Hemija

Voltametrijska metoda za određivanje kvercetina pomoću elektrode modifikovane provodljivim PANI polimerima

Jovan Baljak*

*IV razred, JU SŠC "Petar Kočić", Zvornik[poster]

Kvercetin se smatra predstavnikom svih bioflavonoida. Sadržaj kvercetina u ekstraktu kantariona je određen elektrohemijski-tehnikom voltametrije pravouglih talasa. Prednosti elektrohemijskih metoda su jednostavnost, kratko vreme analize i manja osetljivost na matriks. Cilj ovog istraživanja je razvijanje analitičke metode za određivanje koncentracije kvercetina. U ovu svrhu, kao radna elektroda, iskorišćena je platinska disk elektroda modifikovana provodljivim polimerima čime je povećana selektivnost prema kvercetinu. Sintetisana su dva provodljiva polimera polianilin (PANI) i polipirol (PPy) koji formiraju tanak sloj polimera na platinskoj disk elektroda (Pt) procesom ciklične voltametrije u rastvoru monomera anilina ili pirola i dopanta. Polianilin (PANI) je dopiran sumpornom kiselinom (H2SO4), a polipirol (PPy) je dopiran litijum-perhloratom (LiClO4). Tehnikom ciklične voltametrije dobijeni su kvalitativni podaci o elektrodama modifikovanim polipirolom i polianilinom, kao i o nemodifikovanoj elektrodi. Elektroda modifikovana polimerom (PANI/H2SO4) pokazuje veći voltametrijski odziv u rastvorima kvercetina nego u pozadinskom elektrolitu, dok nemodifikovana elektroda i elektroda modifikovana polimerom (PPy/ClO4-) pokazuju isti voltametrijski odziv u rastvorima kvercetina u odnosu na pozadinski elektrolit u oba slučaja. Stoga je elektroda modifikovana polimerom (PANI/H2SO4) pogodna za određivanje kvercetina u uzorcima, što je eksperimentalno potvrđeno u rasponu koncentracija od 1×10^(-4) M do 1×10^(-5) M. Metodom kalibracione prave određena je koncentracija kvercetina u ekstraktu kantariona (Hypericum perforatum L.) u metanolu. Elektroda Pt/PANI/H2SO4 se potencijalno može koristiti u daljim istraživanjima za izgradnju senzora za određivanje koncentracije kvercetina u in situ merenjima.

Dobijanje sorbenata sa potencijalnom primenom u ekstrakciji diosgenina pomoću čvrste faze

Stefan Ugrinov*

*IV razred, Medicinska škola, Zrenjanin[poster]

Diosgenin je steroidni sapogenin od velikog faramaceutskog značaja. Koristi se u terapijama mnogih teških oboljenja kao što su karcinomi dojke, grlića materice, prostate, pojedinih oblika leukemije, koristi se u terapiji neplodnosti. Takođe, diosgenin je i prekursor za dobijanje drugih značajnih steroidnih jedinjenja, kao što je na primer dehidroepiandrosteron, koji se koristi u terapijama Alchajmerove bolesti, lupusa, dijabetesa i mnogih drugih bolesti. Napravljeno je 10 polimernih sorbenata koji se međusobno razlikuju po sastavu i porogenima u kojima je vršena njihova sinteza. Funkcionalni monomeri prilikom sinteza su bili metakrilna kiselina, 4-vinilpiridin, dimetilaminoetil-metakrilat a neki sorbenti su sintetisani bez funkcionalnog monomera. Umreživači su bili etilenglikol-dimetakrilat i divinilbenzen. Kao rastvarači su korišteni acetonitril i 2-propanol. Ispitivanje vezivanja diosgenina za dobijene sorbente vršeno je iz različitih smeša rastvarača. Smeše rastvarača iz kojih je ispitivano vezivanje bile su: smeše acetonitrila i vode u zapreminskim odnosima 9/1 i 8/2 i smeše metanola i vode u zapreminskim odnosima 9/1 i 8/2. Vezivanje diosgenina za dobijene sorbente poređeno je sa vezivanjem diosgenina za komerijalni sorbent - kopolimer stirena i divinilbenzena. Vezivanje diosgenina za dobijene sorbente bilo je najveće iz smeše metanola i vode 8/2. Četiri od deset sorbenata vezuje diosgenin više od komercijalnog sorbenta pri istim uslovima, dok najveće vezivanje pokazuje sorbent poli(divinilbenzen) koji je sintetisan u acetonitrilu – 93%.

Sorbenti za vezivanje diosgenina potencijalno se mogu koristiti za ekstrakciju diosgenina iz različitih biljnih vrsta koje u svom sastavu sadrže diosgenin, kao i pri analizi lekova koji sadrže diosgenin. Rezultati iz ovog rada otvaraju prostor za optimizaciju uslova ekstrakcije pomoću čvrste faze koristeći poli(divinilbenzen) kao sorbent.

Ispitivanje migracije plastifikatora bis(2-etilheksil)-adipata iz polivinilhloridne (PVC) folije u sireve

Jovana Dinić*

*II razred, Gimnazija u Kruševcu, Kruševac[poster]

Polivinilhloridna folija koja sadrži plastifikator bis(2-etilheksil)-adipat (DEHA) upotrebljava se za čuvanje hrane i ispitivana je migracija ovog plastifikatora u tri vrste sira različitih procenata masnoće. Eksperiment je izvođen u duplikatu i uzorci su analizirani u vremenskom intervalu od jednog dana tokom 10 dana. Migracija DEHA u sireve analizirana je pomoću GC/MS-a i upoređivani su rezultati u odnosu na vreme tokom kojeg su uzorci bili umotani u foliju, kao i u odnosu na vrstu sireva. Procenat plastifikatora sadržanog u foliji je 7,6 %. Zbog osetljivosti instrumenta GC/MS, neke koncentracije migriralog plastifikatora nije bilo moguće odrediti jer su koncentracije plastifikatora bile manje od najmanje koncentracije iz kalibracione prave. U siru najmanje masnoće od min 35 % nije bilo moguće odrediti koncentracije plastifikatora u siru do 10. dana. Nakon 10. dana izloženosti foliji dobijen je rezultat od 211,2 mg/kg. U siru masnoće min 45%, nakon 5. dana određene vrednosti pokazale su da se koncentracija plastifikatora povećava, uz manja odstupanja koja se mogu pripisati mogućoj grešci tokom homogenizacije. Najveća koncentracija plastifikatora u siru zapažena je 8. dana (272,1 mg/kg). U siru masnoće min 48 % najbolje je uočljiv pravilan porast koncentracije tokom vremena, počevši od 3. dana (220,5 mg/kg) do 10. (283,9 mg/kg). Takođe se može uočiti i minimalno povećanje koncentracije između različitih vrsta sireva, u zavisnosti od masnoće. Na osnovu strukture i nepolarnosti molekula bis(2-etilheksil)-adipata, pretpostavilo se da će migrirati u masnu hranu, što se ovim eksperimentom i pokazalo.

Nove diazo boje na bazi barbiturne kiseline i njihov solvatohromizam: sinteza i poređenje uticaja različitih rastvarača i supstituenata na apsorpciju vidljive svetlosti primenom LSER modela

Igor Topalović*

*III razred, Užička gimnazija, Užice[poster]

Sintetisane su nove heterociklične diazo boje opšteg naziva 5-[{4-arildiazenil-1-fenil-3-metil-1H-pirazol-5-il}diazenil]-6-hidroksipirimidin-2,4(1H,3H)-dion i ispitan je uticaj rastvarača na njihove apsorpcione spektre (solvatohromizam). Sinteza svake boje izvršena je u tri koraka: azo-kuplovanje arildiazonijum-soli sa 3-aminokrotononitrilom, formiranje pirazolskog prstena sa fenilhidrazinom i azo-kuplovanje sa barbiturnom kiselinom. Sintetisane boje razlikovale su se po jednom supstituentu: 3a (metil), 3b (nitro) i 3c (hlor). Solvatohromizam sintetisanih boja ispitivan je sa dvanaest aprotičnih i pet protičnih organskih rastvarača upotrebom UV/Vis spektrofotometrije. Takođe je ispitan uticaj kiselosti sredine na spektar boje 3b. Na osnovu dobijenih apsorpcionih spektara poređen je uticaj različitih rastvarača i supstituenata na solvatohromne karakteristike ispitivanih boja, i izračunati su regresioni koeficijenti Kamlet-Taftovih solvatohromnih jednačina metodom višestruke linearne korelacije i regresije. Izražen solvatohromizam zapažen je kod boje 3b, za razliku od jedinjenja 3a i 3c kod kojih nije primećen veći uticaj rastvarača na promenu apsorpcionog spektra. Ovakva zapažanja su u skladu sa strukturama boja. Na osnovu regresionih koeficijenata solvatohromnih jednačina po LSER modelu dobijene su detaljnije informacije o interakcijama između molekula boja i rastvarača. Pokazano je da na spektar boje 3a dominantan uticaj ima kiselost rastvarača, kao i bipolarnost/polarizabilnost. U slučaju boje 3b vrednost koeficijenta koji određuje polarnost rastvarača ima znatno veću vrednost nego kod ostalih boja, što potvrđuje njen jak solvatohromizam. I baznost rastvarača može imati uticaj na spektar jedinjenja 3b, dok sva tri parametra utiču na spektar boje 3c sličnim intenzitetom. Dodatak kiseline i baze u rastvor boje 3b u metanolu takođe je doveo do vidljivih promena u spektru ove boje na osnovu kojih je zaključeno da promena pH vrednosti utiče na ravnotežu između njenih oblika.

Sinteza termosenzitivnih hidrogelova na bazi poli(N-izopropilakrilamida), inkapsulacija i praćenje kontrolisanog otpuštanja paracetamola

Dunja Arsenijević*

*III razred, III beogradska gimnazija, Beograd[poster]

Ispitivana je potencijalna upotreba termosenzitivnih hidrogelova inkapsuliranih paracetamolom kao sistema za kontrolisano otpuštanje leka. Negativna termosenzitivnost hidrogelova upotrebljena je kao okidač za kontrolisano otpuštanje antipiretika. Sintetisani su negativno termosenzitivni hidrogelovi na bazi poli(N-izopropilakrilamida): poli(N-izopropilakrilamid (PNIPA), interpenetrirajuća polimerna mreža poli(N-izopropilakrilamida)(IPN PNIPA), i poli(N-izopropilakrilamid) kopolimerizovan sa butil-metakrilatom (PNIPAcoBMA). Ovi hidrogelovi su inkapsulirani paracetamolom, tako što su postavljeni u njegov rastvor, i paracetamol je difundovao u hidrogel. Posmatrano je kontrolisano otpuštanje paracetamola na temperaturama između telesne i povišene telesne temperature, to jest u opsegu od 36 do 42 stepena. Uzorci su alikvotirani na određene vremenske periode u toku 3 h od izlaganja hidrogelova određenoj temperaturi. Koncentracija paracetamola je određivana pomoću HPLC. Analizom uzoraka otpuštanja leka iz PNIPA i PNIPAcoBMA hidrogelova potvrđeno je da nisu dovoljno termosenzitivni u željenom opsegu temperatura. Analizom uzoraka otpuštanja leka iz IPN PNIPA hidrogelova uočena je odlična termosenzitivnost u uskom opsegu temperatura, i dobijena je linearna zavisnost oslobođene koncentracije leka sa vremenom u prvom vremenskom periodu, koji je i ključan za njegovo delovanje. Zaključeno je da se IPN PNIPA hidrogelovi mogu koristiti kao sistem za kontrolisano otpuštanje paracetamola, jer je otpuštanje leka kontinualno, dok se u prvom vremenskom periodu linearno otpušta najviše leka, čemu se teži kod formiranja ovih sistema.

Sinteza i modifikovanje površinskog naelektrisanja nanočestica TiO2 i ispitivanje njihovog dejstva na fotokatalitičku degradaciju boja

Filip Koldžić*

*II razred, Matematička gimnazija, Beograd[poster]

Veliki problem današnjice je sve veća količina otpadnih industrijskih voda koja se ispušta u okolinu. Boje koje se u tim otpadnim vodama nalaze uglavnom su toksične, kako za vodene organizme, tako i za čoveka. Danas su poznate brojne metode za prečišćavanje otpadnih voda, međutim i dalje se radi na razvijanju efikasnijih metoda. Jedna od najefikasnijih metoda za prečišćavanje otpadnih voda jeste heterogena kataliza, čiji rezultat može biti potpuna mineralizacija organskih zagađivaća. U ovom istraživanju sintetisane su nanočestice titanijum-dioksida sol-gel metodom. Ispitan je njihov uticaj u prisustvu i odsustvu različitih jona na fotokatalitičku degradaciju katjonske i anjonske boje. Ispitan je uticaj fosfatnih, nitratnih i hidroksidnih jona. Kao katjonska boja korišćena je boja metil violet 6B, a kao anjonska boja kongo crveno. Ispitivanje je vršeno praćenjem apsorbancije rastvora boja tokom vremena ozračivanja UV svetlošću u prisustvu katalizatora. Kao izvor zračenja korišćena je živina UV lampa opsega zračenja 340-400 nm. Dobijeni rezultati, u skladu sa pretpostavkom, ukazuju na to da je u prisustvu fosfatnih i hidroksidnih jona veći stepen degradacije katjonske boje, dok je u prisustvu nitratnih jona veći stepen degradacije anjonske boje nego u odsustvu ovih jona. Najveći stepen degradacije boje metil violet 6B (88,6%) je u prisustvu fosfata, dok je najveći stepen degradacije boje kongo crveno (79,9%) u prisustvu nitrata. Određena je i brzina degradacije tokom prvih 6 minuta ozračivanja metodom tangensa. Najveća brzina degradacije za metil violet 6B je u prisustvu fosfata, dok je najveća brzina degradacije za kongo crveno u prisustvu nitrata, što je takođe u skladu sa pretpostavkom.

Sinteza p-ksilena iz 2,5-dimetilfurana i akrilne kiseline pomoću Luisovih kiselina

Petar Kujučev*

*II razred, IX gimnazija "Mihailo Petrović Alas", Beograd[poster]

p-ksilen je važna industrijska supstanca koja se dobija iz nafte i koristi za dobijanje polietilen-tereftalata (PET). Kako se zalihe nafte sve više smanjuju, vrše se brojna istraživanja sa ciljem dobijanja p-ksilena iz biomase. U jednom od tih istraživanja zaključeno je da je za uspešnost sinteze p-ksilena iz 2,5-dimetilfurana i akrilne kiseline, koji se mogu dobiti iz biomase, poželjno da katalizator bude jaka Luisova kiselina. Rezultati tog istraživanja ukazuju da je sa porastom apsolutne tvrdoće katjona korišćenih Luisovih kiselina rastao i prinos te reakcije, međutim to nije detaljnije istraženo. U cilju ispitivanja ove pojave, postavljene su nove reakcije sa 2,5-dimetilfuranom, akrilnom kiselinom i katalizatorima sa različitim apsolutnim tvrdoćama katjona kod kojih je praćena promena prinosa p-ksilena i konverzije 2,5-dimetilfurana tokom vremena. Kod reakcije sa BF3×Et2O kao katalizatorom ispitivan je i uticaj temperature i količine katalizatora na konverziju 2,5-dimetilfurana. Kvantitativno je analizirana samo reakcija sa smanjenom količinom BF3×Et2O. Utvrđeno je da reakcije sa kristalohidratima nitrata (Al3+, Mg2+, Gd3+, La3+) i anhidrovanim nitratima (K+, Na+) imaju zanemarljivo mali prinos para-ksilena. U ovom slučaju nije bilo moguće utvrditi da li postoji uticaj apsolutne tvrdoće katjona na prinos upravo zbog jako malih prinosa reakcija svih korišćenih nitrata. Reakcije sa MgCl2×6H2O i poznatim Luisovim kiselinama AlCl3 i BF3×Et2O su imale značajno veći prinos. Međutim, apsolutna tvrdoća katjona i prinosi ovih reakcija nisu uporedivi jer se katalizatori međusobno razlikuju po anjonima i hidratisanosti. Prinos reakcije sa smanjenom količinom BF3×Et2O iznosi 2%, ali pretpostavlja se da bi prinos bio veći da je upotrebljeno više katalizatora i da je reakcija trajala duže.

Primena kopolimera 2-akrilamido-2-metil-1-propansulfonske kiseline i divinilbenzena kao kiselog katalizatora u reakciji zaštite alkohola THP-om

Damjan Čubraković*

*IV razred, Matematička gimnazija, Beograd[poster]

Ispitivan je katalitički uticaj kopolimera 2-akrilamido-2-metil-1-propansulfonske kiseline (AMPS) i divinilbenzena (DVB) u molskom odnosu 1:4 na reakciju protekcije benzilnih alkohola tetrahidropiranom. Ovakav polimer ima kiselu sulfonsku grupu, dok divinilbenzen služi kao binarni umreživač, povećavajući hidrofobnost polimera i njegovu specifičnu površinu, što ga čini kandidatom za kiselu katalizu. Istraživanje obuhvata sintezu navedenog polimera, optimizaciju količine katatalizatora, ispitivanje reakcije na različitim supstituisanim benzil alkoholima i ispitivanje mogućnosti ponovne upotrebe katalizatora. Reakcija je praćena na 7 različitih supstrata. Razdvajanje polimera od reakcione smeše vršeno je centrifugom. Katalizator se pokazao kao efikasan za jednostavnije benzil alkohole, gde su prinosi iznosili 61-90%. Primećeno je da su reakcije na supstratima sa elektron-odvlačećim grupama, tj. na (4-nitrofenil)metanolu (75%) i na (4-hlorofenil)metanolu (75%), imale manji prinos nego reakcije na fenilmetanolu (90%) i (4-metilfenil)metanolu (87%), što je i očekivano, jer je hidroksilna grupa nukleofilnija usled pomeranja elektronske gustine prema elektron-odvlačećim grupama. Kod holesterola i vanilil alkohola katalizator je ostvario manje prinose, redom 12% i 23%. Nizak prinos reakcije zaštite holesterola može se objasniti time što je to alifatični alkohol. Dobijeni proizvodi su relativno velike čistoće, pa se ne moraju odvajati hromatografijom. Katalizator je moguće ponovo upotrebiti, uz prinos 72%, u odnosu na novi katalizator koji daje prinos 90%. Sve ovo ukazuje da je ovakav katalizator dosta efikasan i da se može koristiti za zaštitu alkohola THP-om, uz mogućnost ponovnog korišćenja. Dalje istraživanje bi bila analiza polimera SEM mikroskopom, FTIR-om, kao i odgovarajućim titracijama, kao i ispitivanje selektivnosti reakcije.

Rukovodioci programa: Nina Jevtić, Ljubica Perić, Miloš Pešić