CC BY
125
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №6/2015 ISSN 2410-700Х_
ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 54.057, 547.775
Ветштейн Виктория Олеговна
студентка Оренбургского государственного университета
Строганова Елена Алексеевна старший преподаватель кафедры химии Оренбургского государственного университета Шимук Анна Петровна студентка Оренбургского государственного университета
г.Оренбург, РФ Email: joe60063549@gmail.com
СИНТЕЗ ПАВ НА ОСНОВЕ ТОЛУОЛ-ФОРМАЛЬДЕГИДНЫХ СМОЛ И АНТИПИРИНА
Аннотация
В статье представлена разработанная методика синтеза поверхностно-активных олигомеров на основе реакции поликонденсации толуола, формальдегида и антипирина. Изучен состав вещества по данным ИК-спектроскопии, а также предложены схемы наиболее вероятно протекающих реакций.
Ключевые слова
поверхностно-активное вещество, антипирин, толуол, формальдегид, синтез, конденсация, ИК-
спектроскопия
Поверхностно-активные вещества - группа органических соединений, адсорбция которых на межфазных поверхностях резко снижает поверхностное натяжение на границах раздела раствора с газом, жидкостью или твердым телом [4, с. 663]. Такое свойство ПАВ является следствием их дифильного строения, т.е. содержания в молекуле гидрофильного и липофильного или олеофильного участков. Области применения ПАВ многочисленны и обширны. ПАВ используются в качестве стабилизаторов дисперсных систем (пен, эмульсий, суспензий), моющих агентов, флотационных агентов, средств, снижающих прочность обрабатываемых материалов, для покрытия поверхностей (например, с целью гидрофобизации или защиты от испарения) и т.д [1, с. 3]. Подобная востребованность и многообразие путей использования служат причиной детального изучения и синтеза новых веществ, удовлетворяющих различным потребностям всех областей промышленности. Этим объясняется актуальность данной работы.
Применение ПАВ основывается на их адсорбционной способности и поверхностной активности. ПАВ по действию могут быть разделены на диспергаторы, пленкообразователи и стабилизаторы [1, с. 290].
Диспергирующее действие основано на том, что с понижением поверхностного натяжения облегчается диспергируемость гетерогенной системы. Наиболее эффективным ПАВ будет то, которое сильнее понижает поверхностное натяжение при более низкой концентрации.
Защитное действие ПАВ основано на образовании слоя, инертного по отношению к разным воздействиям. Оно оценивается по прочности удержания монослоя на поверхности раздела фаз и по изменению гидрофильно-гидрофобных свойств поверхности.
Стабилизирующее действие ПАВ оценивается по тому, насколько устойчива дисперсная система (эмульсия, пена, суспензия), стабилизированная данным ПАВ, по максимальному числу стабилизированных частиц и условиям стабилизации. Показателями этих свойств являются: время существования гетерогенной системы, поверхность, которую может стабилизировать ПАВ данной концентрации и концентрационные пределы, в которых ПАВ является стабилизатором.
В рамках данного исследования проведен экспериментальный синтез неописанного ранее в литературе соединения. На рисунке 1 представлена теоретическая разработка синтеза ПАВ, в котором роль липофильного участка выполняет продукт поликонденсации толуола с формальдегидом, а гидрофильного -молекула антипирина. Т.о. процесс синтеза ПАВ осуществляется постадийно: получение полимерной ароматической цепи, конденсация её с молекулой антипирина и обработка продукта натриевой щелочью с
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №6/2015 ISSN 2410-700Х_
образованием натриевой соли антипирилметантолуол-формальдегидного полимера. Взаимодействие как толуола, так и антипирина с формальдегидом протекает по механизму электрофильного замещения в кислой среде (катализатор в данном процессе - серная кислота 92%).
Рисунок 1 - Теоретическая разработка синтеза
В ходе эксперимента осуществлено два процесса поликонденсации: при большем объеме реагентов в мягких условиях и при меньшем объеме реагентов в более жестких условиях. В литературе [2, с. 191-192; 7, с. 383; 9, с. 37; 10] найдены методики синтеза дитолилметана, его высших гомологов - политолилметиленов, а также диантипирилметана. На основе этих методик, были выбраны соотношения реагирующих веществ, а также температура и продолжительность конденсации, представленные в таблице 1. Количества реагентов в процессе 2 в два раза меньше, чем в процессе 1.
Толуол, предварительно очищенный методом простой перегонки, загружали в трехгорлую колбу. Система нагревалась до температуры, указанной в таблице 1, и поддерживалась в этом состоянии указанное время (контроль температуры осуществляли при помощи термометра).
Таблица 1
Количества реагентов и условия эксперимента
Синтез 1 Синтез 2
Молярное соотношение С6Н5СН3 : СН2О : СпН12№0 1 : 3 : 0,1
Объем толуола, мл 27,0 13,3
Объем формалина, мл 51,0 25,45
Масса навески антипирина, г 4,7 2,35
Объем катализатора (из расчета «30% объема системы), мл 24,0 12,0
Температура, °С «85 110-120
Продолжительность процесса, мин 135 25
Время введения в систему антипирина, (мин. от начала синтеза) 90 15
Через 90 и 15 минут от начала эксперимента в процессах 1 и 2 соответственно в систему через воронку вводили антипирин, растворенный в небольшом количестве воды. Оставшееся время эксперимента поддерживалась необходимая температура смеси.
Процесс 2 не представляет практического интереса, так как в этом случае в фазе насыщенного пара происходит осмоление с образованием преимущественно толуол-формальдегидных полимеров, оставшихся на стенках колбы. Далее описано продолжение исследования вещества, полученного в процессе 1. После нагревания реакционной смеси в течение 135 минут на водяной бане наблюдалось потемнение водного и органического слоев до грязно-желтого цвета. Затем, после разделения на делительной воронке водной и
толуольной фаз, работа была продолжена с более объемной и плотной водной фазой. Водный раствор отфильтровали на воронке Бюхнера (при этом наблюдалось пенообразование) и далее методом простой перегонки при температуре 100 °С от фильтрата была отделена вода. Судя по изменению цвета содержимого колбы от грязно-желтого до темно-бурого, при перегонке в растворе продолжался процесс полимеризации с увеличением молекулярной массы полимера. Для наиболее полного освобождения от воды и остатка серной кислоты осуществили выпаривание массы в фарфоровой чашке до прекращения изменения объема. Объем выпаренной массы антипиринтолуол-формальдегидных полимеров составил 127 мл. Продукт конденсации растворим в воде и спирте, нерастворим в диоксане, четыреххлористом углероде, петролейном эфире.
С целью получения ионогенной гидрофильной составляющей в составе продукта синтеза к массе приливали раствор натриевой щелочи (25%) в объеме, пятикратно превышающем объем смеси. Процесс сопровождался значительным нагреванием, что может свидетельствовать о протекании реакции нейтрализации и возможном присутствии в массе сульфокислоты. Также наблюдались следующие явления: осмоление стенок колбы, появление темной маслянистой пленки на поверхности смеси и обесцвечивание самой массы. После отделения смеси от продуктов осмоления на делительной воронке в растворе можно было заметить некристаллический осадок. Осадок, представляющий собой светло-коричневый рассыпчатый порошок, был отделен на воронке Бюхнера и высушен. При фильтровании наблюдалось интенсивное пенообразование.
В результате эксперимента получено 0,7562 г порошкообразного вещества.
Определить температуру плавления продукта синтеза в лабораторных условиях не представилось возможным: при нагревании образца до 200°С не наблюдалось изменение его агрегатного состояния, а лишь изменение цвета на более темный.
Далее, для подтверждения строения полученного вещества, образец был проанализирован при помощи ИК-спектроскопии на спектрометре ИНФРАЛЮМ-ФТ 02. ИК-спектр вещества, записанный для суспензии в вазелиновом масле, представлен на рисунке 2.
Рисунок 2 - ИК-спектр экспериментально полученного вещества
В таблице 2 представлены характеристические полосы поглощения, подтверждающие наличие соответствующих функциональных групп [8, с. 69-113], где V и 5 - соответственно валентные и деформационные колебания. Как видно из приведенных данных, состав продукта соответствует теоретическим предположениям (см. схему реакции, рисунок 1), т.е. наблюдается присутствие ароматического кольца, метиленовых групп и пиразолонового кольца. Однако вместе с тем обнаружены полосы поглощения, соответствующие валентным колебаниям связей S-O и SO2. Это может свидетельствовать о наличии в составе образца сульфогруппы, входящей в состав полимерного продукта. Также на ИК-спектре обнаружены полосы карбонильной группы ( 1722 см-1), гидрокси-группы (3663 см-1) и
полосы в области сильных водородных связей(2700-2200 см-1) [3, с. 27]. Это можно объяснить присутствием в составе соединения енольной формы пиразолонового кольца антипирина, стабилизированной внутри- или межмолекулярной водородной связью. Енолизация антипринового фрагмента возможна в результате мезомерного распределения электронной плотности по сопряженной системе кольца с локализацией отрицательного заряда на атоме кислорода карбонильной группы и положительного заряда на дальнем атоме азота (рисунок 3, [3, с. 26]).
Таблица 2
Характеристика ИК-спектра полученного вещества
№ -1 Полоса поглощения , см Отнесение Группа
1 694 V ^-О) сульфокислоты R-SO2-OH
2 762 5 (С-Н) три смежных атома водорода в ароматическом кольце
3 1107 5 (С-Н) 1,2-; 1,4- замещенные бензолы
4 1282 V (С-Ы) первичные и третичные ароматические амины
5 1345 V (С -Ы) аром
6 1377 V ^-О) в составе ^О2-
7 1405 V (С-Н) диапазон поглощения конденсированных ароматических систем
8 1446
9 1469
10 1493
11 1722 V (С=О) поглощение карбонильной группы пиразолонового —^ кольца
12 2341 V (О-Н) внутрикомплексные водородные связи
13 2853 V* (С-Н) метиленовая группа -СН2-
14 2926 V (О-Н) внутрикомплексные водородные связи с карбонильной группой С=О
15 2952 V (С-Н) аэ метильная группа -СН3
16 3663 V (О-Н) межмолекулярная водородная связь
Рисунок 3 - Схема образования водородной связи в молекуле диантипирилметана
Однозначно утверждать о строении вещества на основании данных лишь ИК-спектра нельзя, т.к. метод ИК-спектроскопии дает информацию о природе функциональных групп. В целях уточнения структуры требуются результаты масс-спектрометрии, а также спектроскопии ЯМР :Н.
Т.о. по итогам работы можно сделать вывод, что по предложенной методике можно осуществить синтез толуол-формальдегидного олигомера, содержащего антипириновое кольцо и сульфогруппу в качестве функциональных. К недостаткам синтеза следует отнести небольшой выход продукта в результате осмоления большей части реагентов, а также сульфатизацию продукта конденсации толуол-формальденидного олигомера и антипирина. В целях повышения выхода ПАВа и снижения процента сульфатированного продукта желательно держать мягкий температурный режим (до 80-90 °С), а также уменьшить количество вводимой серной кислоты. В заключение следует отметить, что полученное
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №6/2015 ISSN 2410-700Х_
вещество, обладающее очевидными свойствами пенообразователя, может стать объектом дополнительного исследования по выявлению дезэмульгирующих свойств на примере водонефтяной эмульсии. Список использованной литературы:
1. Абрамзон, А.А. Поверхностно-активные вещества: Свойства и применение / А.А. Абрамзон, 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Химия, 1981. - 304 с.
2. Бусев, А.И. Синтез новых органических реагентов для неорганического анализа / А.И. Бусев. - Москва: Изд-во Моск. гос. ун-та, 1972. - 247с.
3. Дегтев, М.И. Физико-химические свойства антипирина и его производных: монография / М.И. Дегтев, Е.Н. Аликина. - Пермь: Перм. гос. ун-т., 2009. - 174 с.
4. Кабанов, Н.А. Энциклопедия полимеров: в 3 т. / Н.А. Кабнов и др. - Москва: «Советская энциклопедия», 1974. Т. 2. - 1032 с.
5. Коростелев, П.П. Реактивы для технического анализа: Справ.изд. / П.П. Коростелев. - Москва: Металлургия, 1988. - 384 с.
6. Кулиев, А.М. Химия и технология присадок к маслам и топливам / М.А. Кулиев. - Л.: Химия, 1985. -312с., ил.
7. Мак-Кета, Дж.Дж. Новейшие достижения нефтехимии и нефтепереработки / Дж.Дж. Мак-Кета; пер. с англ. Абрамсона И.И. - Москва: Химия, 1968 г.
8. Органическая химия: практикум. Ч. 3. Применение методов УФ, ИК и ПМР спектроскопии в структурном анализе органических соединений/ Е.А. Строганова, П.А. Пономарева, М.А. Киекпаев. - Оренбург.:ООО ИПК «Университет», ИП Осиночкин Я.В., 2013. - 115с.
9. Основной органический синтез и нефтехимия. Межвуз. сб. науч. тр. / Ленинградский технологический институт им. Ленсовета. - вып. 13. - 1980.
10.Пат. 925925 СССР, МПК7 C 07 C 15/16. Способ получения диарилметанов / А.В.Бондаренко, В.А Прозоров, В.Г.Яськина и др. (СССР). - № 2766776/23-04; заявл. 25.04.79;опубл. 07.05.82, Бюл. №17. - 4 с.
© В.О. Ветштейн, Е.А. Строганова, А.П. Шимук, 2015
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №6/2015 ISSN 2410-700Х_
БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 572.08
Бугаева Кристина Денисовна
Аспирант СурГПУ, г. Сургут, РФ E-mail: kris4450@mail.ru
СОДЕРЖАНИЕ И ОРГАНИЗАЦИЯ КОМПЛЕКСНОГО КОНТРОЛЯ ЛЁГКОАТЛЕТОВ -
СПРИНТЕРОВ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРА.
Актуальность
Лёгкоатлетический спринт является одной из наиболее зрелищных дисциплин лёгкой атлетики. Престижность достижений в этой дисциплине, постоянно усиливающаяся конкуренция, требуют поиска новых путей повышения подготовленности спортсменов. Значительная роль в этом отношении принадлежит поиску и применению более совершенных форм управления спортивной подготовкой, в условиях севера, при этом основу управления тренировочным процессом составляет комплексный контроль.
Целью контроля является оптимизация процесса подготовки и соревновательной деятельности спортсменов, в условиях севера, на основе объективной оценки различных сторон их подготовленности и функциональных возможностей важнейших систем организма. Эта цель реализуется путём решения многообразных частных задач, связанных с оценкой состояний спортсменов, уровня их подготовленности, выполнения планов подготовки, эффективности соревновательной деятельности и др.
Информация, которая является результатом решения частных задач контроля, реализуется в процессе принятия управленческих решений, используемых для оптимизации структуры и содержания процесса подготовки, а также соревновательной деятельности спортсменов [4,6,8,9].
Необходимость осуществления систематического контроля в спортивной деятельности и на основе этого внесение соответствующих коррекций в тренировочный процесс не вызывает сомнений у спортивных учёных, практиков.
Вопросы разработки методологии комплексного контроля являются предметом постоянного внимания специалистов и к настоящему времени достаточно широко разработаны в олимпийском спорте высших достижений (Л. П. Матвеев, М. А. Годик, Е. А. Разумовский). В лёгкой атлетике обоснованием вопросов контроля посвящены исследования Ф. П. Суслова, В. П. Губы, Н. Н. Чеснокова.
Вместе с тем, в практической деятельности проведение полноценных исследовательских процедур тренерами и спортсменами в своей спортивной управленческой деятельности объективно не реализуются, а иногда и просто игнорируется, что нарушает комплексное целевое планирование в виде спорта и процесс подготовки к главным стартам сезона. Возникает противоречие между объективными возможностями научной информации, которую предоставляет комплексный контроль, и практическими управленческими действиями тренеров, опирающихся на свой собственный опыт и тренерскую интуицию. В связи с этим возникает научная необходимость определить место комплексного контроля в управленческой деятельности тренера и спортсмена как инструмента сличения реального и прогнозируемого процесса подготовки спортсмена в достижении наивысших спортивных результатов, в условиях неблагоприятных климатоэкологических факторов севера [7,9].
В настоящее время отсутствует единый подход к использованию контролирующего инструментария
за различными видами подготовленности, не достаточно разработана методика применения тестов в ходе
тренировочного процесса, ощущается нехватка рекомендаций по организации и содержанию этапного,
текущего и оперативного контроля в тренировочном процессе спортсменов, занимающихся лёгкой
22
