Використання полімерів у медицині. Медицина, реферати, рефераты

12.10.2015

Використання полімерів у медицині

Повний текст роботи

Використання полімерів у медицині

ПОЛІМЕРИ В МЕДИЦИНІ.

Полімери — високомолекулярні сполуки (ВМС), речовини з високою молекулярною масою (від декількох тисяч до декількох мільйонів), в яких атоми, з’єднані хімічними зв’язками, утворюють лінійні або розгалужені ланцюги, а також просторові тривимірні структури. До полімерів відносяться численні природні сполуки: білки, нуклеїнові кислоти, целюлоза, крохмаль, каучук та інші органічні речовини. Велике число ВМС отримують синтетичним шляхом на основі найпростіших сполук і елементів нафтового, вуглехімічного, лісохімічного і мінерального походження в результаті реакцій полімеризації, поліконденсації і хімічних перетворень одних полімерів (природних і синтетичних) в інші. Особливу групу складають неорганічні полімери (пластична сірка, силікати й ін).

В залежності від будови основного ланцюга ВМС поділяються на лінійні, розгалужені і просторові (об’ємні (просторові) структури. Лінійні та розгалужені ланцюги можна перетворити в тривимірні дією хімічних агентів, світла та радіації, а також шляхом «зшивання» (вулканізації). В якості прикладів можна навести вулканізацію каучуку,затвердіння фенолформальдегідних, епоксидних та поліефірних смол, утворення міцних плівок і покриттів з висихаючих масел, природних смол, епоксидів та ін

Лінійні ВМС можуть мати як кристалічну, так і аморфну (стеклообразную) структуру. Розгалужені і просторові полімери, як правило, є аморфними. При нагріванні вони переходять в високоеластичне стан подібно каучуку, гуми та інших еластомерів. При дії особливо високих температур, окислювачів, кислот і лугів органічні і элементоорганические ВМС зазнають поступового розкладання, утворюючи газоподібні, рідкі і тверді (кокс) з’єднання.

Фізико-механічні властивості лінійних і розгалужених полімерів багато в чому пов’язані з міжмолекулярним взаємодією за рахунок сил побічних валентностей. Так, наприклад, молекули целюлози взаємодіють між собою по всій довжині молекул, і це явище забезпечує високу міцність целюлозних волокон. А розгалужені молекули крохмалю взаємодіють лише окремими ділянками, тому не здатні утворювати міцні волокна. Особливо міцні волокна дають багато синтетичні полімери (поліаміди, поліефіри, поліпропілен та ін), лінійні молекули яких розташовані вздовж осі розтягування. Тривимірні структури можуть лише тимчасово деформуватися при розтягуванні, якщо вони мають порівняно рідку сітку (подібно гумі), а при наявності густої просторової сітки вони бувають пружними або крихкими залежно від будови. ВМС діляться на дві великі групи: гомоцепні, якщо ланцюг складається з однакових атомів (у тому числі карбоцепні, що складаються тільки з вуглецевих атомів), і гетероцепні, коли ланцюг включає атоми різних елементів. Усередині цих груп полімери поділяються на класи у відповідності з прийнятими в хімічній науці принципами.

Так, якщо в основну або бічні ланцюги входять метали, сірка, фосфор, кремній та ін полімери відносять до элементоорганическим з’єднанням.

Вивчення ВМС почалося лише в XIX ст. принципи їх будови були встановлені в 20-30-х. роках XX ст. У 1920 р. Німецький вчений Р. Штаудінгер, грунтуючись на теорії хімічної будови органічних речовин, висловив гіпотезу про «макромолекулярному» будову полімерів і пов’язав з цим їх фізико-хімічні властивості (наприклад, в’язкість розчинів). Надалі розробка цієї гіпотези призвела до створення теорії будови макромолекул, на основі якої став здійснюватися синтез нових класів полімерів із заданими властивостями.

Розвитку теорії будови полімерів сприяли праці С. В. Лебедєва, П. П. Шорыгина, С. с. Медведєва, В. А. Каргина, В. о. Коршака, У. Карозерса, П. Флорі, Р. Марка і багатьох інших вчених різних країн.

Полімерні матеріали поділяють на три основні групи: пластичні маси, каучук, хімічні волокна. Вони широко застосовуються в багатьох областях людської діяльності, задовольняючи потреби різних галузей промисловості, сільського господарства, медицини, культури та побуту.

Є два типи хімічних реакцій, що приводять до перетворення мономерів на полімери: поліконденсація і полімеризація. Вони відрізняються хімічною будовою мономерів, закономірностями протікання процесу і, як правило, властивості одержуваних продуктів.

Для поліконденсації необхідні мономери, що містять в кожній молекулі не менше двох реакційно-здатних груп, наприклад гліколі HO — R — OH, амінокислоти H N — R — COOH, діїзоцианата OCN — R — NCO і т. д. Сам хід процесу поліконденсації багатостадійний. Одна активна група однієї молекули мономера реагує з однією групою іншій молекули — утворюється димер знову з двома активними групами. Наприклад, хімічний синтез поліефірного волокна лавсану з терефталевої кислоти і етиленгліколю починається з такої реакції:

HOCHCHOH + HOOC-CH-COOH -> HOCHCH-OOC-CH-COOH + HO

Димер реагує далі з мономером або з димером, даючи тример або тетрамер, і т. д. Іноді при таких процесах виділяються низькомолекулярні продукти (вода, аміак тощо), іноді — немає. Перш виділення побічних низькомолекулярних речовин вважали обов’язковою ознакою реакції поліконденсації, але синтез високомолекулярних з’єднань — поліуретанів показує, що ця ознака зовсім не обов’язковий:

HOCH CH OH + OCN — R — NCO > HOC H O — — N — R — NCO II I O H

Якщо реакцію вести досить довго, то теоретично всі молекули, що знаходяться в реакційній середовищі, повинні сконденсуватися в одну сверхгигантскую макромолекулу. В дійсності так не відбувається. Зростання молекул припиняється значно раніше. Причини різні: невеликий надлишок одного мономеру, наявність домішок, підвищення в’язкості середовища і т. д. Важливу роль відіграє і те, що багато реакції поліконденсації оборотні.

Проходячи через стадії ді-, три-, тетрамеров і т. д. молекулярна маса продукту наростає повільно, і високомолекулярні з’єднання, полімери — зазвичай утворюються лише до кінця процесу, при загальному перетворенні 95-99% мономерів. Але зате хіміки можуть призупинити процес на проміжній стадії і зліпити виріб спочатку з легкоплавких олігомерів, а потім довести реакцію поліконденсації до кінця та отримати міцний, теплостійкий і нерозчинний продукт (особливо якщо в синтезі беруть участь мономери з трьома і більш функціональними групами). Ця особливість поліконденсації широко використовується в промисловості, наприклад при синтезі і формуванні пінополіуретанів, фенолформальдегідних смол і інших матеріалів, на основі яких одержують пластичні маси, і т. п.

Характерні особливості полімеризації в тому, що насамперед вступають в неї тільки мономери, що містять в молекулі подвійну зв’язок C=C, C=N або C=O, потрійну зв’язок або циклічну групу, здатну розкриватися. Для того щоб мономер вступив в реакцію полімеризації, до нього треба додати (або створити в його середовищі) ініціює активний центр: вільний радикал, активний іон або активний координаційний комплекс. І нарешті, ще одна специфічна особливість реакцій полімеризації полягає в тому, що приєднання молекул мономеру до активного центру відбувається повільніше, ніж подальше нарощування полімерної ланцюга приєднанням молекул мономеру один до одного.

В результаті після введення активних центрів в масу мономеру, перервавши реакцію в будь-який момент,можна знайти там більшу або меншу кількість непрореагировавшего мономеру і якась кількість високомолекулярного полімеру. Виділити з такої суміші ді-, три-, тетрамеры та інші проміжні продукти полімеризації зазвичай неможливо — їх немає. Такі процеси називаються ланцюговими реакціями.

Хоча вперше полімеризація була описана ще в XIX ст. як побічний процес смолообразования при виділенні деяких органічних речовин (стиролу, формальдегіду та ін), теоретичне пояснення її механізму стало можливо лише в 30-х. рр. нашого сторіччя, на основі створеної радянським академіком Н.Н.Семеновим та англійським вченим С. Хиншелвудом теорії ланцюгових процесів.

Є й ще одна відмінність полімеризації від поліконденсації: зазвичай полимеризационным шляхом отримують полімери з мономерів, що містять лише одну реакционноспособную групи: одну З=С зв’язок, одну З=Про групу і т. д. Типові приклади — хімічні синтези поліетилену і поліформальдегіду:

A + nH C = CH > A — /- CH — CH -/n-.

A + nH C = O — > A — / — CH — O -/n.

де А — ініціює активний центр, а n — кількість мономерних ланок, що утворюють макромолекулу (зазвичай перевищує кілька тисяч).

Для кожного мономеру хімікам доводиться підбирати спеціальні ініціюють активні агенти: перекисні сполуки, окислювально — відновні каталізатори і т. д.; визначати умови проведення процесу: в масі мономера в розчині, в емульсії, в газовій фазі,в монокристалах і т. д. При цьому концентрації ініціюючих речовин зазвичай дуже малі — соті частки відсотка, а умови можуть дуже різко відрізнятися один від одного — від глибокого вакууму до тиску в тисячі атмосфер, від температури рідкого гелію — 272,1 З (твердофазна полімеризація формальдегіду) до +200-300 С (полімеризація етилену при високому тиску) і т.д.

Зараз синтетичні полімери, що випускаються у світі, приблизно на 75% складаються з продуктів полімеризації. Застосовуються вони в будівництві та радіоелектроніки, машинобудуванні і виробництві побутових виробів.

У медицині застосовуються виготовлені із синтетичних полімерів штучні суглоби, судини тощо,повністю замінюють справжні.Часто вони виготовляються з матеріалів на основі ВМС (полімерів) — пластмас. При нагріванні їм можна надавати різну форму. На цій властивості засновано виробництво різноманітних виробів з них. Як правило, пластмаса — суміш декількох речовин; полімер — лише одне з них, але найважливіше. Він пов’язує інші компоненти в єдину, більш або менш однорідну масу, тому полімер часто називають зв’язуючим.

Спочатку пластмаси отримували на основі природних полімерів — похідних целюлози, каучуку, молочного білка казеїну та ін.; потім в якості сполучних стали застосовувати і синтетичні полімери — фенолформальдегідні смоли, поліакрилати, поліефіри та ін. Загальне для всіх пластмас — те, що під час формування виробів їх полимеросвязующее знаходиться в вязкотекучому стані, а при експлуатації — в склоподібному або кристалічному.

На початкових стадіях формування вироби з пластмаси молекули полімеру практично завжди мають лінійну або розгалужену структуру. Якщо ця структура зберігається і після формування, пластмаса може багаторазово при нагріванні повертатися у в’язкотекучий стан. Матеріали, що володіють цим

властивістю, називають термопластичними (термопластами). До їх числа відносяться такі відомі пластики, як поліетилен, полістирол, поліаміди і полікарбонати.

Якщо ж у процесі формування виробу відбувається зшивання макромолекул і полімер, твердея, набуває сітчасте будову, то таку пластмасу вже не можна повернути в в’язкотекучий стан нагріванням або розчиненням. Ці пластмаси називаються термореактивними (реактопластами). Серед них — пластинки на основі фенолформальдегідних, алкідних, епоксидних смол.

Вироби з пластмас дуже легкі (мають малу щільність), більшість пластмас майже не проводять електричного струму і тепла, багато стійкі до корозії в агресивних середовищах, деякі не втрачають своїх міцнісних властивостей навіть при значній зміні температури.З пластичних мас можна отримувати за допомогою формування вироби різноманітної конфігурації, замінювати ними металеві деталі. Тому пластмаси знаходять дуже широке застосування в багатьох областях людської діяльності.

Велике значення в наші дні придбали кремнійорганічні сполуки, насамперед полімерні. Це теплостійкий і морозостійкий силіконовий каучук, надзвичайно важливі для електротехніки ізолятори — кремнійорганічні лаки. Навіть у побутовій хімії кремнійорганічні сполуки широко використовуються: оброблена ними одяг менше забруднюється і мнеться.

Кремній (лат. Silicium) — хімічний елемент IV групи періодичної системи Менделєєва; атомний номер 14, атомна маса 28,086.

Як самостійний хімічний елемент кремній був відкритий у 1825 році шведським хіміком і минералогом Й.Берцеліусом.

Нагріваючи фторосиликат з калієм, він відновив кремній з цього з’єднання:

K SiF + 4K = 6KF + Si

Ж. К. Гей-Люссак і К. Ж. Тенар отримали кремній за 12 років до Берцеліуса, але дуже нечистий. У 1834 році російський хімік Р.В. Гесс дав новому елементу російська назва,що залишився незмінним до наших днів,- «кремній» (від давньогрецького «кремнос»-«скеля»,»скала»). Від кремнію (по-латині «сілекс») йде і латинська назва цього елемента.

Кремній — другий за поширеністю елемент після кисню (29,5% від маси земної кори), один з головних елементів неживої природи. Його сполуки — силікати і алюмосилікати — становлять 75% земної кори. У природі кремній зустрічається лише у вигляді сполук, і майже завжди поряд з кремнієм в їх складі є і кисень, а оксид (IV) SiO — найважливіше природне неорганічне з’єднання.

Кристалічний кремній побудований з кристалів того ж типу, що і алмаз. Це речовина сіро-сталевого кольору, з металевим блиском (щільність 2,33 г/див. Тпл=1417 З, т кип=2600). Дрібнокристалічний кремній має буре забарвлення.

Хімічна активність кремнію невисока. При кімнатній температурі він з’єднується тільки з фтором, при нагріванні — з киснем, галогенами, сіркою, при високій температурі — з багатьма металами.

Чистий кремній став одним з найважливіших напівпровідникових матеріалів.

З оксиду кремнію (IV)- чистого піску — виплавляють кварцове скло для складних оптичних пристроїв, для виготовлення лабораторного посуду та освітлювальних приладів.

Ще одним хімічним елементом,з яким людина стикається щодня, а точніше щоранку, є фтор. При нестачі фтору в організмі людини розвивається карієс зубів. Тому багато зубні пасти містять фтор.

Фтор (лат. Fluorum)- хімічний елемент VII групи періодичної системи Менделєєва; атомний номер 9, атомна маса 18,998; належить до сімейства галогенів. Про існування елемента, який згодом був названий фтором (від грецького «фторос» — руйнування, загибель), здогадувалися багато хіміки кінця XVIII — початку XIX ст.,але отримати його в чистому вигляді з-за його незвичайної активності довго не вдавалося. В історії фтору немало трагічних сторінок: багато вчених, які вивчали сполуки фтору, втрачали здоров’я і навіть гинули, тому що фтор та його сполуки надзвичайно отруйні.

Одне з найцікавіших сполук фтору — плавикова кислота HF була отримана в 1771 р. шведським хіміком К. Шеєле. Поступово міцніла переконання, що в речовині, відкритому Шеєле, міститься новий елемент, схожий на хлор. Але пройшло більше ста років, перш ніж хіміки виділили нарешті цей елемент.

Сталося це в 1886 р. Першовідкривачем вільного фтору став французький хімік А. Муассан. Щоб отримати фтор, Муассан піддав електролізу охолоджений до -23 С безводний фтороводород і зібрав на аноді кілька бульбашок жовтого газу.

Електроди в приладі Муассана були зроблені з хімічно стійкого платиноиридиевого сплаву, але і його руйнував агресивний газ.

Муассан повинен був підтвердити своє відкриття, отримавши фтор у присутності комісії, надісланої Паризької Академією наук. Він очистив фтороводород з усією ретельністю, встановив нові електроди, ввімкнув струм і — нічого не отримав. Виявилося, що завадила досвіду занадто ретельне очищення вихідної речовини: електроліз відбувався лише в присутності гидродифторида калію KHF .

Через 20 років за це відкриття Муассан був удостоєний Нобелівської премії по хімії. Електроліз і понині залишається єдиним способом отримання фтору.

Фтор поширений в природі досить широко. Його вміст в земній корі 6,25 * 10 % від загальної маси. Вільний фтор в природі фактично не зустрічається. Основний мінерал — флюорит, або плавиковий шпат CaF ; фтор входить також в склад фосфоритів, фторапатиту 3 Ca (PO ) *CaF ,кріоліту NaAlF .

Фтор — елемент. розташований у таблиці Менделєєва «на полюсі» неметалічних властивостей. Це найактивніший. найбільш реакційноздатні окислювач. Навіть кисень, окислюється фтором. Хімічна активність фтору така, що інертні гази (криптон, ксенон, радон), що довгий час вважалися не здатними до будь — яких хімічних реакцій, вступають у з’єднання з ним.

Надзвичайна реакційна здатність фтору пояснюється особливостями будови його атома. Як і в інших галогенів, на зовнішній оболонці атома фтору 7 електронів: для створення стійкої електронної конфігурації — октету — не вистачає лише одного. І цей електрон атом фтору «відбирає» у будь-яких речовин, навіть у кисню, інших галогенів.У них, як і у фтору, за 7 електронів на останній оболонці, але розташована вона далі від ядра, і від того ядро слабше притягує валентні електрони. Тому і йод, бром, і навіть хлор іноді можуть виявляти позитивний ступінь окиснення, а фтор — дуже рідко.

Фтор реагує майже з усіма простими речовинами, крім гелію, аргону, неону, азоту і вуглецю (у вигляді алмазу). В результаті багатьох реакцій з участю фтору виділяється велика кількість тепла, а деякі з цих реакцій мають характер вибуху.

Багато фторосодержащіе речовини дуже важливі для сучасної науки і техніки. Наприклад, фтороводород (плавикова кислота — його водний розчин) широко застосовується в авіаційній, хімічній, целюлозно-паперовій промисловості, при виробництві скла і деяких металів.

Плавиковий шпат СaF (флюорит)- одна з найважливіших солей плавикової кислоти.Оскільки це досить поширений мінерал, його використовують для отримання HF і штучного кріоліту — подвійного фториду натрію і алюмінію 3NaF*AlF. Кріоліт незамінний у виробництві алюмінію.

Для атомної енергетики важливі сполуки фтору з іншими галогенами:ClF. BrF, BrF .З допомогою цих сполук отримують гексафторид урану UF — єдине летку з’єднання урану (температура сублімації всього 56,5 С ). Ізотопи урану поділяють, перетворивши уранові концентрати в летючий гексафторид.

Фтор вступає в реакції з органічними речовинами.

Правда, на практиці для таких реакцій зазвичай, використовують не сам фтор, а його неорганічні сполуки.З органічних фторомістких сполук найбільше значення придбали фреони, що виходять з вуглеводнів при заміні в їх молекулах водневих атомів на фтор і хлор. Фреони працюють в холодильниках, в установках для кондиціювання повітря. В домашніх холодильниках охолодження зазвичай досягається випаровуванням в замкнутому просторі холодильного агрегату одного з таких сполук — фреону-12 CFCl. Дуже важливо ще одне фторосодержащее органічне з’єднання — тетрафторэтилен C F. При полімеризації цієї речовини утворюється відрізняється надзвичайної хімічною стійкістю фторопласт-4, або тефлон, вперше отриманий в 1938 р. Царська горілка — суміш концентрованих соляної та азотної кислот у пропорції 3:1 — розчиняє майже всі метали, у тому числі золото і платину. А на фторпласт-4 вона практично не діє. За надзвичайну хімічну стійкість це біле легке речовина іноді називають пластмасової платиною.

Короткий опис статті: полімери в медицині Використання полімерів у медицині, Медицина, реферати ,скачати реферати безкоштовно (реферати українскою) банк рефератів, ще можна і знайти реферат, є пошук по рефератів

Джерело: Використання полімерів у медицині / Медицина — реферати, рефераты, реферат, курсова, доповідь, контрольна, диплом, завантажити

Також ви можете прочитати