СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДЕЗИНФИЦИРУЮЩЕГО СРЕДСТВА Российский патент 1995 года по МПК C07C279/02 

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.

Известно вещество сополимер солей алкиленгуанидина фогуцид, применяемое в качестве дезинфицирующего агента и флокулянта, и способ его получения, обладающее высокой дезинфицирующей способностью [1]
Недостатком является сложность синтеза (3 стадии), наличие сточных засоленных вод, необходимость использования в качестве исходного сырья гидрохлорид гуанидина или его предшественника дициандиамида.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ получения дезинфицирующего средства, включающий смешение гексаметилендиамина и гуанидингидрохлорида и их нагрев, расплав гексаметилендиамина равномерно вводят в расплав гуанидингидрохлорида в соотношении 1,0:0,85-0,95 в течение 2,5 ч, при этом нагревают смесь 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, а также узость сырьевой базы необходимость использования в качестве одного из компонентов синтеза гидрохлорид гуанидина или его предшественника дициандиамида и соответственно увеличивать стадийность синтеза препарата. Использование достаточно высокой температуры синтеза существенно усложняет технологию процесса и аппаратурное оформление (специальный высокотемпературный теплоноситель, циркуляционный насос, подогреватель теплоносителя).

Сущность изобретения заключается в том, что в способе получения дезинфицирующего средства путем взаимодействия гексаметилендиамина и азотсодержащего вещества при нагревании, в качестве азотсодержащего вещества используют карбонат гуанидина в эквимолярное соотношении с гексаметилендиамином, при этом нагревание осуществляют до завершения выделения аммиака, после чего в реакционную смесь вводят кислоту, нагревание осуществляют при 140^оС, в качестве кислоты используют неорганическую, органическую, в том числе, физиологически активную, а также полимерную кислоту.

Технический результат предлагаемого способа выражен в усовершенствовании технологии путем расширения сырьевой базы, а также улучшение дезинфицирующих свойств целевых продуктов, расширение синтетических возможностей способа путем вовлечения различных кислот, в том числе, физиологически активных.

Использование в качестве азотсодержащего вещества карбоната гуанидина в эквимолярном соотношении с гексаметилендиамином дает возможность получения продукта с наибольшей молекулярной массой, увеличение степени чистоты продукта и возможность избежать впоследствии образования сточных вод.

Нагревание при 140^оС обеспечивает экономию тепла и более высокую требуемую степень полимеризации. Более высокая степень полимеризации, в свою очередь, обеспечивает большую бактериостатическую активность.

Использование неорганической, органической, в том числе, физиологически активной, а также полимерной кислоты обеспечивает возможность получения разнообразных веществ на основе исходного сырья без образования сточных вод.

Таким образом, наличие указанных отличительных признаков, во взаимосвязи между собой, приводит к достижению положительного технического результата, соответствует критерию "новизна" и для специалиста явным образом не следует из уровня техники.

Способ осуществляется следующим образом.

В обогреваемом реакторе (в стеклянной конической колбе, металлическом стакане и др. ) смешивают в эквимолярном соотношении гексаметилендиамин (ГМДА) и карбонат гуанидина (КГ). Повышают температуру до 140^оС, после полного расплавления реакционной смеси и начала интенсивного выделения углекислоты температуру реактора снижают до 135^оС и ведут процесс при этой температуре до завершения выделения углекислоты. Полученный в виде вспененной массы карбонат полигексаметиленгуанидина (ПГМГ) извлекают из реактора и измельчают. Для получения любой другой соли ПГМГ карбонат обрабатывают добавлением эквимолярного количества соответствующей кислоты (в присутствии или отсутствии воды) и после завершения выделения углекислоты высушивают полимер на воздухе или в вакууме.

При необходимости, взаимное приращение солей ПГМГ и их дополнительную очистку осуществляют следующим образом: растворяют соли ПГМГ в воде (до получения раствора 20-30% концентрации), добавляют эквимолярное количество едкой щелочи, отделяют трудно растворимое основание ПГМГ, трижды промывают его водой и добавляют эквимолярное количество необходимой кислоты. Полученную соль высушивают на воздухе или в вакууме.

П р и м е р 1. Получение карбоната и фосфата полигексаметиленгуанидина (ПГМГ).

а) 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 реакционную 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. растворе NaCl[η 0,06 дл/г.

Найдено, C 51,9, 51,7; H 8,9, 9,1; N 24,0, 24,2
C_7,5H₁₆N₃O_1,5
Вычислено, C 52,3; H 9,3; N 24,4.

б) В металлическом стакане с крышкой, снабженной газоотводной трубкой, при температуре 140^оС нагревают эквимолярную смесь гексаметилендиамина (ГМДА) и карбоната гуанидина (КГ). В продолжении 10 ч полностью заканчивается выделение углекислоты и образуется вспененная масса желтого цвета. Ее извлекают и анализируют. Характеристическая вязкость образца 0,05 дл/г, несколько ниже, чем в примере 1а, соответственно ниже и его антибактериальная активность: минимальная задерживающая концентрация (МЗК) для E.Coli составляет 75 мкг/мл.

в) Эквимолярную смесь сомономеров ГМДА и КГ нагревают при температуре 130^оС. Наблюдается слабое выделение углекислоты, которое продолжается более 25 ч после начала процесса. Характеристическая вязкость полученного полимера 0,04 дл/г и его МЗК 150 мкг/мл ниже, чем у продуктов из примеров 1а, 1б.

г). Получение фосфата ПГМГ из карбоната. К полученному в примере 1а порошку карбоната ПГМГ в фарфоровой чашке добавляют по каплям при перемешивании шпателем 58 г (34 мл) концентрированной (85%-ной) орто-фосфорной кислоты. При этом наблюдается некоторое разжижение и вспенивание реакционной смеси. Ее высушивают (в вакууме или на воздухе) и растирают в ступке. Получают 180 г негигроскопического двузамещенного фосфата ПГМГ.

Найдено, C 44,8; 45,0; H 8,5; 8,3; N 22,1; 21,9; P 9,1; 8,5;
C₇H_16,5N₃O₂P_0,5
Вычислено, C 44,2; H 8,7; N 22,1; P 8,16
Бактериостатические свойства полученных солей ПГМГ приведены в таблице.

П р и м е р 2. Получение хлорида ПГМГ. В соответствии с методикой примера 1а из 1 моль карбоната гуанидина и 1 моль гексаметилендиамина получают 170 г карбоната ПГМГ. Эту порцию карбоната ПГМГ растворяют при перемешивании в 100 мл концентрированной (37%-ной) соляной кислоты. После полного выделения углекислоты получают 240 мл вязкого раствора гидрохлорида ПГМГ с концентрацией ≈ 75%
Найдено, C 47,9; 48,2; H 9,1; 9,3; N 23,1; 22,9;
C₇H₁₆N₃Cl
Вычислено, C 47,3; H 9,0; N 23,7; Cl 20,0.

Характеристическая вязкость полученного вещества 0,1 дл/г.

П р и м е р 3. Получение фторида ПГМГ. К порции 17 г безводного карбоната ПГМГ, полученного по примеру 1а, добавляют 2,7 г фторида аммония. Смесь растирают в ступке, переносят в стаканчик и прогревают в течение 2-3 ч на масляной бане до прекращения вспенивания. Полученный твердый фторид ПГМГ извлекают из стаканчика. Он хорошо водорастворим и обладает (по данным Сенежской лаборатории ВНИИДрев) высокой эффективностью при защите древесины от биоповреждений. Характеристическая вязкость полученного вещества 0,15 дл/г.

П р и м е р 4. Получение сульфата ПГМГ. К порции 17 г растертого в порошок безводного карбоната ПГМГ добавляют при помешивании по каплям 2,7 мл (4,9 г) безводной серной кислоты. После прекращения вспенивания полученный в пенообразной форме сульфат ПГМГ измельчают и подсушивают до постоянной массы. Характеристическая вязкость 0,07 дл/г.

П р и м е р 5. Получение нитрата ПГМГ. К 17 г безводного карбоната ПГМГ добавляют по каплям 10 мл 63%-ной азотной кислоты. Полученная реакционная смесь расслаивается на водный слой и слой трудно растворимого в воде нитрата ПГМГ. Нижний слой отделяют и подсушивают в вакууме. Характеристическая вязкость 0,09 дл/г.

П р и м е р 6. Получение силиката ПГМГ. К 170 мл 10%-ного водного раствора карбоната ПГМГ добавляют при перемешивании 60 мл 10%-ного водного силиката натрия. Наблюдается осаждение трудно растворимого силиката ПГМГ. Его отделяют от реакционной смеси центрифугированием, промывают водой и высушивают до постоянной массы.

П р и м е р 7. Получение сорбата ПГМГ. К 0,1 моль (17 г) порошкообразного карбоната ПГМГ, синтезированного по методике примера 1а, добавляют 0,1 моль (11,2 г) сорбиновой кислоты, обладающей физиологической активностью, 30 мл воды и тщательно растирают в ступке. После прекращения выделения углекислоты, реакционную смесь обезвоживают в вакууме или на воздухе и получают 25 г сорбата ПГМГ
NH где n 4-25,
ограниченно растворимого в воде. Характеристическая вязкость 0,08 дл/г.

Найдено, C 61,9; 61,5; H 9,1; 8,8; N 16,3; 15,9
C₁₃H₂₃N₃O₂
Вычислено, C 61,7; H 9,1; N 16,7
П р и м е р 8. Получение дегидроацетата ПГМГ. Порцию 17 г (0,1 моль) карбоната ПГМГ, полученного по методике примера 1а, смешивают с 17 г (0,1 моль) дегидроацетоновой кислоты (сильный фунгицид и антисептик) и 30 мл воды. Тщательно растирают полученную кашицу до прекращения выделения углекислоты и сушат. Получают ≈ 30 г дегидроацетата ПГМГ
(CH₂)₆NH где n 4-25,
трудно растворимого в воде. Характеристическая вязкость 0,05 дл/г.

Найдено, C 58,0; 57,8; N 8,2; 8,3; N 14,0; 13,8
C₁₅H₂₅N₃O₄
Вычислено, C 57,8; H 8,0; N 13,5
П р и м е р 9. Получение ацетата ПГМГ. К 17 г безводного карбоната ПГМГ добавляют по каплям 6 мл ледяной кислоты. После прекращения вспенивания реакционную смесь измельчают в ступке и досушивают до постоянной массы. Получают водорастворимый ацетат ПГМГ в количестве 17 г. Характеристическая вязкость 0,17 дл/г.

П р и м е р 10. Получение глюконата ПГМГ. К 170 мл 10%-ного водного карбоната ПГМГ добавляют при интенсивном перемешивании 240 мл 10%-ного раствора глюконата кальция. Отфильтровывают выпадающий осадок углекислого кальция и обезвоживают в вакууме полученный водный раствор глюконата ПГМГ. Препарат хорошо водорастворим, малотоксичен (ZD₅₀ 3200 мл/кг для крыс) и является эффективным антимикробным препаратом. Характеристическая вязкость 0,1 дл/г.

П р и м е р 11. Получение стеарата ПГМГ. В фарфоровой ступке тщательно перетирают смесь 17 г безводного карбоната ПГМГ и 28,5 г стеариновой кислоты. Смесь в стаканчике нагревают на масляной бане при 60-80^оС до прекращения выделения углекислоты. Полученный твердый стеарат ПГМГ трудно растворим в воде, но растворяется в углеводородных растворителях. Его добавки в резиновые смеси ускоряют их вулканизацию. Характеристическая вязкость 0,05 дл/г.

П р и м е р 12. Получение олеата ПГМГ. В стаканчике перемешивают 17 г карбоната ПГМГ с 28 г олеиновой кислоты. При нагревании смеси на масляной бане (60-80^оС) наблюдается выделение углекислоты. Оно заканчивается в течение 1-2 ч. Получают олеат ПГМГ в виде воскоподобной массы светло-коричневого цвета. Продукт растворим в углеводородных жидкостях (вазелиновое масло) и не растворим в воде. Характеристическая вязкость 0,05 дл/г.

П р и м е р 13. Получение фумарата ПГМГ. В стаканчике смешивают растертые в порошок безводный карбонат ПГМГ и фумаровую кислоту. При нагревании смеси до 80-100^оС наблюдается выделение углекислоты и образование фумарата ПГМГ в виде хорошо водорастворимого твердого продукта белого цвета. Препарат обладает противоопухолевым действием. Характеристическая вязкость 0,17 дл/г.

П р и м е р 14. Получение эквимолярного полиэлектролитного комплекса ПГМГ с полиакриловой кислотой. Карбонат ПГМГ, полученный по методике примера 1а (17 г, 0,1 моль) всыпают при перемешивании в 350 мл 2%-ного водного раствора полиакриловой кислоты и перемешивают до прекращения выделения углекислоты. Выпадающий при этом в осадок резиноподобный эквимолярный полиэлектролитный комплекс не растворим в воде и растворим в водных растворах аммиака и щавелевой кислоты
(H где n 4-25.

Полученный ПЭК (полиэлектролитный комплекс) гидрофобен, хорошо отделяется от воды, его подсушивают на воздухе и анализируют.

Найдено, C 56,2; 56,4; H 8,9; 9,2; N 19,3; 19,4
C₁₀H₁₉N₃O₂
Вычислено, C 56,3; H 8,9; N 19,7
П р и м е р 15. Получение полиэлектролитного комплекса с карбоксиметилцеллюлозой. К 2%-ному водному раствору карбоната ПГМГ (850 мл) добавляют при перемешивании 1,2 л 2%-ного водного раствора Na КМЦ. От реакционной смеси отделяют осадок полиэлектролитного комплекса, промывают водой и высушивают в вакууме.

П р и м е р 16. Получение сукцината ПГМГ. Порцию 18,5 г 75%-ного водного основания ПГМГ растирали в ступке с навеской 11,8 г янтарной кислоты. При этом наблюдалось разогревание и разжижение реакционной смеси; после охлаждения до комнатной температуры реакционная смесь полностью затвердевала. Ее измельчали и высушивали на воздухе при 50-60^оС, получали 25 г безводного сукцината ПГМГ. Препарат достаточно хорошо растворим в воде и не вызывает коррозии металлов, испытан в составе смазочно-охлаждающей жидкости для алмазного шлифования оптического стекла и показал хорошие технологические свойства.

П р и м е р 17. Получение адипината ПГМГ. Порцию 18,5 г 75%-ного основания ПГМГ вводили в реакцию с 14,5 г адипиновой кислоты по методике примера 13. Получено 28 г твердого адипината ПГМГ ограниченно растворимого в воде ( ≈7 мас.). Характеристическая вязкость в 0,1 н. растворе NaCl[η 0,09 дл/г.

Найдено, C 53,9; 53,5; H 8,9; 9,0; N 14,3; 14,1
C₁₃H₂₅O₄N₃
Вычислено, C 54,3; H 8,7; N 14,6
П р и м е р 18. Получение себацината ПГМГ.

а). Эквимолярную смесь себациновой кислоты (20 г) и основания ПГМГ (18,5 г 75%-ного водного) растирали в ступке до получения галогенной пасты. После высушивания на воздухе получили 34 г однозамещенного себацината ПГМГ, трудно растворимого в воде (> 1%). Препарат хорошо растворим в спирте.

Найдено, C 59,7; 59,9; H 9,4; 9,1; N 11,8; 11,9
C₁₇H₃₃N₃O₄
Вычислено, C 60,0; H 9,6; N 12,2.

б). Смесь 20 г себациновой кислоты с 37 г ( ≈ 75%-ного водного основания ПГМГ) растирали в ступке до гомогенности и высушивали на воздухе. Получили двузамещенный себацинат ПГМГ. Препарат хорошо растворим в спирте, в воде он растворим лучше, чем однозамещенная соль ( ≈ 1%).

Найдено, C 58,8; 59,2; H 9,7; 9,9; N 16,3; 16,8;
C₂₄H₄₈O₄N₆
Вычислено, C 59,5; H 10,0; N 17,4
Таким образом, предложенный способ по сравнению с прототипом обладает новыми свойствами, обеспечивающими положительный эффект, заключающийся в простоте технологии, экологической безопасности по причине отсутствия сточных вод и других вредных выбросов, расширении сырьевой базы производства путем использования доступного сырья карбоната гуанидина, универсальность синтеза для получения различных солей полигуанидинов, в том числе, с физиологическими активными кислотами, такими как сорбиновая и дегидроацетатовая.

Использование: в химии алкиленгуанидинов, полимерные соединения которых являются эффективными дезинфицирующими средствами в медицине и ветеринарии, в процессах очистки сточных вод. Сущность изобретения: получение ведут взаимодействием гексаметилидиамина с азотосодержащим веществом-карбонатом гуанидина взятых в эквимолярных количествах при нагревании до 135-140°С до прекращения выделения аммиака. Затем в реакционную смесь добавляют органическую или неорганическую, или полимерную кислоту, или ее соль. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДЕЗИНФИЦИРУЮЩЕГО СРЕДСТВА путем взаимодействия гексаметилендиамина и производного гуанидина его соли, взятых в эквимолярном соотношении, при нагревании, отличающийся тем, что в качестве соли гуанидина используют карбонат гуанидина и нагревание осуществляют до завершения выделения аммиака, после чего в реакционную смесь вводят кислоту или ее соль. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нагревание ведут при 135 - 140^oС. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве кислоты используют неорганическую, органическую или полимерную кислоту.