Определение качественного состава макромолекулярных комплексов ионов Cu(II), Zn(II), Co(II), Mn(II) с сополимером акриламида и акрилата натрия

  • Елена Константиновна Фомина Учреждение БГУ «Научно-исследовательский институт физико-химических проблем», ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск
  • Галина Васильевна Бутовская Учреждение БГУ «Научно-исследовательский институт физико-химических проблем», ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск
  • Леонид Петрович Круль Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск
  • Евгений Валерьевич Гринюк Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск
  • Олег Владиславович Якименко Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск

Аннотация

Показано, что при смешивании водных растворов сополимера акриламида с акрилатом натрия, полученного щелочным гидролизом полиакрилонитрильного волокна, и сульфатов Cu(II), Zn(II), Co(II), Mn(II) при комнатной температуре образуются макромолекулярные комплексы, состав которых зависит от мольного соотношения карбоксилатной группы сополимера и иона металла в растворе. Методом фурье-ИК-спектроскопии определен тип комплексов ионов изученных металлов с карбоксилатной группой сополимера. Найдены условия, при которых предпочтительно формируются бидентатные и /или монодентатные комплексы, а также образуются мостиковые (или псевдомостиковые) связи. Установлена возможность участия атомов азота амидной группы в образовании координационной связи с ионами Cu(II). Высказано предположение о том, что при образовании бидентатных нерастворимых гидрофобных комплексов ионов металлов с карбоксилатной группой сополимера (при мольных отношениях COO– – Mе(II), равных 1 : 1 и 2 : 1) происходит изменение степени гидратации амидной группы сополимера.

Биографии авторов

Елена Константиновна Фомина, Учреждение БГУ «Научно-исследовательский институт физико-химических проблем», ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск

старший научный сотрудник лаборатории структурно-химического модифицирования полимеров

Галина Васильевна Бутовская, Учреждение БГУ «Научно-исследовательский институт физико-химических проблем», ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск

кандидат химических наук, доцент; ведущий научный сотрудник лаборатории структурно-химического модифицирования полимеров

Леонид Петрович Круль, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск

доктор химических наук, профессор; заведующий кафедрой химии высокомолекулярных соединений химического факультета

Евгений Валерьевич Гринюк, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск

кандидат химических наук, доцент; доцент кафедры радиационной химии и химико-фармацевтических технологий химического факультета

Олег Владиславович Якименко, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск

младший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории химико- аналитических систем кафедры аналитической химии химического факультета

Литература

  1. Abzaeva K. A., Voronkov M. G., Lopyrev V. A. [Biologically active derivatives of polyacrylic acid]. Vysokomolek. Soed. Ser. B. 1997. Vol. 39, No. 11. P. 1883–1904 (in Russ.).
  2. Аbzаеvа К. А., Voronkov M. G., Zhilitskaya L. V., et al. [Antitumor effect of polymetalloacrylates – hemostatics of new generation]. Khim.-fаrmаtsеvt. zh. 2012. Vol. 46, No. 4. P. 11–13 (in Russ.).
  3. Li W., Zhao H., Teasdale P. R., et al. Synthesis and characterisation of a polyacrylamide-polyacrylic acid copolymer hydrogel for environmental analysis of Cu and Cd. React. Funct. Polym. 2002. Vol. 52. P. 31–41.
  4. Cavus S., Gurdag G., Sozgen K., et al. The preparation and characterization of poly(acrylic acid-co-methacrylamide) gel and its use in the non-competitive heavy metal removal. Polym. Advan. Technol. 2009. Vol. 20, No. 3. P. 165–172.
  5. Xie J., Liu X., Liang J. Absorbency and adsorption of poly(acrylic acid-co-acrylamide) hydrogel. J. A ppl. Polym. Sci. 2007. Vol. 106. P. 1606–1613.
  6. Han M., Chi L., Ye M., et al. Crosslinking reaction of polyacrylamide with chromium (III). Polym. Bull. 1995. Vol. 35, No. 1–2. P. 109–113.
  7. Pomogailo A. D., Dzhardimalieva G. I., Kestelman V. N. Macromolecular metal carboxylates and their nanocomposites. Springer ser. in mater. sci. Dordrecht ; London ; New York, 2010.
  8. Zezin A. B., Pogacheva V. B., Feldman V. I., et al. From triple interpolyelectrolyte-metal complexes to polymer-metal nanocomposites. Adv. Coll. Interf. Sci. 2010. Vol. 158. P. 84–93.
  9. Zaitsev A. S., Levchenko B. F., Buikliskii V. D., et al. [Cobalt(II) and nickel(II) complex compounds with the acrylic acid-acrylamide copolymer]. Zn. obshchei khim. [Russ. J. Gen. Chem]. 2011. Vol. 81, issue 5. P. 871 (in Russ.).
  10. Plant feed solutions comprising nutritive metals : pat. GB 2411896, C 05 D 9/02 / Y. Tsivion ; applicant Yoram Tsivion. No. 0405446.6 ; appl. 11.03.04 ; print. 14.09.05.
  11. Compositions supplying essential elements for preventing and correcting nutritional deficiencies in plants : pat. WO 2007/003388 A 2, C 05 D 9/02, C 05 D 9/00, C 05 F 11/00, C 05 G 3/02 / L. Filippini, M. Gusmeroli, S. Mormile, D. Portoso ; applicant IFAGRO S. P. A. No. PCT/EP2006/006425 ; appl. 30.06.06 ; print. 11.01.07.
  12. Morlay C., Cramer M., Mongenot Y., et al. Potentiometric study of Cu(II) and Ni(II) complexation with two high molecular weight poly(acrylic acids). Talanta. 1998. Vol. 45, No. 6. Р. 1177–1188.
  13. Iatridi Z., Bokias G., Kallitsis J. K. Physicochemical study of the complexation of poly(acrylic acid) with Cu2+ ions in water. J. A ppl. Polym. Sci. 2008. Vol. 108. P. 769–776.
  14. Rahbari R., Francois J. Interactions between aluminium ions and acrylic acid-acrylamide copolymers in aqueous solution. 2. Phase separation. Polymer. 1988. Vol. 29, May. Р. 851–859.
  15. Yokoi H., Kawata S., Iwaizumi M. Interaction modes between heavy metal ions and water-soluble polymers. 2. Spectroscopic and magnetic reexamination of the aqueous solutions of cupric ions and poly(acrylic acid). J. A mer. Chem. Soc. 1986. Vol. 108, No. 12. Р. 3361–3365.
  16. Francois J., Heitz C., Mestdagh M. Spectroscopic study (u. v.-visible and electron paramagnetic resonance) of the interactions between synthetic polycarboxylates and copper ions. Polymer. 1997. Vol. 38, No. 21. Р. 5321–5332.
  17. Ismi I., Rift E. H., Lebkiri A., et al. Spectral characterization of PA – Cu under two polymeric forms and their complex PA – Cu. J. Mater. Environ. Sci. 2015. Vol. 6, No. 2. P. 343–348.
  18. Hiraoki T., Kaneko M., Hikichi K. 13C and water proton-nuclear magnetic relaxation of Cu(II)-poly(D-glutamic acid) complex in aqueous solution. Polym. J. 1979. Vol. 11, No. 5. P. 397–403.
  19. Hiraoki T., Kaneko M., Hikichi K. 13C paramagnetic shift of Co(II) – poly(D-glutamic acid) complex. Polym. J. 1979. Vol. 11, No. 7. P. 591–593.
  20. Iwaki O., Hikichi K., Kaneko M. An NMR study of poly(glutamic acid) metal complex. Polym. J. 1973. Vol. 4, No. 6. P. 623–627.
  21. Fomina E. K., Krul’ L. P., Grinyuk E. V. [Phase state of aqueous solutions of acrylamide sodium acrylate copolymers in the presence of copper, zinc, and manganese ions]. Zn. prikl. khim. [Russ. J. Appl. Chem.]. 2015. Vol. 88, No. 9. P. 1500–1504 (in Russ.).
  22. Fomina E. K., Krul’ L. P., Grinyuk E. V., et al. [Effect of Сu2+, Zn2+, and Mn2+ ions on the water absorption of polyelectrolyte hydrogels based on polyacrylonitrile fiber hydrolyzate]. Zn. prikl. khim. [Russ. J. Appl. Chem.]. 2014. Vol. 87, No. 9. P. 1345–1350 (in Russ.).
  23. Krul’ L. P., Grinyuk E. V., Yakimtsova L. B., et al. [Gelation in aqueous solutions of a functionalized polyacrylamides]. Materialy. Tekhnol. Instrumenty. 2011. Vol. 16, No. 3. P. 85–89 (in Russ.).
  24. Fomina E. K., Krulʼ L. P., Butovskaya G. V., et al. [Structure determination of the macromolecular complexes of microelements with copolymers of acrylamide and sodium acrylate by 13C NMR spectroscopy]. Vestci NAN Belarusi. Ser. khim. navuk. 2016. No. 4. P. 80–90 (in Russ.).
  25. Rivas B. L., Pooley S. A., Soto M., et al. Synthesis, characterization, and polychelatogenic properties of poly(acrylic acid-co-acrylamide). J. Polym. Sci. Part A . Polym. Chem. 1997. Vol. 35. P. 2461–2467.
  26. Rivas B. L., Seguel G. V. Polychelates of poly(acrylic acid-co-acrylamide) with Cu(II), Co(II), and Ni(II). Polym. Bull. 1998. Vol. 40. Р. 431–437.
  27. Polimery sinteticheskie vodorastvorimye «VRP-3». URL: http://www.lesohimik.by/product/promyshlennie/ polimery-sinteticheskie-vodorastvorimye-vrp-3-detail (date of access: 26.06.2017) (in Russ.).
  28. Murugan R., Mohan S., Bigotto A. FTIR and polarized raman spectra of acrylamide and polyacrylamide. J. Kor. Phys. Soc. 1998. Vol. 32, No. 4. P. 505–512.
  29. Magalhaes A. S. G., Neto M. P., Bezerra M. N., et al. Application of FTIR in the determination of acrylate content in poly(sodium acrylate-co-acrylamide) superabsorbent hydrogels. Quim. Nova. 2012. Vol. 35, No. 7. P. 1464–1467.
  30. Krul L. P., Yakimtsova L. B., Nareiko E. I., et al. Influence of the sodium hydroxide concentration on chemical composition of nitron hydrolyzate D. Vestci NAN Belarusi. Ser. khim. navuk. 1999. No. 4. P. 95–97 (in Russ.).
  31. Vasiliu S., Racovita S., Neagu V., et al. Desbrieres. J. Polymer-metal complexes based on gellan. Polimery. 2010. Vol. 55, No. 11–12. P. 839–845.
  32. Kuptsov A. Kh., Zhizhin G. N. Furʼe-spektry kombinatsionnogo rasseyaniya i infrakrasnogo pogloshcheniya polimerov : spravochnik. Мoscow, 2001 (in Russ.).
  33. Nara M., Morii H., Tanokura M. Coordination to divalent cations by calcium-binding proteins studied by FTIR spectroscopy. Biochim. Biophys. Acta. 2013. Vol. 1828. P. 2319–2327.
  34. Dudev T., Lim C. Effect of carboxylate-binding mode on metal binding / selectivity and function in proteins. Acc. Chem. Res. 2007. Vol. 40, No. 1. P. 85–93.
  35. Wang B., Liu M., Chen Y., et al. Effect of metal ions and pH values on the conformational transition of the copolymer chain in aqueous solutions. J. A ppl. Polym. Sci. 2007. Vol. 104, No. 3. P. 1714 –1722.
  36. Kostromina N. A., Kumok V. N., Skoryk N. A. [Khimiya koordinatsionykh soedinenii]. Мoscow, 1990 (in Russ.).
  37. Tomida T. K., Hamaguchi K., Tunashima S., et al. Binding properties of a water-soluble chelating polymer with divalent metal ions measured by ultrafiltration. Poly(acrylic acid). Ind. Eng. Chem. Res. 2001. Vol. 40, No. 16. P. 3557–3562.
  38. Sabbagh I., Delsanti M. Solubility of highly charged anionic polyelectrolytes in presence of multivalent cations: Specific interaction effect. Eur. Phys. J. 1999. Vol. 1. Р. 75–86.
  39. Avadanei M., Avadanei O., Fundueanua G. Effect of comonomer ratio and ionic strength on the thermo-induced conformational changes in N-isopropylacrylamide based copolymers: An ATR-FTIR spectroscopic study. Vibr. Spectr. 2012. Vol. 61. P. 133–143.
  40. Soldatov V. S., Zelenkovskii V. S. Interionic interactions in carboxylic acid cation exchangers on the base of polyacrylic acid. Ab initio calculations. Solv. Extr. and Ion Exch. 2011. Vol. 29, No. 3. Р. 458–487.
  41. Irving H., Williams R. J. P. The stability of transition metal complexes. J. Chem. Soc. 1953. No. 10. P. 3192–3210.
  42. Leung W. M., Axelson D. E., Van Dyke J. D. Thermal degradation of polyacrylamide and poly(acrylamide-co-acrylate). J. Polym. Sci. Part A . Polym. Chem. 1987. Vol. 25. P. 1825–1846.
Опубликован
2017-12-01
Ключевые слова: макромолекулярные металлокомплексы, сополимер акриламида с акрилатом натрия, ионы Cu(II), Zn(II), Mn(II), Co(II)
Как цитировать
Фомина, Е. К., Бутовская, Г. В., Круль, Л. П., Гринюк, Е. В., & Якименко, О. В. (2017). Определение качественного состава макромолекулярных комплексов ионов Cu(II), Zn(II), Co(II), Mn(II) с сополимером акриламида и акрилата натрия. Журнал Белорусского государственного университета. Химия, 2, 94-109. Доступно по https://journals.bsu.by/index.php/chemistry/article/view/1172
Выпуск
№ 2 (2017): Журнал Белорусского государственного университета. Химия
Раздел
Оригинальные статьи

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).