Взаимодействие глицина с гидрогелем на основе сополимера акриламида и акрилата калия
Аннотация
С целью получения ряда данных о возможности поглощения аминокислот суперабсорбентами и влиянии температуры при проведении сорбционного процесса на величину поглощения исследовано взаимодействие глицина гидрогелем на основе сополимера акриламида и акрилата калия при 296 и 280 К в водных растворах в диапазоне концентраций 0.005-0.1 моль/дм3.
Установлено, что при температуре 280 К количество поглощенного глицина меньше по сравнению с сорбцией при 296 К. Показано, что зависимость коэффициента распределения от равновесных концентраций глицина проходят через максимумы. Рост коэффициента распределения связан с накоплением аминокислоты в фазе сорбента при низких концентрациях раствора, в дальнейшем происходит заполнение сорбционных центров и структурирование внутреннего раствора, что приводит к уменьшению коэффициента распределения.
Аминокислота в водном растворе находится в виде биполярного иона, исключается перезарядка системы «функциональная группа-противоион» в данных условиях, таким образом предполагается поглощение по механизму необменной сорбции. Основываясь на предположении о том, что сорбционным центром в данной сорбционной системе будет СООК-группа, не способная к обмену в данных условиях, термодинамическое описание провели согласно представлениям о стехиометричности процесса.
Рассчитаны коэффициенты активности, термодинамические константы и дифференциальные энергии Гиббса, которые имеют отрицательные значения, что свидетельствует о самопроизвольности и энергетической выгодности процессов. Необходимо отметить, что изменение данной величины во всех системах при сорбции исследуемой аминокислоты происходит в диапазоне значений от -13 до -5 кДж/моль, что свидетельствует о слабом взаимодействии поглощаемой аминокислоты с фазой гидрогеля.
С использованием программы Gaussian 09W методом гибридного функционала плотности B3LYP в базисе 6-31G++(d,p) было проведено моделирование набухания гидрогеля, с варьированием количества молекул воды от 9 до 15, приходящихся на функциональную группу. Проведенное квантово-химическое моделирование показывает, что поглощение глицина гидрогелем сопровождается перераспределением молекул воды между аминокислотой и функциональными группами гидрогеля.
Скачивания
Литература
Xinyue Liu, Ji Liu, Shaoting Lin, Xuanhe Zhao. Hydrogel machines. Materials Today. 2020; 36: 102-124. https://
doi.org/10.1016/j.mattod.2019.12.026
Arn Mignona, Nele De Beliea, Peter Dubruel, Sandra Van Vlierbergheb. Super-absorbent polymers: A review on the characteristics and applications of synthetic, polysaccharide-based, semi-synthetic and ‘smart’ derivatives. European Polymer J. 2019; 117: 165-178. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2019.04.054
Faheem Ullah, Muhammad Bisyrul Hafi Othman, Fatima Javed, Zulkifli Ahmad, Hazizan Md. Akil. Classification, processing and application of hydrogels: A review. Mate-rials Science and Engineering C. 2015; 57: 414-433. https://doi.org/10.1016/j.msec.2015.07.053
Sennakesavan G., Mostakhdemin M., Dkhar L.K., Seyfoddin A., Fatihhi S.J. Acrylic acid/acrylamide based hydrogels and its properties – A review. Polymer Degradation and Stability. 2020; 180: 1-11. https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2020.109308
Minmin Li, Yuting Xiong, Guang-yan Qing. Smart bioseparation materials. TrAC Trends in Analytical Chemistry. 2020; 124: 1-12. https://doi.org/10.1016/j.trac.2019.06.035
Kurenkov V.F., Vodorastvorimye polimery akrilamida, Sorovsky educational J. 1998; 11: 138-142.
Khokhlov V.Yu. Dis. d-ra khim. nauk. Voronezh. 2008. 315 p.
Roshal E.R., Demina N.G., Sholin A.F. Analysis of amino acids in the form of copper complexes. Russian Chem.-Pharm. J. 1988; 6: 30-37. (In Russ.)
Trunaeva E.S., Khokhlova O.N., Khokhlov V.Y. Thermodynamic description of the nonexchange sorption of sub-stances by ion exchangers. Russian J. of Physical Chemistry A. 2018; 92(12): 2440-2444. https://doi.org/10.1134/S0044453718120440
Frisch M.J., Trucks G.W., Schlegel H.B., Scuseria G.E., Robb M.A., Cheeseman J.R., Scalmani G., Barone V., Petersson G.A., Nakatsuji H., Li X., Carica-to M., Marenich A., Bloino J., Janesko B.G., Gomperts R., Mennucci B., Hratchian H.P., Ortiz J.V., Izmay-lov A.F., Sonnen-berg J.L., Williams-Young D., Ding F., Lipparini F., Egidi F., Goings J., Peng B., Petrone A., Henderson T., Ranasinghe D., Zakrzewski V.G., Gao J., Rega N., Zheng G., Liang W., Hada M., Ehara M., Toyota K., Fukuda R., Hasegawa J., Ishida M., Nakajima T., Honda Y., Kitao O., Nakai H., Vreven T., Throssell K., Montgomery J.A., Jr., Peralta J.E., Ogliaro F., Bearpark M., Heyd J.J., Brothers E., Kudin K.N., Staroverov V.N., Keith T., Kobayashi R., Normand J., Raghavachari K., Rendell A., Burant J.C., Iyengar S S., Tomasi J., Cossi M., Millam J. M., Klene M., Adamo C., Cammi R., Ochterski J.W., Martin R.L., Morokuma K., Farkas O., Foresman J.B., Fox D.J. Gaussian 09, Revision A. 02. Gaussian, Inc., Wallingford CT, 2016.
Makogon B.P., Bondarenok T.A. Gidratatsiya polietilenoksida i poliakrilamida v rastvore. Vysokomolekulyarnye soedineniya. 1985; 27(3): 563-566. (In Russ.)
Masimov E.A., Abbasov Kh.F. Hy-dration numbers of ions in aqueous solu-tions of KOH, KCl, KI, and KIO3 according to refractometric data. J. of physical chemistry. 2013; 87(8): 1438-1440. https://doi.org/10.7868/S0044453713080190
