Способ получения дезинфицирующего средства

 

Использование: в области полимерной органической химии, в частности в синтезе дезинфицирующих средств на основе полимерных алкиленгуанидинов - эффективных дезинфицирующих средств в медицине и ветеринарии, при очистке сточных вод, а также в отраслях народного хозяйства, где требуются биоцидные препараты. Сущность изобретения: осуществляют конденсацию соли гуанидина с гексаметилендиамином при нагревании с последующим получением соли полигексаметиленгуанидина. К полученной сырой соли полигексаметиленгуанидина добавляют воду до получения 10 - 40%-ной концентрации с последующим введением молярного количества кислоты или ее соли, или, в случае необходимости, к полученному водному раствору 10 - 40%-ной концентрации добавляют 1,0 - 1,2 моль щелочи, отделяют труднорастворимое основание полигексаметиленгуанидина, промывают его от 1 до 3 раз водой в количестве, равном или меньшем количества полигексаметиленгуанидина, при 20 - 80^oС и после отделения воды вводят эквимолярное количество кислоты или ее соли. В качестве кислоты используют неорганическую или растворимую в воде органическую кислоту. Полученные дезинфицирующие средства превосходят прототип по антимикробной активности. 1 з. п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области полимерной органической химии, в частности к синтезу дезинфицирующих средств на основе полимерных алкиленгуанидинов, и может быть использовано как эффективное дезинфицирующее средство в медицине и ветеринарии, при очистке сточных вод, а также в отраслях народного хозяйства, где требуются биоцидные препараты.

Известен способ получения низкомолекулярного полигексаметиленгуанидина гибитана. Способ осуществляется в три стадии с использованием на второй бромциана [1] Недостатком способа являются плохие дезинфицирующие свойства целевого продукта. Кроме того, в процессе получения используется высокотоксичное вещество бромциан. Способ сложен в аппаратурном оформлении.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ получения дезинфицирующего средства, включающий поликонденсацию гексаметилендиамина и гуанидингидрохлорида и их нагрев, причем расплав гексаметилендиамина равномерно вводят в расплав гуанидингидрохлорида в соотношении 1,0:(0,85-0,95) в течение 2,5 ч, при этом смесь нагревают до 180^оС, а после окончания введения гексаметилендиамина температуру повышают до 240^оС и поддерживают ее в течение 5 ч [2] Недостатком указанного способа является недостаточно высокая бактериостатическая активность, загрязненность исходным сырьем, вызывающая повышенную токсичность полученного продукта, а также узость сырьевой базы.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что в способе получения дезинфицирующего средства, включающем поликонденсацию соли гуанидина с гексаметилендиамином при нагревании с последующим получением соли полигекса- метиленгуанидина, к полученной сырой соли полигексаметиленгуанидина добавляют воду до получения раствора 10-40% концентрации с последующим введением эквимолярного количества кислоты или ее соли, или, в случае необходимости, к полученному водному раствору 10-40% концентрации добавляют 1,0-1,2 моль щелочи, отделяют труднорастворимое основание полигексаметиленгуанидина, промывают его 1-3 раза водой в количестве, равном или меньшем количества полигексаметиленгуанидина при 20-80^оС, и после отделения воды вводят эквимолярное количество кислоты или ее соли. В качестве кислоты используют неорганическую кислоту или растворимую в воде органическую кислоту.

Технический результат предлагаемого способа заключается в получении разнообразных высокочистых и малотоксичных солей полигексаметиленгуанидина и во взаимном превращении любых солей полигексаметиленгуанидина друг в друга, что существенно расширяет возможность их применения.

Способ основан на труднорастворимости основания полигексаметиленгуанидина (ПГМГ) в воде. Его осаждение щелочью позволяет очистить сырую соль ПГМГ от примесей исходного токсичного гексаметилендиамина (ГМДА). С другой стороны, получение в свободном виде основания ПГМГ позволяет простым добавлением к нему необходимой кислоты в эквимолярном соотношении получить любую соль ПГМГ в очищенном виде.

Использование 10-40% концентрации растворов сырой соли ПГМГ диктуется технологией способа. Более концентрированные растворы слишком вязки и неудобны в работе. При использовании меньших концентраций происходит значительная потеря вещества вследствие некоторой растворимости основания ПГМГ в воде (7% ). Использование эквимолярного количества щелочи необходимо по уравнению реакции, небольшой избыток щелочи позволяет снизить потери вследствие снижения растворимости основания ПГМГ: большой избыток щелочи загрязняет конечный продукт золой.

Использование промывной воды повышенной температуры имеет то преимущество, что дает менее вязкие реакционные смеси, но в то же время увеличивает потери вещества вследствие повышения растворимости. Низкие температуры промывной воды используются при работе с низкомолекулярными образцами ПГМГ, обладающими низкой вязкостью и повышенной растворимостью.

Таким образом, наличие указанных отличительных признаков, во взаимосвязи между собой, приводит к достижению положительного технического результата, соответствует критерию "новизна".

Способ осуществляется следующим образом.

Тесную смесь дициандиамида (ДЦДА) с хлористым аммонием (1:2) нагревают при 180-200^оС в течение 2-3 ч. После начала плавления смеси к ней добавляют порциям еще такое же количество исходной смеси (с целью снятия экзотермического эффекта реакции). После полного расплавления полученной смеси, свидетельствующего о завершении процесса синтеза гуанидин гидрохлорида (ГГХ), к полученному расплаву добавляют с возможной скоростью гексаметилендиамин (ГМДА) второй компонент поликонденсации (молярное соотношение ГГХ-ГМДА (1,0-1,15): 1,0. Конденсационную смесь выдерживают при температуре 180-200^оС и перемешивают до прекращения выделения аммиака (10-15 ч). В конце процесса для лучшего удаления аммиака, растворимого в конденсационной смеси, полезно осуществить вакуумирование смеси (1-2 ч при остаточном давлении 0,3-0,4 атм). Полученный таким образом гидрохлорид полигексаметиленгуанидина (ПГМГ) может содержать до 3-5% непрореагиро- вавшего исходного ГМДА, являющегося высокотоксичным веществом. Кроме того, было установлено, что наиболее доступный гидрохлорид ПГМГ не является оптимальным в отношении антибактериальной активности препаратом ПГМГ.

Детоксикация ПГМГ очисткой от ГМДА может быть осуществлена путем переосаждения полимера. Для этого порцию сырого ПГМГ, полученного сплавлением исходных компонентов, растворяют в воде до получения раствора с концентрацией 10-40% (более низкие концентрации приводят к значительным потерям вещества, более высокие дают слишком вязкие рабочие смеси, неудобные в обращении). К полученному раствору добавляют концентрированный раствор щелочи (едкий натр или едкое кали) в пропорции, несколько превышающей эквимолярное по отношению к гидрохлоридным группам ПГМГ. При этом происходит разделение реакционной смеси на два слоя: прозрачный водный раствор хлористого натрия (или калия) внизу и вязкое беловатое основание ПГМГ вверху. В зависимости от концентрации исходного раствора гидрохлорида ПГМГ и его молекулярной массы, консистенция верхнего слоя варьирует от жидкотекучей до пастообразной. В последнем случае отделение водного раствора солей требует несколько большего времени и осуществляется путем многократных последовательных декантаций постепенно отделяющегося от массы прозрачного раствора. Полученное таким образом основание промывают от солей 1-3 порциями теплой воды в объеме, равном или несколько меньшем объема основания. Перемешивают для лучшего извлечения соли, охлаждают до комнатной температуры и отделяют промывную воду от несмешивающегося с ней основания ПГМГ. Для более эффективного удаления солей и одновременно снижения потерь основания, ограниченно растворимого в воде, целесообразно использовать меньший объем промывных вод при большей кратности промывания. Если при использовании большого объема промывных вод достаточно высокой температуры наблюдается растворение основания ПГМГ, то его следует осадить из раствора добавлением к нему небольшого количества (10% от первоначально использованного количества) концентрированной щелочи, а затем снова осторожно промыть небольшим объемом холодной воды. Специальным исследованием установлено, что растворимость в воде основания ПГМГ с молекулярной массой 10 тыс. у.е. (наиболее употребительная форма) составляет 7% и поэтому потери вещества при промывке могут достигать 20% Промытое основание нейтрализуют той или иной кислотой. Процесс ведут до достижения слабокислого рН 5-6, чтобы предотвратить застудневание водных растворов полученных солей при их использовании. Полученные в виде водных растворов той или иной концентрации соли ПГМГ могут быть обезвожены вакуумированием или сушкой на воздухе при температурах не выше 50-60^оС во избежание гидролиза. По описанному способу синтезированы соли ПГМГ с различными кислотами: неорганическими, растворимыми в воде органическими.

П р и м е р 1.1. Получение сырого гидрохлорида ПГМГ.

В конической колбе емкостью 1 л с широким горлом, снабженной обратным воздушным холодильником, нагревают на масляной бане (температура 200^оС) хорошо измельченную тесную смесь 84 г дициандиамида (ДЦДА) и 107 г хлористого аммония. После появления заметного количества жидкой фазы в колбу добавляют еще 191 г смеси ДЦДА с хлористым аммонием указанного состава и нагревание смеси продолжают до полного ее расплавления. Полученный таким образом расплав ГГХ переливают в пятилитровый высокий металлический стакан, снабженный механической мешалкой и помещенный в баню с температурой 160^оС, куда затем добавляют, по возможности быстро, 450 г кристаллического ГМДА. Реакционную смесь выдерживают при перемешивании 5 ч до получения прозрачного однородного вязкого расплава, слабо "кипящего" за счет выделяющегося аммиака. После этого температуру бани повышают до 180^оС и выдерживают реакционную смесь при этой температуре 3 ч. После этого, если позволяет аппаратура, к прибору подключают вакуум (0,3-0,4 атм) и выдерживают при этих давлении и температуре еще 1-2 ч, следя за тем, чтобы реакционная смесь не слишком загустела. В противном случае нагревание и вакуумирование прекращают до истечения указанного срока. Полученный расплав выливают для затвердевания на противень из нержавеющей стали. После охлаждения до комнатной температуры расплав колют на куски, постукивая молотком по противню, и упаковывают герметично, во избежание обводнения, гигроскопичный гидрохлорид ПГМГ.

1.2. Получение карбоната ПГМГ.

В конической колбе емкостью 0,5 л, снабженной воздушным обратным холодильником (стеклянная трубка длиной 0,5 м и диаметром 1 см) смешивают 90 г (1 моль) карбоната гуанидина и 116 г (1 моль) гексаметилендиамина. Колбу нагревают на масляной бане. При этом компоненты расплавляются и смешиваются. При температуре 140^оС начинается интенсивное "кипение" реакционной смеси, которое продолжается, даже если температуру бани снизить до 135^оС. При этой температуре смесь выдерживают 10-15 ч, в продолжение которых она загустевает и превращается в светло-желтую пенообразную смолу, заполняющую почти всю колбу. После охлаждения колбы смола удаляется из нее с помощью шпателя и измельчается в ступке в порошок. Получают 170 г ограниченно растворимого в воде карбоната ПГМГ с характеристической вязкостью в 0,1 н. в растворе NaCl // 0,06 дл/г.

Найдено, С 51,9; 51,5; Н 8,9; 9,1; N 24,0; 24,2.

С_7,5Н₁₆N₃O_1,5 Вычислено, С 52,3; Н 9,3; N 24,4.

П р и м е р 2. Получение очищенного гидрохлорида ПГМГ.

Порцию сырого гидрохлорида ПГМГ, полученного в предыдущем разделе (мол. м. 10 тыс. у.е. 700 г, 4 моль), растворяют в 1400 мл горячей воды. К полученному раствору добавляют при перемешивании концентрированный раствор едкого натра, приготовленный из 180 г NaOH и 180 мл воды. Реакционная смесь разделяется на подвижный прозрачный раствор NaCl и вязкую беловатую массу основания ПГМГ. Осторожно, но с максимальной полнотой, сливают раствор NaCl, наклоняя стакан с реакционной смесью то в одну, то в другую сторону. Когда из массы основания ПГМГ перестанет полностью отделяться солевой раствор, массу промывают последовательно тремя порциями воды по 300 мл каждая с температурой 50^оС. Для улучшения отмывки солей от основания ПГМГ, его интенсивно перемешивают с промывными водами (для улучшения смешения и разжижения основания промывная смесь может быть нагрета до 50-80^оС), а затем дают смеси расслоиться. После охлаждения до комнатной температуры промывную воду сливают с максимальной полнотой. Если позволяют вязкость основания ПГМГ, эту операцию производят в делительной воронке. Полученная при этом беловатая масса основания ПГМГ содержит (по данным высушивания до постоянной массы) 25% воды. Судя по данным элементного анализа 10% гидрохлоридных звеньев в исходном полимере остается незатронутыми при нейтрализации щелочью. Кроме того, очищенный полимер содержит золу в форме смеси NаОН и NaCl. К полученному основанию добавляют при перемешивании по каплям концентрированную соляную кислоту до достижения раствором рН 5 ( 350 мл). Таким образом получают вязкий прозрачный раствор, содержащий 75% гидрохлорида ПГМГ и 5% NaCl. Содержание токсичного ГМДА в таком растворе по данным ГЖСХ не превышает 0,1% П р и м е р 3. Получение фосфата ПГМГ.

3а. Порцию хлорида ПГМГ (177 г, 1 моль) растворяют в 350 мл горячей воды. К полученному раствору при перемешивании добавляют 80 г 50%-ного раствора едкого натра. Сливают отслаивающийся водный раствор хлористого натрия (300 мл) и промывают основание ПГМГ 3 раза порциями по 300 мл теплой воды. К полученному основанию добавляют при перемешивании по каплям 40 г (24 мл, 0,35 моль) концентрированной орто-фосфорной кислоты. Полученную пасту фосфата ПГМГ высушивают на воздухе или в вакууме и измельчают. Выход 140 г.

3 б. В соответствии с методикой примера 3а осуществляют переосаждение гидрохлорида ПГМГ и его превращение в двузамещенный фосфат. В отличие от примера 3а вместо едкого натра здесь используется едкое кали (60 г КОН в 60 мл воды). Кроме того, в отличие от примера 3а фосфат ПГМГ в этом случае получают в виде прозрачного водного раствора, концентрацию которого доводят до 20% П р и м е р 4. Получение карбоната ПГМГ.

Порцию 50 мл 20%-ного водного раствора гидрохлорида ПГМГ с молекулярной массой 5 тыс. у.е. добавляют по каплям при перемешивании к 100 мл насыщенного водного раствора едкого натра далее, как в примере 3, выделяют основание ПГМГ с использованием. угольной кислоты Отделяют с помощью делительной воронки всплывающий на поверхность слой карбоната ПГМГ, осторожно промывают его 10 мл холодной воды и высушивают до постоянной массы при комнатной температуре в вакууме.

П р и м е р 5. Получение нитрата ПГМГ.

По методике примера 3 осуществляют переосаждение порции 35 г гидрохлорида ПГМГ и к полученному основанию добавляют при перемешивании по каплям 20 г 63% -ного раствора азотной кислоты. По окончании прибавления реакционная смесь расслаивается на два слоя: водный (17 мл) и полимерный (50 мл). Методом высушивания до постоянной массы порции такого нитрата ПГМГ установлено, что он содержит около 20% воды и представляет собой 80%-ный водный раствор нитрата ПГМГ.

П р и м е р 6. Получение сорбата ПГМГ.

Сорбиновая кислота известна как нетоксичный фунгицид и антисептик. Она широко применяется в пищевой промышленности в качестве консерванта, однако ее антимикpобный элемент сравнительно невысок. Представляется интересным совместить антисептические свойства сорбиновой кислоты с высокой биоцидной активностью ПГМГ, объединив их в одной макромолекуле. Таким образом был получен высокоактивный антисептический препарат. Его синтезировали следующим образом. Порцию 18 г гидрохлорида ПГМГ с молекулярной массой 10 тыс. у.е. растворяли в 35 мл воды, добавляли раствор 5 г NaOH в 5 мл воды, отделяли вязкое основание ПГМГ, дважды промывали его порциями воды по 20 мл и смешивали с 11 г (0,1 моль) кристаллической сорбиновой кислоты. Полученную водную массу обезвоживали сушкой в вакууме и измельчали в ступке.

Найдено, С 58,7; 58,9; Н 8,8; 8,5; N 16,0; 15,8; зола 9,5.

С₁₃Н₂₃N₃О₂.

Вычислено, С 61,7; Н 9,1; N 16,7.

П р и м е р 7. Получение дегидроацетата ПГМГ.

Весьма перспективным нетоксичным антисептиком наряду с сорбиновой кислотой является дегидроацетовая кислота. Для реализации синергетического эффекта взаимного усиления двух антисептиков, действующих по различным механизмам, была синтезирована дегидроацетатная соль ПГМГ. Порцию 18 г (0,1 моль) гидрохлорида ПГМГ превращали в основание ПГМГ по методике предыдущего примера. Полученное основание растирали в ступке с 17 г (0,1 моль) кристаллической дегидроацетовой кислоты и высушивали в вакууме. Полученный дегидроацетат ПГМГ анализировали.

Найдено, С 55,6; 56,1; Н 7,7; 7,8; N 12,3; 12,0; зола 2,3.

С₁₅Н₂₅N₃О₄.

Вычислено, С 57,8; Н 8,0; N 13,5.

П р и м е р 8. Получение глюконата ПГМГ.

К 216 г 10%-ного водного раствора глюконата кальция (0,1 моль) добавляли порцию основания ПГМГ, приготовленного по методике примера 7 из 18 г гидрохлорида ПГМГ, а затем 5 г концентрированной серной кислоты. Выпадающий сульфат кальция отфильтровывают, а полученный раствор глюконата ПГМГ обезвоживают в вакууме и анализируют.

Найдено, С 41,9; 42,3; Н 7,7; 7,9, зола 12.

С₁₂Н₂₇N₃О₇.

Вычислено, С 42,6; Н 8,04.

П р и м е р 9. Получение олеата ПГМГ.

К порции основания ПГМГ, приготовленной по методике примера 7 из 0,1 моль гидрохлорида ПГМГ, добавляют 0,1 моль (28 г) жидкой олеиновой кислоты и полученную смесь обезвоживают сушкой на воздухе при температуре 80^оС. Полученный воскообразный продукт набухает в вазелиновом масле и абсолютно не растворим в воде.

Найдено, С 69,9; 69,7; Н 11,3; 11,4.

С₁₄Н₄₉N₃О₂.

Вычислено, С 70,0; Н11,9.

П р и м е р 10. Получение стеарата ПГМГ.

Готовят водную суспензию калиевой соли стеариновой кислоты путем интенсивного перемешивания 100 мл 6%-ного раствора калиевой соли с 28,5 г измельченной кристаллической стеариновой кислоты. В полученную суспензию вводят по каплям 53 мл 33%-ного водного раствора гидрохлорида ПГМГ. При этом из суспензии выкристаллизовывается в виде сфероподобных гранул стеарат ПГМГ, который легко отделяется декантацией от водного раствора. Стеарат тщательно промывают водой и высушивают на воздухе.

Найдено, С 70,1; 70,0; Н 12,2; 12,3.

С ₂₄Н₅₁N₃О₂ Вычислено, С 70,0; Н 12,3.

П р и м е р 11. Получение полиэлектролитного комплекса ПГМГ с полиакриловой кислотой.

К 1800 мл 1%-ного водного раствора ПГМГ (мол.м. 10 тыс. у.е.) добавляют при перемешивании 720 мл 1% -ного водного раствора полиакриловой кислоты (мол. м. 100 тыс. у.е.). Протекает поликомплексование, сопровождающееся осаждением практически нерастворимого эквимольного полиэлектролитного комплекса 000 Полиэлектролитный комплекс собирают со стенок стакана и мешалки, промывают водой и сушат на воздухе.

Найдено, С 53,9; 54,1; Н 8,7; 8,8
С₉Н₁₈N₃О₂.

Вычислено, С 54,0; Н 9,0.

П р и м е р 12. Получение фторида ПГМГ.

Порцию 18 г гидрохлорида ПГМГ с мол. м. 800 у.е. растворяют в 27 мл воды и к полученному 40%-ному раствору добавляют раствор 10 г NаОН в 10 мл воды. Жидкое основание низкомолекулярного ПГМГ отделяют от раствора соли с помощью делительной воронки и сразу же смешивают в чашке с твердым фторидом аммония. Реакционная смесь вспенивается от выделяющегося аммиака. Ее подсушивают в вакууме и получают 14 г твердого фторида ПГМГ.

Степень чистоты и антимикробные свойства солей ПГМГ приведены в таблице.

Из таблицы видно, что использование разработанного способа позволяет получать любые соли ПГМГ в высококачественном состоянии. Использование кислот с физиологической активностью позволяет получать за счет синергетического эффекта более сильные антисептики, чем в прототипе. Определенные удобства представляет использование полиэлектролитных комплексов для создания пролонгированных антимикробных покрытий (выдерживают шестикратную влажную обработку).

Таким образом, предложенный способ обладает новыми свойствами, обеспечивающими положительный эффект, заключающийся в разработке удобного способа получения любых солей ПГМГ при наличии хотя бы одной из них с одновременной очисткой препарата от высокотоксичного исходного сырья и снижения в силу этого его токсичности. Использование кислот, обладающих физиологической активностью, позволяет на основе разработанного способа получать новые антисептики, существенно превосходящие прототип по антимикробной активности вследствие синергетических эффектов, разыгрывающихся между физиологически активной кислотой и ПГМГ.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДЕЗИНФИЦИРУЮЩЕГО СРЕДСТВА путем поликонденсации соли гуанидина с гексаметилендиамином при нагревании с последующим получением соли полигексаметиленгуанидина, отличающийся тем, что к полученной сырой соли полигексаметиленгуанидина добавляют воду до получения раствора 10 - 40%-ной концентрации с последующим введением эквимолярного количества кислоты или ее соли, или, в случае необходимости, к полученному водному раствору 10 - 40%-ной концентрации добавляют 1,0 - 1,2 моля щелочи, отделяют труднорастворимое основание полигексаметиленгуанидина, промывают его 1 - 3 раза водой в количестве, равном или меньшем количества полигексаметиленгуанидина, при 20 - 80^oС и после отделения воды вводят эквимолярное количество кислоты или ее соли.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве кислоты используют неорганическую кислоту или растворимую в воде органическую кислоту.

РИСУНКИ

Рисунок 1