - 1991 - №1, С. 15-25.
6. Высокомолекулярные соединения в фармацевтической технологии // Метод. Разработка для студентов. Пермь 1991 - 27 с.
7. Свойства ВМС и их растворов использование в фармацевтической технологии //Учебно-методическая разработка для студентов, Пермь - 2000.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
История мировой полимерной революции. Анализ значимости полимерных материалов в деле сохранения здоровья человека. Физико-химические и механические свойства линейных полимеров. Развитие методов синтеза и модификации медицинских полимеров и сополимеров.
доклад [50,8 K], добавлен 02.02.2013Клетка и ее строение. Прокариоты и эукариоты. Основы молекулярной структуры химических элементов и различных химических неорганических и органических соединений. Рост и биосинтез живого организма, его метаболизм. Роль ферментов и синтез полимеров.
контрольная работа [1,1 M], добавлен 25.04.2009Синтетические материалы как высокомолекулярные органические соединения — полимеры. Характерные свойства и положительные качества синтетических материалов. Классификация современных шовных материалов. Синтетические суставы, кости, сосуды и клапаны сердца.
презентация [1,1 M], добавлен 03.05.2014Токсическое действие полимерных материалов на организм человека, гигиена их применения. Гигиенические требования к изделиям из полимеров, санитарно-гигиеническая экспертиза изделий. Требования к материалам, которые примененяются в пищевой промышленности.
реферат [16,1 K], добавлен 19.01.2010История мировой полимерной революции. Токсическое действие полимерных материалов на организм человека. Гигиена применения полимерных материалов. Санитарно-гигиеническая экспертиза изделия. Использование протезов из бактерицидных полимерных материалов.
презентация [2,0 M], добавлен 16.05.2016Теоретические основы исследования связи типов ВНД и свойств темперамента. Основные свойства темперамента. Свойства нервной системы. Психологическая характеристика типов темперамента. Классификация типов ВНД. Темперамент и деятельность.
реферат [49,6 K], добавлен 12.04.2007Виды и свойства лекарственных веществ. Особенности химических (кислотно-основное, не водное титрование), физико-химических (электрохимические, хроматографические) и физических (определение точек затвердевания, кипения) методов фармацевтической химии.
курсовая работа [622,7 K], добавлен 07.10.2010Физические законы, лежащие в основе тонических растворов. Виды гипертонических растворов. Нахождение в природе хлорида натрия и его получение. Дополнительные испытания на чистоту хлорида натрия. Основные способы приготовления гипертонического раствора.
дипломная работа [389,7 K], добавлен 13.09.2016Жидкие лекарственные формы (ЖЛФ), их преимущества и недостатки. Растворители, используемые в технологии жидких лекарственных форм, классификация и требования, предъявляемые к ним. Биофармацевтические характеристики, растворение и стабилизация растворов.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 09.06.2010Классификация гетероциклических соединений. Общее понятие и свойства алканоидов. История применения растений, содержащих алкалоиды. Ф. Сертюрнер - немецкий аптекарь, выделивший морфин из опиума. Биологическая роль и применение алконоидов в медицине.
презентация [348,0 K], добавлен 05.04.2016Анатомия позвоночника и спинного мозга, связки позвоночника, оболочки спинного мозга и его кровоснабжение, спинномозговая жидкость. Местные анестетики, физические характеристики растворов анестетиков. Показания и противопоказания к проведению анестезии.
презентация [395,7 K], добавлен 01.04.2010Источники возбудителя и классификация микобактерий туберкулеза. Антигенная структура микобактерий. Патогенность и вирулентность различных видов микобактерий. Влияние химических факторов на микобактерии Иммунизирующее свойства микобактерий. Диагностика.
курсовая работа [67,7 K], добавлен 30.03.2008Полисахариды, жиры, витамины, органические кислоты, фенольные соединения, эфирные масла, сапонины, сердечные гликозиды, алкалоиды: характеристика, строение, химические и физические свойства, методы качественного и количественного определения в растениях.
курсовая работа [182,1 K], добавлен 10.03.2014Протезы, в которых соединение отдельных частей производится бюгелем. Фиксация протеза в полости рта. Бюгельные протезы на телескопических коронках. 5 типов опорно-удерживающих кламмеров. Отличия бюгельных протезов от других видов съемных конструкций.
презентация [3,6 M], добавлен 14.11.2016Строение, классификация антарценпроизводных, их физические и химические свойства. Локализация и динамика накопления в растениях соединений феенольной природы. Приготовление и фармакологическое действие сырья, содержащего производные хризацина и ализарина.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 17.11.2010Понятие и характеристика терпенов как углеводородов, скелет которых построен из звеньев изопрена, их физические и химические свойства. Принципы формирования лекарственных препаратов на основе данных соединений. Критерии оценки качества препаратов.
презентация [692,3 K], добавлен 03.12.2014Рефрактометрия как один из методов идентификации химических соединений, их количественного и структурного анализа, определения физико-химических параметров. Актуальность рефрактометрии для анализа лекарственных веществ для среднестатистической аптеки.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 02.06.2011Инъекционные формы, их характеристика. Преимущества, недостатки инъекционного введения. Классификация, технология, требования к инъекционным растворам. Приготовление инъекционных растворов без стабилизаторов, с стабилизатором, физиологических растворов.
курсовая работа [38,7 K], добавлен 16.02.2010Лекарственные формы, полученные растворением жидких, твердых или газообразных веществ в соответствующем растворителе. Характеристика неводных растворов. Растворимость лекарственных средств. Растворители, применяемые для изготовления неводных растворов.
реферат [78,4 K], добавлен 30.10.2014Сферы применения и разновидности кристаллоидных растворов. Структура и назначение замещающих и базисных растворов, требования к ним. Раствор Дарроу как корригирующий, применяемый при дефиците калия и алкалозе, показания и противопоказания к применению.
реферат [16,6 K], добавлен 10.09.2009