ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМОГРАВИМЕТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОСНОВАНИЯ ШИФФА НА ОСНОВЕ ГЛУТАРОВОГО АЛЬДЕГИДА И ХИТОЗАНА APIS MELLIFERA

АННОТАЦИЯ

Хитозан способен активно адсорбировать ионы металлов за счет свой способности к комплексообразованию, обусловленной высоким содержанием амино- и гидроксильных функциональных групп. Он не является пористым, и специфические центры связывания этого биополимера не являются легкодоступными для сорбции. Однако для применения в процессе необходимо обеспечить физическую подложку и осуществить химическую модификацию, чтобы повысить доступность сайтов связывания металла. В статье приведены обзор по свойствам хитозана, исследованы физико-химческие свойства основания Шиффа из хитозана и глутаральдегида, приведены дифференциальный сканирующий калориметрический, а также термогравиметрический дифференциальный анализы, хитозана и глутарового альдегида, из которых следует, что структура основания Шиффа, полученного из хитозана и глутар альдегида, характеризуется связями аминогрупп с карбонильными группами.

ABSTRACT

Chitosan is capable of actively adsorbing metal ions due to its complexation properties, which are due to its high content of amino and hydroxyl functional groups. It is non-porous, and the specific binding sites of this biopolymer are not readily accessible for sorption. However, for application in the process, it is necessary to provide a physical support and chemical modification to increase the accessibility of the metal binding sites. This article provides an overview of the properties of chitosan, studies the physicochemical properties of a Schiff base made from chitosan and glutaraldehyde, and presents differential scanning calorimetric and thermogravimetric analysis of chitosan and glutaraldehyde. These data demonstrate that the structure of the Schiff base obtained from chitosan and glutaraldehyde is characterized by bonds between amino groups and carbonyl groups.

Ключевые слова: Хитозан, хитин, основания Шиффа, глутаровый альдегид, биополимер, функциональная группа, ионы, сорбция, фазовые изменения, дифференциальный анализ, потеря массы.

Keywords: Chitosan, chitin, Schiff bases, glutaraldehyde, biopolymer, functional group, ions, sorption, phase changes, differential analysis, mass loss.

Введение. Модификация бифункциональными сшивающими реагентами, наиболее распространенным из которых является глутаровый альдегид (ГА), позволяет получить на основе хитозана пленки, микрокапсулы, гранулы, волокна, нерастворимые в воде, но обладающие высокой влаго удерживающей способностью гидрогели и композиционные материалы и зафиксировать в их структуре лекарственные соединения, ферменты и другие белки. Несмотря на то, что ГА широко используется в различных областях, и в особенности в биохимии, не сформировалось единого мнения о механизме реакции ГА с белками, а тем более с хитозаном. Изучение закономерностей взаимодействия хитозана с ГА позволит определить перспективы использования этой системы для получения новых материалов для биотехнологии и медицины, а также выбрать оптимальные условия их получения [1; 395-398-c.].

Материалы и методы. Хитозан представляет собой частично ацетилированный полимер глюкозамина, содержащийся в клеточных стенках грибов. Он образуется в результате деацетилирования хитина, который является основным компонентом панциря ракообразных и широко распространен в природе. Этот биополимер очень эффективно адсорбирует ионы металлов за счет свой способности к комплексообразованию, обусловленной высоким содержанием амино- и гидроксильных функциональных групп [2].

В своей натуральной форме хитозан является гибким и в кислой среде имеет тенденцию к агломерации и образованию гелей. Также натуральный хитозан не является пористым, и специфические центры связывания этого биополимера не являются легкодоступными для сорбции. Однако для применения в процессе необходимо обеспечить физическую подложку и осуществить химическую модификацию, чтобы повысить доступность сайтов связывания металла. Также важно, чтобы функциональная группа для связывания металла сохранялась после любой такой модификации [3]. Хорошо известно, что полисахариды могут распадаться посредством расщепления гликозидных связей под действием ионизирующего излучения.

Результаты и обсуждение. Нами исследованы физико-химческие своства основания Шиффа из хитозана и глутаральдегида [4-5] а также термические явления, они дают представления о стабильности и переходах основания Шиффа. На глубинах и вершинах видны эндотермические и экзотермические явления, связанные с фазовыми изменениями или разложениями.

А (ТГ)

Б

Рисунок 1. А, Б(дифференциальный сканирующий калориметрический анализ (ДСК))

Рисунок 2. Дифференциально термогравиметрический анализ (ДТГ)

Рисунок 3. Термогравиметрическое (А) дифференциал сканирующее калорометрическоее изображение (Б)хитозана и глутарового альдегида

Как видно из рис.-1 начальная потеря массы 5% при 241°C соответствует испарению влаги или молекул низкомолекулярного растворителя из образца.

Значительная потеря массы произошла в диапазоне от 241°С до 347°С, и эта потеря составила 55% от общей массы. В этом диапазоне температур разрушается основание Шиффа, разрываются иминные связи и разрушаются некоторые хитозановые мостики. Как видно из рисунка-2 (Б) сильный сигнал в диапазоне 212,3-394,04°С указывает на резкое изменение фазы, связанное с деградацией хитозановой матрицы по Шиффу. Пик при 442°C (-0,030) указывает на критическую температуру разложения, при которой иминные связи разрываются, вызывая значительную потерю массы.

На следующем температурном этапе наблюдалась постепенная потеря массы, приводящая к 40% общей потери массы в диапазоне от 347 до 726°C, что включало деградацию самого полимера хитозана.

Заключение. Глубины представляют собой эндотермические процессы, вершины - экзотермические процессы. 444,6° C и выше представляют собой значительные структурные изменения основания Шиффа, то есть его разрушение, что указывает на влияние глутаральдегида на термическую стабильность.

Таким образом структура основания Шиффа, полученного из хитозана и глутар альдегида, характеризуется связями аминогрупп с карбонильными группами. Термический анализ показывает значительную массовую потерю и структурные изменения, особенно в диапазоне от 212°C до 442°C.

Список литературы:

1. Кильдеева Н.Р., Вихорева Г.А., Ефременко Е.Н., Перминов П.А./ Использование хитозана и его производных для иммобилизации белков// Матлы Седьмой Международной конференции «Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана» - М, ВНИРО - 2003 - С 395-398.
2. Вихорева Г.А., Шаблыкова Е.А., Кильдеева Н.Р. Модификация хитозановых пленок глутаровым альдегидом с целью регулирования их растворимости и набухания // Хим. волокна. 2001. - № 3. - с. 38-42.
3. Левитин С.В. Разработка методов получения и исследование структуры и свойств наночастиц хитозана: дис... канд. техн. наук. Москва, 2015.150 с.
4. Ихтиярова Г.А., Улашов Ш. Изучeниe физикo-химичecких cвoйcтв основания шиффа на основе хитoзана Аpis mellifera и глутарового альдегида Научно-технический журнал ФерПИ. 2024. Том 28. № 4. ISSN 2181-7200. С. 239-243.
5. Ikhtiyarova G.A., Ulashov Sh.M. Study of the thermogravimetric properties of the Schiff base based on chitosan Apis Mellifera with glutaraldehyde // Electronic journal of actual problems of modern science, education and training. March, 2025-3. ISSN 2181-9750 P 49-54.
6. Левитин С.В. Разработка методов получения и исследование структуры и свойств наночастиц хитозана: дис. ... канд. техн. наук. Москва., 2015. 150 с.
7. Малкин А.Я., Куличихин С.Г. / Реология в процессах образования и превращения полимеров.// М.: Химия. 1985. С. 240.
8. Малкин А.Я., Исаев А.И. Реология: концепции, методы, приложения. СПб.: Профессия. 2007. С. 560.
9. Меркoвич Е.Л., Кaрруэт М.Л., Бaбaк В.Г., Ким В.Е., Вихoревa Г.Л./Вискoзиметрическoе исследoвaние кинетики нaчaльнoй стaдии гелеoбрaзoвaния в рaствoрaх хитoзaнa в присутствии глутaрoвoгo aльдегидa//Кoллoидный журнaл. 2001. Т. 63, № 3. С. 383-388
10. Кильдеевa Н.Р., Перминoв П.A., Влaдимирoв Л.В., Нoвикoв В.В., Михaйлoв С.Н. O мехaнизме реaкции глутaрoвoгo aльдегидa с хитoзaнoм//Биooргaническaя химия. 2009. Т. 35. № 3. С. 397–407.