Набухание гидрогеля на основе сополимера акриламида и акрилата натрия в водных растворах хлорида меди (II) с добавками аминокислот

Изучено набухание полиэлектролитного гидрогеля на основе сополимера акриламида и акрилата натрия в водных растворах хлорида Cu(II) с добавками аминокислот глицина и L-гистидина. Актуальность исследований обусловлена применением таких систем в агрохимических препаратах, которые должны сохранять высокую водоудерживающую способность в присутствии ионов микроэлементов и аминокислот, используемых для устранения дефицита питания и придания растениям устойчивости к неблагоприятным погодным условиям и болезням. Использовали гравиметрический метод анализа, а также атомно-абсорбционную спектрометрию, Фурье-ИК НПВО спектроскопию и молекулярную абсорбционную спектрофотометрию. Определено влияние кислотности (рН 3, 5 и 7) водных растворов хлорида Cu(II) с добавками аминокислот на степень набухания гидрогеля и поглощение им ионов Cu(II). Установлены причины изменения степени набухания гидрогеля в водных растворах хлорида Cu(II) в присутствии глицина и L-гистидина. Высказано предположение, что основным продуктом взаимодействия сшитого сополимера с компонентами 0,01 М водного раствора хлорида Cu(II) с добавкой 0,04 M глицина или L-гистидина при рН 3 является смешанный комплекс ионов Cu(II) с функциональными группами сополимера и аминокислот.

1. Zohuriaan-Mehr, M. J. Superabsorbent Polymer Materials: A Review / M. J. Zohuriaan-Mehr, K. Kabiri // Iran. Polym. J. - 2008. - Vol. 17, N 6. - P. 451-477.

2. Peppas, N. A. Devices based on intelligent biopolymers for oral protein delivery / N. A. Peppas // Int. J. Pharm. -2004. - Vol. 277, N 1-2. - P. 11-17. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2003.03.001

3. Hennink, W. E. Novel crosslinking methods to design hydrogels / W. E. Hennink, C. F. van Nostrum // Adv. Drug Deliv. Rev. - 2002. - Vol. 54, N 1. - P. 13-36. https://doi.org/10.1016/S0169-409X(01)00240-X

4. Gupta, P. Hydrogels: from controlled release to pH-responsive drug delivery / P. Gupta, K. Vermani, S. Garg // Drug Discov. - 2002. - Vol. 7, N 10. - P. 569-579. https://doi.org/10.1016/S1359-6446(02)02255-9

5. Dynamic swelling behavior of y-radiation induced polyelectrolyte poly(AAm-co-CA) hydrogels in urea solutions / E. Karadag [et al.] // Int. J. Pharm. - 2005. - Vol. 301, N 1-2. - P. 102-111. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2005.05.026

6. Состав комплексных соединений в полиэлектролитных гидрогелях, используемых для повышения нефтеотдачи / Л. П. Круль [и др.] // Нефтехимический комплекс. - 2012. - Т. 9, № 2. - С. 3-7.

7. Chavda, H. V. Preparation and characterization of Swellable Polymer-Based Superporous Hydrogel Composite of Poly (Acrylamide-co-Acrylic Acid) / H. V. Chavda, C. N. Patel // Trends Biomater. Artif. Organs. - 2010. - Vol. 24, N 1. -P. 83-89.

8. Особенности технологического процесса получения синтетического водорастворимого полимера из отходов полиакрилонитрильного волокна / Л. П. Круль [и др.] // Вес. Нац. акад. навук Беларусь Сер. хiм. навук. - 2000. -№ 2. - С. 92-95.

9. Rosiak, J. M. Synthesis of hydrogels by irradiation of polymers in aqueous solution / J. M. Rosiak, P. Ulanski // Rad. Phys. Chem. - 1999. - Vol. 55, N 2. - P. 139-151. https://doi.org/10.1016/S0969-806X(98)00319-3

10. Радиационное сшивание сополимера акриламида с акрилатом натрия в водных растворах / А. С. Рыбак [и др.] // Химия высоких энергий. - 2003. - Т. 37, № 4. - С. 265-267. https://doi.org/10.1023/A:1024746600061

11. Новые пленкообразующие биотехнические средства сельскохозяйственного назначения на основе химически сшитых функционализированных полиакриламидов / Е. В. Гринюк [и др.] // Свиридовские чтения: сб. ст. - Минск: БГУ, 2012. - Вып. 8. - С. 194-201.

12. Шахно, О. В. Определение состава макромолекулярных металлокомплексов в полиэлектролитных гидрогелях на основе функционализированных полиакриламидов, сшитых ацетатом хрома (III) / О. В. Шахно, Е. В. Гринюк, Л. П. Круль // Докл. Нац. акад. наук Беларуси. - 2013. - Т. 57, № 3. - С. 63-69.

13. Lentz, R. D. Long-term polyacrylamide formulation effects on soil erosion, water infiltration, and yields of furrow-irrigated crops / R. D. Lentz, R. E. Sojka // Agron. J. - 2009. - Vol. 101, N 2. - P. 305-314. https://doi.org/10.2134/agronj2008.0100x

14. Controlling soil erosion and runoff with polyacrylamide and phosphogypsum on subtropical soil / B. H. Cochrane [et al.] // Trans. ASAE. - 2005. - Vol. 48. - P. 149-154. https://doi.org/10.13031/2013.17958

15. Sivapalan, S. Benefits of treating a sandy soil with a crosslinked-type polyacrylamide / S. Sivapalan // Aust. J. Exp. Agric. - 2006. - Vol. 46. - P. 579-584. https://doi.org/10.1071/ea04026

16. Al-Humaid, A. I. Effects of hydrophilic polymer on the survival of buttonwood seedlings grown under drought stress / A. I. Al-Humaid, A. E. Moftah // J. Plant Nutr. - 2007. - Vol. 30, N 1. - P. 53-66. https://doi.org/10.1080/01904160601054973

17. Круль, Л. П. Полиэлектролитные гели на основе гидролизата нитрона / Л. П. Круль [и др.] // Труды БГУ Физиологические, биохимические и молекулярные основы функционирования биосистем. - 2008. - Т. 3, № 2. - С. 59-69.

18. Гелеобразование в водных растворах функционализированных полиакриламидов / Л. П. Круль [и др.] // Материалы. Технологии. Инструменты. - 2011. - Т. 16, № 3. - С. 85-89.

19. Wohrle, D. Metal complexes and metals in macromolecules: synthesis, structure and properties / D. Wohrle, A. D. Po-mogailo. - Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2003. - 685 p. https://doi.org/10.1002/9783527610778_

20. Макромолекулярные комплексы микроэлементов с сополимером акриламида и акрилата натрия / Е. К. Фомина [и др.] // Свиридовские чтения: сб. ст. - Минск: БГУ, 2017. - Вып. 13. - С. 294-314.

21. Фомина, Е. К. Фазовое состояние водных растворов сополимеров акриламида с акрилатом натрия в присутствии ионов меди, цинка, марганца / Е. К. Фомина, Л. П. Круль, Е. В. Гринюк // Журн. прикл. химии. - 2015. - Т. 88, № 9. - С. 1359-1363. https://doi.org/10.1134/S1070427215090189

22. Влияние ионов С^+, Zn2+, Mn2+ на водопоглощение полиэлектролитных гидрогелей на основе гидролизата полиакрилонитрильного волокна / Е. К. Фомина [и др.] // Журн. прикл. химии. - 2014. - Т. 87, № 9. - С. 1345-1350. https://doi.org/10.1134/S1070427214090237

23. Веснеболоцкая, С. А. Влияние формирования поверхностного слоя на набухание полиэлектролитных гидрогелей в водно-солевых растворах / С. А. Веснеболоцкая, Н. Г. Бельникевич, Т. В. Будтова // Журн. прикл. химии. -2010. - Т. 83, № 11. - С. 1874-1878. https://doi.org/10.1134/S1070427210110212

24. Поведение гидрогелей полиакрилата натрия в растворах сульфата меди / З. Ф. Зоолшоев [и др.] // Журн. прикл. химии. - 2008. - Т. 81, № 9. - С. 1573-1575. https://doi.org/10.1134/S1070427208090346

25. Zavgorodnya, O. Nanostructured highly-swollen hydrogels: Complexation with amino acids through copper (II) ions / O. Zavgorodnya, V. Kozlovskaya, E. Kharlampieva // Polymer. - 2015. - Vol. 74. - P. 94-107. https://doi.org/10.1016/j.poly-mer.2015.08.010

26. Beck, W. Metal Complexes of Biologically Important Ligands, CLXXII [1]. Metal Ions and Metal Complexes as Protective Groups of Amino Acids and Peptides - Reactions at Coordinated Amino Acids / W. Beck // Z. Naturforsch. - 2014. -Vol. 6. - P. 1221-1245. https://doi.org/10.1515/znb-2009-11-1202

27. Biostimulant activity of two protein hydrolyzates in the growth and nitrogen metabolism of maize seedlings / A. Ertani [et al.] // J. Plant Nutr. Soil Sci. - 2009. - Vol. 172, N 2. - P. 237-244. https://doi.org/10.1002/jpln.200800174

28. Макромолекулярные смешанные комплексы меди(П) с глицином и сополимером акриламида и акрилата натрия / Д. Л. Кудрявский [и др.] // Полимерные материалы и технологии. - 2019. - Т. 5, № 4. - С. 22-33.

29. Wu, G. Amino acids: biochemistry and nutrition / G. Wu. - Boca Raton: CRC Press, 2013. - 459 p. https://doi.org/10.1201/b14661_

30. New insights into the coordination chemistry and molecular structure of copper(II) histidine complexes in aqueous solutions / J. G. Mesu [et al.] // Inorg. Chem. - 2006. - Vol. 45, N 5. - Р. 1960-1971. https://doi.org/10.1021/ic051305n

31. Francois, J. Spectroscopic study (u.v.-visible and electron paramagnetic resonance) of the interactions between synthetic polycarboxylates and copper ions / J. Francois, C. Heitz, M. Mestdagh // Polymer. - 1997. - Vol. 38, N 21. - Р. 5321-5332. https://doi.org/10.1016/S0032-3861(97)00095-5

32. Огородникова, Н. П. Прямой метод синтеза комплексов меди(11) с аминокислотами в неводных растворителях / Н. П. Огородникова, Н. Н. Старкова, Ю. И. Рябухин // Химия и химическая технология. - 2009. - Т. 52, № 12. - C. 45-46.

33. Spectroscopic studies of copper (II) complexes with some amino acid as ligand / M. Hubner [et al.] // Analele Univer- sitatii de Vest din Timisoara. - Vol. LV. - 2011. - P. 77-85.