Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Лекція № 3
Високомолекулярні сполуки ( ВМС) та їх розчини
Класифікація ВМС
1. Високомолекулярними (ВМС) називають речовини складної хімічної будови з молекулярною масою 104 – 106 а.о.м. Структурними одиницями ВМС є макромолекули. Біополімери - це природні ВМС, що утворюються в процесі біосинтезу у клітинах живих організмів і відіграють надзвичайно важливу роль у їх життєдіяльності.
За способом добування: Реакції полімеризації (поліетилен) Реакції поліконденсації (біополімери)
За походженням: Синтетичні: поліетилен,капрон, нейлон та Природні: білки, нуклеїнові кислоти, вуглеводи
За формою макромолекул: Глобулярні: білки сироватки крові, органів, тканин, гемоглобін крові Фібрилярні: білок м´язів, волосся, шкіри, сухожилків
2. Процес розчинення ВМС. Високомолекулярні сполуки мають здатність розчинятися в тому або іншому розчиннику, утворюючи розчини ВМС. Гідрофільні полімери розчиняються у воді та інших полярних розчинниках (желатина – у воді), а гідрофобні – у неполярних (каучук у бензені). 3. Початковим етапом розчинення полімеру є набрякання. Набрякання – це самочинний процес вбирання високомолекулярною речовиною великих кількостей низькомолекулярних рідин, що супроводжується значним збільшенням об’єму та маси полімеру. Набрякання залежать від величини і форми молекули. Так ВМС, що мають сферичні молекули (гемоглобін, глікоген, пепсин, трипсин, та ін.) майже не набрякають. ВМС із дуже асиметричними лінійними (розгалуженими), витягнутими молекулами (желатин, целюлоза та її похідні) при розчиненні дуже набрякають і утворюють високов'язкі розчини. 4. Якщо для полімеру характерне обмежене набрякання, то процес розчинення завершується однією зі стадій набрякання і приводить до утворення еластичних драглів (желатина у воді кімнатної температури). Набрякання може бути необмеженим, тобто повне розчинення полімеру (желатина в гарячій воді). 5. Здатність полімерів до набрякання залежить від багатьох чинників: 1) природи полімеру та розчинника; 2) молекулярної маси полімеру; 3) температури; 4) ступеня подрібнення; 5) рН середовища; 6) наявності електролітів. 6. Вплив рН середовища на набрякання добре вивчено для білків. При розчиненні у воді молекули білків дисоціюють на іони. Ця дисоціація може відбуватися за кислотним чи основним типом залежно від рН середовища. У дуже кислому середовищі білок поводить себе як основа, його молекула дисоціює за рахунок груп – NH2, за основним типом.
Кислотна дисоціація при цьому пригнічена. У лужному середовищі, навпаки, пригнічена основна дисоціація, а йде переважно кислотна.
Однак при певному значенні рН ступінь дисоціації аміно- і карбоксильних груп набуває однакового значення, тоді молекули білків стають електронейтральними. Значення рН, при якому молекула білка знаходиться в електронейтральному стані, називається ізоелектричною точкою (ІЕТ). Для більшості білків ізоелектрична точка лежить в області кислих розчинів. Зокрема, для желатину – 4,7; казеїну молока – 4,6; γ-глобуліну крові – 6,4; пепсину – 2,0. Необхідно враховувати ІЕТ, тому що встановлено, що від її величини залежить стійкість білків, а отже, і прояв їх властивостей. В ІЕТ в’язкість білків найбільша, а у деяких випадках можливо навіть випадання білків в осад. 7.Вплив електролітів на набрякання. На набрякання впливають переважно аніони солей. За впливом на процес набрякання білків аніони розміщено в ліотропний ряд Гофмейстера: SCN- > I- > Br- > NO3- > Cl- > CH3COO- > ClO4- > SO42- Посилюють набрякання Не впливають Зменшують набрякання - 8.Значення явища набрякання в медицині. У життєдіяльності рослинних і тваринних організмів, а також людини процеси набрякання відіграють важливу роль. Так, нирки виконують дві основні функції: виведення продуктів обміну (шлаків) та концентрування. Сполучна тканина нирок є регулятором водного обміну між тканинами і кров´ю. Унаслідок набрякання сполучна тканина може вилучати з біологічних рідин надлишок води або віддавати його тканинам і крові. У молодому віці процеси обміну в організмі відбуваються особливо енергійно. Кількість води і ступінь набрякання тим більші, чим молодший організм. Так, на початку внутрішньоутробного розвитку плода вода становить 95% його маси, у немовля – 70 -75%, а дорослої людини – тільки – 60%. Поступове старіння організму супроводжується зменшенням здатності колоїдів до набрякання і гальмування процесів обміну. За деяких запальних і алергійних захворювань спостерігаються набряки легень, мозку, слизових оболонок . 9. Властивості розчинів ВМС. З одного боку, розчини полімерів виявляють усі ознаки, властиві істинним розчинам, а з іншого – колоїдних систем: - Не мають чітко вираженої поверхні поділу фаз. - Суха речовина здатна набухати і розчинятися. - Розмір частинок становить > 10-7 . - Належать до ліофільних систем. - Розчинені молекули не проникають крізь мембрани. - Ефект Тиндаля виражений слабко. 10. За в’язкістю розчини ВМС різко відрізняються від істинних та колоїдних розчинів. Причина високої в’язкості ВМС – досить сильна взаємодія гнучких макромолекул полімерів з молекулами розчинника. В´язкість рідин залежить від багатьох чинників: тиску, концентрації розчиненої речовини, температури , рН середовища, терміну зберігання. В´язкість крові залежить головним чином від вмісту еритроцитів і в меншому ступені від білків плазми. Визначається по відношенню до в’язкості води (1) і в нормі становить 4 – 5, при патології коливається від 1,7 до 22,9 мПа∙с, що впливає на швидкість осідання еритроцитів (ШОЕ). Венозна кров має дещо більшу в’язкість, ніж артеріальна. За великого фізичного навантаження та деяких інфекцій в’язкість крові збільшується, а при черевному тифі й туберкульозі – зменшується. 11. Порушення стійкості розчинів ВМС. Всі процеси порушення стійкості розчинів ВМС пов’язані з погіршанням їх розчинності. Найчастіше порушення стійкості розчинів ВМС спричиняють уведенням у розчинів: 1) електролітів; 2) нерозчинників (для білків поганим розчинником є етанол або ацетон).
12. Під впливом електролітів і нерозчинників відбувається процес виділення ВМС із розчину, що називається висолюванням, або оборотним осадженням. Висолювання ВМС має велике практичне значення. Його застосовують для фракціонування білків, полісахаридів. Після одержання окремих фракцій достатньо до осадженого полімеру добавити воду, і розчинність ВМС відновиться. 13. Під впливом високої температури, радіації, дії концентрованих кислот і лугів, солей важких металів відбувається необоротне осадження, яке називають денатурацією. 14. У розчинах ВМС зі зміною температури, рН або при добавлянні низькомолекулярних речовин іноді спостерігається явище коацервації – своєрідної коагуляції розчинів ВМС. Коацервація відрізняється від висолювання тим, що речовина дисперсної фази не відокремлюється від розчинника, відбувається злиття гідратних оболонок кількох частинок у краплини більшого розміру. Цей процес завершується розшаруванням системи на два шари рідини: розчин ВМС у розчиннику і розчин розчинника у ВМС. Шар, що містить всю або майже всю високомолекулярну сполуку, називають коацерватом. . У біологічних процесах цитоплазми велике значення має коацервація. Утворенню комплексних коацерватів надається велике значення у теорії виникнення життя на Землі. Практичне значення коацервації зросло у зв’язку з розвитком технології мікрокапсулювання. Мікрокапсули – це тверді, рідки або газоподібні лікарські речовини, що містяться в оболонці з полімеру. Оболонка утворюється з адсорбованих крапель коацервату полімеру, які зливаються в суцільну плівку й за допомогою спеціального оброблення переводяться у твердий стан. 15. Драглі. За певних умов розчини ВМС втрачають свою текучість, перетворюючись на однофазні структуровані системи ВМС і розчинника – драглі . Вони можуть утворюватись у двох випадках: 1) із розчину полімеру при його охолодженні, концентруванні, добавлянні невеликих кількостей електролітів, при зміні рН середовища; 2) при обмеженому набряканні полімеру в низькомолекулярному розчиннику: Розчин ВМС -------------------- Драглі ------------------- ВМС Охолодження, концентрування Обмежене набрякання Процес утворення драглів із розчинів ВМС називають драглюванням. Драглювання розчинів високомолекулярних сполук та властивості самих драглів відіграють дуже важливу роль у життєдіяльності організму. Цитоплазму клітини, кришталик ока, шкіру, осеїн кісток можна розглядати як природні драглі. Кісткова та сполучна тканини організму людини з віком поступово втрачають драглеподібні компоненти і збагачуються на мінеральні речовини. 16. Для драглів характерні такі властивості: