<<
>>

ВВЕДЕНИЕ

Этилендиамин-К,К,К’,К’-тетрауксусная кислота (ЭДТА) занимает особое место среди аминокарбоновых соединений, так как широко используется в различных областях химической технологии, аналитической химии, медицины.

В то же время, этот лиганд характеризуется низкой селективностью комплексообразования. Увеличение числа метиленовых звеньев между атомами азота является одним из направлений повышения избирательности комплексообразования. Реконструкция карбоксилатных групп комплексона служит другим перспективным способом модификации.

Установлено, что ЭДТА и ее соединения накапливаются в мировом океане в угрожающих количествах, т.к. практически не поддаются разложению и поэтому считаются одним из наиболее опасных антропогенных загрязнителей и провоцирует серьезные экологические проблемы [1-3].

Изучение комплексонов, в состав которых входят фрагменты янтарной кислоты при донорных атомах азота в качестве кислотных заместителей, является актуальным на сегодняшний день. Такие комплексоны обладают высокой комплексообразующей способностью, однако, не загрязняют окружающую среду, т.к. в условиях сбросов под действием солнечного света быстро разлагаются на составляющие аминокислоты [1,4,5]. Представителями комплексонов, производных янтарной кислоты (КПЯК) диаминного типа, служат этилендиаминдиянтарная кислота (ЭДДЯК) и гексаметилендиаминдиянтарная кислота (ГМДДЯК), которые являлись объектами исследования в данной работе. В окружающей среде, они хорошо усваиваются живыми организмами (растениями и животными) и тем самым не нарушают экологическое равновесие в природе. На сегодняшний день КПЯК диаминного типа изучены совершенно недостаточно. В литературе имеются данные о комплексах ЭДДЯК со щелочноземельными металлами (ЩЗМ) и частично с элементами III-А подгруппы, являющимися сильными комплексообразователями, тогда как

5 системные сведения по устойчивости комплексов ГМДДЯК с металлами практически отсутствуют, что делает тему данного исследования актуальной.

Необходимость бора для растений установлена более полувека назад, а недавно обнаружено, что он требуется и животным [6]. Бор может участвовать в метаболизме углеводов, нуклеиновых кислот, ростовых веществ, фенолов; он входит в состав клеточных стенок растений в форме комплексов с пектинами, влияет на транспорт сахаров, процессы дыхания, функционирования плазмалеммы, растяжения и деления растительных клеток [7]. Поэтому актуальной является задача повышения содержания соединений бора в почвах сельхозугодий доступными и экологически безопасными методами.

Степень разработанности темы исследования.

Личный вклад автора. Автором работы самостоятельно синтезированы комплексоны - этилендиаминдиянтарная кислота и

гексаметилендиаминдиянтарная кислота. Изучена устойчивость комплексов ЭДДЯК и ГМДДЯК в водном растворе с элементами II-А и III-А подгруппы. Соответствующие комплексы этими элементами выделены в твердом виде. Результаты эксперимента математически обработаны, что обеспечило их высокую надежность. Постановка задач исследования, поиск путей их решения, обсуждение результатов, публикация в научных журналах и патентование инноваций выполнены совместно с научным руководителем.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 статей, в том числе одна в издании, индексируемом в системах цитирования Web of Science и Scopus, а четыре - в научных журналах, входящих в перечень ВАК.

Получены 5 патентов на изобретения РФ и 2 патента на полезную модель РФ, апробация результатов исследования отражена в 30 тезисах докладов на международных и всероссийских профильных конференциях.

Цель и задачи исследования.

Целью диссертационного исследования является изучение связи между химической структурой комплексонов, а также их комплексов и их свойствами, в частности, установление закономерностей изменения физико-химических свойств

КПЯК и их комплексов с элементами II-А и III-А подгруппы. Для достижения цели были поставлены следующие взаимосвязанные задачи:

- синтез новых представителей комплексонов, производных янтарной кислоты;

- потенциометрическое исследование процессов межмолекулярного взаимодействия в растворах с привлечением методов математического моделирования, определение связи реакционной способности реагентов и устойчивости образующихся комплексов с их составом и условиями осуществления химического взаимодействия свойств, образующихся комплексов;

- синтез твердых комплексонатов элементов II-А и ША-подгруппы с исследуемыми комплексонами;

- изучение методом атомно-абсорбционной спектрометрии, ИК спектроскопии и термогравиметрии полученных твердых комплексонатов;

- изучение вопросов практического применения новых комплексонов в промышленности и сельском хозяйстве.

Научная новизна работы.

По данным потенциометрических измерений с применением современных методов компьютерного моделирования исследовано комплексообразование в водных растворах элементов II-А и III-А подгруппы с КПЯК. Впервые определены как концентрационные, так и термодинамические константы устойчивости образующихся комплексов. Установлены закономерности изменения устойчивости комплексных соединений в зависимости от размеров ионов-комплексообразователей, от природы и строения комплексонов. Установлена взаимосвязь структуры комплексонов и их комплексообразующих свойств. Выделены в твердом виде комплексонаты ГМДДЯК со ЩЗМ, бором, алюминием, галлием, а также комплекс ЭДДЯК с галлием. Проведены атомно­абсорбционная спектроскопия, ИК спектроскопическое и термогравиметрическое изучение твердых комплексов с целью получения данных об их строении.

Теоретическая и практическая значимость работы.

Установленные концентрационные и термодинамические константы равновесий с участием ЭДДЯК и ГМДДЯК могут быть использованы в качестве справочных данных. Полученные величины констант устойчивости комплексов II-А и III-А элементов с КПЯК диаминного типа позволяют сделать вывод, что эти комплексоны можно использовать для аналитического определения исследуемых элементов. Результаты изучения устойчивости комплексов КПЯК могут быть использованы в учебном процессе на кафедре неорганической и аналитической химии Тверского государственного университета. Изученные комплексоны и их комплексонаты могут найти применение в ювелирном деле - Патент РФ на изобретение № 2631229; фармацевтическом производстве - Патент РФ на изобретение № 2543352 и сельском хозяйстве - Патент РФ на изобретение № 2610207. Изученные комплексоны способны не только транспортировать в растения микро- и макроэлементы в усвояемом виде, но и сами разрушаются как в растениях, так и в условиях сбросов под действием солнечного света на усвояемые аминокислоты.

Методология и методы диссертационного исследования.

Комплексообразование в водных растворах элементов II-А и III-А подгруппы с КПЯК исследовано методом рН-потенциометрического титрования. Математическая обработка рН-метрических кривых, усредненных из трех экспериментальных, была проведена с помощью специализированной программы расчета химических равновесий NewDALSFEK (KCMSoft, 2000) (http: //sinisha.chat.ru/nonie/products/newdal sfek/).

Твердые комплексонаты исследованы методами ИК спектроскопии на FTIR спектрофотометре EQUINOX 55 фирмы Bruker и термического анализ на дифференциальном сканирующем калориметре STA 449F (производитель NETZSCH).

Для определения состава синтезированных твердых комплексонов и комплексонатов металлов был использован элементный анализ и метод атомно­абсорбционной спектрометрии с электротермической атомизацией на атомно­абсорбционном спектрофотометре «Квант-2.ЭТА-1». Атомный пар генерируется
при испарении аликвоты анализируемой пробы в графитовой печи электротермического атомизатора спектрометра.

Перед измерением спектрофотометр калибровали сериями растворов ГСО исследуемых металлов.

Термогравиметрическое исследование проведено на дифференциальном сканирующем калориметре NETZSCH STA 449F. Нагрев во всех случаях происходил в атмосфере воздуха.

Положения, выносимые на защиту.

1. Результаты экспериментального исследования равновесий образования комплексов элементов III-А подгруппы с ЭДДЯК и ГМДДЯК и II-А подгруппы с ГМДДЯК: данные о составе комплексов, значения констант их образования.

2. Закономерности в изменении устойчивости комплексов элементов II-А и III-А подгрупп в зависимости от размеров ионов и от строения комплексонов.

3. Результаты изучения состава твердых комплексонатов металлов II-А и III- А подгруппы с КПЯК.

Степень достоверности и апробация результатов.

Основные положения диссертации доложены на 30 международных, всероссийских и региональных конференциях: Евразийском экономическом форуме молодежи «Eurasia Green», Екатеринбург, 2014, 2015 гг., Итоговой Всероссийской научно-практической конференции по программе «УМНИК», Тверь, 2014 г., VIII, IX Международных конференциях «Кинетика и механизм кристаллизации», Иваново, 2014, 2016 г., Всероссийской конференции с международным участием «Современные достижения химии непредельных соединений: алкинов, алкенов, аренов и гетероаренов», Санкт-Петербург, 2014 г., Третьей всероссийской с международным участием научной конференции «Успехи синтеза и комплексообразования», Москва, 2014 г., XXVI, XXVIII Международных Чугаевских конференциях по координационной химии, 2014, 2016 гг., XXIV, XXV, XXVIII Российских научных конференциях «Проблемы теоретической и экспериментальной химии», Екатеринбург, 2014-2018 гг., Международной конференции «Чистая вода. Опыт реализации инновационных проектов в рамках федеральных целевых программ Минобрнауки России»,

Москва, 2014 г., XXI Международной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов», Москва, 2014 г., XXI, XXII, XXIII Каргинских чтений с международным участием, Тверь, 2014-2016 гг., IV, V Международных научных экологических конференциях «Проблемы рекультивации отходов быта, промышленного и сельскохозяйственного производства», Краснодар, 2015, 2017 гг., VII Международном конгрессе «Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине», Санкт-Петербург, 2015 г., IV, V Всероссийских научных конференциях и школ молодых ученых с международным участием «Системы обеспечения техносферной безопасности», Таганрог, 2017, 2018 гг., XII Всероссийской конференции с международным участием «Проблемы сольватации и комплексообразования в растворах», Иваново, 2015 г., X Всероссийской конференции «Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии», Саратов, 2015 г., V Всероссийской конференции с международным участием «Современные проблемы химической науки и фармации», Чебоксары, 2016 г., III, IV Российских конференциях «Актуальные научные и научно-технические проблемы обеспечения химической безопасности России», Москва, 2016, 2018 гг., VI Всероссийской конференции c

международным участием «Актуальные вопросы химической технологии и защиты окружающей среды», Чебоксары, 2016 г., IX Всероссийской конференции по электрохимическим методам анализа с международным участием и молодежной научной школой «ЭМА-2016», Екатеринбург, IV Всероссийской студенческой конференции с международным участием «Химия и химическое образование XXI века», Санкт-Петербург, 2017 г., Научно-практической

конференции с международным участием «Экологическая, промышленная и энергетическая безопасность - 2017» Севастополь, 2017 г., Восьмой

Международной научной конференции «Химическая термодинамика и кинетика», Тверь, 2018г., XVII Научной конференции аспирантов и студентов химико­технологического факультета, Тверь, 2018 г.

Результаты научных исследований в апреле 2018 г. выставлялись на XXI Московском Международном салоне изобретений и инновационных технологий
"Архимед-2018". Решением международного жюри проект «Экологические безопасные биологически активные высокотехнологичные комплексоны широкого спектра действия» был удостоен диплома победителя и серебряной медали.

Также в 2018 г. На VIII Международной научной конференции «Химическая термодинамика и кинетика» за устный доклад был получен диплом третьей степени.

На Всероссийском конкурсе "ЭкоЭкономика-2017" наша научная работа «Применение экономически эффективных биологически активных комплексных материалов на основе экологически безопасных комплексонов, производных янтарной кислоты» была признана победителем.

Участие в IX Всероссийской конференции по электрохимическим методам анализа с международным участием и молодежной научной школой «ЭМА 2016», которая проводилась в рамках XX Менделеевского съезда по общей и прикладной химии, было отмечено дипломом победителя.

Диссертация изложена на 1 40 страницах машинописного текста, иллюстрирована 35 рисунками, 19 таблицами.

<< | >>
Источник: Лукьянова Наталья Ивановна. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ II-A И III-A ПОДГРУПП C ГЕКСАМЕТИЛЕНДИАМИН^^-ДИЯНТАРНОЙ КИСЛОТОЙ И ЕЁ ГОМОЛОГАМИ. Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук. Тверь - 2018. 2018

Еще по теме ВВЕДЕНИЕ:

  1. Введение
  2. ВВЕДЕНИЕ
  3. ВВЕДЕНИЕ
  4. Введение
  5. Введение
  6. ВВЕДЕНИЕ
  7. ВВЕДЕНИЕ
  8. ВВЕДЕНИЕ
  9. ВВЕДЕНИЕ
  10. Введение
  11. Введение
  12. Введение
  13. Введение
  14. Обман и введение в заблуждение
  15. ВВЕДЕНИЕ
  16. Введение
  17. Введение
  18. Введение