Математика

Физика

Химия

Биология

Техника и    технологии

Макромолекулы в растворе-Г.Моравец Книга представляет собой монографию из серии «Полимеры», выходящей в США под редакцией крупнейших химиков. Отличительная особенность монографии, делающая ее чрезвычайно ценной,— стремление автора донести до читателя физический смысл рассматриваемых явлений, не загружая изложение сложными математическими выводами и расчетами. Книга охватывает широкий круг вопросов, связанных с растворами полимеров, в том числе растворимость, конфигурацию и конформацию цепных молекул, равновесные, оптические и гидродинамические свойства макромолекул в растворе. Подробно рассмотрены свойства полиэлектролитов, явления молекулярной ассоциации и реакционная способность макромолекул в растворе. Монография предназначена для научных работников — специалистов в области физической химии полимеров, молекулярной биологии и биофизики. Она может также служить руководством для аспирантов и студентов, специализирующихся в указанных областях. ПРЕДИСЛОВИЕ Предлагаемая вниманию читателя книга Г. Моравца «Макромолекулы в растворе» является одним из томов известной серии монографий по химии, физике и технологии высокомолекулярных соединений, выходящей под редакцией крупнейших ученых в этой области — Марка, Флори, Марвела и Меллвила. После выхода в свет монографии Флори «Principles of Polymer Chemistry», в которой были сформулированы основные положения теории разбавленных растворов полимеров, появилось много книг с детализацией этой теории. Предполагали, что исследования в области разбавленных растворов полимеров близки к завершению. Однако положение оказалось иным. Появление стереорегулярных полимеров значительно расширило всю область растворов полимеров и стимулировало детальное рассмотрение конформаций цепных молекул. Вторым важным открытием, обогатившим учение о растворах, явилось открытие переходов спираль — клубок в полиэлектролитах и биологических полимерах и установление факта, что эти переходы идентичны внутримолекулярной кристаллизации сложной макромолекулы. Книга Г. Моравца выделяется из имеющейся литературы по растворам полимеров прежде всего подробным рассмотрением растворов стереорегулярных полимеров, биополимеров и полиэлектролитов. Полиэлектролиты — необычайно интересный класс полимеров, обладающих свойством резко изменять конфигурацию под влиянием изменения свойств среды. Это позволяет с помощью сравнительно простых синтетических полимеров моделировать поведение сложных биологических объектов. Таким образом, осуществляется подход к биополимерам не со стороны биологии, а со стороны химии, что, бесспорно, обеспечит и более быстрое развитие науки о биополимерах. Главная задача, которую ставит перед собой автор монографии,— ликвидация сложившегося разрыва между химией синтетических полимеров, с одной стороны, и природных полимеров — белков и нуклеиновых кислот, с другой. Вне всякого сомнения, эта задача решена автором весьма успешно. В книге рассмотрен широкий круг явлений, наблюдаю-, щихся в растворах полимеров,—• растворимость, конфигурация и кон-формация цепных молекул, равновесные, оптические и гидродинамические свойства макромолекул. Подробно рассматриваются свойства полиэлектролитов, ассоциация и реакционная способность макромолекул в растворе. При этом с единых позиций разбираются свойства и синтетических, и природных полимеров, хотя предпочтение в книге, безусловно, отдается последним. Отличительной особенностью книги, делающей ее очень ценной, является то, что автор стремится донести до читателя физический смысл рассматриваемых явлений, не перегружая текст сложными математическими выводами и формулами. Большое внимание в книге уделяется
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие ............................... 5
Предисловие автора .9.......................... 7
Глава I. Общие соображения....................... 9
A. Сравнение методов, применяемых для изучения малых и больших молекул.............................. 10
1. Методы, применяемые для исследования малых молекул..... 11
2. Методы, применяемые для исследования макромолекул..... 13
3. Обоснование необходимости изучения макромолекул....... 15
Б. Функции распределения цепей по длине и составу......... 19
1. «Наиболее вероятное распределение» цепей по длине....... 19
2. Распределение цепей по длине при полимеризации виниловых мономеров, обрываемой в результате рекомбинации радикалов .... 22
3. Распределение Пуассона.................... 23
4. Средние значения молекулярного веса............. 24
5. Реальное распределение и обобщенные функции распределения
по молекулярным весам.................... 26
6. Распределение сополимеров по составу............. 28
B. Взаимосвязь между исследованиями макромолекул в растворе и в твер-
дом состоянии........................ 29
1. Молекулярный вес и полидисперсность............. 30
2. Форма макромолекул..................... 30
3. Свойства раствора и технологические характеристики...... 34
Глава II. Растворимость макромолекул.................. 36
А. Образование растворов из низкомолекулярных веществ...... 36
1. Термодинамические соображения..........,..... 36
2. Идеальный раствор...................... 40
3. Теплота смешения....................... 41
4. Регулярные растворы..................... 44
5. Свободная энергия смешения в реальных системах........ 45
6. Свойства воды как растворителя................ 48
7. Фазовые равновесия...................... 51
8. Растворимость кристаллических твердых тел.......... 54
Б. Бинарные системы, содержащие макромолекулы......... 55
1. Отклонение поведения растворов полимеров от поведения идеальных расгворов......................... 55
2. Фазовое равновесие в системах полимер — плохой растворитель . . 61
3. Критическая точка...................... 62
4. Разделение фаз в растворах жестких вытянутых макромолекул 66
5. Некоторые типичные примеры взаимодействия между полимером
и растворителем........................ 67
6. Растворимость кристаллических цепных полимеров....... 71
7. Термически обратимое образование геля ............ 73
8. Применение концепции «раствор» при растворении чрезвычайно больших молекул....................... 74
В. Трехкомпонентные и многокомпонентные системы, содержащие макромолекулы ........................... 75
1. Влияние полидисперсности на растворимость полимера..... 75
2. Растворимость полимеров в смешанных органических растворителях 76
3. Растворимость в водных растворах электролитов........ 78
4. Несовместимость растворов полимеров............. 80
5. Тройные системы с сильно взаимодействующими полимерами ... 82
Глава III. Конфигурация и конформация цепных молекул.......... 85
A. Стереоизомерия цепных молекул................ 86
Б. Геометрия гибких цепей..................... 91
1. Гибкость молекулярных цепей................ 91
2. Статистика свободносочлененных цепей............. 102
3. Модели цепей с ограниченной гибкостью............ 107
4. Свободносочлененные модели разветвленных цепных молекул . . . 110
5. Влияние дальнодействующих взаимодействий на форму гибких цепей............................. 111
B. Специфические конформации.................. 118
1. Спиральные конформации синтетических полппептидов..... 118
2. Двойная спираль ДНК.................... 124
3. Упорядоченные структуры в растворах РНК и синтетических полп-рибонуклеотидов ....................... 129
4. Теоретическая трактовка переходов спираль — клубок..... 132
5. Третичная структура белков................. 135
Глава IV. Равновесные свойства разбавленных растворов.......... 140
А. Коллигативные свойства.................... 140
1. Закон Рауля как предельный закон.............. 140
2. Связь активности растворителя с экспериментальными параметрами 141
3. Области применения методов................. 143
4. Отклонения от закона Рауля в разбавленных растворах..... 145
5. Измерение осмотического давления с помощью частично проницаемых мембран......................... 152
6. Поверхностное давление.................... 154
Б. Равновесное центрифугирование................. 157
1. Методы исследования распределения растворенного вещества
в кювете ультрацентрифуги.................. 158
2. Седиментационное равновесие в двухкомпонентной системе .... 158
3. Равновесное центрифугирование раствора полидисперсного полимера ............................. 160
4. Время, необходимое для приближения к равновесию....... 162
5. Равновесная седиментация в градиенте плотности........ 163
Глава V. Спектроскопия, оптическая активность и рассеяние света и рентгеновских лучей......................... 170
A. Абсорбционная спектроскопия................. 172
1. Ультрафиолетовые спектры.................. 172
2. Инфракрасные спектры.................... 178
3. Спектры ЯМР......................... 180
4. Спектры флуоресценции.................... 188
Б. Оптическая активность..................... 190
1. Общие соображения..................'. . . . 190
2. Белки и синтетические полипептиды.............. 196
3. Виниловые полимеры и полиэфиры.............. 203
B. Рассеяние света........................ 208
1. Рассеяние газами....................... 208
2. Рассеяние растворами молекул, размеры которых значительно меньше шины волны света................... 210
3. Оценка размера и формы макромолекул по угловой зависимости интенсивности рассеянного света................ 213
4. Рассеяние света растворами макромолекул в смешанных растворителях ............................. 220
5. Рассеяние света растворами полимеров с изменяющимся химическим составом........................... 221
Г. Рассеяние рентгеновских лучей................. 223
Глава VI. Явления, связанные с внутренним трением в растворах...... 228
A. Поступательное движение................... 229
1. Коэффициент трения жестких частиц............. 229
2. Коэффициент трения цепных молекул.............. 231
3. Диффузия........................... 233
4. Скорость седиментации.................... 235
5. Подвижность малых молекул и ионов в растворах полимеров . . . 239 Б. Вращательная диффузия.................... 240
1. Коэффициент вращательной диффузии жестких частиц..... 240
2. Вращательная диффузия цепных молекул........... 242
3. Двойное лучепреломление в потоке.............. 243
4. Дезориентация ориентированных растворов.......... 250
5. Деполяризация флуоресценции................. 251
B. Вязкость растворов...................... 252
1. Вязкость растворов жестких молекул............. 252
2. Вязкость растворов гибких цепных молекул.......... 256
3. Связь характеристической вязкости с другими свойствами раствора 263
Глава VII. Полиэлектролиты....................... 266
A. Набухание гибких полиионов.................. 270
1. Теории, полностью учитывающие цепной характер полииона . . . 271
2. Модели, использующие сферически симметричное непрерывное распределение заряда....................... 274
3. Критика теорий полизлектролитного набухания......... 277
4. Экспериментальные доказательства полиэлектролитного набухания 279 Б. Распределение противоионов.................. 283
1. Электростатические взаимодействия дальнего порядка...... 283
2. Специфическое связывание противоионов............ 286
B. Термодинамические свойства.................. 288
1. Мембранное равновесие.................... 288
2. Коэффициенты ионной активности............... 289
3. Осмотическое давление................... 293
4. Ионизационное равновесие................... 295-
Г. Кинетические свойства..................... 301
1. Электрофорез......................... 301
2. Проводимость......................... 305
3. Диффузия и седиментация..............'. . . . 307
Глава VIII. Ассоциация в растворах полимеров........... ... 310
А. Ассоциация макромолекул с низкомолекулярными веществами .... 312
1. Связывание ионов с полиионами, имеющими гибкие цепи..... 312
2. Ассоциация малых молекул и ионов с незаряженными цепными молекулами.......................... 318
3. Связывание малых молекул и ионов с глобулярными белками . . . 323 Б. Агрегация макромолекул.................... 330
1. Агрегация гибких цепных молекул............... 330
2. Ассоциация глобулярных белков с другими макромолекулами . . . 334
3. Диссоциация и ассоциация белковых молекул.......... 336
4. Реакция антиген — антитело ................. 339
5. Частица вируса табачной мозаики............... 343
Глава IX. Реакционная способность растворов макромолекул......... 345
A. Реакции полимеров с малыми молекулами и ионами........ 345
1. Влияние конформации глобулярных белков на их реакционную способность.......................... 345
2. Изотопный обмен....................... 348
3. Влияние электростатических эффектов на реакционную способность полиионов........................... 349
Б. Влияние внутримолекулярного взаимодействия на реакционную способность полимера ....................... 356
1. Влияние соседних групп на реакционную способность цепных молекул........................... 356
2. Статистический анализ кинетики реакции............ 360
3. Бифункциональный катализ................. 362
4. Влияние удаленных друг от друга групп............ 364
B. Реакции двух низкомолекулярных компонентов в присутствии полиионов.......................... 366
Г. Свойства растворов, содержащих реакционноспособные и каталитически активные макромолекулы................ 368
Список обозначений.............................. 371
Литература................................. . 373

Цена: 300руб.

Назад

Заказ

На главную страницу

Hosted by uCoz