СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОПОЛИМЕРОВ СОЛЕЙ ПОЛИГУАНИДИНОВ И СОПОЛИМЕРЫ СОЛЕЙ ПОЛИГУАНИДИНОВ Российский патент 2009 года по МПК C07C279/02 C08G73/00 

Изобретение относится к области синтеза биологически активных химических соединений, конкретно к синтезу солей полигуанидинов (ПГ), используемых в качестве дезинфектантов. Изобретение может быть использовано в различных областях промышленности: химической, медицинской, легкой, пищевой.

Полигуанидины находят все большее применение как малотоксичные дезинфицирующие средства. Расширение области применения ПГ возможно за счет создания широкого спектра производных ПГ, сохраняющих биоцидные свойства, но имеющих различное строение полимерной цепи и тип анионов, связанных с поликатионом, а следовательно, и различающихся по физическим и химическим свойствам: растворимости в воде и органических растворителях, гигроскопичности, pH, стабильности, способности реагировать или оставаться неизменными в комбинациях с другими дезинфицирующими средствами и функциональными добавками. Максимальное разнообразие свойств производных ПГ может быть достигнуто путем синтеза сополимеров солей ПГ.

Наиболее простой путь получения таких соединений - проведение реакции полимер аналогичных превращений.

Известен способ синтеза фосфорно-кислой соли тетрамера полигексаметиленгуанидина, при котором солянокислую соль тетрамера гексаметиленгуанидина растворяют в абсолютном спирте, обрабатывают этилатом натрия, полученным из натрия, отфильтровывают осадок хлорида натрия, нейтрализуют фильтрат фосфорной кислотой, выпавший осадок фосфорно-кислой соли тетрамера гексаметиленгуанидина отфильтровывают, промывают эфиром и сушат в вакууме. (Авт.св. СССР №9444290, кл. C07C 279/02, 1981 г.).

Недостатками этого способа являются:

- невозможность проведения подобного синтеза для ПГ с высокой степенью поликонденсации в связи с их малой растворимостью в абсолютном спирте,

- низкий выход продукта (71,6%)

- данный способ есть способ препаративного выделения и очистки небольших количеств некоторых производных ПГ, так как связан с необходимостью использования абсолютного спирта, натрия, эфира, - реактивов дорогостоящих и требующих особых мер безопасности при работе с ними.

Технической задачей, решаемой данным изобретением, является получение сополимеров солей ПГ с различающимися физико-химическими свойствами и сохраняющими биоцидные свойства

Техническая задача решается за счет того, что в способе получения сополимеров солей ПГ, включающем обработку хлорида ПГ соединением металла в спиртовом растворе, отделение фильтрацией образующегося осадка хлорида металла, смешение фильтрата с кислотой с образованием соли ПГ и последующую сушку целевого продукта, в качестве хлорида ПГ используют хлориды ПГ общей формулы

где R - алкилен нормального и разветвленного строения с C₄-C₁₂, оксаалкилен [-CH₂-]_pO[-CH₂-]_q, диоксаалкилен [-CH₂-]_pO[-CH₂-]_qO[-CH₂-]_n, триоксаалкилен [-CH₂-]_pO[-CH₂-]_qO[-CH₂-]_rO[-СН₂-]_s, тетраоксаспироалкилен ,

n=2-100;

индексы p, q, r, s принимают значения 2-12;

в качестве соединения металла используют гидроксид калия; в качестве спиртового раствора используют смесь этилового спирта-ректификата (94 об.%) с изопропиловым спиртом в соотношении (100-30):(0-70), причем со спиртовым раствором гидроксида калия смешивают сухой измельченный хлорид полигуанидина; смешение кислоты с фильтратом осуществляется после отгонки от фильтрата спирта под вакуумом 0,1-0,2 атм при температуре 50-60°С; в качестве кислот используют органическую или минеральную (кроме плавиковой) одно- или многоосновную кислоту или смесь кислот; сушка образующегося сополимера солей полигуанидина производится с использованием пленочного испарителя или распылительной сушилки; растворимое в спирте производное ПГ представляет собой сополимер гидроксида и хлорида ПГ общей формулы

а целевой продукт представляет собой сополимеры солей ПГ общей формулы

где R - алкилен нормального и разветвленного строения с C₄-C₁₂, оксаалкилен [-CH₂]_pO[-CH₂-]_q, диоксаалкилен [-CH₂-]_pO[-CH₂-]_qO[-CH₂-]_r, триоксаалкилен [-CH₂-]_pO[-CH₂-]_qO[-CH₂-]_rO[-CH₂-]_s, тетраоксаспироалкилен

причем (n-x):x=19:1-1:19;

n=2-100;

индексы p, q, r, s принимают значения 2-12,

A - анион органической или минеральной кислот (кроме плавиковой) одно- или многоосновной кислоты или смесь кислот.

Сущность изобретения поясняется следующим образом.

Способ получения производных ПГ основан на проведении полимераналогичных превращений:

Реакция (1) проводится при интенсивном перемешивании в спиртовой среде, содержащей небольшое количество воды. Присутствие воды в реакционной массе приводит к постепенному растворению хлорида ПГ (в том числе и молекул с высокой молекулярной массой, малорастворимых или нерастворимых в абсолютном спирте), его диссоциации на поликатион и хлорид-анионы и протеканию обменной реакции (1).

В среде абсолютного спирта растворимость хлорида натрия ничтожна, он полностью выпадает в осадок, (n-x)→n, x→0, равновесие обратимой реакции обмена полностью сдвинуто вправо, происходит полное замещение хлорид-ионов на гидроксид-анионы.

В присутствии воды в спиртовом растворе содержится небольшое количество хлорида натрия, поэтому равновесие обратимой реакции обмена сдвинуто вправо не полностью, x≠0, продукт реакции представляет собой сополимер, в котором гуанидиновые группы связаны как с гидроксид-анионом, так и с хлорид - анионом.

Незначительное остаточное количество анионов хлора в составе сополимера мало отражается на свойствах получаемых производных, но при этом получение производных существенно удешевляется и упрощается, так как не требуется операций предварительной абсолютизации спирта и получения этилата натрия из натрия, сопряженных с особыми требованиям техники безопасности при проведении этих операций.

Применение гидроксида калия связано с тем, что растворимость хлорида калия в спиртовом растворе значительно ниже, чем растворимость хлорида натрия, следовательно, продукт будет содержать меньшее остаточное количество ионов хлора.

Получаемый сополимер гидроксида и хлорида ПГ может быть выделен путем отгонки растворителя от фильтрата и сушки под вакуумом. Отогнанный растворитель может быть использован многократно.

Нейтрализацией сополимера основания и хлорида ПГ органической или минеральной (кроме плавиковой) одно- или многоосновной кислотой могут быть получены любые сополимеры нормальных или кислых солей ПГ, в том числе те, в которых гуанидиновые группировки связаны с анионами одной или нескольких вводимых кислот и хлорид-анионом в различных соотношениях.

В фильтрат после отгонки растворителя кислоту вносят постепенно при интенсивном перемешивании. При необходимости получения производного ПГ в твердом виде удаляют растворитель с использованием ротационного испарителя или распылительной сушилки. Стадии промывки эфиром не требуется. Конечный продукт содержит небольшое количество солей калия.

Таким универсальным способом были получены сополимеры гидроксида и хлорида полигексаметиленгуанидина (n=2-50), поли-(С,С,С - триметил-1,6 гексангуанидина) (n=2-50), поли-(4,9-диоксадодекангуанидина) (n=2-200), поли-(4,7,10-триоксатридекангуанидина) (n=2-50), 2,4,8,10 тетраоксаспиро[5,5]ундекан-3,9-дипропан гуанидина) (n=2-50).

Из каждого полученного образца сополимера гидроксида и хлорида ПГ с соотношением ОН^-/Cl^-=19:1 были получены

- хорошо растворимые в воде сополимеры гидрофосфата и хлорида, дигидрофосфата и хлорида, 1-гидроксиэтилендифосфоната и хлорида, сукцината и хлорида, цитрата и хлорида, адипината и хлорида, ацетата и хлорида,

- плохо растворимые в воде, но хорошо растворимые в этиловом спирте сополимеры бензоата и хлорида, стеарата и хлорида, олеата и хлорида, трифторацетата и хлорида (табл.1).

Также были получены

- производные ПГ, в которых гуанидиновые группировки связаны с анионами нескольких вводимых кислот и хлорид-анионом,

- производные ПГ с различной степенью замещения хлорид-аниона (в качестве второй кислоты вводилась соляная кислота).

В табл.2 представлены данные по pH водных растворов некоторых производных такого типа, полученных из хлорида полигексаметиленгуанидина.

Соотношение компонентов спиртового раствора выбрано на основании многочисленных экспериментов и является величиной оптимальной.

Операцию смешения кислоты с фильтратом осуществляют после отгонки от фильтрата спирта под вакуумом 0,1-0,2 атм при температуре 50-60°С.

Эти параметры также выбраны экспериментально и являются оптимальными для проведения процесса.

В случае, если соотношение этилового спирта-ректификата к изопропиловому будет менее 30:70, то это может привести к снижению степени растворимости компонентов: хлорида ПГ и гидроксида калия.

Если вакуум будет более 0,2 атм, то это может привести к разложению ПГ. При значении вакуума менее 0,1 атм появляются трудности с регенерацией растворителей.

Примеры получения сополимеров солей ПГ:

0,100 моль гидроксида калия растворяют в смеси этилового спирта-ректификата 0,7 л и изопропилового спирта 0,9 л. К 0,1 моль хлорида ПГ (массы 0,1 моль хлоридов различных ПГ представлены в табл.3) приливают полученный раствор и перемешивают до растворения гранул полимера. Отфильтровывают осадок хлорида калия. Под вакуумом 0,1 атм при температуре 50°С от фильтрата отгоняют спирт. Получают концентрат сополимера гидроксида и хлорида ПГ с массовой долей не менее 80% с соотношением (n-x):x=19:1. К нему при интенсивном перемешивании добавляют кислоту (количество моль кислот и их масса представлены в табл.4), при получении водорастворимых производных дополнительно вводят 20 г воды. Получают сополимер, в котором гуанидиновая группа связана с анионом вводимой кислоты и хлорид-анионом (табл.1). При добавлении многоосновной кислоты или смеси кислот получают сополимер трех и более солей ПГ (табл.2). Полимер высушивают под вакуумом с использованием ротационного испарителя или распылительной сушилки.

Конкретный пример №1 получения сополимера гидрофосфата и хлорида полигексаметиленгуанидина.

0,100 моль гидроксида калия растворяют в смеси этилового спирта-ректификата 0,7 л и изопропилового спирта 0,9 л. К 0,1 моль хлорида полигексаметиленгуанидина (17,78 г) приливают полученный раствор и перемешивают до растворения гранул полимера. Отфильтровывают осадок хлорида калия. Под вакуумом 0,1 атм при температуре 50°С от фильтрата отгоняют спирт. Получают концентрат сополимера гидроксида и хлорида полигексаметиленгуанидина с массовой долей не менее 80% с соотношением (n-x):x=19:1. К нему при интенсивном перемешивании добавляют 20 г воды и 0,05 моль фосфорной кислоты (4,90 г или в пересчете на 85% фосфорную кислоту - 5,76 г) и производят сушку с помощью ротационного испарителя.

Полученный сополимер представляет собой порошок белого цвета.

Конкретный пример №2 получения сополимера дигидрофосфата и хлорида полигексаметиленгуанидина.

0,100 моль гидроксида калия растворяют в смеси этилового спирта-ректификата 0,7 л и изопропилового спирта 0,9 л. К 0,1 моль хлорида полигексаметиленгуанидина (17,78 г) приливают полученный раствор и перемешивают до растворения гранул полимера. Отфильтровывают осадок хлорида калия. Под вакуумом 0,1 атм при температуре 50°С от фильтрата отгоняют спирт. Получают концентрат сополимера гидроксида и хлорида полигексаметиленгуанидина с массовой долей не менее 80% с соотношением (n-x):x=19:1. К нему при интенсивном перемешивании добавляют 20 г воды и 0,05 моль фосфорной кислоты (9,80 г или в пересчете на 85% фосфорную кислоту - 11,53 г) и производят сушку с помощью ротационного испарителя.

Получаемый сополимер представляет собой порошок белого цвета.

Конкретный пример №3 получения сополимера трифторацетата и хлорида полигексаметиленгуанидина.

0,100 моль гидроксида калия растворяют в смеси этилового спирта-ректификата 0,7 л и изопропилового спирта 0,9 л. К 0,1 моль хлорида полигексаметиленгуанидина (17,78 г) приливают полученный раствор и перемешивают до растворения гранул полимера. Отфильтровывают осадок хлорида калия. Под вакуумом 0,1 атм при температуре 50°С от фильтрата отгоняют спирт. Получают концентрат сополимера гидроксида и хлорида полигексаметиленгуанидина с массовой долей не менее 80% с соотношением (n-x):x=19:1. К нему при интенсивном перемешивании добавляют 20 г воды и 0,1 моль трифторуксусной кислоты (11,4 г) и производят сушку с помощью ротационного испарителя.

Получаемый сополимер представляет собой порошок желтоватого цвета.

Альтернативные признаки пунктов 1, 2 и 4 формулы изобретения обеспечивают тот же технический результат, что и приведенные табл.1-4.

Таблица 1 Свойства производных ПГ (максимальное замещение хлорид-иона A/Cl=19:1) R Полигуанидин Анионный состав: C мг/мл* алкилен Полигексаметилен гуанидин гидроксид / хлорид 0,005 гидрофосфат /хлорид 0,007 дигидрофосфат / хлорид 0,006 гидроксиэтилендифосфонат/ хлорид 0,002 сукцинат / хлорид 0,002 цитрат / хлорид 0,006 адипинат / хлорид 0,006 бензоат / хлорид 0,012 стеарат / хлорид 0,18 олеат / хлорид 0,05 ацетат / хлорид 0,006 трифторацетат /хлорид 0,006 поли- С,С,С- триметил-1,6 гексан гуанидин гидроксид / хлорид 0,007 гидрофосфат / хлорид 0,008 дигидрофосфат / хлорид 0,006 гидроксиэтилендифосфонат / хлорид 0,003 сукцинат / хлорид 0,002 цитрат / хлорид 0,007 адипинат / хлорид 0,007 бензоат / хлорид 0,013 стеарат / хлорид 0,15 олеат / хлорид 0,03 ацетат / хлорид 0,010 трифторацетат / хлорид 0,008 Диокса-алкилен поли-(4,9-диокса-додекангуанидин) гидроксид / хлорид 0,006 гидрофосфат / хлорид 0,007 дигидрофосфат / хлорид 0,006 гидроксиэтилендифосфонат / хлорид 0,002 сукцинат / хлорид 0,002 цитрат / хлорид 0,004 адипинат / хлорид 0,007 бензоат / хлорид 0,010 стеарат / хлорид 0,15 олеат / хлорид 0,03 ацетат / хлорид 0,006 трифторацетат / хлорид 0,005 Триокса-алкилен Политриокса-тридекан гуанидин гидроксид / хлорид 0,005 гидрофосфат / хлорид 0,007 дигидрофосфат / хлорид 0,006 гидроксиэтилендифосфонат/ хлорид 0,002 сукцинат / хлорид 0,002 цитрат / хлорид 0,006 адипинат / хлорид 0,006 бензоат / хлорид 0,012 стеарат / хлорид 0,18 олеат / хлорид 0,05 ацетат / хлорид 0,006 трифторацетат / хлорид 0,006 тетраокса-спироалкилен 2,4,8,10 тетраоксаспиро[5,5]ундекан-3,9-дипропан гуанидин гидроксид / хлорид 0,008 гидрофосфат / хлорид 0,006 дигидрофосфат / хлорид 0,009 гидроксиэтилендифосфонат / хлорид 0,009 сукцинат / хлорид 0,004 цитрат / хлорид 0,008     адипинат / хлорид 0,006 бензоат / хлорид 0,015 стеарат / хлорид 0,18 олеат / хлорид 0,06 ацетат / хлорид 0,009 трифторацетат / хлорид 0,009 * С мг/мл - минимальная бактериостатическая концентрация (P. Aeruginosa)

Таблица 2 Свойства производных полигексаметиленгуанидина при различных соотношениях анионов Анионный состав: A/Cl Соотношение анионов: A/Cl pH 1% водного раствора гидроксид / хлорид 19:1 13,8 гидрофосфат / хлорид^** 19:1 9,9 4:1 9,8 1:1 9,7 1:4 9,5 1:19 9,3 дигидрофосфат / хлорид 19:1 3,5 4:1 3,7 1:1 4,1 1:4 4,6 1:19 5,0 дигидрофосфат / гидрофосфат / хлорид 2:17:1 9,8 7:12:1 8,2 10:9:1 6,5 12:5:1 4,0 17:2:1 3,3 трифторацетат / хлорид 19:1 7,2 4:1 7,2 1:1 7,3 1:4 7,4 1:19 7,5 гидрофосфат / трифторацетат / хлорид 2:17:1 7,8   7:12:1 8,3   10:9:1 9,1   12:5:1 9,7   17:2:1 9,8

Таблица 3 Загрузка ПГ для получения сополимеров солей ПГ R Полигуанидин n Масса 0,1 моль ПГ, г* алкилен Полигексаметилен гуанидин 2-50 17,78 поли- С,С,С-триметил-1,6 гексангуанидин) 2-50 21,20 Диоксаалкилен поли-(4,9-диоксадодекан гуанидин) 2-200 26,5 Триоксаалкилен Политриоксатридекан гуанидин 2-50 28,1 тетраоксаспироалкилен 2,4,8,10
тетраоксаспиро[5,5]ундекан-3,9-дипропан гуанидин 2-50 35,3 * имеется в виду моль звеньев ПГ

Таблица 4 Загрузка кислоты для получения сополимеров солей ПГ Анионный состав сополимера солей ПГ: Кислота Количество кислоты на нейтрализацию концентрата, моль Масса кислоты, г Добавление 20 г воды гидрофосфат / хлорид фосфорная 0,05 4,90 + дигидрофосфат / хлорид фосфорная 0,1 9,80 + гидроксиэтилендифосфонат / хлорид 1-гидроксиэтилиден дифосфоновая 0,033 6,80 + сукцинат / хлорид янтарная 0,05 5,90 + цитрат / хлорид лимонная 0,033 6,40 + адипинат / хлорид адипиновая 0,05 7,31 + бензоат / хлорид бензойная 0,1 11,21 - стеарат / хлорид стеариновая 0,1 28,45 - олеат / хлорид олеиновая 0,1 28,25 - ацетат / хлорид уксусная 0,1 6,00 + трифторацетат / хлорид трифторуксусная 0,1 11,4 - ацетат / хлорид соляная 0,1 3,65 + бензоат / хлорид серная 0,1 9,8 + цитрат / хлорид хлорная 0,1 10,05 + олеат / хлорид азотная 0,1 6,3 +

Способ получения сополимеров солей полигуанидинов включает обработку хлорида полигуанидина соединением металла в спиртовом растворе, отделение фильтрацией образовавшегося осадка хлорида металла, смешение фильтрата и кислоты с образованием сополимера солей полигуанидина и последующую сушку целевого продукта, при этом в качестве хлорида полигуанидина используют хлориды полигуанидинов общей формулы

где R - алкилен нормального и разветвленного строения с C₄-C₁₂, оксаалкилен [-CH₂-]_pO[-CH₂-]_q, диоксаалкилен [-CH₂-]_pO[-CH₂-]_qO[-CH₂-]_r, триоксаалкилен [-CH₂-]_pO[-CH₂-]_qO[-CH₂-]_rO[-CH₂-]_s, тетраоксаспироалкилен

n=2-100; индексы p, q, r, s принимают значения 2-12, в качестве соединения металла используют гидроксид калия, в качестве спиртового раствора используют смесь этилового спирта-ректификата с изопропиловым спиртом в соотношении (100-30):(0-70), причем со спиртовым раствором гидроксида калия смешивают сухой измельченный хлорид полигуанидина, смешение органической или минеральной (кроме плавиковой) одно- или многоосновной кислоты или смеси кислот с фильтратом осуществляют после отгонки от фильтрата спирта под вакуумом 0,1-0,2 атм при температуре 50-60°С. Сополимеры солей полигуанидинов общей формулы:

где R - алкилен нормального и разветвленного строения с C₄-C₁₂, оксаалкилен [-CH₂-]_pO[-CH₂-]_q, диоксаалкилен [-CH₂-]_pO[-CH₂-]_qO[-CH₂-]_r, триоксаалкилен [-CH₂-]_pO[-CH₂-]_qO[-CH₂-]_rO[-CH₂-]_s, тетраоксаспироалкилен причем (n-x):x=19:1-1:19; n=2-100; p, q, r, s принимают значения 2-12, A - анион органической или минеральной (кроме плавиковой) одно- и многоосновной кислоты или смесь кислот. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 табл.

1. Способ получения сополимеров солей полигуанидинов, включающий обработку хлорида полигуанидина соединением металла в спиртовом растворе, отделение фильтрацией образовавшегося осадка хлорида металла, смешение фильтрата и кислоты с образованием сополимера солей полигуанидина, и последующую сушку целевого продукта, отличающийся тем, что в качестве хлорида полигуанидина используют хлориды полигуанидинов общей формулы

где R - алкилен нормального и разветвленного строения с С₄-С₁₂,
оксаалкилен [-CH₂-]_pO[-CH₂-]_q,
диоксаалкилен [-CH₂-]_pO[-CH₂-]_qO[-CH₂-]_r,
триоксаалкилен [-CH₂-]_pO[-CH₂-]_qO[-CH₂-]_rO[-CH₂-]_s,
тетраоксаспироалкилен
n=2-100;
индексы p, q, r, s принимают значения 2-12,
в качестве соединения металла используют гидроксид калия, в качестве спиртового раствора используют смесь этилового спирта-ректификата с изопропиловым спиртом в соотношении (100-30):(0-70), причем со спиртовым раствором гидроксида калия смешивают сухой измельченный хлорид полигуанидина, при этом смешение органической или минеральной (кроме плавиковой) одно- или многоосновной кислоты или смеси кислот с фильтратом осуществляют после отгонки от фильтрата спирта под вакуумом 0,1-0,2 атм при температуре 50-60°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сушку образующегося сополимера солей полигуанидина производят с использованием пленочного испарителя или распылительной сушилки.

3. Сополимеры солей полигуанидинов общей формулы

где R - алкилен нормального и разветвленного строения с C₄-C₁₂,
оксаалкилен [-CH₂-]_pO[-CH₂-]_q,
диоксаалкилен [-CH₂-]_pO[-CH₂-]_qO[-CH₂-]_r,
триоксаалкилен [-CH₂-]_pO[-CH₂-]_qO[-CH₂-]_rO[-CH₂-]_s,
тетраоксаспироалкилен
причем (n-x):х=19:1-1:19;
n=2-100;
индексы p, q, r, s принимают значения 2-12,
А - анион органической или минеральной (кроме плавиковой) одно и многоосновной кислоты или смесь кислот.