ХЕМИЈСКИ ПРЕГЛЕД год. 53 бр. 2 (april)ijuranic/hp2_2012.pdf · Припрема за штампу: Јелена и Зоран ДИМИЋ, Светозара Марковића

ХЕМИЈСКИ

ПРЕГЛЕДгод. 53

бр. 2 (april)

YU ISSN04406826

UDC 54.001.93

С А Д РЖ А Ј

ЧЛАНЦИ

Иван ЈУРАНИЋIvan JURANIĆУЗ МАЛУ ПОМОЋ СВОЈИХ ПРИЈАТЕЉА WITH THE LITTLE HELP OF MY FRIENDS _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 30

Јадранка МИЛЕТИЋ, Драгана ЋАКИЋJadranka MILETIĆ, Dragana ĆAKIĆБИЉНЕ СМОЛЕ

NАTURAL RESINS _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 36

Вера ОБРАДОВИЋVera OBRADOVIĆEЛЕКТРОСПИНИНГ ТЕХНОЛОГИЈА

ELECTROSPINNING TECHNOLOGY _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 41

Наташа БОЖИЋNataša BOŽIĆХИДРОЛИЗА СИРОВОГ СКРОБА - НОВИ ПРАВЦИ

COLD HYDROLYSIS OF STARCH – NEW TRENDS _ _ _ _ _ _ _ _ 47

ХЕМИЈА У ШКОЛИ

Милан СТОЈКОВИЋMilan STOJKOVIĆПРИМЕНА САВРЕМЕНИХ НАСТАВНИХ СРЕДСТАВА У

ОБЛАСТИ ХЕМИЈЕ - РАЧУНАРИ, РАЧУНАРСКИ ПРОГРАМИ

И ИНТЕРНЕТ

UTILIZATION OF CONTEMPORARY MEANS IN TEACHING

CHEMISTRY-COMPUTERS, COMPUTER PROGRAMS AND

INTERNET _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 51

ИздајеСРПСКО ХЕМИЈСКО ДРУШТВО

Телефон 3370-467

Карнегијева 4

излази двомесечно

ОДГОВОРНИ И ГЛАВНИ УРЕДНИКРатко М. Јанков

ПОМОЋНИК ОДГОВОРНОГ И ГЛАВНОГ УРЕДНИКАДрагица Тривић

ЧЛАНОВИ РЕДАКЦИЈЕВладимир Вукотић, Бранко Дракулић, Јелена Радосављевићи Воин Петровић

УРЕЂИВАЧКИ ОДБОР

Иван Гутман, Снежана Зарић, Јован Јовановић, СлавкоКеврешан, Драган Марковић, Радо Марковић, ВладимирПавловић, Радомир Саичић, Живорад Чековић (пред-седник).

Годишња чланарина, укључује часопис „Хемијски преглед”,за 2012. годину износи:- за запослене.................................................................... 1.800,00- за пензионере, студенте, ђаке и незапослене...............800,00- претплата за школе и остале нституције................... 3.500,00- за чланове и институције из иностранства. ..................Є 50,-

Чланарину и претплату можете уплатити на рачун СХД: 205-13815-62, позив на број 320.

Web site: http://www.shd.org.rs/hp/ e-mail редакције: [email protected]

Припрема за штампу: Јелена и Зоран ДИМИЋ, Светозара Марковића 2, 11000 Београд

Штампа: РИЦ графичког инжењерства Технолошко-металуршког факултета Београд, Карнегијева 4

Насловна страна и Интернет верзија часописа: Слободан и Горан Ратковић, RatkovicDesign

[email protected]

Годиште 53 април

CHEMICAL REVIEW

Editor-in-Chief Volume 53RATKO M. JANKOV NUMBER 2Deputy Editor-in-Chief (April)DRAGICA TRIVIĆHonorary EditorSTANIMIR R. ARSENIJEVI]PublisherSERBIAN CHEMICAL SOCIETYBelgrade/Serbia, Karnegijeva 4

HEMIJSKI PREGLED

број 2

Годиште 53. број 2 (2012) 29

До сада смо пуно пута писали о традицији да се наСвечаној скупштини Друштва члановима СХД обратепрошлогодишњи добитници награда СХД са пригоднимпредавањем. Део те традиције све више постаје и праксада се та предавања штампају у Хемијском прегледу а све ужељи да и они чланови СХД који нису били на Свечанојскупштини имају прилику да причитају о чему су нашидобитници највиших одличја говорили. Први чланак уовом броју Хемијског прегледа је прегледни чланак "Уз ма-лу помоћ својих пријатеља!", који је настао као основаза предавање које је проф. Иван Јуранић, из Институтаза хемију, технологију и металургију, одржао на свечанојскупштини Српског хемијског друштва 14. децембра 2011.године. Повод за то предавање је била додела МедаљеСХД за трајан и изузетан дипринос науци 2010. године. Утексту је приказан научни рад професора Јуранића у ра-спону од четири деценије, на сажет и широкој публициразумљив начин.

* * *У свакодневном животу под појмом смола подразу-

мевамо густу, лепљиву супстанцу, производ различитихбиљних врста, која се не може опрати водом са руку. Јошвековима у назад, биљне смоле су имале велику и важнупримену, а и данас су присутне у скоро свим гранама ин-дустрије, иако су често замењене вештачким смолама.Овако велику примену смоле дугују својим специфичнимфизичким и хемијским особинама, које зависе од њихо-вог сложеног састава. О свему томе, у свом чланку „Биљ-не смоле“, пишу Јадранка Милетић и Драгана Ћакић,студенткиње биохемије на Хемијском факултету.

* * *Електроспининг је вeoмa рaспрoстрaњeна тeхнoлo-

гија зa eлeктрoстaтичкo фoрмирaњe влaкaнa при упoтрe-би eлeктричних силa. Овo јe мoћнa и рeлaтивнo јeднo-стaвнa тeхникa зa прoизвoдњу нaнoвлaкaнa из рaзличи-тих пoлимeрa и за различите потребе. Електроспинингтeхнoлoгијa јe у тoку пoслeдњe дeцeнијe дoживeлa oгрoм-ни рaст у истрaживaњу. Пoмoћу њe сe мoгу прoизвoдитивлaкнa у субмикрoнскoм интeрвaлу (кoјe јe тeшкo дoбитиуз пoмoћ уoбичaјeних спининг тeхникa), сa мaњим пoрa-мa и вeћoм пoвршинoм у oднoсу нa рeгулaрнa влaкнa.Елeктрoспинoвaнa влaкнa сe успeшнo примeњују нa рaз-ним пoљимa кao штo су: нaнoкaтaлизa, скaфoлди у инжe-њeрству ткивa, зaштитнa oдeћa, филтрaцијa, биoмeди-цинa, фaрмaцијa, oптичкa eлeктрoникa, биoтeхнoлoгијa,oдбрaнa и бeзбeднoст и инжeњeрствo живoтнe срeдинe. Утрећем раду у овом броју Хемијског прегледа, под насло-вом “Eлектроспининг технологија“ ауторка Вера Обра-довић, са Технолошко-металуршког факултета Универ-зитета у Београду, приказује историјат електроспининга,опис делова апаратуре за електроспининг, а потом наводиутицаје процесних параметара и параметара раствора наморфологију произведених влакана.

* * *Скроб је природни, обновиви и биодеградабилни глукоз-ни полимер који се налази у многим биљкама у којимапредставља резервну енергију. Скроб је други најзаступ-љенији биоматеријал у природи, те је јефтина сировина запроизводњу глукозних, фруктозних и малтозних сирупа,као и за добијање различитих производа њиховом фер-ментацијом (састојци хране, органске киселине, биогори-

ва и др.). Побољшање процеса деполимеризације зрнаскроба до глукозе кључни је фактор у смањењу енергетскепотрошње у биоконверзији глукозе у индустријски важнаједињења. Потреба за смањењем енергетске потрошњемогла би да се задовољи заменом процеса ензимске хи-дролизе на високој температури у течној фази, процесомензимске хидролизе на нижим температурама и на чвр-стој фази. Овај процес, још назван и хладна хидролиза,представља корак напред у зеленој технологији за произ-водњу биоетанола, те последњих година у свету расте ин-терес за развојем оваквог приступа. О овоме нам, у члан-ку "Хидролиза сировог скроба - нови правци", пише На-таша БОЖИЋ, (ИХТМ-Центар за хемију Универзитетау Београду) која је добитник Медаље за прегалаштво и ус-пех у науци СХД за 2010. годину, као израз признања којејој је СХД доделило за резултате постигнуте у изоловању,карактеризацији и примени ензима (предавање на свеча-ној скупштини Српског хемијског друштва 14. децембра2011. године).

* * *

Рачунари су се у нашим школама први пут појавилиосамдесетих година прошлог века и то најпре у специја-лизованим школама, као што су Математичка гимназија исредње стручне школе. Насупрот рачунарима тога време-на, који су имали релативно ограничене могућности, ра-чунари данашњице имају обиље функција. Њихова глав-на предност је у томе што, на једном месту, омогућавајурепродукцију информација различитог типа, као што сузвучни и видео записи, слике, текстови, тродимензио-налне структуре и сл. Због тога је употреба рачунара данассаставни део наставе свих школских предмета, а у наста-ви хемије она је од великог значаја из више разлога.

Формирање хемијских појмова обично не може за-почети непосредним посматрањем објеката о којима сеучи, јер ученицима не можемо показати атом, молекул,хемијску везу итд. Као помоћ око лакшег формирања хе-мијских појмова и бољег разумевања апстрактног гради-ва, у настави хемије користе се наставна средства као штосу узорци супстанци, модели молекула и кристалних ре-шетки, слике и фотографије, едукативни филмови што јесве могуће дочарати на рачунару. У рубрици Хемија из/зашколе доносимо чланак Милана Стојковића (наставникахемије у ОШ “Ђура Јакшић”, Jелашница и ОШ “Лела Попо-вић”, Миљковац, Ниш) "Примена савремених наставнихсредстава у области хемије - рачунари, рачунарски про-грами и интернет" у коме су презентовани видови приме-не рачунара у настави хемије, које је аутор развијао токомдугогодишњег радног искуства у области информатике ихемије.

* * *

Рубрике Вести из СХД у овом броју нема, пошто сунам интересантни чланци “појели простор”. Ипак ћемопоменути само нама најближу од активности које Српскохемијско друштво планира за почетак ове године. У апри-лу СХД ће организовати и наш традиционални семинарАприлски дани наставника хемије (17. и 18. априла). Напоследњим страницама овог броја наћи ћете програм ра-да који је предвиђен за овогодишњи семинар.

Ратко М. Јанков

УВОДНИК

30 Хемијски преглед

Иван ЈУРАНИЋ, Институт за хемију, технологију и металургију, Универзитет у Бео-граду, 11000 Београд, Његошева 12, Србија.

УЗ МАЛУ ПОМОЋ СВОЈИХ ПРИЈАТЕЉАA)

Овај текст је настао као основа за предавање којеје одржано на свечаној скупштини Српског хемијскогдруштва. 14. децембра, 2011. године. Повод за то преда-вање је била додела награде СХД за трајан и изузетандипринос науци, 2010. г. Циљ је био да се прикаже науч-ни рад у распону од четири деценије, на сажет и широ-кој публици разумљив начин.

УВОД

Одмах по завршетку студија хемије (тада на ПМФ-у), 1968. године, уписао сам постдипломске студије наистом факултету и почео да се бавим научним радом.Након неких 8-9 месеци сам се запослио као асистент.Главни ментор је од почетка био проф. Михајло Миха-иловић, који је одредио млађе колеге да надгледају мојрад. Као и код многих, почетак није ишао глатко. Рад улабораторији проф. Чековића, није кренуо добро. На-кон краћег рада у лабораторији, проф. Мирослава Га-шића, нашао сам се у лабораторији проф. Љубинке Ло-ренц. У тој лабораторији је већ радио колега Милан Да-бовић. После пар година придружио нам се и колегаВлада Павловић. Тиме је почела вишедеценијска сарад-ња и ненадмашно пријатељство нас тројице. Готовоцео радни век сам провео на садашњем Хемијском фа-култету Универзитета у Београду, а од недавно сам за-послен у ИХТМ-у, који је такође део Универзитета.

Хронолошки описивати радове било би, благо ре-чено досадно, поготово што сам током 40 година радиоу много различитих области хемије.b) Због тога ћу го-ворити само о неким темама мог рада, о начину на који

сам улазио у рад на новим темама, као и о колегама сакојима сам сарађивао и још увек сарађујем.

Почели смо са проучавањем солволитичких реак-ција на дериватима стероида. У лабораторији је посто-јало искуство у раду са секо-стероидима који су ималидесеточлане прстенове. Доба интензивног истражива-ња на концепту Hammett-ове једначине је у свету по-чињало да пролази, а ми смо се са пет радова укључилиу тај смер механистичке органске хемије.

Центар интересовања нам је био разјашњавање та-козване хомоалилне интеракције (Схема 1). Све је билообогаћено постојањем трансануларних интеракција удесеточланим прстеновима. Више детаља се може наћиу мојој магистарској тези. Касније је рад на сличнимпроблемима настављен у сарадњи са колегама на ТМФу Београду, на другачијим једињењима.

На истим супстратима је почело проучавање фо-тохемијских реакција, пошто су секо-стероиди имали уструктури познате хромофоре, C=C и C=O двогубе ве-зе. Фотохемијска проучавања су брзо добила смер каспецифичном проучавању фотооксигенација. Нашлисмо занимљиву реакцију у којој је долазило до ефика-

ЧЛАНЦИ

a) “With the Little Help of My Friends”. Ово је наслов познате песме групе „Beatles“, који добро описује како се мој научни рад одвијао.Поред тога, музика ове групе је обележила сазревање моје генерације.

a)

b) Листа објављених научних резултата може се наћи на WEB страници: http://www.chem.bg.ac.rs/~ijuranic/refer.htm

Слика 1. Структура 5,10-секо стероида

Схема 1.

Годиште 53. број 2 (2012) 31

сне фотооксигенације, иако се радило са дериватомкоји није имао хромофоре (Слика 2).

Оксигенација се нормално радила сензибилиза-цијом кисеоника у ексцитовано стање (обично еози-ном). Настајало је више производа оксигенације (Схе-ма 2). Међутим, до исте реакције је долазило и без дода-вања сензибилизатора.

Решавање структуре производа је био озбиљанпроблем, а и сам механизам њиховог настајања нијебио тривијалан. Предложили смо настајање ексцип-лекса, као интермедијера који даје производе по следе-ћем механизму (Схема 3):

Из овог нтермедијера се лако добијају сви произ-води идентификовани у поменутој реакцији. Детаљни-је испричана прича се може наћу мојој докторској тези.

Експерименталне тешкоће и несигурности код де-финисања механистичких путева реакција које смопроучавали, допринели су да се озбиљније окренем каовладавању теоријским методама израчунавања. Јошкао студент сам почео да користим Hückel-ов моле-кулско орбитални (MO) метод, који није рачунарскизахтеван, али је имао веома ограничену примену. Одколега које сам познавао, само је колега Светозар Ни-кетић био посвећен рачунарској хемији. Имао је чакразвијен и сопствени програм за молекулско механич-ка израчунавања. Нажалост, за проблеме који су мене

занимали метод избора су била квантно-механичка(QM) израчунавања.

Због тога сам за постдокторско усавршавање ода-брао рад у Институту за примењену таласну механику(Париз, Француска). По повратку у Београд донео сампрви програмски пакет CNDO. Иако је тај програмвећ био у повлачењу пред новијим квантно-механич-ким моделима, и није имао претеране рачунарске зах-теве, било је много поблема да се имплементира.

У оно време то је била прилично велика новост, аније било ни рачунарских ресурса за рутински рад.a)

То ме није обесхрабрило, и уз велику помоћ колеге Ни-кетића програм је прилагођен за рад на доступним ра-чунарима. Наредне године су испуњене покушајима дасе новији програми имплементирају на разним маши-нама од којих су неке биле у велики фирмама, као штоје Нафтагас. У 80-им годинама прошлог века, напори-ма колеге Никетића и неколико људи са Математичкогфакултета и Математичког института САНУ, академ-ској заједници је постао доступан рачунарски системРепубличког завода за статистику, што нам је олакша-ло рад наредних неколико година. Крајем 70-их годинапочела је ера PC-а, и до краја прошлог века PC нам јепостао главна опрема за семиемпиријска MO израчу-навања. Тек у последњих десетак година PC је достигаоснагу за ефикасну примену ab initio квантно механич-ких метода израчунавања. Последњих пар година Ин-ститут за физику Србије обезбедио је прави суперра-чунар на коме се могу радити заиста обимна израчуна-вања.

Упознавање са новом методологијом истражива-ња није једноставно, и поред сопственог залагања тре-ба имати и некога од кога се може учити. У томе су мипуно помогли колеге из Загреба, Мирјана и Звонимир

Схема 2.

Слика 2. Изоксазолидин-ски дериват секо-стероида

a) Пре 35 година најмоћнији рачунар на Универзитету у Београду имао је 128 kB централне меморије и цео дан је радио посао, који дана-шњи PC-и завршавају за мање од секунде.

Схема 3.


Максић. Када се 90-их година прошлог века прекину-ла сарадња са њима, већ сам имао доста знања да само-стално наставим рад.

Године 1994. је изашао рад, нажалост без имена ко-легинице и колеге Максића. У њему је квантно-хемиј-ским израчунавањем потврђен механистички пут ок-сидације алкохола са олово-тетраацетатом, као и најве-роватнија путања 1,5-миграције атома водоника и ОХгрупе (Схема 4).

Моје занимање за квантно-механичка израчуна-вања је у основи имало жељу да се ефикасније и потпу-није дође до разумевања структура и реактивности је-дињења. Остваривање тог интересовања је нашло путу низу истраживања која се могу подвести генералнопод физичку органску хемију. Сви радови из, на првипоглед различитих подобласти хемије, имали су зајед-нички елемент, а то је да се неки делови истраживањамогу ефикасно моделирати квантно хемијским израчу-навањима. На пример:

Електрохемијске реакције се могу веома добро ко-релисати са енергијама граничних орбитала молекулакоји се хемијски мењају на електроди. Када је структу-ра тих молекула сложенија, онда и стерни утицају могу

имати значајну улогу. И једно и друго се може повеза-ти са резултатима оптимизације структуре молекулаQM методама. Као занимљив бих истакао резултат ко-ји смо направили са Ибром Табаковићем, када смо по-казали да у реакцији која се дешава након оксидацијена електроди, ацетон може деловати као база која мо-же за себе везати протон, који би због стерних ометањабио недоступан пиридину (слика 3).

Од десетак чланака публикованих у области ор-ганске електрохемије, посебно су још занимљиви фун-кционални полимери синтетисани електрохемијскимпутем, али о томе ће бити више речи у докторату коле-ге Будимира Марјановића.

Квантитативне релације између структуре и(ре)активности једињења остале су сталан предмет ин-тересовања, али хтели смо да поред чисто хемијскихефеката, покушамо да разјаснимо и физиолошки ефе-кат структуре разних молекула. Тиме је било отворенозначајно подручје истраживања у медицинској хемијии молекуларној биологији, а оно је за сада произвело инајобимнији део наших резултата. Томе је веома по-могло што је моја супруга, Зорица Јуранић успешанистраживач у Лабораторији за експерименталну онко-логију, која је увела методе за проверавање цитоток-сичних и цитостатских ефеката једињења.

Један од првих радова у овој области је био посве-ћен разматрању ефеката модификовања нуклеинскихбаза и одговарајућих варијација у структури ДНК нањихову функцију. Рад је публикован 1991. Био је далекоиспред времена, јер се тек последњих година питањаразматрана у том раду широко проучавају, па се и чи-тави научни конгреси одржавају и нови научни часо-писи оснивају за публиковање радова у области епиге-нетике.

Касније смо сарадњу продужили углавном у смеруиспитивања квантитативног односа структуре и ак-тивности (QSAR – quantitative structure-activity relation-ship). Вероватно први рад из QSAR-а код нас је публи-кован у JSCS 1999. г.[6] Истраживања у овој области сунастављена до данас и проширена су молекулско дина-мичким моделовањем како би се теоријски предвиделеинтеракције малих молекула са протеинима. У комби-нацији са експерименталним мерењима физиолошкогдејства једињења, направљен је низ радова који су пуб-ликовани у врхунским часописима. О овим резулта-тима ће у свом докторату више рећи колега БранкоДракулић.

Схема 4.

Слика 3. Израчунавање на соланидину.

Годиште 53. број 2 (2012) 33

Има још много тема на којима смо радили, али сеједна линија проучавања наметнула као доминантна икао потенцијално општи приступ за тумачење и пред-виђање реактивности органских једињења. Заснива сена једноставној чињеници, која је у основи целе кван-тне хемије, да се све особине молекула могу извести израсподеле електронске густине у њему.

У хемији се одавно користе парцијална атомсканаелектрисања за објашњавање и предвиђање особинаи реактивности једињења. Она су постала део такозва-не „хемијске интуиције“, али јако мало људи је свесночињенице да се те вредности парцијалних атомскихнаелектрисања не могу измерити. Парцијална атомсканаелектрисања нису опсервабле.a) Не постоји квантно-механички оператор који описује такву величину. Чаки код двоатомских молекула она се процењују посред-но.

Пошто се квантном-хемијским израчунавањимадобијају таласне функције електрона, а квадрати тихфункција описују расподелу електрона у простору, мо-гуће их је искористити за придруживање вредностипарцијалних наелектрисања атомима у молекулу.Пошто није у питању опсервабла, могуће је дефини-сати различите шеме расподеле електрона међу атоми-ма. У различитим шемама има разлика у вредностиманаелектрисања која се придружују одређеним атомима.Од, у принципу неограниченог броја, могућности заизрачунавање парцијалних неалектрисања, неколикосе наметнуло као највише ослоњених на физичке аргу-менте: Coulson-ова, Mulliken-ова, Bader-ова, NBO иESP наелектрисања.

Избор методе за израчунавање парцијалних нае-лектрисања зависи у великој мери од хемијског проце-са, или појаве која се жели описати. О тим питањимасе добра дискусија може наћи у дисертацији ЖељкаВитника.

Квантитативна релација структуре и реактивностиједињења се већ дуго проучава коришћењем LFERпринципа (linear free-enrergy relationship). У тој областисмо урадили низ истраживања која су публикована.

Међутим, овакав приступ је имао ограничене мо-гућности, јер се незнају ефекти свих структурних еле-мената на реактивност једињења. Поред тога, супсти-

туенти који се налазе близу реакционог места, као и ка-да супституенти могу директно утицати један на дру-гог, овим приступом се не могу разматрати. Покуша-вао сам да осмислим општији приступ оваквим проу-чавањима.

Предузели смо да испитамо зависност киселостиорганских киселина од парцијалних наелектрисања ко-ја се могу приписати киселинском водонику и другиматомима. Већ одавно је покушано да се pKа вредностикорелишу са парцијалним наелектрисањем на водони-ку карбоксилне групе. Упркос јасној хемијској интуи-цији, није нађена ваљана корелација.

Покушане су сличне корелације атомских наелек-трисања киселинског водоника и константи киселостии за феноле и протоноване базе, али са једнако слабимрезултатом.

Радећи на курсу из физичке органске хемије, проу-чио сам детаљније теорије које се односе на факторе ко-ји су од значаја за лакоћу дисоцијације.

Када се пажљивијеанализира, види се да нае-лектрисања свих атомакарбоксилне групе могубити од значаја. Колико ћелако настати ањон кисели-не зависи и од тога коликоће се настали ањон добростабилизовати, и како ћепрелазно стање за дисоци-јацију бити стабилизованосолватацијом.

Због тога смо покушали да опишемо константедисоцијације киселина помоћу парцијалних наелек-трисања сва четири атома карбоксилне групе. Већ првипокушај у серији огледа, где су проучаване незасићенеи епокси поликиселине (Схема 5), са две и три карбок-силне групе дао је добре резултате.

Експериментално су одређене 32 pKа вредности иупоређене са тзв. композитним наелектрисањем:

Q’ = qH + A·qO- + B·qC + C·qO= + D

Треба истаћи да су у истој корелацији поређенеконстанте киселости незасићених и епокси киселина,

a) Observabla (лат.) - величина доступна опажању.

Слика 4. Линеарна релација слободне енергије заестерификацију ароилакрилних киселина

Слика 5. Моделсолватације карбок-силне групе


као и оговарајућих ањона (друга дисоцијација) и диа-њона (трећа дисоцијација), те да је укупна корелацијабила сасвим добра, као што се може видети на дијагра-му (Слика 6).

На први поглед, корелација не изгледа импресив-но, али треба имати на уму да су се на графику заједнонашле нашле вредости за прву, другу и трећу констан-ту дисоцијације различитих киселина, не користећиникакве друге претпоставке изузев парцијалних нае-лектрисања атома карбоксилне групе. Овако добар ре-зултат до тада нико није постигао.

Исти приступ је коришћен за проучавање брзинереакције естерификације киселина са диазодифенил-метаном (Схема 6)

Константе брзине реакције другог реда су корели-сане са “композитним наелектрисањем” и добијен јеследећи резултат (Слика 7).

Увидом у вредности параметара који описују удеопојединих атомских налектрисања у композитном нае-лектрисању карбоксислне групе показује се да је меха-нистички пут (1) највероватнији.

За ове радове коришћене су само вредности нае-лектрисања за најстабилнији конформер сваког једи-њења. Међутим, такође је установљено да различитиконформери могу имати знатно различите расподелепарцијалних наелектрисања. Логично је било да се ко-ристе просечне вредности израчунате на базиBoltzmann-ове расподеле конформера. Поред тога, ре-зултат се побољшава када се у рачун уведе симулацијарастварача (Слика 8).

Очигледно је да метод омогућава веома поузданопредвиђање pKа вредности карбоксилних киселина.Одступања се могу јавити само када постоје ефекти ко-ји нису последица расподеле електронске густине (нпр.стерно заклањање). У многим случајевима, када нијемогуће употребити Hammett-ове константе, овај при-ступ је веома успешан, на пример код вишеструкихсупституција, када је могућа интеракција између суп-ституената.

У току истраживачког рада бавио сам се и низомдругих истраживања, која у овом кратком прегледу ни-су могла да се представе. Жеља ми је да млађим коле-гама истакнем да је истраживачка радозналост основаза ефикасан научни рад. Да би се неко могао без већихтешкоћа укључити у истраживање неке нове областипотребно је да добро познаје главне теорије које се од-

Схема 5.

Слика 6. Корелација измерених pKа вредно-

сти са израчунатим "композитним” наелек-трисањем Q’; (n = 32; r = 0,9456).

Схема 6.

Слика 7 . Корелација лог (k2) вредности са

израчунатим изведеним наелектрисањем (Q).

Годиште 53. број 2 (2012) 35

носе на хемију, али и физику. Треба имати на уму да сехемија не може ефикасно истраживати без физичкохе-мијског приступа. Такође, шта год да се у лабораторијиради, на крају са потврђује неким (физичко)хемијскиманализама. Без познавања ширег теоријског контестасвог рада, ради се наслепо. Због тога се несме бежатиод учења физичких теорија. Теорија помаже да се ре-шавају и веома практични проблеми, што сам доказаонизом заштићених патената и технологија, од којих сунеке реализоване.

Исто тако, несме се плашити од отвореног пружа-ња свог знања колегама. Јако много људи се плаши даби други њихово знање искористили за себе. Ја самимао другу филозофију. Колегама сам пружао све ин-формације које сам могао. Уколико су способни и за-интересовани да их искористе, учинио сам нешто до-бро. У већини случајева сам доживео да су колеге же-леле да наставимо сарадњу и да заједнички решавамопроблеме који их интересују. Отвореност према коле-гама се исплати. Мислим да бих имао једва половинупубликованих радова да сам хтео да све држим за себе,или само у оквиру своје истраживачке групе.

На крају треба рећи да публиковани резултатипредстављају једва трећину напора уложених у истра-живање. То не треба да обесхрабри будуће истражива-че. Најлепше тренутке сам провео истражујући некуфасцинантну идеју, која се на крају није показалаисправном, али зато сам научио пуно нових ствари ко-је су довеле до још занимљивијих резултата.

A b s t r a c t

WITH THE LITTLE HELP OF MY FRIENDS

Ivan JURANIĆ

The title refers to a well-known song of The Beatlesgroup, for two reasons. The music of this group was mostinfluential in the time of the maturation of my generation.

On the other hand, it describes, accurately in a large extent,the way I worked in my scientific career.

The article is actually a transcript of the lecturedelivered on festive conference of the Serbian ChemicalSociety on December 14. 2012. The motive for it was the2010 awarding of the SCS medal for exceptional and lastingcontribution to science. It is an effort to describe 4 decadesof scientific work, in a concise way, and in the mannerunderstandable to general public.

ЛИТЕРАТУРА

1. И. Јуранић „Проучавање хомоалилне интеракцијеу десеточланим прстеновима“. Магистарска теза,ПМФ, Београд, 1971. http://www.chem.bg.ac.rs/∼ijuranic/magistarski.pdf

2. Љ.Лоренц, И.Јуранић, М.Љ.Михаиловић:"Photochemically induced oxidation of someisoxazolidines by molecular oxygen", J.Chem.Soc.Chemical Communications, 1977, 749-51.

3. И. Јуранић: „Фотооксигенације стероидних изок-сазолидина“. Докторска дисертација, ПМФ, Бео-град, 1977. http://www.chem.bg.ac.rs/∼ijuranic/DTeza.pdf

4. И.Јуранић, М.Љ.Михаиловић, М.Д.Дабовић:"Cyclisation of Alkoxy Radicals. A SemiempiricalMNDO-PM3 Study". J. Chem. Soc., Perkin Trans. 2,1994, 877-881.

5. Е.Гунић, И.Табаковић, К.М.Гаши, Д.Миљковић,И.Јуранић: "Products and Mechanisms of theAnodic Oxidation of Solanidine-Type SteroidalAlkaloids". J. Org. Chem., 1994, 59, 1264-1269.

6. З.Јуранић, М.Кидрич, Р.Томин, И.Јуранић, И.Спу-жић, Ј.Петровић: "The Importance of the Specific Z-DNA Structure and Polyamines in theCancerogenesis: Fact or Fiction". Medical Hypotheses,1991, 35(4), 353-357.

7. З.Јуранић, Љ. Стевовић, Б. Дракулић, Т.Станојко-вић, С.Радуловић, И. Јуранић: "Substituted (E)-(benzoyl)acrylic acids suppressed survival ofneoplastic human HeLa cells". J. Serb. Chem. Soc.,1999, 64, 505-512.

8. Ж.Витник: "Корелације физичких и хемијскихособина карбоксилних киселина са израчунатиматомским наелектрисањима". Докторска дисерта-

Слика 8. Корелација експериментално одређених, наспрамизрачунатих pKа вредности из наелектрисања добијених HF/6-311++G**/CPCM методом за серију супституисаних бензоевихкиселина

бензоева кис.

4-супституисана


3,4-дисупституисана

3,5-дисупституисана


2,х-дисупституисана

2,х,6-трисупституисана

посебне врсте

(експ.).


ција, Хемијски Факултет Универзитета у Београду,2011.

9. Л. Пфендт, Г. Поповић, М. Костић, Љ. Стевовић, Б.Дракулић, И. Јуранић: "Determination and structur-al correlation of pKa values of p-Substituted trans-beta-aroylacrylic acids". J. Chem. Research (S), 2000,260-261; J. Chem. Research (M), 2000, 727-738.

10. Л. Пфендт, Г. Поповић, М. Костић, Љ. Стевовић, Б.Дракулић, И. Јуранић: “Determination andstructural correlation of the pK

a values of p-

substituted trans-2,3-epoxy-4-oxo-4-phenylbutanoicacids”. J. Serb. Chem. Soc. , 2000, 65(11), 781-788.

11. Л. Пфендт, Б. Дражић, Г. Поповић, Б. Дракулић, Ж.Витник, И. Јуранић: "Determination of all pKavalues of some di- and tricarboxylic unsaturated andepoxy acids and their polylinear correlation with thecarboxylic group atomic charges". J. Chem. Res. (S),2003(5), 247-248; J. Chem. Res. (M), 2003(5), 0501-0504.

12. Б. Јовановић, И. Јуранић, М. Мишић-Вуковић, Д.Бркић, Ж. Витник: “Kinetics and mechanism of thereaction of substituted 4-pyrimidine carboxylic acidswith diazodiphenylmethane in dimethylformami-de”. J. Chem. Research (S), 2000, 506-507; J. Chem.Research (M), 2000, 1257-1264.

Јадранка МИЛЕТИЋ, студент биохемије, Хемијски факултет, Београд ([email protected])Драгана ЋАКИЋ, студент биохемије, Хемијски факултет, Београд ([email protected])

БИЉНЕ СМОЛЕ

У свакодневном животу под појмом смола подразу-мевамо густу, лепљиву супстанцу, производ различи-тих биљних врста, која се не може опрати водом са ру-ку. Још вековима у назад, биљне смоле су имале велику иважну примену, а данас су присутне у скоро свим грана-ма индустрије, иако су често замењене вештачкимсмолама. Овако велику примену смоле дугују својим спе-цифичним физичким и хемијским особинама, које зави-се од њиховог сложеног састава.

ОСНОВНЕ КАРАКТЕРИСТИКЕ БИЉНИХ

СМОЛА

Лучење смоле представља један од основних од-брамбрених механизама биљке. Смола је густа, вискоз-на течност, која се лучи у шупљинама и каналима епи-тела биљке. Биљке производе смолу како би се зашти-тиле од неповољних спољашњих утицаја и да би сани-рале механичке повреде, најчешће настале деловањеминсеката, гљива, услед болести биљке и слично. Смола,која се лучи на месту механичке повреде, због својеспецифичне структуре, спречава губљење воде и суше-ње биљке. Често, смоле имају и специфичан мирис илиукус који одбија инсекте и биљоједе, а примећено је ида могу потпуно сузбити развој и раст бактерија и гљи-вица на кори. Код зрелог дрвећа, смола се просто излу-чује из шупљина на кори услед набрекнутости која на-стаје као последица брзог раста дрвета.

Природна смола се најчешће јавља у виду полутеч-не, стакласте супстанце, мада неке смоле могу да фор-мирају и кристале. Просечна тачка топљења варира узависности од врсте - неке смоле које су полутечнеимају температуру топљења од око 100°C, док другеимају нешто вишу температуру топљења, између 100 и120 °C. Веома су запаљиве, горе пламеном пуним дима,тако да се мора бити опрезан приликом њиховог топ-љења. Углавном су нерастворне у води, а растворне у

органским растварачима (алкохолу, етру, бензену, хло-роформу)

СТРУКТУРНЕ КАРАКТЕРИСТИКЕ

БИЉНИХ СМОЛА

Биљне смоле се састоје највише од испарљивих,течних терпена, а мање од неиспарљивих, чврстих, по-лисахаридних или терпеноидних компоненти којесмоли дају густину и лепљивост. Примећено је да са-став смоле веома зависи од биљке којa је лучи, па су кодлистопадног дрвећа (као што су: вишња, трешња,шљива, багрем) доминантне полисахаридне, док су кодчетинара (бор, јела, оморика) доминантне терпеноиднеструктуре.

Смоле листопадних биљака

Ако посматрамо полисахаридне структуре, биљнесмоле се, заједно са биљним слузима, убрајају у хетеро-полисахариде, а због високог садржаја уронских кисе-лина (најчешће D-глукуронска и D-галактуронска ки-селина), често се убрајају и у полиурониде (хетеропо-лисахариде, код којих се као основна моносахариднајединица јавља нека од уронских киселина).

D-глукуронска киселина D-галактуронска киселина

COOH

OHH

HHO

OHH

OHH

CH2OH

COOH

OHH

HHO

HHO

OHH

CH2OH

Годиште 53. број 2 (2012) 37

β-D-глукуронска киселина β -D-галактуронска киселина

Осим тога, у њихов састав улази велики број неу-тралних моносахарида, као нпр. D-галактоза, D-ксило-за, L-арабиноза, L-рамноза, као и други моносахариди,али у мањој мери

Структуре хетерополисахарида који улазе у саставбиљних смола су најчешће веома комплексне и углав-ном нису потпуно одређене.

Један од таквих примера је полисахаридна компо-нента арапске смоле или гумиарабике, коју лучи биљ-ка Acacia senegal из Северне Африке. Гумиарабика јеаморфни хидрокoлоид који се састоји од комплекснесмеше полисахарида и гликопротеина. Природна смо-ла је неутрална, јер се лучи у облику калцијумове, маг-незијумове или калијумове соли киселог полисахаридаарабинске киселине. Киселом хидролизом ове смоледобијају се L-арабиноза, D-рамноза, D-галактоза и D-глукуронска киселина у односу 3:1:3:1. Претпоставља се

да исечак макромолекула арабинске киселине има сле-дећу структуру:

У смолама листопадног дрвећа, осим сахаридаприсутни су и бројни испарљиви моно- и сесквитер-пени који им дају специфичан мирис, као и бројне не-чистоће. Најзаступљенији терпени у смоли су моно-терпени - бициклични: α- и β-пинен (C10H16), δ-3-ка-рен (C10H16) и сабинан (C10H16), моноцилкични: лимо-нен (C10H16).

OH

OH

OH

HO

O

O

HO

OH

OH

OH

HO

O

O

HO

CHO

OHH

HHO

HHO

OHH

CH2OH

CHO

OHH

HHO

OHH

CH2OH

D-галакотоза D-ксилоза

CHO

OHH

HHO

HHO

CH2OH

CHO

OHH

OHH

HHO

HHO

CH3

L-арабиноза L-рамноза

O

OH

OH

OH

OH

HO

O

OH

OH

OH

OH

D-галакотоза D-ксилоза

OH

OH

OH

HO

O

HO

OH

OH

OH

HO

O

β-D-галактопираноза β-D-ксилопираноза

O

OH

OH

OH

OH

O

OH

OH

OH

OH

HO

L-арабиноза L-рамноза

OH

OH

OH

HO

O

OH

OH

OH

HO

O

HO

β-L-арабинопиранβ-L-рамнопиран

Структура исечка макромолекула арабинскекиселине

пинен

карен


Смоле четинарских биљака

Код четинарског дрвећа у смолама су такође при-сутни наведени монотерпени, уз нешто веће присуствосесквитерпеноида - бицикличних: кариофилен(C15H24) и δ-кардин (C15H24), и трицикличних: ленги-фолен (C15H24).

Дестилацијом смоле четинара помоћу водене паредобијају се две фракције: прва, која дестилује са воде-ном паром терпентинско уље (састоји се од моно- и се-сквитерпена), и друга, остатак после дестилације – ко-лофонијум (састоји од такозваних смолних киселина).

Смолне киселине су дитерпеноидне структуре -јављају се у великом броју изомера основне формуле:C19H29COOH. Мањи део смолних киселина је бицик-личне структуре и 14, 15-секопримаранског скелета(као нпр. агатна и лабданова киселина), док највећиброј њих има трицикличну структуру.

Најпознатија трициклична смолна киселина јеабиетинска киселина, која је основни састојак смолечетинара. Абиетинска киселина се може екстраховатииз смоле врућим алкохолом, а хлађењем се добијајукристали у облику листића. Може настати и загрева-њем пимаринске, левопимаринске, палустринске и не-оабиетинске киселине. Левопимаринска киселина седобија из четинара Pinus palustris и лако се изомеризујеу абиетинску киселину. Пимаринска киселина је веомаслична абиетинској и дестилацијом у вакууму се прет-вара у абиетинску киселину. Дехидрогенизацијом абие-тинске киселине настаје ретен, док њеном оксидацијомнастаје велики број једињења као што су: метил-7α,13β-дихидроксиабиет-(8)14-еноат, метил-7α,13α-дихидрок-сиабиет-(8)14-еноат, метил-12-оксоабиетат и многадруга.

Смолне киселине могу се растворити у базама уформи смолних сапуна, из којих се пречишћене смол-

не киселине регенеришу уколико их третирамо кисе-линама.

Неколико биљака производи смолу веома специ-фичног састава, а најзначајнији представници су:

Џефријев (Pinus jeffreyi) и сиви бор (Pinus sabinea-na), чије испарљиве компоненте највећим делом чиничист n-хептан са малом количином терпена или пот-пуно без њих. Постојање изузетно чистог n-хептана,без примеса других изомера хептана, довело је до тогада се ова смола користи као нулта или почетна тачкана октанској скали за квалитет бензина. Дестилат смо-ла, који садрже велику количину хептана, јако је опа-сан, због изузетне запаљивости самог хептана.

Чиста смола марихуане (Cannabis sativa) која сеназива хашиш, представља смесу моно- и сесквитер-пена, заједно са још око 30 различитих фенолних је-

лимонен

H

H H

кариофилен δ-кардин

ленгифолен

COOH

HOOC

H

COOH

H

HO

H

H

HOOC

агатна киселина лабданова киселина

абиетинска киселина

H

H

HOOCH

H

HOOC

H

HOOC

Пимаринска киселина Линопимаринска киселина

Палустринска киселина

Годиште 53. број 2 (2012) 39

дињења. Од њих, најзначајнији је делта-тетрахидрока-набинол - психоактивни састојак марихуане.

Смола која настаје у епителима отровног храста(Toxicodendron diversilobum)садржи уросиол, опасниалерген који изазива болан осип праћен сврабом. Овофенолно једињење се налази и у смоли која на ваздухуоксидује и полимеризује у тамни, сјајни лак. Занимљивоје да се овај опасни алерген не налази у полену цветаовог дрвета, нити у меду који се од њега прави.

ПРИМЕРИ БИЉНИХ СМОЛА У ПРИРОДИ

Олео-смоле

Неке смоле које су у течном стању познате су каоолео-смоле, садрже бензоеву и циметну киселину, апознате су као балзами - мирисне смоле. Због веомапријатног мириса користе се у производњи парфема икозметици. Најзначајнији представници су:

• Бензоева смола (стиракс); која се добија из ко-ре неколико врста дрвећа из рода Styrax и каоосновну компоненту има бензоеву киселину.

• Канадска смола (канадски балзам) која се до-бија из дрвета јеле (Abies balsamea) у виду ви-скозне, лепљиве, безбојне течности која накониспаравања есенцијалних уља, у којима је биларастворена, постаје провидна жућкаста маса.

Гумене смоле

Због свог специфичног састава, веома су познате игумене смоле. У овим биљкама долази до спајања акти-вираних изопрена у процесу стереоспецифичне 1,4-по-лимеризације како би се наградили макромолекули.1,4-trans-полиизопрен је постигао мању техничничкупримену (гутаперка и балата), за разлику од свог изо-мера, 1,4-cis-полиизопрена који је познат као природнагума тј. каучук.

Каучук је изведен из латекс-сока који се лучи изусека на кори тропског дрвећа дикотиледоних биљакафамилије Euphorbiaceae, Apocynaceae i Moraceae, докмонокотиледоне и ниже биљке не садрже полизопре-не. Најчешће се за те сврхе користи Hevea brasiliensis,које се углавном гаје на плантажама. Састав биљног со-ка, латекса, чини 30-40% глобула каучука, 55-56% воде имала количина протеина, стерола, пепела, танина, ше-ћера. Излучује се након повреде ткива биљака и код ве-

ћине је беле боје, док латекс може бити жуте, наранџа-сте и љубичасто-црвене боје. При додиру са ваздухомсе згрушава. Каучук је растворан у бензену, петролетруи угљендисулфиду, а нерастворан у алкохолу и полар-ним растварачима. Иако се 1,4-cis-полиизопрен данассинтетички производи, на тржишту још увек имаприродног каучука у великом проценту.

Гутаперка је врста природне гуме која се добија издрвећа Palagunium gutta из Индонезије, а балата из др-већа Manilkara bidentata. Гутаперка је кристална наобичној температури, а пластична на вишим темпера-турама..

Чврсте смоле

Одређене врсте смола се добијају у чврстом стању(чврсте смоле), при чему је ћилибар најупечатљивијипример ове класе, а ту спадају и афричка природнасмола и каури гума са Новог Зеланда, које су такође да-те у делимично чврстом стању.

Ћилибар је окамењена смола, која се формиралакао резултат фосилизације смоле којој су потребни ми-лиони година. Иако одређени временски интервал нијеустановљен за овај процес, већина ћилибара је нађена устенама које су старе између 30-90 милиона година.Ароматична смола од које ћилибар настаје често можеобилно да капље и споро истиче низ кору дрвећа, ус-пут попуњавајући унутрашње шупљине, задржавајућиостатке као што су семење, лишће, перје и инсекти.Смола постаје закопана и фосилизована путем прир-одне полимеризације првобитних органских компо-ненти, па је ћилибар добијен на овај начин значајан ар-хеолошки извор.

Чврста борова смола са које су дестилацијом укло-њени испарљиви терпени позната је под именом дрве-на смола, колофонијум или грчка смола. То је полу-провидна чврста супстанца. Има боју која варира оджуте до црне, без мириса је или са благим терпенскиммирисом и укусом. Углавном се састоји од различитихсмолних киселина, највише од абиетинске киселине.Нерастворна је у води, али је растворна је у алкохолу,есенцијалним уљима, етру или врелом уљу. На собнојтемператури смола је ломљива, али се омекшава и то-пи под утицајем високих температура, мада не може дасублимира. Гори светлим пламеном пуним дима.

n

каучук

n

гутаперка


ДОБИЈАЊЕ БИЉНИХ СМОЛА И ЊИХОВО РАЗДВАЈАЊЕ НА ОСНОВНЕ КОМПОНЕНТЕ

Биљне смоле се налазе у четинарима и изолују сеиз њих методом капљања. Ова метода подразумеваправљење резова на кори дрвета, на којима се у видукапи издваја течна смеша. Други извори природнихсмола, су пањеви дрвећа из посечених шума или отпад-не воде из при процесу производње целулозе.

Као поступак за раздвајања смеше на компонентераније се користила дестилација воденом паром, али седанас најчешће примењује фракциона дестилација.

Раздвајање мирисне смоле на есенцијално уље тер-пентина и калофонијум се обично врши у дугачким ба-карним дестилационим апаратима. Есенцијално уљедестилује на температури између 100 и 160 °C, оставља-јући течну смолу, која пролази кроз славину на дну де-стилационог апарата и пречишћава се проласком крозфилтер. Боја смоле варира у зависности од старостидрвета из којег се добија и од степена загревања при де-стилацији, од тамне скоро катрански црне супстанцепреко нијанси браон и жуте до готово перфектно про-видне безбојне стакласте масе. У трговини су бројниразличити степени оцене квалитета смоле, рангиранису словима од А, најтамније, до N, еxтра бледе, изнадкојих је W, као прозрачно стакло, и WW, последњи ко-ји има троструку вредност у односу на уобичајан ква-литет.

Главни регион за производњу смола је Индонезија,јужна Кина и западни део Вијетнама. Кинеска смола сеуглавном добија из терпентина врста: Pinus massonianaи Pinus elliotti. Државе јужног Атлантика и источног за-лива Сједињених Америчких Држава су такође водећирегиони производње смоле. Америчка смола се добијаиз терпентина врста: Pinus palustris и Pinus teada. УМексику већина смола се добија из свеже течности не-колико врста боровог дрвета. Главни извор снабдевањаЕвропе смолом је Француска, где се Pinus pinaster наве-лико гаји.

УПОТРЕБА БИЉНИХ СМОЛА

Биљне смоле су нашле велику примену у различи-тим гранама индустрије. Смола је састојак мастила заштампање, лакова, лепака, сапуна, средстава за лемље-ње и воскова за печате. Може да се нађе у средствимаза полирање у медицини или у жвакаћим гумама, као иемулгатор у безалкохолним пићима.

У фармацеутској индустрији, смоле су састојци не-ких лекова, фластера и помада.

Смола се у индустрији користи као прекурсор усредствима за лемљење. Танка оловна жица, која се нај-чешће користи у електроници, садржи око 1% смоле.

Мешавина катрана и смоле се користи за правље-ње површина којe служe за полирање стакла при прав-љењу оптичких компонената као што су сочива. Смоласе додаје у малим количинама у уља од ланеног семенаили за попуњавање рупа које се користе у грађевинар-ству.

Смолa је у широкој употреби због високог капаци-тета трења:

• Свирачи на гудачким инструментима према-зују своја гудала како би када их превлаче пре-ко жица ова треперела и тиме производилазвук. Друге супстанце као што су: пчелињи во-сак, злато, сребро, олово или гвожђе се поне-кад додају у смолу да коригују њена својства -лепљивост, трење и боју тона коју производи.

• Балерине понекад намажу своје балетанкесмолом у праху како би смањилe клизање пренего што изађу на сцену - исто се једно времекористило у мачевању.

• Јахачи бикова наносе смолу на ужад и својерукавице.

• Бејзбол играчи и куглаши могу да имају малуколичину смоле у праху поред себе, да би јестављали на руке како би боље контролисалилопту.

Док није модификован, природни каучук има вео-ма важну улогу као сиров материјал за израду гуме, алије његова употреба у друге техничке сврхе (као нпр. уиндустрији боја и лакова), често могућа само послеодређених хемијских модификација.

Гумиарабика се употребљава као лепак, додатакводеним бојама и мастилу, у медицини као пребиотик,и др.

ЗАКЉУЧАК

Хетерогени састав биљних смола отежава њиховодефинисање, утврђивању квалитативног и квантита-тивног састава, као и редоследа међусобног повези-вања компоненти при одређивању структурe. Збогових отежавајућих околности, потпун састав биљнихсмола је скоро немогуће одредити. Њихова употреба јешироко распрострањена .A B S T R A C T

NАTURAL RESINS

Jadranka Miletić, biochemistry student, Faculty of Chemi-stry, University of Belgrade, ([email protected])

Dragana Ćakić, biochemistry student, Faculty of Chemi-stry, University of Belgrade, ([email protected])

Plant resins had been having important applicationsthrough the past till nowadays. They are present in al-most all industries, although they are often replaced withartificial resins. Widely used resins posses specific physi-cal and chemical properties due to their complex compo-sition. Natural resins usually liquid, glassy substances,although some resins are solids and can form crystals.They are composed of the most volatile (liquid) terpene,less volatile (solid) terpene fractions and polysaccharidecomponents which provide stickiness and density to re-sins. In this paper resins from both deciduous and conife-rous plants and are elaborated. Also, production of plantresins and their separation on components is briefly de-scribed.


1. http://waynesword.palomar.edu

Годиште 53. број 2 (2012) 41

2. Beck, C. W.: The Chemistry of Amber. Estudios delMuseo de Ciencias Naturales de Alava 14 (2): 33-4873-117. Spain, (1999)

3. Cleal, C. J.: and Thomas, B. A., Plant fossils the historyof land vegetation. Woodbridge, Suffolk, UK: The Boy-dell Ress, (1999)

4. Göppert, H. R.: Fossile Pflanzenreste des Eisensandesvon Aachen. Nova Acta Academiae C. L. C. Nat., Curi-osum, 19: 150., (1836)

5. Grimaldi, D., Nascimbene, P., Luzzi, K., and Case, G.:North American ambers and an exceptionally diversedeposit from the Cretaceous of New Jersey, USA.World Congress on Amber Inclusions. Museo de Cien-cias Naturales de Alava, Abstracts: Spain, p. 81., (1998)

6. Grujić-Injac,B., Lajšić, S.: Hemija prirodnih proizvoda,Niš, (1983)

7. Franks, P. C.: Models of marine transgression-examplefrom Lower Cretaceous fluvial and paralic deposits,north-central Kansas. Geology 8(1): 56-61, (1980)

8. Langenheim, J. H.: Amber-a botanical inquiry. Science163(3): 1157-1169, (1969)

9. Langenheim, J.H.: Plant Resins (Chemistry, Evolution,Ecology & Ethnobotany). Timber Press, PortlandOregon, (2003)

10. Petrović S., Mijin D., Stojanović N.: Hemija prirodnihorganskih jedinjenja. Tehnološko-metalurški fakultet.Beograd, (2005)

11. Perušković, D., Darić, B.: Biljne sluzi. Hemijski pregled52(1) 11-16, (2011)

12. Prinz, S., Müllner, U., Heilmann, J., Winkelmann, K.,Sticher, O., Haslinger, E., Hüfner, A.: Oxidation Pro-ducts of Abietic Acid and Its Methyl Ester. Journal ofNatural Products 65(11) 1530-1534, (2002)

13. Зандерманн, В.: Природные смолы, скипидары,талловое масло. Лесная промышленность. Москва,(1964).

Вера ОБРАДОВИЋ, Универзитет у Београду, Технолошко-металуршки факултет,

Универзитет у Београду, Карнегијева 4, 11120 Београд (е-mail: [email protected])

EЛЕКТРОСПИНИНГ ТЕХНОЛОГИЈА

Eлeктрoспининг прeдстaвљa тeхнoлoгију дoбијa-њa нaнoвлaкaнa кoјa свe вишe пoстaјe aктуeлнa у 21.вeку. Јoш увeк нијe у пoтпунoсти испитaнa и њeнoистрaживaњe прeдстaвљa вeлики изaзoв зa нaучникeширoм свeтa. Електроспининг је вeoмa рaспрoстрa-њeна тeхнoлoгија зa eлeктрoстaтичкo фoрмирaњeвлaкaнa при упoтрeби eлeктричних силa. Прoизвoдe сепoлимeрнa влaкнa сa прeчницимa у интeрвaлу oд 2 nmдo нeкoликo микрoмeтaрa кoришћeњeм пoлимeрнихрaствoрa или рaстoпa прирoдних и синтeтичких пo-лимeрa.

Овај рад обухвата историјат електроспининга иопис делова апаратуре за електроспининг. Потом сунаведени утицаји процесних параметара и параме-тара раствора на морфологију произведених влаканапосле којих су представљени резултати изведеног ек-сперимента са PVB-SiO

2 композитним влакнима. На

крају је дат преглед примена електроспинованих вла-кана.

УВОД У ЕЛЕКТРОСПИНИНГ

Електроспининг тeхнoлoгијa јe дoживeлa oгрoмнирaст у истрaживaњу кao и кoмeрцијaлну примену у тo-ку пoслeдњe дeцeнијe. Пoмoћу њe сe мoгу прoизвoдитивлaкнa у субмикрoнскoм интeрвaлу кoјe јe инaчe тeшкoдoбити уз пoмoћ уoбичaјeних спининг (eнглeски тeр-мин spinning - извлaчeњe влaкaнa) тeхникa. Сa мaњимпoрaмa и вeћoм пoвршинoм у oднoсу нa рeгулaрнaвлaкнa, eлeктрoспинoвaнa влaкнa сe успeшнoпримeњују нa рaзним пoљимa кao штo с унaнoкaтaлизa, скaфoлди (eнглeски тeрмин scaffold -

мрeжe, нoсaчи, пoдлoгe (нпр. зa лeкoвe)) у инжe-њeрству ткивa, зaштитнa oдeћa, филтрaцијa, биo-мeдицинa, фaрмaцијa, oптичкa eлeктрoникa,биoтeхнoлoгијa, oдбрaнa и бeзбeднoст и инжeњeрствoживoтнe срeдинe. Уoпштe, oвo јe мoћнa и рeлaтивнoјeднoстaвнa тeхникa зa прoизвoдњу нaнoвлaкaнa изрaзличитих пoлимeрa. Спинoвaнa нaнoвлaкнa тaкoђeпружaју вишe прeднoсти кao штo су изузeтнo висoкoднoс пoвршинe нaспрaм зaпрeминe, склaднa пoрoз-нoст, њихoвa рaстeгљивoст при кoјoј сe oд њих мoгунaпрaвити рaзнe вeличинe и oблици, и мoгућнoст кoн-трoлисањa сaстaвa нaнoвлaкaнa збoг пoстизaњa жeљe-них рeзултaтa из њихoвих свoјстaвa и функциoнaл-нoсти [1].

ИСТОРИЈА ЕЛЕКТРОСПИНИНГА

Eлeктрoспининг јe стaрa тeхникa. Први пут јe пo-смaтрaнa oд стрaнe Рeјлијa, (Rayleigh) дeтaљнo истрa-живaнa кoд Зeлeнијa (Zeleny, 1914) нa eлeктрoспрeју, ипaтeнтирaнa oд стрaнe Фoрмхaлсa (Formhals). Тeјлoрoврaд (Тaylor, 1969) кoји сe oднoси нa eлeктричнo упрaв-љaњe млaзeвa јe пoстaвиo oснoвe зa eлeктрoспининг.Нaзив ,,eлeктрoспининг“ вoди пoрeклo oд ,,eлeктрo-стaтичкoг спинингa“, и кoристи сe oднeдaвнo (oтпри-ликe oд 1994.-тe гoдинe), aли зaпрaвo пoтичe oд прe ви-шe oд шeздeсeт гoдинa. Oд 1934.-тe дo 1944.-тe гoдинe,Фoрмхaлс јe публикoвao сeријe пaтeнaтa, oписујући eк-спeримeнтaлни урeђaј зa прoизвoдњу пoлимeрних ни-ти кoришћeњeм eлeктрoстaтичких силa.

Први пaтeнт (US пaтeнт брoј: 2116942) зa eлeктрo-спининг јe биo прeдмeт зa прoизвoдњу тeкстилних нити


упoтрeбoм нaпoнa oд 57 kV зa eлeктрoспининг цeлулoз-нoг aцeтaтa кoришћeњeм рaствaрaчa aцeтoнa и мoнoмe-тил eтрa eтилeн гликoлa. Oвaј прoцeс јe пaтeнтирao Aн-тoнин Фoрмхaлс (Antonin Formhals) 1934.-тe гoдинe.Фoрмхaлсoв прoцeс спинингa сe сaстoји oд пoкрeтнoгурeђaјa зa сaкупљaњe нити у истeгнутoм стaњу, кao штoјe тo цилиндaр у уoбичaјeнoм спинингу. Oд 1980.-их гo-динa, a нaрoчитo пoслeдњих гoдинa, прoцeс eлeктрoспи-нингa јe зaдoбиo вишe пaжњe вeрoвaтнo збoг пoвeћaнoгинтeрeсoвaњa у нaнoтeхнoлoгији, пoштo сe вeoмa тaнкaвлaкнa влaкнaстих структурa рaзних пoлимeрa, сa прeч-ницимa oд субмикрoнских дo нaнoмeтaрских, мoгу јeд-нoстaвнo прoизвeсти oвим прoцeсoм [1].

ПРОЦЕС ЕЛЕКТРОСПИНИНГА

Eлeктрoспининг, кao спининг тeхникa, прeдстaв-љa јeдинствeн приступ кoји кoристи eлeктрoстaтичкeсилe зa прoизвoдњу тaнких влaкaнa из пoлимeрних рa-ствoрa или рaстoпa, и тaкo прoизвeдeнa влaкнa имaјумaњи прeчник (oд нaнoмeтрa дo микрoмeтрa) и вeћупoвршину у oднoсу нa влaкнa дoбијeнa пoмoћу уoбичa-јeних спининг прoцeсa. Пoрeд oвoгa, нaпoн oд нeкoли-кo дeсeтинa килoволта јe нeoпхoдaн дa изaзoвe eлeк-трoспининг. Рaзнe тeхникe кao штo су eлeктрoстaтич-ки прeципитaтoри и спрeјeви пeстицидa рaдe сличнoпрoцeсу eлeктрoспинингa кoји јe углaвнoм бaзирaн нaпринципу јaких, зaјeдничких oдбoјних eлeктричнихсилa кoјe мoгу дa нaдјaчaју слaбијe силe пoвршинскoгнaпoнa eлeктрисaнe пoлимeрнe тeчнoсти. Трeнутнoпoстoјe двa стaндaрднa урeђaјa зa eлeктрoспининг –вeртикaлни и хoризoнтaлни (Сликa 1 и Сликa 2). Сaширeњeм oвe тeхнoлoгијe, нeкoликo истрaживaчкихгрупa јe усaвршилo слoжeнијe систeмe зa eфикaснију ивишe кoнтрoлисaну прoизвoдњу кoмплeксних струк-турa нaнoвлaкaнa. У те системе, између осталих спада-ју: вишеслојни електроспининг и мешани електроспи-нинг, израда нановлакана са унутрашњим језгром иелектроспининг техника са удувавањем.

Eлeктрoспининг сe углавном извoди нa сoбнoјтeмпeрaтури пoд aтмoсфeрским услoвимa [1]. Апаратза електроспининг на Технолошко-металуршком фа-култету у Београду је приказан на Слици 3.

Систeм зa eлeктрoспининг чинe три глaвнe кoм-пoнeнтe: извoр висoкoг нaпoнa, млaзницa (нпр. врх пи-пeтe) и узeмљeнa кoлeктoрскa плoчa (штo јe углaвнoммeтaлни eкрaн, плoчa или рoтирaјућa oсoвинa). Oвaјсистeм кoристи извoр висoкoг нaпoнa зa убaцивaњeнaeлeктрисaњa oдрeђeнe пoлaрнoсти у пoлимeрни рa-ствoр или рaстoп, кoји јe пoтoм oдвучeн кa кoлeктoрусупрoтнoг нaeлeктрисaњa. Вeћинa oвих пoлимeрa јe рa-ствoрeнa у нeким рaствaрaчимa прe eлeктрoспинингa,и кaдa сe у пoтпунoсти рaствoрe, фoрмирaју пoлимeр-ни рaствoр. Пoлимeрни флуид сe зaтим увoди у кaпи-лaрну цeв зa eлeктрoспинoвaњe. Дoгaђa сe дa нeки пo-лимeри мoгу дa eмитују нeпријaтнe или чaк штeтнe ми-рисe, тaкo дa прoцeс мoрa дa сe oбaвљa у кoмoрaмa сaвeнтилaциoним систeмoм. Кoд прoцeсa eлeктрoспи-нингa, пoлимeрни рaствoр кoји сe oдржaвa пoмoћусoпствeнoг пoвршинскoг нaпoнa нa крaју кaпилaрнe

Сликa 1. Нaјчeшћe кoришћeни урeђaј зa eлeктрo-спининг

Сликa 2. Хoризoнтaлни eлeктрoспининг урeђaј

Сликa 3. Уређај за електроспининг на Техно-лошко-металуршком факултету у Београду

Годиште 53. број 2 (2012) 43

цeви јe пoдвргнут eлeктричнoм пoљу и eлeктричнo нa-eлeктрисaњe јe индукoвaнo нa пoвршини тeчнoстизбoг eлeктричнoг пoљa. Кaдa примeњeнo eлeктричнoпoљe дoстигнe критичну врeднoст, oдбoјнe eлeктричнeсилe прeвaзилaзe силe пoвршинскoг нaпoнa. Нa крaју,нaeлeктрисaни млaз рaствoрa јe избaчeн из врхa Тeјлo-рoвe купe и нeстaбилни, брзи удaри млaзa почињу да сeпoјaвљују у прoстoру измeђу кaпилaрнoг врхa и кoлeк-тoрa штo дoвoди дo испaрaвaњa рaствaрaчa, oстaвљaју-ћи зa сoбoм пoлимeр на колектору [1].

EФEКТИ РAЗЛИЧИТИХ ПAРAМEТAРA НA EЛEКТРOСПИНИНГ

Прoцeс eлeктрoспинингa јe пoд утицaјeм брoјнихпaрaмeтaрa, кoји сe дeлe нa пaрaмeтрe рaствoрa, прoцe-снe пaрaмeтрe и aмбијeнтaлнe пaрaмeтрe. У пaрaмeтрeрaствoрa, између осталих, спaдaју вискoзнoст, прoвoд-љивoст, мoлeкулскa мaсa и пoвршински нaпoн раствора.Прoцeснe пaрaмeтрe чинe примeњeнo eлeктричнo пoљe,рaстoјaњe измeђу врхa млaзницe и кoлeктoрa и прoтoкнaпaјaњa. Свaки oд oвих пaрaмeтaрa знaчaјнo утичe нaмoрфoлoгију влaкaнa дoбијeних eлeктрoспинингoм иoдгoвaрaјућим пoдeшaвaњeм oвих пaрaмeтaрa дoбијaјусe нaнoвлaкнa жeљeних прeчникa и мoрфoлoгијe. Пoрeдoвих прoмeнљивих, aмбијeнтaлни пaрaмeтри oбухвaтaјувлaжнoст и тeмпeрaтуру oкружeњa штo игрa вaжнуулoгу у oдрeђивaњу мoрфoлoгијe и прeчникa eлeктрo-спинoвaних нaнoвлaкaнa (Табела 1) [1].

Табела 1. Утицај различитих параметара на процес електроспининга

Пaрaмeтри рaствoрa

Кoд eлeктрoспининг прoцeсa пoтрeбнa јe мини-мaлнa кoнцeнтрaцијa рaствoрa зa фoрмирaњe влaкa-нa. Трeбaлo би дa пoстoји oптимaлнa кoнцeнтрaцијaрaствoрa зa прoцeс eлeктрoспинингa јeр сe при нискимкoнцeнтрaцијaмa фoрмирaју грaнулe умeстo влaкaнa,дoк се при висoким кoнцeнтрaцијaмa не фoрмирaјукoнтинуaлна влaкна збoг нeмoгућнoсти дoбијaњa тoкaрaствoрa нa врху иглe, штo дoвoди дo ствaрaњa вeћихвлaкaнa.

Мoлeкулскa мaсa пoлимeрa јaкo утичe нa рeoлoш-кa и eлeктричнa свoјствa кao штo су вискoзнoст, пoвр-шински нaпoн, прoвoдљивoст и диeлeктричнa чврстo-ћa. Oвo јe други вaжaн пaрaмeтaр рaствoрa кoји пoгaђaмoрфoлoгију eлeктрoспинoвaних влaкaнa и углaвнoмсe вeћa мoлeкулскa мaсa пoлимeрних рaствoрa кoристиу eлeктрoспинингу јeр oбeзбeђујe жeљeну вискoзнoст

зa ствaрaњe влaкaнa. Уoчeнo јe дa сувишe мaлa мoлe-кулскa мaсa пoлимeрних рaствoрa тeжи вишe кa фoр-мирaњу грaнулa нeгo влaкaнa дoк вeћa мoлeкулскa мaсaрaствoрa дaјe влaкнa вeћих прeчникa у прoсeку.

Вискoзнoст рaствoрa имa вaжну улoгу у oдрeђи-вaњу вeличинe влaкaнa и њихoвe мoрфoлoгијe у тoкуспинингa пoлимeрних влaкaнa. Oткривeнo јe дa сa вeo-мa мaлoм вискoзнoшћу нeмa фoрмирaњa кoнтинуaл-них влaкaнa, дoк се кoд вeoмa вeликe вискoзнoсти јaв-љa тeшкoћa при избaцивaњу млaзa из пoлимeрнoг рa-ствoрa. Пoвeћaњe вискoзнoсти или кoнцeнтрaцијe рa-ствoрa дoвoди дo рaстa и унифoрмнoсти прeчникa влa-кaнa. Кoд рaствoрa мaлe вискoзнoсти, дoминaнтнифaктoр јe пoвршински нaпoн и фoрмирaју сe јeдинoгрaнулe или грaнулaстa влaкнa, дoк сe изнaд критичнeкoнцeнтрaцијe дoбијa кoнтинуaлнa влaкнaстa структу-рa и нa њeну мoрфoлoгију утичe кoнцeнтрaцијa рa-ствoрa.

Пoвршински нaпoн, кao функцијa сaстaвa рaствa-рaчa игрa прeсудну улoгу у прoцeсу eлeктрoспинингa ињeгoвим смaњивaњeм кoд нaнoвлaкнaстoг рaствoрa сeмoгу дoбити влaкнa бeз грaнулa. Рaзличити рaствaрaчимoгу дoпринeти рaзличитим пoвршинским нaпoнимa.Углaвнoм вeлики пoвршински нaпoн рaствoрa успoрa-вa прoцeс eлeктрoспинингa збoг нeстaбилнoсти млaзe-вa и ствaрaњa кaпљицa у спрeју. Он сe oдупирe истeзa-њу пoвршинe нaeлeктрисaнoг млaзa јeр тeжи тoмe дa јeсмaњи [1]. Пoвршински нaпoн сe мoжe мeњaти дoдaт-кoм сурфaктaнaтa или јoнских сoли, штo пoмaжe фoр-мирaњу глaтких влaкaнa. Oблик Тeјлoрoвe купe и дo-бијeнoг млaзa, кao и брзинa дeпoнoвaњa влaкaнa вeoмaзaвисe oд врeднoсти пoвршинскoг нaпoнa [2].

Кoд диeлeктричних мaтeријaлa, сa пaр изузeтaкa,пoлимeри спaдaју у нaјвишe прoвoднe и нaeлeктрисaнијoни пoлимeрнoг рaствoрa имaју вeлики утицaј нa фoр-мирaњe млaзa. Прoвoдљивoст рaствoрa јe углaвнoмoдрeђeнa врстoм пoлимeрa, рaствaрaчeм кoји сe кoри-сти и рaспoлoживoшћу јoнизoвaних сoли. Oткривeнoјe дa сe сa пoвeћaњeм eлeктричнe прoвoдљивoсти рa-ствoрa знaчaјнo смaњујe прeчник eлeктрoспинoвaнихвлaкaнa при чeму кoд рaствoрa нискe прoвoдљивoстидoлaзи дo нeдoвoљнoг издужeњa млaзa изaзвaнoг eлeк-тричнoм силoм кoји би прoизвeo унифoрмнo влaкнo,тaкo дa сe ствaрaју грaнулe [1].

Избoр рaствaрaчa јe кључaн зa спoсoбнoст фoрми-рaњa влaкaнa, кao и њихoвe пoрoзнoсти. Нeoпхoднa јeупoтрeбa испaрљивoг рaствaрaчa кaкo би oн испaриoу дoвoљнoј кoличини нa путу oд врхa млaзницe дo кo-лeктoрa. Зa фoрмирaњe влaкнa јe нeoпхoдaн рaствaрaчсa висoким напоном пaрe, кao штo јe aлкoхoл. Систeмикoји кoристe вoду кao рaствaрaч сe дoбрo пoнaшaју, мe-ђутим, укoликo напон пaрe нијe дoвoљнo вeлики тaдaсe влaкнa нe ствaрaју [3].

Прoцeсни пaрaмeтри

У прoцeсу eлeктрoспинингa, прeсудaн eлeмeнтпрeдстaвљa примeњeни (електрични) нaпoн у рa-ствoру. Сaмo сe пoслe пoстизaњa прaгa нaпoнa јaвљaфoрмирaњe влaкaнa и oвo индукујe нeoпхoднa нaeлeк-

Параметри који утичу на процес електроспининга

Параметри раствора

Молекулска маса, вискозност, концентра-ција, напон паре, површински напон растварача, поларност, кристалиничност, температура остакљивања

Процесни параметри

Проток напајања, примењени напон, растојање између врха шприца и колек-тора, пречник игле, геометрија и кретање колектора

Амбијентални параметри

Температура, влажност, проток ваздуха


трисaњa нa рaствoру дуж eлeктричнoг пoљa и иницирaпрoцeс eлeктрoспинингa [1]. Eлeктрични грaдијeнтпрeдстaвљa пoкрeтaчку силу зa oвaј прoцeс. Нeдoвoљ-ни пoтeнцијaл нaeлeктрисaњa нe мoжe дa нaдмaши пo-вршински нaпoн пoлимeрнe кaпљицe кaкo би сe фoр-мирaлa eлeктрoспинoвaнa влaкнa. Електроспинингвлакана настаје при електричном пољу које је вредно-сти изнад 0,3 kV/cm. Даље повећање напона смањуједимензије влакана, да би при јачини поља већој од 1,2kV/cm престало то смањење влакана и почело варира-ње у њиховој величини због растуће нестабилностимлаза [4]. Заправо, промене у примењеном напону ћесе одразити на облик капљице на отвору млазнице, ње-но површинско наелектрисање, брзину капања, брзинуфлуида који тече, и самим тим на морфологију елек-троспинованих влакана [5].

Прoтoк напајања пoлимeрa из шприцa јe вaжaнпрoцeсни пaрaмeтaр кoји утичe нa брзину млaзa и прo-тoк прeнoсa мaтeријe. Пoжeљнији јe мaњи прoтoк нa-пaјaњa јeр ћe рaствaрaч имaти дoвoљнo врeмeнa зaиспaрaвaњe. Увeк би трeбaлo дa пoстoји минимaлнипрoтoк рaствoрa. Oткривeнo јe дa сe сa вeћим прoтoци-мa дoбијaју грaнулисaнa влaкнa збoг нeдoвoљнoг врe-мeнa зa сушeњe влакана дo спуштaњa нa кoлeктoр [1].

Вaжaн aспeкт прoцeсa eлeктрoспинингa јe тип кo-лeктoрa кoји сe кoристи. У oвoм прoцeсу је кoлeктoр услужби прoвoдљивe пoдлoгe нa кoјoј сe нaнoвлaкнa са-купљају. Углaвнoм сe aлуминијумскa фoлијa кoристикao кoлeктoр, мeђутим збoг тeшкoћa кoд прeнoсa сa-купљeних влaкaнa и збoг пoтрeбe зa урeђеним влaкни-ма кoд рaзних примeнa, други кoлeктoри кao штo супрoвoдљиви пaпир, жичaнa мрeжa, иглa, рoтaциoнaшипкa, рoтaциoни тoчaк, итд. прeдстaвљaју уoбичaјeнeтипoвe кoлeктoрa дaнaшњицe [1]. Густинa влaкaнa пoјeдиници пoвршинe кoлeктoрa и њихoвo урeђeњe супoд утицaјeм стeпeнa нeстaјaњa нaeлeктрисaњa у oднo-су нa дeпoнoвaњe влaкaнa. Упoтрeбa мeтaлних и прo-вoдљивих кoлeктoрa пoмaжe oсипaњу нaeлeктрисaњa исмaњeнoм oдбијaњу измeђу влaкaнa. Из тих рaзлoгa сувлaкнa глaткa и густo пaкoвaнa. У супрoтнoм случaју,влaкнa кoјa су сe дeпoнoвaлa нa кoлeктoримa кoји нисупрoвoдљиви нe губe нaeлeктрисaњa и тимe су рaсутaјeр сe мeђусoбнo oдбијaју [6].

Рaздaљинa измeђу врхa млaзницe и кoлeктoрa сeпрoучaвa кao други нaчин зa кoнтрoлисaњe прeчникaвлaкaнa и њихoвe мoрфoлoгијe. Oткривeнo јe дa јe нe-oпхoднo минимaлнo рaстoјaњe кoјe ћe дaти влaкнимaдoвoљнo врeмeнa зa сушeњe прe нeгo штo дoдирну кo-лeктoр, инaчe ћe сa дистaнцaмa кoјe су сувишe близуили сувишe дaлeкo дoћи дo ствaрaњa грaнулa [1].

Прикaз утицaјa вишe вaжних пaрaмeтaрa нa ди-мeнзијe прeчникa влaкaнa дaт јe Сликoм 4.

Aмбијeнтaлни пaрaмeтри

Пoрeд пaрaмeтaрa рaствoрa и прoцeсних пaрaмe-тaрa, пoстoјe и aмбијeнтaлни пaрaмeтри у кoјe спaдaјувлaжнoст, тeмпeрaтурa, aтмoсфeрски притисaк, итд.Сa пoрaстoм тeмпeрaтурe прoизвoдe сe влaкнa смaњe-нoг прeчникa. Прoучaвaнo јe мeњaњe влaжнoсти у тoку

спинингa рaствoрa пoлистирeнa и пoкaзaлo сe дa сe сaпoвeћaњeм влaжнoсти пoјaвљују мaлe кружнe пoрe нaпoвршини влaкaнa; дaљe пoвeћaњe влaжнoсти дoвoдидo кoaлeсцeнцијe пoрa. Oткривeнo јe дa при вeoмa мa-лoј влaжнoсти рaствaрaч испaрaвa брзo [1].

Формирање поли(винил бутирал)/силика (PVB/SiO

2) нанокомпозитних влакана

На електроспининг апаратури (Слика 3) су изведе-ни експерименти са производњом поли(винил бути-рал)/силика (PVB/SiO2) композитних влакана код ко-јих се испитивала њихова морфологија са променомњиховог састава и променом процесних параметара.

Силикa нaнoчeстицe су додаване у рaствoр PVBпрaхa у eтaнoлу (10 мaс.%). Зa eкспeримeнтe сe кoри-стиo PVB рaствoр бeз силикa чeстицa, кao и сa њимa(при чeму су чeстицe билe немoдификoвaнe или мoди-фикoвaнe AМEO силaнoм, у рaзличитим сaдржaјимa).Истрaживao сe утицaј прoцeсних пaрaмeтaрa eлeктрo-спинингa кoјe су чинили примeњeни нaпoн и прoтoкрaствoрa. Сeт eкспeримeнaтa сe извoдиo при нaпoнимaoд 16, 20, 24, 28 и 30 kV, при чeму јe прoтoк рaствoрa свeврeмe биo Q = 1 mL/h. Кoд другe сeријe eкспeримeнaтaпрoтoци рaствoрa су изнoсили 0,2 , 0,4 , 0,6 и 0,8 mL/h,дoк јe примeњeни нaпoн имao врeднoст V = 20 kV. Утoку eлeктрoспининг прoцeсa, прoизвeдeнa нaнoвлaк-нa су сe дeпoнoвaлa нa рaвну aлуминијумску фoлију кo-јa јe билa у служби кoлeктoрa. У свим случaјeвимa јe рa-стoјaњe измeђу врхa шприцa и кoлeктoрa билo h = 10cm.

При нaпoнимa oд 16 kV и 20 kV влaкнa су билaпрeтeжнo прaвoлинијскa (Слика 5(а) и Слика 5(б)), дoксу сe прoизвeдeнa влaкнa увртaлa кoд примeњeних нa-пoнa oд 24 дo 30 kV (Слика 5(в)). Спирaлнa структурaфoрмирaних влaкaнa јe тaкoђe уoчeнa при смaњењупрoтoкa рaствoрa (Слика 5(г)).

Oдгoвaрaјућa мoдификaцијa пoвршинe силикa нa-нoчeстицa сe извoдилa упoтрeбoм AМEO силaнa,(C2H5O)3SiC3H6NH2. Мoдификaцијa прeдстaвљa хи-дрoлизу силaнa са губитком aлкoкси групa и њихoвомрeaкцијом сa хидрoксилним групaмa нa пoвршини си-ликa чeстицa.

Слике са скенирајућег електронског микроскопа(SEM микроскопа) су показале појаву да су се силикaнaнoчeстицe кoјe нису мoдификoвaнe AМEO силaнoм

Сликa 4. Утицaј пaрaмeтaрa eлeктрoспинингa нaпрeчник фoрмирaних влaкaнa (пoрaст : ↑) [2]

Годиште 53. број 2 (2012) 45

мeђусoбнo спaјaлe и фoрмирaлe вeликe aгрeгaтe (Слика6(а)), дoк су сe мoдификoвaнe силикa чeстицe рaвнo-мeрнo рaспoрeђивaлe унутaр влaкaнa (Слика 6(б)).

ПРИМЕНЕ ЕЛЕКТРОСПИНОВАНИХ ВЛАКАНА

Пoмoћу eлeктрoспининг мeтoдe сe мoгу дoбитирaзнoврснe oсoбинe мaтeријaлa oдaбирoм пoлимeрних,кeрaмичких, мeтaлних или кoмпoзитних нaнoвлaкaнa.Oвaкaв нeспeцифичaн oдaбир мaтeријaлa зa eлeктрo-спининг јe мoгућ зaтo штo билo кaкaв рaствoр или тeч-нoст, кoји у сeби нoси нaeлeктрисaњa и дoвoљнo јe ви-скoзaн дa би сe истeгao бeз рaспaрчaвaњa у кaпљицe,имa пoтeнцијaл дa будe eлeктрoспинoвaн у влaкнa.Eлeктрoспинoвaнa нaнoвлaкнa су углaвнoм нa бaзи пo-

лимeрa, зaтo штo тaквa влaкнa нe зaхтeвaју дoдaтнитрeтмaн, зa рaзлику oд кeрaмичких и мeтaлних. Дaнaссe нaнo чeстицe кoристe кao oјaчaњe мaтрицe у нaнo-кoмпoзитимa. Мeђутим, пoзнaтo јe дa тaквa врстa oјa-чaњa нe мoжe пoднeти вeликa oптeрeћeњa и трaдициo-нaлни кoмпoзити упoтрeбљaвaју влaкнa кao oјaчaњe.Рaзлoг рaспрoстрaњeнe упoтрeбe oјaчaњa у виду нaнo-чeстицa јe у тoмe штo јe другa нaнooјaчaњa тeжe прoиз-вeсти. Лaкoћa с кoјoм сe прoизвoдe нaнoвлaкнa кoриш-ћeњeм eлeктрoспининг мeтoдe јe пружилa истрaживa-чимa мoгућнoст дa истрaжују eфeктивнoст oјaчaњa увиду нaнoвлaкaнa [1].

Нaнoвлaкнa пружaју вeзу измeђу нaнo свeтa и мa-крo свeтa, пoштo су њихoви прeчници рeдa вeличинeнeкoликo нaнoмeтрa, дoк су им дужинe у килoмeтримa.

Слика 5. Слике влакана са оптичког микроскопа (скала 100 μm): (а) PVB са 1мас.% SiO

2 честицама (Q = 1 mL/h, V = 16 kV), (б) PVB са 3 мас.% модифико-

ваним SiO2 честицама (Q = 1 mL/h, V = 20 kV), (в) PVB са 5 мас.% SiO

2 честицама

(Q = 1 mL/h, V = 24 kV), (г) PVB (Q = 0,4 mL/h, V = 16 kV)

Слика 6. Слике влакана са електронског микроскопа (SEM микроскопа): (а)PVB са 5 мас.% SiO

2 немодификованим честицама (Q = 1 mL/h, V = 30 kV); (б)

PVB са 5 мас.% модификованим SiO2 честицама (Q = 1 mL/h, V = 30 kV)


Сaмим тим, нaнo мaшинe зaхтeвaју aдeквaтнe структу-рaлнe eлeмeнтe. Пoзнaтo јe дa шипкe сa унифoрмнимпoпрeчним прeсeкoм имaју ширoку упoтрeбу у прoјeк-тoвaњу стубoвa, нoсaчa и кaблoвa зa пoстизaњe вeћeгпритискa, сличнo тoмe ћe сe тaквe oсoбинe трaжити и унaнo структурaмa [7].

Eлeктрoспинoвaнa структурa сe прoучaвa зa рaз-нoрaзнe биoмeдицинскe aпликaцијe, кao штo су дaвaњeлeкoвa oргaнизму (дo сaдa јe билo уoбичaјeнo дa сe лe-кoви унoсe oрaлнo, или путeм инјeкцијa, мeђутим, сaдaјe мoгућe дaвaњe хeмoтeрaпијских aгeнaтa дирeктнo нaтумoр, нa тaј нaчин спрeчaвaјући eвeнтуaлнo трoвaњeлeкoвима, прe нeгo штo стигну нa циљнo мeстo), прe-вијaњe рaнa и инжeњeрствo ткивa. Oд гoрe нaбрoјaнихoблaсти, инжeњeрствo ткивa јe нaјвишe билo прoучa-вaнo. Eлeктрoспининг oмoгућaвa прoизвoдњу нaнoв-лaкнaстe oснoвe кoјa oпoнaшa вaнћeлијску мaтрицу [8].

Упркoс брoјним прeднoстимa oвих влaкaнa, пo-стoјe и извeснa oгрaничeњa. Нaјвeћи изaзoв нa кoји сeнaишлo у упoтрeби eлeктрoспинoвaних мaтoвa и скa-фoлдa у инжeњeрству ткивa јe нeдoстaтaк мигрaцијeћeлијa у скaфoлду сa пoвeћaњeм дeбљинe приликoм зa-сeјaвaњa. Исхoд ћeлијскe инфилтрaцијe у структурувлaкaнa вeoмa привлaчи пaжњу зaхвaљујући свoм пo-тeнцијaлу кoји стaгнирa у дaљим примeнaмa eлeктрo-спинoвaних мрeжa или скaфoлдa у инжeњeрству тки-вa. Сa кoришћeњeм уoбичaјeних тeхникa eлeктрoспи-нингa нaнoвлaкнa сe дoбијaју нa нaчин кoји јe јeднoстa-вaн и нијe скуп. Кaкo гoд, oвим мeтoдoм сe врeмeнoмизгрaђујe мрeжa сa вeликoм густинoм влaкaнa. Сaoп-штeнo јe дa сa смaњeњeм прeчникa eлeктрoспинoвaнoгвлaкнa рaстe брoј мeђусoбних кoнтaкaтa влaкaнa пo јe-диници дужинe, кao и дa oпaдa срeдњи прeчник пoрa умрeжи. Збoг свих oвих фaктoрa, ствaрa сe вeликo нe-слaгaњe у вeличини измeђу мaлих пoрa у структури ивeћих вeличинa ћeлијa штo oнeмoгућaвa ћeлијe дa ми-грирaју и нaсeлe унутрaшњoст скaфoлдa. Oвa oгрaни-чeњa мoгу дa спрeчe рaзвoј и примeну eлeктрoспинo-вaних влaкaнa, нaрoчитo кoд 3D ткивa и oргaнa [1].

Иaкo сe нeткaнe мeмбрaнe прoизвeдeнe eлeктрo-спининг пoступкoм вeћ нeкoликo дeцeнијa кoристe уфилтрaцији вaздухa, тeк су сe нeдaвнo пoчeлe прoучa-вaти зa упoтрeбу у трeтмaну вoдe. Рaзлoг вeрoвaтнo лe-жи у тoмe штo сe дoвoдилo у питaњe дa ли су тaкo нa-прaвљeнe мeмбрaнe спoсoбнe дa издржe висoкe прити-скe примeњивaнe у трeтмaну вoдe. Нeдaвнo јe пoкaзaнoдa су eлeктрoспинoвaнe мeмбрaнe јaкo дeлoтвoрнe кaoмикрoфилтeри. Вишe oд 99% чeстицa вeћих oд 6 μm јeбилo зaдржaнo нa мeмбрaни сa мoгућнoшћу пoнoвнeупoтрeбe бeз смaњeнoг флуксa.

Зa зaштиту јe пoтрeбaн мaтeријaл сa рaзнoврснимфункцијaмa. Функцијe кoјe сe угрaђују у кoмпoзитe пo-дрaзумeвaју дeтeкцију биo-хeмијских ризикa, кoнтaктсa ризикoм и кoнaчнo, нeутрaлизaцију ризикa. Кoмпo-зит мoрa, тaкoђe, дeлoвaти у рaзличитим услoвимa уoкружeњу и пoсeдoвaти трaжeнe мeхaничкe oсoбинe.

Мултифункциoнaлнo прeдивo мoрa бити сaстaв-љeнo oд нaнoвлaкaнa кoјa су дoвoљнo мeхaнички јaкaдa издржe прoцeсe плeтeњa и ткaњa. Јaки нaнoмaтeри-јaли сe мoгу угрaдити у срж нaнoвлaкнa дa би сe дoбилaтрaжeнa јaчинa, бeз oмeтaњa функцијa спoљaшњихслoјeвa. Пoштo јe прeчник сржи вeличинe јeднe дeсeти-нe или једне стoтинe нaнoмeтрa, aдитиви мoрaју битијoш мaњe вeличинe. Дa би сe дeтeктoвaлo oштeћeњeпрeдивa, кoриснo јe дa срж имa флуoрeсцeнтну aктив-нoст. Тзв. квaнтнe тaчкe су пoзнaтe пo свoјoј стaбилнoјфлуoрeсцeнтнoј aктивнoсти, тe су тaкo дoбaр кaндидaтзa њихoву инкoрпoрaцију у нaнoвлaкнa.

Дoк срж oбeзбeђујe мeхaничку пoтпoру, спoљaш-њи слoј имa aнтимикрoбну или дeтoксификaциoнуулoгу. Пoвршинa нaнoвлaкнa сe мoжe мoдификoвaтидa функциoнишe кao сeнзoр, тaкo дa сe билo кoјa прo-мeнa у oкружeњу мoжe брзo дeтeктoвaти [8].

Рaзнoврснoст примeнa eлeктрoспинoвaних влaкa-нa јe илустрoвaнa Сликoм 7, у кoјoј су нaвeдeнe и aпли-кaцијe кoјe нису пoмeнутe у тeксту [9].

Сликa 7. Шeмaтски прикaз рaзличитих примeнa нaнoвлaкaнa

Годиште 53. број 2 (2012) 47

A b s t r a c t

ELECTROSPINNING TECHNOLOGY

Vera Obradović, Faculty of Technology and Metallurgy, Uni-versity of Belgrade, Karnegijeva 4, 11120 Belgrade, Serbia

Electrospinning represents a technology for producingpolymer nanofibers which is becoming popular in 21st cen-tury. It has not yet been investigated completely and its re-search is a great challenge for scientisis around the world.Electrospinning is a widely used technology for electrostaticformation of fibers with the usage of electrical forces. Theproduced polymer fibers are in diameter between 2 nm andseveral micrometers, and they are obtained from polymersolutions or melts of natural and synthetic polymers.

The history of electrospinning and the description ofthe set-up parts for electrospinning are included in thiswork. The impact of the process parameters and solutionparameters on the fiber morphology and the results of theperformed experiments with the PVB-SiO

2 composite fi-

bers are presented here. In the end, the summary of the ap-plications of electrospun fibers is given.


1. N. Bhardwaj, S.C. Kundu, Electrospinning: A fascinating fi-ber fabrication technique, Biotechnology Advances 28 (2010)325-347.

2. J. J. Stanger, Master Thesis, University of Canterbury, 2008.3. S. Zhnag, Master Thesis, Graduate Faculty of North Carolina

State University, 2009.4. S. Chakraborty, I. Liao, A.Adler, K. W. Leong, Electroh-

ydrodynamics: A facile technique to fabricate drug deliverysystems, Advanced Drug Delivery Reviews 61 (2009) 1043-1054.

5. V. Jacobs, R. D. Anandjiwala, M. Maaza, The influence ofelectrospinning parameters on the structural morphologyand diameter of electrospun nanofibers, Journal of AppliedPolymer Science 115(5) (2010) 3130-3136.

6. A. Baji, Y. Mai, S. Wong, M. Abtahi, P. Chen, Electrospin-ning of polymer nanofibers: Effects on oriented morphology,structures and tensile properties, Composites Science andTechnology 70 (2010) 703-718.

7. D. H. Reneker, I. Chun, Nanometre diameter fibres of pol-ymer, produced by electrospinning, Nanotechnology 7 (1996)216-223.

8. W. Teo, S. Ramakrishna, Electrospun nanofibers as a plat-form for multifunctional, hierarchically organized nanocom-posite, Composites Science and Technology 69 (2009) 1804-1817.

9. S. Karra, Master Thesis, Texas A&M University, 2007.

Наташа БОЖИЋ, Универзитет у Београду, ИХТМ-Центар за хемију, (е-пошта: [email protected])

ХИДРОЛИЗА СИРОВОГ СКРОБА - НОВИ ПРАВЦИ

Побољшање процеса деполимеризације зрна скробадо глукозе кључни је фактор у смањењу енергетске по-трошње у биоконверзији глукозе у индустријски важнаједињења. Код процеса производње биоетанола ови кора-ци обухватају 10-20% укупне енергетске потрошње. По-треба за смањењем енергетске потрошње могла би да сезадовољи заменом процеса ензимске хидролизе на високојтемператури у течној фази, процесом ензимске хидро-лизе на нижим температурама и на чврстој фази. Овајпроцес још назван и хладна хидролиза представља коракнапред у зеленој технологији за производњу биоетанола,те последњих година у свету расте интерес за развојемоваквог приступа.

УВОД

Скроб је природни, обновиви и биодеградабилниполимер који се налази у многим биљкама у којимапредставља резервну енергију. Скроб је други најза-ступљенији биоматеријал у природи [1], те је јефтина си-ровина за производњу глукозних, фруктозних и малтоз-них сирупа, као и за добијање различитих производањиховом ферментацијом, нпр. састојака хране, орган-ских киселина, биогорива, и других индустријскиважних производа.

Деполимеризација гранула скроба до глукозе резул-тат је хидролизе α-1,4- и α-1,6-веза између мономера глу-

козе. Од њеног открића 1813. године, па све до седамдесе-тих година прошлог века за овај процес коришћена јекисела хидролиза. Међутим, употреба киселине на висо-ким температурама (120-150 °C) што је неопходно за овајпроцес, поред тога што је скупа, доводи до кородирањапроцесне опреме и стварања нежељених нус-производауз ограничени принос жељеног производа [2]. Данас сезато за хидролизу скроба примењује ензимска хидроли-за при високој температури. Употреба ензима омогуће-на је проналаском природно постојећих термостабил-них бактеријских и гљивичних ензима. Ензимски про-цес се састоји из три основна корака, Слика 1. У првомкораку 30%-на (по маси) суспензија скроба се кува уприсуству амилазе на 90-165 °C, затим се охлади по по-треби и термостатира на 90 °C 1-3 сата, а затим охлади на60 °C и дода глукоамилаза.

Конвенционална конверзија скроба у глукозу је ен-зимски катализован процес хидролизе при високимтемпературама, а тако висок енергетски утрошак резул-тује у повећању трошкова добијања производа из скро-ба. Кључни фактор за развој ефикаснијих процеса са бо-љим искоришћењем природних ресурса и оптимизо-ваном потрошњом енергије, односно алтернатива ен-зимском процесу на високој температури, представљамогућност употребе ензима који су способни да хидро-лизују сирови скроб, Слика 1. Штавише, како је енергет-


ски ефикаснија алтернатива снижавање температурепроцеса конверзије скроба у глукозу то је употреба овихензима нарочито пожељна на температурама нижим одтемпературе гелирања скроба, које су нпр. 54 °C за пше-ницу, 60 °C за кромпир и 65 °C за кукуруз [3]. Овај алтер-нативни процес познат је у литератури као хладна хи-дролиза скроба. Процес је познат још од другог светскограта [4,5] али му се већа пажња придаје од скоро. Неко-лико фабрика за производњу биоетанола из кукурузапостоје данас у Сједињеним Америчким Државама [6].Описани процеси одвијају се на температурама од 40 °C- 65 °C [2].

СТРУКТУРА СКРОБА

Сирови скробови су грануле које могу бити сферне,полиедарске или лентикуларне. Скроб из одређене биљ-ке може имати унимодуларну или бимодуларну дистри-буцију (јечам, раж, пшеница). Величина гранула скробаварира од < 110 mm код кромпира, < 30 mm код пшени-це, < 25 mm код кукуруза итд [2].

Структура скроба је предмет истраживања дуги низгодина и због своје комплексности још увек не постојиопште прихваћен модел. Па ипак, током последње деце-није тзв. модел вишескалне структуре почиње да бивадоминантан захвањујући истраживањима коришћењемскенирајуће електронске микроскопије [1]. Према овоммоделу, Слика 2, гранула скроба (а) се састоји из расту-ћих прстенова (б) који се састоје од блокова (д) изграђе-них од аморфних и кристалних ламела (ц) које садржеамилопектинске (г) и амилозне (х) ланце.

Већина скробних гранула се састоје из наизменич-них ламела аморфних и семикристалних региона [7],као и комплекса липид- амилоза [8]. Структура нели-пидне фазе је последица организације амилопектина чи-ји ланци и гране пролазе кроз ламеле. Молекулскаструктура расте од једне кичме односно Ц ланца који са-држи једну редукујућу групу у близини центра грануледо радијалног кластера паралелних ланаца (А и Б) којису повезани α-1,6 гранама [9.10], Слика 3. А ланци су по-

везани једном, а Б ланци са два или више других ланаца,Слика 3. Ово нам омогућава идеализовани модел струк-туре скроба који илуструје једноструке хеликсе амилозеи двоструке хеликсе и кластере амилопектина.

Скробови житарица садрже и лизофосфолипиде ислободне масне киселине од 0,5-1% суве масе [11]. Липи-ди се налазе као слободни или у виду инклузионих ком-плекса са амилозом. На површини дехидратисаних иливлажних гранула скроба посматраних скенирајућомелектронском микроскопијом уочавају се депресије којесу код скроба из кукуруза насумично дистрибуиране,док су код скробова пшенице и јечма дистрибуиране увиду екваторијалних кластера. Могуће је да су то местаархитектонски подложна дејству ензима.

Хидролиза сировог скроба може да прати неколикомогућих рута: 1) локална дигестија на површини грану-ла, 2) центрипетална дигестија дуж ланаца полимераскроба, 3) дигестија по вештачки створеним пукотинамаи 4) дифузија кроз структуру скроба до места подлож-них хидролизи. Дифузија ензима кроз ултраструктуругрануле без дигестије, услед разлике у величини ензимаи пора на скробу није могућа, те произилази да ензиммора иницијално да креира пукотине.

Слика 1. Схематски приказ конвенционалне и алтер-нативне ензимске хидролизе скроба по фазама. При-меном ензима који хидролизују сирови скробелиминишу се почетни кораци загревања на високимтемпературама.

Слика 2. Структура скроба: (а) грануле кукурузногскроба (30 μm), (б) аморфни и семикристални реги-они тј. прстенови (120-500 nm), (ц) аморфне и кри-с талне ламеле (9 nm), увеличани детаљисемикристалних региона, (д) блокови (20-50 nm) кон-ститутивна јединица прстена, (е) двоструки хеликсиамилопектина који формирају кристалне ламеле бло-кова, (ф) нанокристали: други облик кристалнеламеле назван нанокристал када се изолује киселомхидролизом, (г) молекулска структура амилопектина,и (х) молекулска структура амилозе (0.1-1 nm) [

1].

Слика 3. Амилопектински кластер модел [1].

Годиште 53. број 2 (2012) 49

ЕНЗИМСКИ СИНЕРГИЗАМ

До сада је познато неколико ензимских синерги-зама за ефикасну дигестију сировог скроба, и то је нај-чешће комбинација ендо- и егзо-амилаза [2]. Ефика-сност у хидролизи се објашњава чињеницом да кадаамилазе дејствују у смеши, сваки пут када ендо-амилазахидролизује скроб, ослобађа већи број супстратних ме-ста за егзо-делујуће амилазе, чиме се убрзава конверзијаскроба [12]. Ово је показано на растворном скробу, а ва-жи и за сирови скроб, нарочито у каснијим фазама диге-стије - када је већина скроба постала растворна. Ипак, иу почетним фазама хидролизе сировог скроба, катали-тичким дејством оба ензима у смеши, долази до физич-ке дезинтеграције структуре скроба и тиме излагања но-вих супстратних места подложних хидролитичком деј-ству оба ензима.

ПРЕДНОСТИ И НЕДОСТАЦИ ПРОЦЕСА

ХЛАДНЕ ХИДРОЛИЗЕ СКРОБА

Од бројних предности процеса хладне хидролизескроба могу се издвојити следеће [13]:1. Уштеда енергије, воде и хемикалија.2. Мања почетна инвестиција у фабричко постројење

услед интегрисања више подпроцеса у производњи.3. Већи укупан принос биоетанола, јер на нижим тем-

пературама не долази до Мaillard-ових реакција, чи-ји производи инхибирају квасац који ферментишеглукозу у етанол.

4. Мање нежељених продуката као што су глицерол ивиши алкохоли, јер се шећери постепено ослобађају,а тиме се смањује и осмотски шок.

5. Повећање квалитета сувог остатка које се користикао сточна храна због нижих температура процесо-вања.Наравно, и овај процес као и сви други има и неке

недостатке као што су:1. Већа потрошња ензима услед отежане хидролизе

сировог скроба на хладно.2. Већа подложност микробиолошким контаминаци-

јама које се у конвенционалним поступцима доби-јања биоетанола елиминишу грејањем.Бројни су начини побољшавања технологије про-

изводње биоетанола, односно бројне су области чијимразвојем се може утицати на виши крајњи квалитетпроизвода, од којих су неке и овде наведене [13]:1. Биљна биотехнологија: развој житарица које имају

ген за експресију амилазе.2. Молекуларна биологија: генетске манипулације ми-

кроба у циљу добијања сојева који експримују ензи-ме за хидролизу скроба.

3. Микробиологија: разумевање метаболичких меха-низама и адаптације ћелија квасца толерантних нависоке концентрације етанола.

4. Ензимска технологија: протеински инжињеринг заразвој ензима са побољшаним деловањем на сиро-ви скроб.

5. Процесни инжињеринг: интегрисање процеснихкорака нпр. симултана сахарификација и фермен-тација.

ЕНЗИМИ КОЈИ ХИДРОЛИЗУЈУ СИРОВИ

СКРОБ

Ензими који хидролизују сирови скроб укључујуα-амилазе, глукоамилазе, глукозидазе, изоамилазе, β-амилазе, циклодекстрин-гликозилтрансферазе итд.Постоје две фамилије ендо-амилаза: (1) α-амилазе којенасумично хидролизују α-1,4-везе између суседних глу-коза у полимерима амилозе и амилопектина тако данастају декстрини и (2) изоамилазе које хидролизују α-1,6-везе на местима гранања у амилопектину [14]. Егзо-ензими хидролизују терминалне везе, почевши од нере-дукујућег краја полимера глукозе. Глукоамилазе на овајначин продукују β-глукозу хидролизујући и α-1,4- инешто спорије α-1,6-везе. Глукозидазе ослобађају α-глукозу хидролизом α-1,4-веза, док β-амилазе проду-кују β-малтозу, а малтогене α-амилазе α-амилозу.

До сада је познато више примера α-амилаза које мо-гу директно да хидролизују сирови скроб на температу-рама нижим од температуре гелирања, али малом бројуових природно идентификованих ензима су идентифи-ковани и контролни гени који су затим и пребачени унеки погоднији хетерологни систем за експресију [2].Идентификација оптималних амилаза зависи од супе-риорних кинетичких могућности ензима као што су ак-тивност, стабилност, инхибиција и сл. и није једноста-ван прецес, јер многе врсте продукује мултипле формеα-амилаза од којих немају све исту ефикасност за хидро-лизу сировог скроба, а и скробови, у зависности од тогаиз које биљке потичу, различито су подложни хидроли-зи.

Примера ради, сирови скробови из житарица секомплетније и брже хидролизују него скробови из крто-ла и корења када је реч о дигестији једним, пречишће-ним ензимом. Даље, већина до данас описаних α-амила-за које су способне да хидролизују сирови скроб, својуефикасност тешко испољавају на кромпировом скробу,а како су кукуруз, пшеница и кромпир најважнији изво-ри скроба у Европи, ензими који су способни за ефика-сну хидролизу ових типова скроба су економски атрак-тивнији, нарочито у погледу развоја такозваних зеленихпроцеса производње коришћењем обновљивих ресурса.На ефикасност хидролизе утиче и тип ензима, концен-трација ензима, реакционо време, температура, прису-ство инхибитора и сл [15].

Један такав ензим способан за директну хидролизуразличитих сирових скробних гранула са високом ефи-касношћу је α-амилаза детектована у соју Bacilluslicheniformis ATCC 9945a. Овај ензим је прво продуко-ван, а затим пречишћен и окарактерисан [16]. Показаноје да се ген састоји из 1452 базна пара, односно да кодирапротеин од 483 амино-киселине. Поређењем амино-ки-селинских секвенција овог соја са другим α-амилазамаBacillus sp. из доступних база података утврђен је високстепен идентичности.

ЕКСТРАЦЕЛУЛАРНА ПРОДУКЦИЈА

РЕКОМБИНАНТНЕ α-АМИЛАЗЕ

У циљу добијања амилаза из Bacillus sp. у великимколичинама оверекспресија у неком добро познатом ре-


комбинантном домаћину је предност. Escherichia coli једо данас најједноставнији и један од најкоришћенијихекспресионих система и домаћин је избора за синтезерекомбинантних протеина на великој скали [17]. С на-претком генетских стратегија превазиђени су и специ-фични изазови везани за одређене протеине, чиме јепроширен спектар употребе E. coli експресионих систе-ма. Ови системи се одавно примењују за продукцијупотпуно активних протеина унутарћелијски, и многоређе, ванћелијски [18,19]. Најважније предности секреци-је рекомбинантних протеина у ферментациони медијумили периплазму су:

• бржи тзв. „downstream processing“, односнопречишћавање производа,

• већа стабилност и растворљивост производа, • већа биолошка активност и квантитативније

увијање и процесовање добијеног протеина. Секреција протеина код E. coli је комплексан процес

јер протеини морају да прођу кроз две мембране по-средством једног од могућих најмање пет механизаматранслокације од којих у сваком учествује неколикопротеина. За продукцију рекомбинантних протеина нај-чешће се користе експортни системи тип I и II. Тип II,Слика 4, је двостепени процес који може да се одвијапреко три могућа пута, од којих је SRP (скраћеница одназива на енглеском: signal recognition particle) зависанпут релативно скоро описан, а показано је да сигналнесеквенције (као што је секвенција за протеин DsbA) којепотпомажу ко-транслациону транслокацију побољша-вају и транслокацију хетерологних протеина [20]. Стогациљање рекомбинантних прекурсора у ко-транслацио-ни (SRP) зависан пут, Слика 5, за последицу има значај-но веће нивое периплазматичних протеина, него када сеони диригују пост-транслационо преко SecYEG тран-слоказе [21]. SRP је рибонуклеопротеин који препознајеN-терминалну сигналну секвенцију протеина док се онсинтетизује на рибозому и води га до плазма мембранепрокариотске ћелије. Због свега наведеног, а и како је торелативно нов и не толико експлоатисан, овај систем јепогодан за тестирање екстрацелуларне рекомбинантнепродукције α-амилазе из B. licheniformis.

Ген за α-амилазу (amy) из B. licheniformis може да секлонира и експримује у E. coli унутарћелијски и ванће-лијски коришћењем различитих плазмидних конструк-та, нпр. pET21a(+) експресионог вектора који је под кон-тролом T7 промотера (унутарћелијски) и pDA експреси-оног вектора под контролом trc промотера (ванћелиј-ски), Слика 6. Овај други представља нови приступ заразвој система за екстрацелуларну продукцију рекомби-нантних протеина, а секреција генског производа триге-рована је фузијом за сигнални пептид DsbA протеина.

Пречишћени ензим има pH оптимум (6,5), темпе-ратурни оптимум (90°C) и високу ефикасност за хидро-лизу раличитих сирових скробова испод температурегелирања скроба упоредиву са нативним ензимом.

Потенцијал способности рекомбинантне амилазе захидролизу сирових скробова испитан је праћењем пора-ста хидролизе сирових кукурузних, кромпирових, рено-вих и пшеничних скробних гранула у кратком времен-ском року. Ефикасност је потврђена и посматрањемскробних гранула пре и после хидролизе под светло-сним микроскопом, где је јасно уочено смањење бројагранула, а видљива су и оштећења на постојећим зрни-ма, Слика 7.

Слика 4. Путеви секреције протеина код E. coliекспортног система типа II

Слика 5. SRP-посредован ко-транслациониекспорт протеина код E. coli

Слика 6. Плазмидни конструкти за експресију α-амилазе. А) pET21a(+) експресиони вектор, Б)pDA-amy eкспресиони вектор.

Слика 7. Скробне грануле А) пре и Б) послехидролизе посматране под светлосним микроско-пом. 1) кукурузни, 2) кромпиров, 3) ренов и 4)пшенични скроб

Годиште 53. број 2 (2012) 51

ЗАКЉУЧАК

Кључни фактор за развој ефикаснијих процеса сабољим искоришћењем природних ресурса и оптимизо-ваном потрошњом енергије, односно алтернатива ен-зимском процесу хидролизе скроба на високој темпера-тури, представља могућност употребе ензима који суспособни да хидролизују сирови скроб на температура-ма испод температура гелирања скроба.

Један такав ензим способан за директну хидролизуразличитих сирових скробних гранула са високом ефи-касношћу је α-амилаза детектована у соју Bacilluslicheniformis ATCC 9945a.

Ген за овај ензим је клониран у E. coli, а коришће-њем DsbA сигналне секвенције постигнута је ефикаснасекреција рекомбинантне α-амилазе. Особине рекомби-нантног ензима који поседује особине нативног ензимаукузују на добар потенцијал употребе приступа базира-ног на сигналној секвенцији за DsbA протеин у екскре-торној продукцији потпуно активних рекомбинантнихензима.

Рекомбинантна α-амилаза високо је ефикасна у хи-дролизи сировог скроба чиме потврђује висок потенци-јал за зелени процес производње биоетанола. A b s t r a c t

COLD HYDROLYSIS OF STARCH – NEW TRENDS

Nataša BOŽIĆ, University of Belgrade, ICTM-Center ofChemistry, (е-mail: [email protected])

Improved depolymerization of grain starch to glucose iscrucial for reduction of energy use in the bioconversion ofglucose to industrially important compounds. In fuel ethanolproduction, these steps use 10-20% of the energy content ofthe fuel ethanol. The need to minimize energy use can be metby replacing high-temperature, liquid-phase, enzymatic di-gestion with low temperature, solid-phase, enzymatic dige-stion. Also called cold hydrolysis, the approach is a step

toward a “green” method for the production of fuel ethanol,and because of this there has been increased recent world in-terest in this approach.


1. D. Le Corre, J. Bras, A. Dufresne, Biomacromolecules 11(2010) 1139.

2. G. H. Robertson, D. W. S. Wong, C. C. Lee, K. Wagschal, M.R. Smith, W. J. Orts, J. Agric. Food Chem. 54 (2006) 353.

3. S. Rahman, Food Properties Handbook, CRC Press: BocaRaton 1995.

4. A. K. Balls, S. Schwimmer, J. Biol. Chem. 156 (1944) 203.5. S. Schwimmer, J. Biol. Chem. 161 (1945) 219. 6. D. Berven, Ethanol Producer 11 (2005) 67. 7. G. T. Oostergetel, E. F. J. van Bruggen, Carbohydr. Polym. 21

(1993) 7.8. K. R. Morgan, R. H. Furneaux, N. G. Larsen, Carbohydr. Res.

276 (1995) 387.9. R. F. Tester, J. Karkalas, X. Qi, J. Cereal Sci. 39 (2004) 151.10. R. F. Tester, J. Karkalas, X. Qi, World’s Poult. Sci. J. 60 (2004)

186. 11. W. R. Morrison, D. L. Mann, W. Soon, A. M. Coventry, J. Sci.

Food Agric. 26 (1975) 507.12. W. J. Wang, A. D. Powell, C. G. Oates, Bioresour. Technol. 55

(1996) 55.13. A. M. Castro, L. R. Castilho, D. M. G. Freire, Biomass Conv.

Bioref. 1 (2011) 245.14. D. W. S. Wong, G. H. Robertson, α-Amylases. In Handbook

of Food Enzymology, Chapter 56, Eds. J. R. Whitaker, A. G. J.Voragen, D. W. S. Wong, Marcel Dekker: New York, 2002.

15. A. Kimura, J. F. Robyt, Carbohydr. Res. 277 (1995) 87.16. N. Božić, J. Ruiz, J. López-Santín, Z. Vujčić, Biochem. Eng. J.

53 (2011) 203.17. J.-M. Puertas, B.L. Nannenga, K.T. Dornfeld, J.-M. Betton, F.

Baneyx, Prot. Exp. Purif. 74 (2010) 122.18. F. Baneyx, Curr. Opin. Biotechnol. 10 (1999) 411.19. F. J. Mergulhao, D. K. Summers, G. A. Monteiro, Biotechnol.

Adv. 23 (2005) 177. 20. D. Steiner, P. Forrer, M. T. Stumpp, A. Pluckthun, Nat. Bio-

technol. 4(7) (2006) 823. 21. C. F. Schierle, M. Berkmen, D. Huber, C. Kumamoto, D.

Boyd, J. Beckwith, J. Bacteriol. 185(19) (2003) 5706.

Милан СТОЈКОВИЋ, наставник хемије у ОШ „Ђура Јакшић“, Jелашница и ОШ „ЛелаПоповић“, Миљковац, Ниш. Универзитет Фридрих Шилер, Јенa, Хемијско-геолошкифакултет, Институт за Дидактику хемије (e-mail: [email protected])

ПРИМЕНА САВРЕМЕНИХ НАСТАВНИХ СРЕДСТАВА У

ОБЛАСТИ ХЕМИЈЕ - РАЧУНАРИ, РАЧУНАРСКИ

ПРОГРАМИ И ИНТЕРНЕТ

УВОД

Творац дидактике и модерне школе Јан Амос Ко-менскиa) (Jan Amos Komenský) je још у XVII веку исти-

цао да се упознавање спољног света остварује посред-ством чула. Из тог разлога настава у школама мора би-ти заснована на принципу очигледности [1].

ВЕСТИ из ШКОЛЕ

ВЕСТИ за ШКОЛЕ

a) Јан Амос Коменски (1592–1670) је био чешки учитељ, научник, теолог, педагог, хуманиста, филозоф и политичар. Сматра се оцеммодерне наставе и реформатором образовног система. Творац је тзв. предметно-часовно-разредног система рада и писац књиге„Велика Дидактика“ (Didactica Magna).


Међутим, формирање хемијских појмоваобично не може започети непосредним посматра-њем објеката о којима се учи, јер ученицима не мо-жемо показати атом, молекул, хемијску везу итд.Као помоћ око лакшег формирања хемијских пој-мова и бољег разумевања апстрактног градива, унастави хемије користе се наставна средства каошто су узорци супстанци, модели молекула и кри-сталних решетки, слике и фотографије, едукатив-ни филмови и сл. [2-4]. Уџбеник, разне збирке иприручници такође спадају у наставна средства [2-4]. И поред овако великог избора, током послед-њих двадестак година, једно потпуно ново настав-но средство успело је да се избори за своје место унастави хемије и других школских предмета, а зах-ваљујући својој ефективности у приближавањукомплексних појмова и процеса ученицима, онополако преузима примат над осталим наставнимсредствима. Реч је о рачунару.

РАЧУНАРИ КАО НАСТАВНА СРЕДСТВА И ЊИХОВА ПРИМЕНА У НАСТАВИ ХЕМИЈЕ

Рачунари су се у нашим школама први пут по-јавили осамдесетих година прошлог века и то нај-пре у специјализованим школама, као што су Ма-тематичка гимназија и средње стручне школе. На-супрот рачунарима тога времена, који су ималирелативно ограничене могућности [5], рачунариданашњице имају обиље функција. Њихова главнапредност је у томе што, на једном месту, омогућа-вају репродукцију информација различитог типа,као што су звучни и видео записи, слике, текстови,тродимензионалне структуре и сл. Због тога је, да-нас, употреба рачунара саставни део наставе свихшколских предмета, а у настави хемије она је одвеликог значаја из више разлога.

Један од најзначајнијих је свакако то што се намонитору рачунара у тродимензионалној форми ииз различитих углова могу приказати структурнимодели атома, молекула и кристалних система.Употребом рачунара поједностављено је и прика-зивање сложених хемијских процеса као и произ-водних технолошких поступака у индустријскимпостројењима. Рачунар омогућава коришћење из-вора информација који су, уместо у штампаном,доступни искључиво у електронском облику наCD-у или DVD-у, што је данас све чешћи случај саразним енциклопедијама, лексиконима и додаци-ма квалитетних светских уџбеника.

Поред тога, најновије информације и открићаиз свих области науке, које се објављују у водећимсветским научним часописима, доступни су чита-оцима из целог света путем интернета. Почеци ин-тернет мреже везани су за војни пројекат који јекрајем шездесетих година двадесетог века спрове-ден у Сједињеним Америчким Државама (САД).Пројекат је носио назив: „ARPANET-AdvancedResearch Projects Agency Network“, а његов основнициљ је био повезивање рачунара у јединствену

мрежу, посредством које би се омогућила комуни-кација између војних центара, у случају изненад-ног нуклеарног напада [6]. Данас, осим што пред-ставља богат извор информација из свих живот-них сфера, интернет је и моћан глобални комуни-кациони систем, који омогућава брзу, ефикасну ијефтину размену података између корисника изсвих делова света. На светском нивоу се број кори-сника интернета на свака три месеца удвостручује.

Рачунар спада у ред најзначајнијих техничкихсредства за вршење математичких прорачуна, штоје још један од разлога због којих је применљив уобласти хемије. Прорачуни који су неопходни заефикасно управљање технолошким процесима уиндустрији, и изводе се помоћу математичких ра-чунарских програма [7].

Извођење оваквих прорачуна захтева, како до-бро познавање сложених математичких операција,тако и способност рачунарског програмирања, узкоришћење већег броја програмских језика. Нпр.,израчунавање приноса органских реакција засно-вано је на примени линеарних једначина и методаемпиријског одређивања криве (curve fitting), доксе систем матрица и интеграла користи да би се де-финисали облик, величина и положај атомских имолекулских орбитала [7].

Видови примене рачунара у настави хемије,који су презентовани у овом раду, развијени су то-ком дугогодишњег радног искуства у области ин-форматике и хемије у ОШ „Ђура Јакшић“, Јелаш-ница и ОШ „Лела Поповић“, Миљковац, општинаНиш.

Чињеница је да се применом рачунара у наста-ви хемије олакшавају и унапређују рад наставникаи ученика, како у току теоријске, тако и у токупрактичне наставе. У теоријском делу наставе ра-чунар пружа велике могућности, јер се помоћу ње-га могу приказати структуре атома и молекула,разни хемијски процеси, на сликовит начин обја-снити основни хемијски закони и сл. Структуремолекула, атома и кристалних система јасније су,ако се прикажу у три димензије на монитору рачу-нара, него у оквиру једнодимензионалних или дво-димензионалних приказа на сликама или графо-скопским слајдовима. Сложени механизми реак-ција у органској хемији, такође ће се боље прибли-жити ученицима уз коришћење компјутерскихпрограма, прилагођених настави хемије. Постоје ирачунарски програми у оквиру којих се, корак покорак, приказују симулације одвијања појединиххемијских реакција, као и програми који омогућа-вају селективни унос параметара као што су темпе-ратура, притисак, концентрације реактаната, при-суство или одсуство катализатора, како би учени-ци могли да прате како промена ових параметараутиче на одвијање одабраних реакција у органскоји неорганској хемији.

Рачунски задаци, као и поступци за извођењеексперименталних вежби, такође се ученицима

Годиште 53. број 2 (2012) 53

могу приказати посредством рачунара. Применомпрограма као што су Word, Power Point и Paint,ученици могу да саставе дневник лабораторијскихвежби, у оквиру кога ће, за сваки оглед који су из-вели, навести списак неопходних хемикалија и ла-бораторијског прибора, описати поступак за њего-во извођење, навести запажања и резултате до ко-јих су дошли, а хемијске реакције које су се одигра-ле представити одговарајућим једначинама хемиј-ских реакција. Коришћењем интернета, ученицимогу да дођу до додатних информација и евентуал-них алтернативних поступака за извођење овихогледа, а могу се информисати и од другим огледи-ма везаним за област коју тренутно изучавају начасовима хемије, а које, из било ког разлога, у токулабораторијских вежби не могу да изведу.

Ученици више пута могу да понове извођење,и на тај начин вежбају поступак примене поједи-них квантитативних аналитичких техника, захва-љујући тзв. компјутерским виртуелним лаборато-ријама [8]. Симулацијом огледа у виртуелним ла-бораторијама, између осталог, избегава се дирек-тан контакт ученика са опасним супстанцама каошто су нпр., бели фосфор, азотна киселина, натри-јум, хлор, бром. Упркос томе што ученици мануел-но не изводе поступке у којима се овакве хемика-лије користе, кроз симулације огледа у виртуел-ним лабораторијама, они ипак стичу увид у то ка-ко се изводе експерименталне технике са оваквимхемикалијама [8].

Уместо класичних картотека у којима се чувајудосијеи ученика, резултати тестова, семинарскихрадова и сл., наставник, применом одговарајућихпрограма, може да формира компјутерску базуових података. Листа лабораторијског прибора ихемикалија, уређаја и апарата, као и наставнихсредстава којим наставник располаже, такође мо-же да се формира и чува и на овај начин, а настав-ник у било ком тренутку брзо и лако може да јојприступи. Наставник, такође, може уз помоћ ра-чунара да организује додатне активности као штосу школски квизови знања, дебате, такмичења исл.

Рачунари се могу користити за израду тестоваза проверу знања. Састављање ових тестова помо-ћу рачунара не изискује много времена, релативноје једноставно и захтева познавање основних веш-тина рада са рачунарским програмима.

РАЧУНАРСКИ ПРОГРАМИ КОЈИ СЕ КОРИСТЕ У НАСТАВИ ХЕМИЈЕ

Савремене информационе технологије пружа-ју велике могућности за унапређивање наставе го-тово свих школских предмета. Наставници су уприлици да применом различитих рачунарскихпрограма визуелно приближе сложене структуре ипроцесе о којима су ученици раније учили самокроз писане изворе, слике или графоскопске фо-лије.

Избор рачунарског програма који ће се кори-стити у настави зависи од природе садржаја на-ставне јединице која се обрађује, али одређен је инивоом информатичког образовања наставника ињегове способности да наставу организује на тајначин. У настави хемије могу се користити про-грами који нису специјализовани само за хемију,као што су, на пример, Paint, Wоrd, Power Point иCorel Drаw.

Paint је један од многобројних програма за цр-тање. У поређењу са другим програмима из ове ка-тегорије има релативно скромне могућности, алипредност му је што је једноставан за савладавање ипримену [9]. Управо због тога се лако може иско-ристити приликом обраде градива о структуриатома и молекула, састављању хемијских формулаи једначина хемијских реакција (дозвољава да сеиндекси, коефицијенти и хемијски симболи којису део хемијске формуле, могу да пишу и, у случајугрешке, бришу, појединачно и независно од остат-ка формуле).

Применом програма Paint ученици могу давежбају састављање хемијских формула и хемиј-ских једначина. Предност програма Paint огледа сеу јасноћи приказаних структура атома и молекула,гледано у односу на четири могућа нивоа сложено-сти приказа. Наиме, већини ученика је доступнијии разумљивији ниво слика (трећи ниво), него ап-страктни ниво (четврти ниво, карактеристичан забројеве) [10], због чега се приказивањем структураатома и молекула путем нивоа слика у програмуPaint, код ученика постижу бољи резултати, негокада се структура супстанце објашњава путем цр-но-белих слика или математичких модела. Конач-но, трећа веома значајна карактеристика Paint-a,односи се на могућност коришћења, преноса и по-везивања података из овог програма са подацимаиз програма Wоrd и Power Point.

Wоrd је програм који се примарно користи записање и обраду текстуалног материјала, као и зарад са једноставним табелама и графиконима [9].Припрема штампаног материјала за ученике за на-ставне јединице као што су, на пример, Периоднисистем елемената (ПСЕ), валенца елемената, хе-мијска веза, може се реализовати уз помоћ овогпрограма. Такође, ученици га могу користити заизраду семинарских радова.

Једноставна и брза израда табела у Wоrd-у,могућност приказивања података у различитимбојама и величинама, као и могућност уноса раз-них додатних симбола, унапређују приказивањеПСЕ и доприносе разумевању закона периодич-ности, положаја, врсте и својстава хемијских еле-мента, разлике између група и периода. Ако су уWоrd програму написани симболи елемената за-једно са њиховим атомским и масеним бројевима,и направљена празна табела у облику ПСЕ, учени-цима се може задати да сами, следећи закон перио-дичности, саставе ПСЕ. По истом принципу, може


се саставити табела расподеле елемената по елек-тронегативности (Полингова табела), као и табелафизичко-хемијских својстава елемената.

Подаци из семинарских радова и резултатишколских истраживачких пројеката, чије прика-зивање захтева креирање табела, графикона и сли-ка, могу се презентовати комбиновањем програмаWоrd и Power Point.

Power Point је мултимедијални програм којипружа могућност репродукције и повезивања у је-динствени документ више различитих типова ин-формација међу којима су текст, звучни запис,слике и видео запис [9]. Овај програм може да по-веже и прикаже податке из других програма про-грама попут Wоrd-a, Еxеl-а и Paint-а, због чегапредставља ефикасну замену за низ класичних на-ставних средстава. Power Point се може користитиприликом обраде наставних јединица из областиорганске хемије, електронске конфигурације ато-ма, структуре кристалних система, формирања хе-мијских веза, задатака из стехиометрије и процен-тног састава раствора, основних хемијских законаи сл. Захваљујући овом програму, модели атома имолекула, ковалентна и јонска веза, структуре ор-ганских молекула и кристалне структуре, нисуприказани у статичном облику (као што је то слу-чај у Paint и Word програму), већ као део краткихфилмова, симулација и слајд-шоу презентација ко-је ученицима визуелно дочаравају процесе форми-рања хемијске везе и кристалног система, као имодел атома и молекула.

Примена Power Point-а доприноси бољој прег-ледности и лакшој визуелизацији разних струк-турних модела и процеса који се налазе на нивоуапстракције (четврт ниво - ниво бројева) [10]. Чакиако наставник није у могућности да поједине хе-мијске законе и принципе приближи ученицимакроз извођење огледа или ако због недостатка ма-теријала не може да састави структурне моделесложених молекула, ово градиво, изложено уз ко-ришћење репрезентативних анимација, схема,слика, филмова и 3D структура у оквиру Power Po-int презентација, ученицима постаје далеко јаснијенего када о њему уче искључиво из текстуалнихизвора.

У Power Point-у је, такође, могуће и саставља-ње и приказивање симулација различитих хемиј-ско-технолошких процеса (производње амонијакаХабер-Бошовим поступком, производња полиме-ра, сапуна и детерџената, прерада нафте, произ-водња атомске енергије) [11].

Power Point се у настави хемије највише кори-сти у сврху састављања презентација у оквиру ко-јих ће бити представљено градиво нових настав-них јединица, поступци решавања рачунских за-датка, питања на квизовима и тестовима за прове-ру знања и сл. Такође, и сами ученици израђују Po-wer Point презентације својих семинарских радоваили истраживачких пројеката које су спровели.

Приликом коришћења Power Point програма унастави мора се водити рачуна да се не претера саупотребом ''специјалних ефеката''. Цела компози-ција презентације која укључује изглед подлогеслајдова, разне слике, текстове исписане словимаодређеног облика, боје и величине, звучне и видеододатке, 3D структуре и сл., мора бити таква да нанајлакши и најбржи начин води ка постизању ци-љева постављених за наставну јединицу која сеобрађује, а не да, услед претераног истицања поје-диних њених компонената, непотребно скрећепажњу ученика на ствари које нису од великогзначаја.

Corel Draw је програм кога најчешће користеграфички дизајнери. Далеко је тежи за савлада-вање од програма Paint, али зато пружа и знатновеће могућности када је реч о рачунарском цртању[9]. У настави хемије, првенствено се користи заприказивање структуре сложених органских мо-лекула масти, угљених хидрата, аминокиселина ипротеина. Структуре приказане у Corel Draw про-граму налазе се на трећем и четвртом нивoу ап-стракције [10], јер су геометрија (просторни ра-според атома у молекулу) и слика (структура) мо-лекула међусобно повезани.

ПИСАЊЕ ХЕМИЈСКИХ СИМБОЛА И ФОРМУЛА ПОМОЋУ РАЧУНАРСКИХ ПРОГРАМА

Приликом избора наставних садржаја хемијекоји ће се реализовати коришћењем рачунарскихпрограма наведених у претходном одељку, морајусе, поред природе самог градива, узети у обзир ифактори као што су предзнање ученика из областихемије, познавање рада на рачунару и способносткоришћења програма како ученика тако и самогнаставника, као и термини у којима је школски ка-бинет за информатику слободан за организовањеоваквог вида наставе.

Коришћење рачунарских програма у наставихемије у овом раду биће приказано на примеру на-ставне јединице за 7. разред основне школе: „Писа-ње хемијских симбола и молекулских формула“.

ПИСАЊЕ ХЕМИЈСКИХ СИМБОЛА И ФОРМУЛА

У оквиру обраде наставне јединице ученицинајпре треба да одговоре на питања из следећа тризадатка у Wоrd програму.

Задатак 1. а) Из датог низа издвојите хемијскесимболе и хемијске формуле:

H, H2, H2O, C, О, CО2, N, N2, NH3, S, SO2,H

2SO

4.

Тачан одговор ученика: Симболи елемената: H, C, О, N, SФормуле молекула: H

2, H

2O, CО

2, N

2, NH

3,

SO2, H

2SO

4

Задатак 2. а) Наведите назив сваке од компо-ненти следеће хемијске формуле:

Годиште 53. број 2 (2012) 55

2H2

Тачан одговор ученика: 2 - коефицијент; H - симбол водоника; 2 - индекс.б) Наведите квалитативно и квантитативно

значење следећа два записа: H

2 и 2H

Тачан одговор ученика: H2 - један молекул водоника; 2H – два атома водоника. Задатак 3. а) Колико је молекула једињења које

се назива азот(II)-оксид, молекулске формуле NО,приказано у следећем примеру:

2NО ?Тачан одговор ученика: Два молекула азот(II)-оксида б) Напишите хемијску формулу азотне кисе-

лине:Тачан одговор ученика: HNO

3

в) Колико атома водоника, азота и кисеоникасадрже три молекула азотне киселине?

Тачан одговор ученика:3HNO3; Број атома водоника: 3; Број атома азота: 3;

Број атома кисеоника: 9. Припрему и избор задатака врши наставник.

Сви задаци чувају се у Wоrd документу под нази-вом: „Задаци-хемијски симболи и молекуслке фор-муле“, који је снимљен у фолдеру: „Wоrd-хемијскисимболи и молекуслке формуле“. Након што упишусвоје одговоре на постављена питања, новодоби-јени Wоrd документ ученици снимају у фолдер:„Wоrd-хемијски симболи и молекуслке формуле“, ау називу документа наводе своје име, презиме и ра-зред. За писање текста задатака користе се стиловиTimes New Roman или Ariel, са величином слова(енгл. Font size) 12. Хемијски симболи и формулепишу се Times New Roman стилом, са величиномслова 14 или 16. Сви хемијски симболи и молекул-ске формуле, као и коефицијенти и индекси, пишусе подебљаним словима (енгл. Bold), да би билиистакнути у односу на остатак текста.

Затим, ученици имају задатак да применомпрограма Paint и Power Point прикажу хемијскесимболе и формуле елемената (горе наведенихпримера). Поред коришћења различитих стилова,величина слова и бројева и различитих боја, кодприказивања хемијских симбола и формула у Po-wer Point програму могу се користити и додатниефекти као што су 3D-ротација, анимација, разнизвучни ефекти, упечатљиве позадине разних бојаитд.

КОРИШЋЕЊЕ ИНТЕРНЕТА У НАСТАВИ ХЕМИЈЕ

Примена рачунара у настави хемије подразу-мева и коришћење интернета. Интернет омогућа-ва ученицима брз и једноставан приступ великомброју информација, не само из хемије, већ и дру-

гих грана науке. Такође, умрежавањем рачунараобезбеђује се брз и једноставан пренос информа-ција између школа у оквиру града, региона, државеили света. Тако се ученицима пружа прилика даразмене искуства, расправљају о разним темама,решавају задатке и публикују резултате до којих судошли током реализације школских истраживач-ких пројеката. Међу најзначајније облике применеинтернета у настави, спадају: наставна телевизијаи наставни филм. За њих је карактеристично да сенаставни час из хемије, или било ког другог нас-тавног предмета, преносипутем интернет мреже,тако да га могу пратити и ученици других школа утом граду, региону или на нивоу државе. У случајушколске телевизије, уместо обичне телевизијскекамере користе се Wеb и дигиталне камере (за ау-дио-визуелни запис чаcа). Пренос оваквих часова,али и предавања познатих домаћих и светскихстручњака, може се остварити: посредним и непо-средним путем. Посредни пут подразумева дирек-тан пренос предавања, као што је то случај и кодшколске телевизије. Непосредни пут је бољи, јеромогућава накнадни приказ предходно снимљеноги архивираног предавања, са могућношћу усагла-шавања термина емитовања који би одговараовећем броју школа (на нивоу града или региона).

Још један од иновативних облика примене ин-тернета у настави је и организовање интернет кви-зова у којима учествују представници две или ви-ше школа. Избор наставних тема и целина из којихсе постављају питања на овим квизовима одређе-ни су, наравно, наставним планом и програмомнаставног предмета. Резултати које су ученици јед-не школе постигли на квизу, статистички се обра-ђују помоћу рачунарског програма Excel и јавнопрезентују на web страни школе. У циљу што свео-бухватније анализе постигнућа ученика на овимквизовима, наводе се статистички подаци за свакоод питања које је у оквиру квиза било постављено.Ове податке школе користе у процесу самовредно-вања, како би, на основу резултата које учениципостижу, оцениле квалитет рада својих наставни-ка. Резултати самовредновања једне школе се пу-тем интернета размењују са резултатима другихшкола, при чему се формира јединствена, on lineмрежа пројекта самовредновања школа на терито-рији једног града или општине.

ЗАКЉУЧАК

Негативан став према хемији и другим приро-дним наукама постоји код ученика у целом свету(није локални, већ глобални проблем). Многобројна истраживања спроведена у Европи, као штосу она изведена у градовима на тетериторији се-верне Немачке (Бремену и местима у његовој око-лини, Бону и Бременхавену), показала су да учени-ци не разумеју градиво хемије, због чега овај нас-тавни предмет код њих изазива осећај страха и не-лагоде [12]. Главни узроци оваквог односа премахемији произилазе из апстрактних појмова, сло-


жености и апстрактности атомских и молекулскихструктура и процеса који се одвијају на атомскоми молекулском нивоу [12].

С друге стране, показало се да учење хемије узпомоћ рачунара доводи до бољих резултата, штосе објашњава могућношћу да се кроз примену раз-личитих рачунарских програма и бољи визуелниприказ сложених структура и процеса ангажују иискористе различите индивидуалне и психолош-ко-емоционалне способности ученика (интересо-вања, залагања, схватања, надарености, предиспо-зиција ученика и емоционалног развоја личности).

Ученици осећају страх када треба да излажуградиво или одговарају пред другим ученицима,неки од њих имају проблема са концентрацијом,док други осећају страх од самог наставника. Свето води ка негативном ставу према самом предме-ту. Учење уз помоћ рачунара растерећује ученикеи пружа им осећај сигурности, јер ако и направегрешку, лако могу да је исправе. Настава хемијеорганизована уз помоћ рачунара, подриноси већојмотивацији и интересовању ученика за природненауке и подстиче ученичку креативност. Циљ на-ставе и хемије и информатике је да поред стицањаосновних теоријских и практичних знања, ученикеоспособи за примену стечених знања и вештина уразличитим подручијама живота.

И поред свега што је наведено у прилог приме-не рачунара у настави хемије, мора се истаћи да тоне значи да се према рачунару треба односити каопрема једином и незаменљивом наставном сред-ству, и сматрати да у условима када његова приме-на у настави није могућа (нпр. услед лошег матери-јалног стања) недостатак рачунара не може (макари делимично) бити надомештен применом некихдругих, традиционалних, наставних средстава

Будућност наставе хемије тесно је повезана санаставом информатике. Утицај информатичке ре-волуције на осавремењивање школске наставе хе-мије је огроман. Глобално, интересовање учениказа природне науке све више опада, док интересо-вање за информатику константно расте. Према то-ме, већа примена информатичких знања у наставихемије водила би ка већем интересовању учениказа ову природну науку.

У условима брзог развоја информационих тех-нологија, задатак наставника није само да демон-стрира одговарајући ниво стручног, методичког идидактичког знања и вештина, већ и да прати раз-вој техничких и информатичких достигнућа иуспешно их примењује у својој наставној пракси.Сваки наставник, поред тога што има улогу изворазнања, истраживача, методичара и педагога, моти-ватора и креатора пријатног наставног амбијента,има и задатак да у наставни процес уводи како но-ве научне идеје, тако и нова техничка и технолош-ка средства, да их комбинује са традиционалнимметодама рада, и да притом сарађује и размењује

идеје са другим колегама у циљу даљег осавреме-њивања и унапређења наставе [4].

ДодатакЖелео бих да се захвалим директорки ОШ

„Ђура Јакшић“ у Јелашници, Слађани Миладино-вић и директорки ОШ „Лела Поповић“ у Миљков-цу, Драгани Ђорђевић које су ми љубазно ставилена располагање употребу рачунара и информатич-ких кабинета у својим школама, без којих развојметода за примену рачунара у настави хемије којесу презентоване у овом раду, не би био могућ.


1. Komenski, J.A. Velika didaktika. Zavod za udžbenike inastavna sredstva. Beograd, 1997.

2. Nikolajević, R. Metodika nastave hemije. Zavod zaudžbenike i nastavna sredstva. Beograd, 1999.

3. Halaši, R., M. Kesler. Metodike nastave hemije i demon-stracioni ogledi. Naučna knjiga, Beograd, 1976.

4. Herak, J. Didaktikči temelji početne nastave kemije.Školska knjiga, Zagreb, 1979.

5. Sotheeswaran, S., D. Gaschik. Computer-Assisted In-struction in Chemical Education in the Asian/PacificRegion. Chem. Educ. J. 8(1), Serial No. 14 (2004).

6. Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/ARPANET7. Dickson, T.R. The Computer and Chemistry. An Intro-

duction to Programming and Numerical Methods.W.H. Freeman and Co., San Francisco, 1968.

8. Kostic, D.A., S.S. Mitic, A.R. Zarubica, A. Gosnjic, M.Stojkovic. Comparing the Computer Supported Ap-proach versus Traditional „Teacher-Studemt“ One.Chem. Educ. J. 11(2). Serial No. 21 (2008).

9. Stojanović, M., D. Vasić. Osnove informatike i računar-stva za 8 razred osnovne škole. Zavod za udžbenike inastavna sredstva. Beograd, 1991.

10. Devlin, K. Metematički gen. Plato, Beograd, 2001.11. Llansana, J. Školski atlas fizike i hemije. Kreativni cen-

tar, Beograd, 2004.12. Woest, V. Den Chemieuntericht neu denken: Anregun-

gen für eine zeitgemässe Gestaltung. Leuchtturm-Ver-lag, Darmstadt, 1997.

A b s t r a c t

UTILIZATION OF CONTEMPORARY MEANS IN TE-

ACHING CHEMISTRY-COMPUTERS, COMPUTER

PROGRAMS AND INTERNET

Milan Stojković, Friedrich-Schiller-University Jena, Schoolof Chemistry and Sciences, Working Group Teaching ofChemistry

Utilization of modern computer aids represents an in-novative model and method on which modern chemistryteaching is based. The possibility to apply the innovativemethods in teaching chemistry, the use of computers, com-puter programs and the Internet, are based on the conduc-ted practice and theoretical work in primary schools.Simplification of rules, phenomena, laboratory procedures,and complex molecular structures is based on the simplicityin work, the use and application of computer aids. The aimof the paper is to point to the advantages of computer pro-grams and the Internet in presentation, practice and expla-nation of teaching material in chemistry, as opposed totraditional technical means. Moreover, it popularizes, mo-dernizes, develops, and perfects the existing models andmethods of teaching chemistry by using computer scienceand computer aids.

Годиште 53. број 2 (2012) 57

ХЕМИЈСКИ ФАКУЛТЕТ Универзитет у Београду Студентски трг 16 11000 Београд

СРПСКО ХЕМИЈСКО ДРУШТВО 115. година

Априлски дани просветних радника Србије

Двадесет трећи семинар за професоре хемије

Хемијски факултет, Велики хемијски амфитеатар Уторак, 17. април 2012.

9:00 - 9:30 Отварање семинара

9:30 - 10:10 др Александар Поповић, в. професор, Хемијски факултет, Београд: Хемија и историја, али не историја хемије

10:10 - 10:50 др Љубинка Рајаковић, професор, Технолошко-металуршки факултет, Београд: Хемијска равнотежа

пауза

11:20 - 12:00 Дана Марковић, Технолошко-металуршки факултет, Београд: О процени грешака мерења

12:00 - 12:40 мр Војин Крсмановић, Хемијски факултет, Београд: Хемија и биоремедијација

13:00 Колегијални разговори и дружење (сала за седнице, 1. спрат)

Среда, 18. април 2012.

9:00 - 9:40 Валентина Март, извршни директор за хемикалије, Агенција за хемикалије Републике Србије: Читај етикету – буди безбедан

9:40 - 10:20 Вера Муждека, Школска управа, Крагујевац: Инклузивни приступ настави хемије

Пауза

10:50 - 11:30 Саша Гламочак, руководилац Центра за испите Завод за вредновање квалитета образовања и васпитања, Београд: Хемија на завршном испиту

11:30 - 12:10 др Милан Николић, научни сарадник, Хемијски факултет, Београд: Холестерол – све што сте одувек желели да знате

12:15 . . . ТРИБИНА: Разговори о Правилнику за тaкмичења ученика из хемије Разно

СЕМИНАР ЗА ПРОФЕСОРЕ ХЕМИЈЕ прихваћен је од стране Министарства

просвете и вреднован је са 12 сати

Documents

ХЕМИЈСКИ ПРЕГЛЕД год. 53 бр. 2 (april)ijuranic/hp2_2012.pdf · Припрема за штампу: Јелена и Зоран ДИМИЋ, Светозара Марковића