Синтез полимолочной кислоты в присутствии п-толуолсульфокислоты в условиях микроволнового облучения
|
Глава 1 Литературный обзор 19
1.1. Общие сведения о полимолочной кислоте (ПМК). Применение 19
в медицинских целях
1.2. Молочная кислота (МК) Лактиды. Физико-химические 23
свойства
1.3. Методы синтеза полимолочной кислоты 25
1.3.1. Поликонденсация молочной кислоты 26
1.3.2. Азеотропный метод синтеза ПМК 27
1.3.3. Синтез полилактидов 29
1.3.4. Микроволновой метод синтеза ПМК 31
1.4. Катализаторы поликонденсации/полимеризации МК 34
1.4.2. Механизм анионной полимеризации полимолочной кислоты... 36
1.4.3. Механизм катионной полимеризации МК 37
1.5. Физико-химические свойства ПМК 39
Глава 2 Экспериментальная часть 42
2.1 Характеристика объектов исследования 42
2.2 Микроволновой метод синтеза полимолочной кислоты 45
2.3 Физико-химические методы исследования 46
2.3.1 Вискозиметрический метод определения молекулярной массы.. 46
2.3.2 Метод ИК-спектроскопии 50
2.3.3 Определение оптического угла вращения полимеров 51
2.3.4 Метод 1Н ЯМР-спектроскопии 53
2.3.5 Методика определения температуры плавления 55
2.3.6 Определение степени деструкции полимолочной 56
кислоты
Глава 3 Результаты и их обсуждение 58
64
66
68
70
72
72
73
75
77
79
80
81
82
84
84
84
85
87
89
90
94
94
96
Изучение влияния сокатализатора на полимеризацию МК в условиях МВО
Изучение влияния мощности МВО на скорость полимеризации МК в присутствии п-толуолсульфокислоты
Изучение влияния концентрации п-толуолсульфокислоты на молекулярный вес ПМК
Устойчивость полимеров МК в водной среде
Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение
Потенциальные потребители результатов исследования
Анализ конкурентных технических решений с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения
FAST-анализ
SWOT-анализ
Оценка готовности проекта к коммерциализации
Методы коммерциализации результатов научно-технического исследования
Инициация проекта
Организационная структура проекта
Планирование управления научно-техническим проектом
Организационная структура проекта
Контрольные события проекта
План проекта
Бюджет научного исследования
Сырьё и материалы
Специальное оборудование для научных (экспериментальных) работ
Оценка ресурсоэффективности
Оценка сравнительной эффективности исследования
Социальная ответственность
96
98
98
101
103
104
105
105
106
107
109
110
111
113
114
114
115
115
116
117
120
125
135
Производственная безопасность
Анализ выявленных вредных факторов при разработке и эксплуатации проектируемой среды
Вредные вещества
Световые измерения или исследования основных показателей естественного и искусственного освещения
Характеристики и допустимые уровни шума на рабочих местах
Анализ выявленных опасных факторов проектируемой производственной среды
Микроклиматические условия
Термическое воздействие
Исследование основных показателей электробезопасности
Исследование основных требований к взрывоопасности
Обеспечение безопасности при воздействии электромагнитных полей радиочастот
Экологическая безопасность
Защита в чрезвычайных ситуациях
Оценка пожарной безопасности помещений
Мероприятия по устранению пожара
Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности
Особенности законодательного регулирования правовых решений
Организационные мероприятия обеспечения безопасности
Выводы
Список используемых источников Приложение А Приложение Б
1.1. Общие сведения о полимолочной кислоте (ПМК). Применение 19
в медицинских целях
1.2. Молочная кислота (МК) Лактиды. Физико-химические 23
свойства
1.3. Методы синтеза полимолочной кислоты 25
1.3.1. Поликонденсация молочной кислоты 26
1.3.2. Азеотропный метод синтеза ПМК 27
1.3.3. Синтез полилактидов 29
1.3.4. Микроволновой метод синтеза ПМК 31
1.4. Катализаторы поликонденсации/полимеризации МК 34
1.4.2. Механизм анионной полимеризации полимолочной кислоты... 36
1.4.3. Механизм катионной полимеризации МК 37
1.5. Физико-химические свойства ПМК 39
Глава 2 Экспериментальная часть 42
2.1 Характеристика объектов исследования 42
2.2 Микроволновой метод синтеза полимолочной кислоты 45
2.3 Физико-химические методы исследования 46
2.3.1 Вискозиметрический метод определения молекулярной массы.. 46
2.3.2 Метод ИК-спектроскопии 50
2.3.3 Определение оптического угла вращения полимеров 51
2.3.4 Метод 1Н ЯМР-спектроскопии 53
2.3.5 Методика определения температуры плавления 55
2.3.6 Определение степени деструкции полимолочной 56
кислоты
Глава 3 Результаты и их обсуждение 58
64
66
68
70
72
72
73
75
77
79
80
81
82
84
84
84
85
87
89
90
94
94
96
Изучение влияния сокатализатора на полимеризацию МК в условиях МВО
Изучение влияния мощности МВО на скорость полимеризации МК в присутствии п-толуолсульфокислоты
Изучение влияния концентрации п-толуолсульфокислоты на молекулярный вес ПМК
Устойчивость полимеров МК в водной среде
Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение
Потенциальные потребители результатов исследования
Анализ конкурентных технических решений с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения
FAST-анализ
SWOT-анализ
Оценка готовности проекта к коммерциализации
Методы коммерциализации результатов научно-технического исследования
Инициация проекта
Организационная структура проекта
Планирование управления научно-техническим проектом
Организационная структура проекта
Контрольные события проекта
План проекта
Бюджет научного исследования
Сырьё и материалы
Специальное оборудование для научных (экспериментальных) работ
Оценка ресурсоэффективности
Оценка сравнительной эффективности исследования
Социальная ответственность
96
98
98
101
103
104
105
105
106
107
109
110
111
113
114
114
115
115
116
117
120
125
135
Производственная безопасность
Анализ выявленных вредных факторов при разработке и эксплуатации проектируемой среды
Вредные вещества
Световые измерения или исследования основных показателей естественного и искусственного освещения
Характеристики и допустимые уровни шума на рабочих местах
Анализ выявленных опасных факторов проектируемой производственной среды
Микроклиматические условия
Термическое воздействие
Исследование основных показателей электробезопасности
Исследование основных требований к взрывоопасности
Обеспечение безопасности при воздействии электромагнитных полей радиочастот
Экологическая безопасность
Защита в чрезвычайных ситуациях
Оценка пожарной безопасности помещений
Мероприятия по устранению пожара
Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности
Особенности законодательного регулирования правовых решений
Организационные мероприятия обеспечения безопасности
Выводы
Список используемых источников Приложение А Приложение Б
Объект исследования: олигомер молочной кислоты.
Предмет исследования: изучение кинетики полимеризации олигомеров
молочной кислоты в присутствии п-толуолсульфокислоты в условиях
микроволнового облучения (МВО).
Цель работы – синтез полимолочной кислоты (ПМК) в присутствии птолуолсульфокислоты (п-ТСК) в условиях микроволнового облучения (МВО)
для медицинского назначения.
В процессе работы проводились исследования по поиску оптимальных
режимов проведения синтеза полимолочной кислоты (ПМК) в присутствии птолуолсульфокислоты в условиях МВО.
Определены оптимальные условия проведения синтеза ПМК в
присутствии п-ТСК в условиях МВО. Изучена кинетика реакции
полимеризации ОМК. Показано присутствие «микроволнового» эффекта.
Результаты исследования могут быть использованы для дальнейшей
разработки технологии получения полимолочной кислоты для медицинского
использования.
В настоящее время полимеры используются практически во всех
областях жизнедеятельности человека. Биополимеры, созданные
синтетическим путем, стали незаменимыми в жизни человека благодаря своему
широкому спектру применения в различных областях: фармакология (доставка
и упаковка лекарственных средств), хирургия (изготовление шовных нитей и
имплантатов), сельское хозяйство, экология окружающей среды [1,2].
Биоразлагаемые полимеры наиболее актуальны в двух областях: в
медицине (шовные нити, имплантаты, носители лекарственных веществ с
контролируемым высвобождением, а также другие области применения) и в
производстве упаковочных пластиков и пленок, благодаря самопроизвольному
разрушению в результате химических и физических процессов.
Полилактид (полимолочная кислота, ПМК) – один из наиболее
перспективных биоразлагаемых полимеров, получаемый путем из лактида,
димера молочной кислоты [3-4].
Применение ПМК в медицине обусловлено тем, что в результате его
разложения образуются нетоксичные продукты, безвредные для человека,
участвующие в метаболизме. Биоразлагаемые полимеры не вызывают
аллергических, воспалительных или других побочных реакций в результате их
разложения. Именно в этом и заключается их практическая ценность.
В фармакологии полимеры используются в создания оболочек для
различных лекарственных средств и в качестве носителей активной
фармацевтической субстанции, которая вшивается в полимер. Ассортимент
подобного рода изделий расширяется с каждым годом [5-6].
Применение катализатора в синтезе полимолочной кислоты является
обязательным условием для получения полимера с необходимой средневесовой
молекулярной массой и физико-химическими свойствами. На данный момент
известно множество (около 150) катализаторов, применяемых в синтезе ПМК,
однако наибольшее распространение получил октаноат олова (Sn(Oct)2),
который используется в промышленности. Большинство катализаторов,используемых для получения полилактидов, содержат в своём составе атомы
металла. Стоит отметить то, что присутствие примесей металлов не всегда
допустимо в медицине и фармакологии [7].
Использование того или иного катализатора/сокатализатора влияет на
физико-химические свойства полимеров (тип, строение, стереонаправленность,
оптическая чистота, средневесовая молекулярная масса и другие свойства), а
также на экономические аспекты получения ПМК [8].
Биоразлагаемые полимеры в России производятся в малых количествах,
хотя потребность в полимерах подобного рода растет из года в год. Особенно
важно изучить процесс и механизм реакции полимеризации. Очень много
внимания уделяется выбору катализатора и сокатализатора, а также их синтезу.
Изучение свойств ПМК является актуальной задачей [9-11].
Стоит отметить то, что при проведении процесса синтеза ПМК при
обычном конвекционном нагревании мы сталкиваемся с некоторыми
проблемами: 1)процесс очень длителен; 2)трудоёмкость процесса;
3) необходимо поддерживать повышенные температуры [12].
В настоящее время ведутся активные исследования во многих отраслях
науки и техники, которые направлены на разработку новейших
энергосберегающих экологичных технологий. Микроволновое излучение
благодаря своим свойствам, таким как сокращение времени реакции (до 1000
раз), увеличение выхода и средневесовой молекулярной массы продукта,
уменьшение полидисперсности полимеров, находят все более широкое
применение [13-14].
Развитие и внедрение в промышленность методов поликонденсации /
полимеризации молочной кислоты (МК) в условиях МВО могут быть
незаменимыми технологиями, способными дать толчок для фармацевтического
производства а РФ [15].
Цель работы: синтез полимолочной кислоты (ПМК) в присутствии птолуолсульфокислоты (п-ТСК) в условиях микроволнового облучения (МВО)
для фармакологического применения.З
Предмет исследования: изучение кинетики полимеризации олигомеров
молочной кислоты в присутствии п-толуолсульфокислоты в условиях
микроволнового облучения (МВО).
Цель работы – синтез полимолочной кислоты (ПМК) в присутствии птолуолсульфокислоты (п-ТСК) в условиях микроволнового облучения (МВО)
для медицинского назначения.
В процессе работы проводились исследования по поиску оптимальных
режимов проведения синтеза полимолочной кислоты (ПМК) в присутствии птолуолсульфокислоты в условиях МВО.
Определены оптимальные условия проведения синтеза ПМК в
присутствии п-ТСК в условиях МВО. Изучена кинетика реакции
полимеризации ОМК. Показано присутствие «микроволнового» эффекта.
Результаты исследования могут быть использованы для дальнейшей
разработки технологии получения полимолочной кислоты для медицинского
использования.
В настоящее время полимеры используются практически во всех
областях жизнедеятельности человека. Биополимеры, созданные
синтетическим путем, стали незаменимыми в жизни человека благодаря своему
широкому спектру применения в различных областях: фармакология (доставка
и упаковка лекарственных средств), хирургия (изготовление шовных нитей и
имплантатов), сельское хозяйство, экология окружающей среды [1,2].
Биоразлагаемые полимеры наиболее актуальны в двух областях: в
медицине (шовные нити, имплантаты, носители лекарственных веществ с
контролируемым высвобождением, а также другие области применения) и в
производстве упаковочных пластиков и пленок, благодаря самопроизвольному
разрушению в результате химических и физических процессов.
Полилактид (полимолочная кислота, ПМК) – один из наиболее
перспективных биоразлагаемых полимеров, получаемый путем из лактида,
димера молочной кислоты [3-4].
Применение ПМК в медицине обусловлено тем, что в результате его
разложения образуются нетоксичные продукты, безвредные для человека,
участвующие в метаболизме. Биоразлагаемые полимеры не вызывают
аллергических, воспалительных или других побочных реакций в результате их
разложения. Именно в этом и заключается их практическая ценность.
В фармакологии полимеры используются в создания оболочек для
различных лекарственных средств и в качестве носителей активной
фармацевтической субстанции, которая вшивается в полимер. Ассортимент
подобного рода изделий расширяется с каждым годом [5-6].
Применение катализатора в синтезе полимолочной кислоты является
обязательным условием для получения полимера с необходимой средневесовой
молекулярной массой и физико-химическими свойствами. На данный момент
известно множество (около 150) катализаторов, применяемых в синтезе ПМК,
однако наибольшее распространение получил октаноат олова (Sn(Oct)2),
который используется в промышленности. Большинство катализаторов,используемых для получения полилактидов, содержат в своём составе атомы
металла. Стоит отметить то, что присутствие примесей металлов не всегда
допустимо в медицине и фармакологии [7].
Использование того или иного катализатора/сокатализатора влияет на
физико-химические свойства полимеров (тип, строение, стереонаправленность,
оптическая чистота, средневесовая молекулярная масса и другие свойства), а
также на экономические аспекты получения ПМК [8].
Биоразлагаемые полимеры в России производятся в малых количествах,
хотя потребность в полимерах подобного рода растет из года в год. Особенно
важно изучить процесс и механизм реакции полимеризации. Очень много
внимания уделяется выбору катализатора и сокатализатора, а также их синтезу.
Изучение свойств ПМК является актуальной задачей [9-11].
Стоит отметить то, что при проведении процесса синтеза ПМК при
обычном конвекционном нагревании мы сталкиваемся с некоторыми
проблемами: 1)процесс очень длителен; 2)трудоёмкость процесса;
3) необходимо поддерживать повышенные температуры [12].
В настоящее время ведутся активные исследования во многих отраслях
науки и техники, которые направлены на разработку новейших
энергосберегающих экологичных технологий. Микроволновое излучение
благодаря своим свойствам, таким как сокращение времени реакции (до 1000
раз), увеличение выхода и средневесовой молекулярной массы продукта,
уменьшение полидисперсности полимеров, находят все более широкое
применение [13-14].
Развитие и внедрение в промышленность методов поликонденсации /
полимеризации молочной кислоты (МК) в условиях МВО могут быть
незаменимыми технологиями, способными дать толчок для фармацевтического
производства а РФ [15].
Цель работы: синтез полимолочной кислоты (ПМК) в присутствии птолуолсульфокислоты (п-ТСК) в условиях микроволнового облучения (МВО)
для фармакологического применения.З