Кислотно-основной индикаторный дисазокраситель стильбенового ряда для оптических рН-сенсоров и способ его получения Российский патент 2023 года по МПК C07C309/49 C07C303/22 C09B33/06 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к группе дисазокрасителей, способных прочно окрашивать целлюлозные, полиамидные, шерстяные, шелковые текстильные материалы, способных к изменению окраски при иммобилизации на текстильном носителе в интервале значений рН= 4,0÷9,0, и состав которого характеризуется химической формулой C₃₀H₂₃N₅O₇S₂ и структурной формулой, приведенной на Фиг. 2.

Описание уровня техники

По современным данным, течение раневого процесса сопровождается изменением значения рН раневого отделяемого. В I фазу величина водородного показателя смещается в кислую сторону (pH - 5,4-6,9). Во II фазе раневого процесса значение pH становится нейтральным. В III фазе величина pH приобретает значения здоровой кожи. Бактериальная колонизация сдвигает pH нормальной кожи и раневой среды в щелочную сторону. Наибольшее количество патогенных микроорганизмов высевается из раневого отделяемого при значениях рН ран в диапазоне 7,6-7,8.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является индикаторный краситель на основе динатриевой соли 4,4'-диаминостильбен-2,2'-дисульфокислоты и резорцина, описанный в патенте RU 2 626 352 C2.

Указанный краситель относится к группе дисазокрасителей, способен прочно окрашивать целлюлозные, полиамидные, шерстяные, шелковые текстильные материалы. Краситель может применяться для создания гибких рН-чувствительных систем, работающих в интервале значений рН= 6,0÷9,0 для применения в медицине, биологии, экологии, сельском хозяйстве, технологических процессах.

Краситель, описанный в патенте RU 2 626 352 C2, характеризуется переходом окраски на текстильном материале: розово-желтый - в малиновый разной интенсивности в зависимости от значения рН среды в интервале рН 6,0÷9,0.

Данное техническое решение не применимо для использования в оптических сенсорах, предназначенных для работы в биологически значимом диапазоне значений рН= 4,0÷6,0, соответствующем нормальному значению величины рН кожи здорового человека.

В патенте RU 2 742 270 C1 описан индикаторный дисазокраситель, получаемый азосочетанием диазотированной 4,4'-диаминостильбен-2,2'-дисульфокислоты и мета-фенилендиамина. Краситель характеризуется переходом окраски на целлюлозном текстильном материале: синий - фиолетовый - розовый в зависимости от значения рН среды в интервале значений рН 4,0÷6,0, соответствующем нормальному значению рН кожи здорового человека.

Данное техническое решение не применимо для использования в оптических сенсорах, предназначенных для работы в диапазоне значений рН 6,0÷9,0, соответствующем изменению значения рН, сопровождающему не осложненное течение раневого процесса или развития бактериальных инфекций.

Технической задачей изобретения является создание красителя с контрастным цветовым переходом в биологически значимом диапазоне значений рН, соответствующем изменению значения рН, сопровождающему не осложненное течение раневого процесса с учетом возможного развития бактериальных инфекций.

Техническим результатом изобретения является возможность создания оптических рН-сенсоров или их чувствительных элементов, содержащих в качестве индикатора иммобилизованный синтезированный краситель. В частности, заявляемый краситель позволяет создать индикаторный текстильный материал или изделие, чувствительные к изменению уровня кислотности жидких сред, в том числе биологических жидкостей.

Указанный технический результат обеспечивается структурой молекулы синтезированного красителя, которая содержит компланарные участки, вследствие чего отличается высокой субстантивностью к целлюлозной основе, что позволяет осуществлять простейший способ иммобилизации - прямое крашение целлюлозного материала. Молекула синтезированного вещества содержит две сульфокислотные группы, что позволяет осуществлять иммобилизацию индикатора на полиамидных, и других аминофункциональных полимерных материалах по технологии крашения кислотными красителями.

Краткое описание чертежей

Предлагаемое устройство поясняется следующими чертежами:

Фиг. 1. Химическая схема получения красителя.

Фиг. 2. Структурная формула индикаторного красителя.

Раскрытие изобретения

Молекула синтезированного вещества содержит способные протонироваться функциональные группы, что обеспечивает изменение окраски в заявленном диапазоне рН. Кроме того, заявляемый краситель относится к несимметричным дисазокрасителям с разобщенными азогруппами, что сопровождается эффектом внутримолекулярного смешения цветов.

Способность к изменению окраски сохраняется при иммобилизации красителя текстильным материалом, вследствие чего при контакте материала с жидкостью возникает хорошо заметный индикационный эффект в виде локальной цветовой реакции. Время рН-отклика не превышает 40 секунд.

Соединение по настоящему изобретению характеризуется переходом окраски на материале: зеленый - оранжевый - красный в зависимости от значения рН среды в интервале значений рН= 4,0÷9,0

Заявляемый новый индикаторный краситель получают по следующей химической схеме (Фиг. 1).

Структурная формула индикаторного красителя: (Фиг. 2).

В качестве исходных соединений для получения красителя используют 4,4'-диаминостильбен-2,2''-дисульфокислоту, альфа-нафтиламин и фенол.

На первой стадии синтеза получают раствор диазотированного амина. Растворяют 0,1 моль соли 4,4'-диаминостильбен-2,2'-дисульфокислоты в 0,5 молях разбавленной (1:1) соляной кислоты. При перемешивании и охлаждении (льдом с солью) добавляют 2,5 М водный раствор нитрита натрия в количестве, эквивалентному амину (0,2 моль). Добавление ведут медленно, с такой скоростью, чтобы температура не поднималась выше 5°С.

По окончании диазотирования проба на свободную азотистую кислоту не будет положительной через 5 минут после прибавления очередной порции нитрита. Требуется обращать внимание на эффективность перемешивания.

На второй стадии проводят азосочетание. К раствору соли диазония, ранее полученного из 0,1 моля 4,4'-диаминостильбен-2,2'-дисульфокислоты и охлажденному до 0°С, при интенсивном перемешивании прибавляют суспензию 0,1 моля альфа-нафтиламина в водном растворе ацетата натрия натрия. Сочетание проводят в течение 30-60 минут при температуре 2-5°С. Значение рН реакционной смеси 4,5 -5,0. Затем реакционную смесь порциями прибавляют к щелочному раствору 0,1 моля фенола. Значение рН реакционной смеси 8,5-9,0. Сочетание ведут при температуре 8-10°С в течение 30 минут.

По окончании реакции температуру реакционной смеси поднимают до 80-90°С, нейтрализуют раствором соляной кислоты и затем охлаждают до комнатной температуры. Выпадает осадок черного цвета.

На третьей стадии выделяют и очищают краситель на фильтре, последовательно промывая водой и небольшим количеством ацетона.

Полученный осадок сушат на воздухе или в сушильном шкафу при температуре 70-80°С.

Состав синтезированного красителя C₃₀H₂₃N₅O₇S₂ подтверждается данными химического анализа.

Элементы C H N S Найдено, % 56,82 3,02 10,98 10,28 Вычислено, % 57,23 3,68 11,12 10,18

1. Плохо растворим в воде, ацетоне, хорошо растворим в диметилсульфоксиде, диметилформамиде.

2. Масс-спектр, m/z (I_отн %): 630,10 [М+H]⁺ (100).

3. Положение максимума поглощения полосы спектра, ответственной за окраску, λ_max в водных растворах - 559 нм, и 394 нм в кислой среде (рН=3,0); 402 нм в нейтральной среде (рН=7,0); 488 нм, в щелочной среде (рН=11,0).

4. Характеристика перехода окраски в водной среде: зеленый - оранжевый - красный в зависимости от значения рН

5. Характеристика перехода окраски на текстильном материале: зеленый - оранжевый - красный в зависимости от значения рН среды в интервале рН 4,0÷9,0.

Изобретение относится к области органической химии, конкретно - к кислотно-основному индикаторному дисазокрасителю стильбенового ряда для работающих в интервале значений рН = 4,0-9,0 оптических рН-сенсоров. Состав дисазокрасителя характеризуется химической формулой C₃₀H₂₃N₅O₇S₂ и указанной ниже структурой. Изобретение относится также к способу получения указанного индикаторного дисазокрасителя. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Кислотно-основной индикаторный дисазокраситель стильбенового ряда для работающих в интервале значений рН = 4,0-9,0 оптических рН-сенсоров, состав которого характеризуется химической формулой C₃₀H₂₃N₅O₇S₂ и следующей структурой:

.

2. Способ получения индикаторного дисазокрасителя по п. 1, отличающийся тем, что включает стадии диазотирования 4,4'-диаминостильбен-2,2'-дисульфокислоты нитритом натрия в среде соляной кислоты при перемешивании и охлаждении и последующего последовательного азосочетания полученной соли диазония с альфа-нафтиламином и фенолом.