WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

После оптимизации условий А 0,ферментативного синтеза полиэлектролитных комплексов ПАНИ 0,с помощью оксидоредуктаз нами были приготовлены образцы комплексов 0,ПАНИ/СПС, полученные с помощью лакказы и ПП, и комплекс 0,ПАНИ/ПАМПС, полученный в присутствии ПП.

300 400 500 600 700 800 Часто основной характеристикой, нм 0,Б ПАНИ является его электронный спектр. На рис. 7 (А) представлен 0,типичный электронный спектр в УФ- и 0,видимой областях для растворов ферментативно синтезированных 0,полиэлектролитных комплексов на 0,основе ПАНИ. Этот спектр имеет три характерных пика поглощения. Первый 500 1000 1500 2000 пик в районе длин волн 320-360 нм, нм Рис. 7: Электронные спектры раствора (А) и пленки (Б) соответствует -* электронному полиэлектролитного комплекса ПАНИ/ПАМПС, синтепереходу в бензоидном фрагменте зированного с помощью ПП ПАНИ. Второй (400-420 нм) и третий (760-800 нм) пики характеризуют степень допирования и формирование полярона с компактной конформации цепей электропроводящего ПАНИ соответственно. Следует заметить, что первые два пика накладываются друг на друга и образуют один широкий пик, образование которого многократно было описано в литературе. Единственное различие электронных спектров полиэлектролитных комплексов ПАНИ, синтезированных разными оксидоредуктазами, заключается в том, что 1,длинноволновый пик в случае лакказы для ПАНИ лежал при 760 нм, в то время в случае ПП этот пик смещается к pH pH 2.1,pH 3.pH 3.нм. Это говорит о том, что при катализе pH 4.pH 6.ПП синтезируется более допированный pH 7.ПАНИ.

0,pH 8.При титровании полиэлектролитpH 9.pH pH 10.ного комплекса ПАНИ соляной 300 400 500 600 700 800 кислотой и гидроксидом натрия, нм наблюдалось изменение формы спектра Рис. 8: Изменение спектров полиэлектролитного компоглощения (рис. 8). Так, при кислых плекса ПАНИ/СПС, синтезированного с помощью лакказы, в зависимости от рН рН изменений электронного спектра поглощение поглощение поглощение практически не наблюдалось вплоть до рН 6-8, что говорит о том, что ПАНИ находился в протонированном допированном состоянии. Как только рН среды превышает этот интервал, пики при 420 и 760 нм исчезают, и появляется новый пик поглощения при 560 нм, что заметно даже визуально, т.к. раствор становится голубого и даже фиолетового цвета вместо зеленого. Такие изменения связаны с переходом полианилина в дедопированное состояние (сх.

2).

Схема 2: Кислотное допирование ПАНИ.

Спектральные свойства полиэлектролитных комплексов ПАНИ были изучены не только в виде дисперсионных растворов, но и в виде пленок.

Электронные спектры комплексов в растворах и в высушенном состоянии не имели принципиальных различий (рис. 7). Анализируя спектры пленок в ближней ИК-области (рис. 7 (Б)) важно отметить наличие, хотя и невысокого, поглощения при длинах волн, выше 1300 нм, что в литературе трактуется как наличие делокализованных неспаренных электронов, ответственных за проводимость.

Наличие неспаренных электронов в образцах синтезированных комплексов ПАНИ было подтверждено методом ЭПР. На рис. 9 представлен 10 G типичный спектр ЭПР растворов полиэлектролитных комплексов ПАНИ независимо от используемой полимерной матрицы и используемого фермента. Значение g-фактора для комплексов полианилина составило 2.002, которое характерно для Рис. 9: ЭПР-спектр полиэлектролитного комплекса ПАНИ / СПС, синтезировансвободных электронов.

ного с помощью ПП Электропроводимость комплексов полианилина различается в зависимости от способа их получения. Так для комплексов ПАНИ, синтезированных с помощью лакказы, проводимость составила 0,2 мС/см. Для образцов комплексов ПАНИ, синтезированных с помощью ПП, проводимость достигала 11,2 мС/см.

Совместно с д.х.н. И.Н. Курочкиным и его сотрудниками, была изучена морфология полиэлектролитных комплексов ПАНИ/ПАМПС с помощью атомной силовой микроскопии. Как показано на рис.10 (А), «чистый» ПАМПС (контроль) абсорбируется на графитовой подложке, образуя тонкую пленку.

Для полиэлектролитных комплексов ПАНИ/ПАМПС также наблюдалось образование тонких пленок ПАМПС с агрегированными молекулами полианилина (рис. 10 (Б)). Эти агрегаты полианилина локализованы на поверхности ПАМПС, не организуя при этом единую полианилиновую цепь, так как агрегаты наночастиц ПАНИ достаточно удалены друг от друга. Размер наночастиц ПАНИ зависит от исходной концентрации ПАМПС. При высоком содержании ПАМПС (при молярном соотношении ПАМПС к анилину – 1:1) размер частиц ПАНИ составил порядка 10-15 нм, а при низком содержании ПАМПС (1:10) – ~ 25 нм. Таким образом, повышение концентрации ПАМПС приводило к увеличению количества сайтов инициации образования полианилина, что приводило к образованию более мелких частиц ПАНИ, т.е изменяя концентрацию ПАМПС, можно варьировать размер образующихся частиц ПАНИ.

Наиболее яркие отличия между полиэлектролитными комплексами с различным содержанием ПАМПС были обнаружены при изучении влияния полимерной матрицы на проводимость пленок полианилина.

Как видно из данных рис. 11, с увеличением содержания ПАМПС происходит снижение электропроводимости. Изменение 2:5 3:1:электропроводимости комплексов [ПАМПС]/[анилин] ПАМПС/ПАНИ хорошо Рис. 11: Зависимость проводимости полиэлектролитных комплексов ПАНИ, синтезированных с помощью ПП, от согласовывалось с данными, содержания в них полимерной матрицы полученными по изучению их морфологии.

проводимость, мС/см A ПАМПС B ПП ПАНИ Рис. 10: Морфология комплекса полианилин/ПАМПС, полученная с помощью атомносиловой микроскопии. (А) – ПАМПС (контороль); (Б) – комплекс полианилин/ПАМПС, полученный ферментативно с помощью ПП при молярном соотношении концентраций мономерного звена ПАМПС к анилину 1:5.

Влияние концентрации ПАМПС в реакционной среде на проводимость синтезированных комплексов ПАНИ можно объяснить тем, что в ходе реакции, когда содержание полимерной матрицы велико, молекулы мономерного анилина равномерно распределяются на них и, тем самым, на одной молекуле ПАМПС количество сорбированных молекул анилина невысоко. Это должно приводит к тому, что при большом количестве центров инициации полимерных цепей должны формироваться короткие цепи полианилина. В случае же низкой концентрации ПАМПС в реакционной среде по тем же причинам должны формироваться более длинные цепи ПАНИ, и, следовательно, должна наблюдаться и более высокая проводимость.

III. Синтез хирального полианилина на мицеллах ДБСК, катализируемый ПП Для проведения ферментативного синтеза хирального полианилина в качестве матрицы были выбраны мицеллы ДБСК, способные не только ориентировать анилин с получением линейных молекул полианилина, но и допировать его. Следует отметить, что ДБСК, как и другие детергенты, может разрушать третичную нативную структуру фермента и приводить к его инактивации. Поэтому перед началом работы с ферментативным синтезом хирального полианилина было определено влияние ДБСК на активность пероксидаз. Для этого были определены константы скорости реакции второго порядка (k) для реакции окисления o-дианизидин пероксидом водорода, катализируемой пероксидазой хрена (ПХ) и ПП, в присутствии ДБСК (17мМ) (табл. 2).

Табл. 2: Влияние ДБСК на каталитическую активность ПХ и ПП Оптимальные условия для катализа ПП и ПХ фермент k, M-1с-1 * [ДБСК], мМ [H2O2], мM [o-дианизидин], мM ПХ - 1.43 0.12 2,9 x ПП - 4.20 0.12 8,9 x ПХ 17 0.72 0.4 1,6 x ПП 17 1.3 0.4 2,7 x Как видно из табл. 2, в отсутствие ДБСК ПП - более активный биокатализатор по сравнению с ПХ. Введение в реакционную смесь ДБСК частично инактивирует обе пероксидазы, приводя к 2-3-х кратному снижению каталитической активности обоих ферментов.

Эти результаты также показывают, что в присутствии ДБСК ПП проявляет такую же активность, как ПХ в отсутствие ДБСК.

Полученные результаты открывают возможность использования ПП в качестве биокатализатора при синтезе хирального полианилина на мицеллах ДБСК.

В соответствии с литературными данными для образования хиральных структур ПАНИ в реакционную смесь вводились энантиомеры камфорсульфоновой кислоты (КСК) как индукторы хиральности.

Поскольку концентрации анилина, КСК и ДБСК могут существенно влиять на эффективность мицеллярного ферментативного синтеза ПАНИ, была проведена оптимизация условий синтеза. Для оптимизации использовали подход многофакторного планирования Рис. 12: Предположительэксперимента с тремя независимыми ная вторичная структура компонентами (анилин, КСК и ДБСК), хирального полианилина позволяющий оценить не только влияние каждого отдельного компонента, но и их взаимное влияние. Область варьирования концентраций каждого компонента представлена в табл. 3. Таким образом, согласно теории построения многофакторного эксперимента были получены образцов полианилина (табл. 4).

Сравнение спектров кругового дихроизма (КД-спектры любезно были сняты к.ф.-м..н. Лобачевым В.М. (Институт молекулярной биологии им.

Энгельгарда РАН)) полученных образцов ПАНИ показало, что хиральность полианилина в значительной степени зависит от 350 400 450 500 условий синтеза. Некоторые из, нм полученных образцов имели КД спектр Рис. 13: КД-спектр хирального ПАНИ, синтезированного на мицеллах ДБСК с помощью ПП в видимой области, характерный для хирального полианилина (рис. 12). В литературе предполагается, что оптическая активность полианилина обусловлена образованием спиралевидной конформации полианилиновых цепей (рис. 13). Важно подчеркнуть, что КДспектры образцов полианилина, синтезированных в присутствии (R)-КСК и (S)КСК, были идентичны. Это говорит о том, что в ходе ферментативной реакции образуется спиралевидный ПАНИ, закрученный в одну и ту же сторону.

Подобный эффект уже был ранее описан в литературе при ферментативном синтезе полиэлектролитных комплексов хирального полианилина с СПС.

гр [ ], адусы/децимоль*см Таблица 3: Уровни варьирования концентраций компонентов при оптимизации условий ферментативного синтеза хирального полианилина в мицеллах ДБСК в присутствии (+) КСК.

Уровни Компоненты Нижний (-1) Центр (0) Верхний (+1) анилин, мM ( 75 112.5 X1) КСК, мM ( X2) 0 75 ДБСК, мM ( 12 17 X3) Таблица 4: План многофакторного эксперимента по оптимизации условий ферментативного синтеза хирального полианилина в мицеллах ДБСК в присутствии пероксидазы пальмы.

Номер Уровни факторов эксперимента X1 X2 XОсновной эксперимент 1 -1 -1 -2 +1 -1 -3 -1 +1 -4 +1 +1 -5 -1 -1 +6 +1 -1 +7 -1 +1 +8 +1 +1 +Дополнительный эксперимент 9 -1 0 10 +1 0 11 0 -1 12 0 +1 13 0 0 -14 0 0 +Обработка результатов эксперимента с многофакторным планированием позволила получить следующую зависимость молярной эллиптичности ([]) ПАНИ от варьируемых параметров (с погрешностью до 15%):

[] = -0.1[анилин]2 - 0.01[анилин][КСК] - 0.02[КСК]2 + 0.003[КСК][ДБСК] + 5.8[ДБСК]2 +0.005[анилин][ДБСК]+ 23[анилин]+ 2.8[КСК] +193[ДБСК] – Из полученного уравнения видно, что каждый из компонентов оказывает разное влияние на формирование хиральности полианилина.

Дифференцирование полученной функции по каждому из параметров и приравнивание полученных производных к нулю позволили вычислить оптимальные условия ферментативного синтеза хирального полианилина, которые оказались следующими: 125 мM анилина, 17 мM ДБСК и 47 мM КСК.

Наибольшей хиральностью обладали образцы полианилина 2, 6, 10, 11, 13 (рис. 14). В соответствии с разчитанным уравнением все высокохиральные образцы ПАНИ были синтезированы либо в 40 отсутствие, либо в присутствии низких концентрациях КСК. Из этого следует, что введение КСК в реакцию ферментативной полимеризации 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 анилина приводит не к увеличению номер образца полианилина хиральности, как описано для Рис. 14: Зависимость молярной эллиптичности (черхимического и электрохимического ные столбцы) и площади ЭПР-спектра (серые столбцы) от условий ферментативного синтеза ПАНИ синтезов оптически активного (согласно табл.4) полианилина, а к ухудшению оптических характеристик образующегося ПАНИ. Возможно, в качестве индуктора хиральности образующегося полианилина выступали либо хиральные молекулы ПП, либо мицеллы ДБСК, структурируя на своей поверхности определенным образом полимерные цепи полианилина. Ранее образование хиральной третичной структуры на мицеллах ДБСК было описано и детально изучено на примере другого электропроводящего полимера (политиофена).

Сравнение значений площади ЭПР-спектров и молярной эллиптичности полученных образцов полианилина (рис. 14) не позволило выявить никакого соответствия между этими параметрами. Отсюда следует, что оптимальные условия для синтеза электропроводящего полианилина и хирального полианилина различны, что необходимо учитывать при синтезе полианилинов с желаемыми свойствами.

На рис. 15 представлены два вида спектров в области УФ, видимого и ближнего ИК света, которые регистрировались для полианилина, ферментативно синтезированного при варьировании концентраций компонентов реакционной смеси. Как хорошо видно, эти спектры являются сигнал, % типичными для допированной 2,формы полианилина. Все спектры имеют пик поглощения в области 2,400-415 нм, свидетельствующий об уровне допирования и образовании полярона полианилина. Основные 1,различия в электронных спектрах наблюдались в длинноволновой 1,области. Так электронные спектры для всех образцов, 0,синтезированных при самой низкой 400 600 800 1000 концентрации анилина (75 мМ),, нм имели пик поглощения в районе Рис. 15: Электронные спектры образцов ПАНИ, синтезированных на мицеллах ДБСК с помощью ПП 800 нм и небольшое поглощение в области ближнего ИК света, что свидетельствует о формировании компактной конформации цепей ПАНИ. В противоположность этому, электронные спектры всех остальных образцов демонстрировали невысокое поглощение в районе 800 нм и значительным поглощение в области ближнего ИК. Этот факт свидетельствует о существенной делокализации электронов и формировании развернутой конформации полианилиновых цепей. Следует обратить внимание, что формирование развернутой конформации полианилина не наблюдалось при ферментативном синтезе полианилина на полимерных матрицах СПС и ПАМПС.

Морфология полученных образцов полианилина была изучена методами трансмиссионной электронной микроскопии (ТЭМ) совместно с проф. В.Ю.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»