ПРИМЕНЕНИЕ БЕНЗИЛДИМЕТИЛ[3-(СТЕАРИНОИЛАМИНО)ПРОПИЛ] АММОНИЙ ХЛОРИДА В КАЧЕСТВЕ АНТИБАКТЕРИАЛЬНОГО И/ИЛИ АНТИСЕПТИЧЕСКОГО СРЕДСТВА И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2023 года по МПК C07C231/02 A61P31/02 A61P31/04 

Настоящее изобретение относится к способу получения бензилдиметил[3-( стеариноиламино)пропил] аммонийхлорида и его применению в качестве препарата на его основе, который может быть использован при производстве дезинфицирующих и косметических средств, обладающих антисептическим и антибактериальным действием, а также антибактериальных компонентов, применяемых в качестве сырьевых антибактериальных компонентов при производстве косметических и гигиенических средств, бытовой и промышленной химии.

Инфекционные заболевания, вызванные патогенными агентами: различными бактериями, грибами занимают одно из ведущих мест по распространенности в мире. В последние годы наблюдается тенденция к усилению развития резистентности различных штаммов грибов и бактерий к антибактериальным агентам. В связи с этим существует насущная необходимость поиска и создания новых эффективных и селективных противомикробных средств как для терапии инфекций, так и для осуществления различных мероприятий по дезинфекции. А также поиска новых антибактериальных агентов, которые являются компонентами различных лекарственных или косметических средств, например таких как крема, мази, гели, способных подавлять патогенную флору. В дополнение к этому, важной задачей является также разработка доступного и экономичного промышленного способа, который бы обеспечивал получение таких агентов.

Таким образом, настоящее изобретение может быть использовано не только в медицине для обработки кожи в качестве антисептического и ранозаживляющего средства, но и в косметической и бытовой промышленности при создании кремов и мазей, обладающих антисептическими свойствами, а также для производства дезинфицирующих средств, средствах бытовой и промышленной химии.

Задачей настоящего изобретения является новое соединение, обладающее высокой антибактериальной активностью, низкой токсичностью и возможность его применения в качестве антибактериального агента, расширение арсенала известных средств указанного назначения, а также разработка более простого и безопасного способа получения такого соединения.

Поставленная задача решается тем, что проведен скрининг-анализ различных соединений, в частности, четвертичных аммониевых солей, с целью выявления наиболее активных «соединений-лидеров» и исследованием их антибактериальной активности и токсичности с целью выявления наиболее перспективных кандидатов в качестве антисептического средства. А также тем, что разработан доступный и эффективный способ получения соединения – наиболее перспективного кандидата.

Техническим результатом заявляемого изобретения является соединение бензилдиметил[3-( стеариноиламино)пропил] аммонийхлорид и его применение в качестве антибактериального компонента, а также его водного раствора. Разработка способа получения указанного соединения.

Несмотря на то, что четвертичные аммониевые соли используются в клинической практике более века, поиск новых антисептиков из этого класса соединений, обладающих низкой токсичностью и высокой противомикробной активностью в отношении, прежде всего, резистентных штаммов микроорганизмов, остается важнейшей задачей.

Четвертичные аммониевые соли (ЧАС) известны как крупный класс антисептических средств, имеющих широкую область применения. Такие антибактериальные компоненты используются, например, в терапии местных гнойно-воспалительных заболеваний, для различной дезинфекции и обработки кожной поверхности, например перед проведением медицинских манипуляций и т п.п. Также используются в составе различных лекарственных и косметических препаратов консервировании глазных капель, инъекционных растворов, зубных паст, косметических средств, дезинфекции и очистке поверхностей. Современные ЧАС характеризуются широким спектром антимикробной активности по отношению к грамположительным и грамотрицательным микроорганизмам, а также грибам.

Недостатками используемых ЧАС являются неэффективность в отношении спор и простых вирусов, а также недостаточная активность по отношению к грамотрицательным бактериям и микобактериям.

Среди лекарственных препаратов, содержащих фрагменты четвертичных аммониевых солей следует выделить как наиболее эффективные:

Мирамистин ((бензилдиметил[3-(миристоиламино)пропил]-аммонийхлорид моногидрат) - антисептик, обладающий широким спектром бактерицидного действия в отношении грамположительных (Staphylococcus spp., Streptococcus spp., Streptococcus pneumoniae и др.), грамотрицательных (Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli, Klebsiella spp. и др.), аэробных и анаэробных бактерий, патогенных грибов и вирусов, включая клинические штаммы с полирезистентностью к антибиотикам. Применяется в профилактике нагноений и лечении гнойных ран, лечении и профилактике кандидозов кожи и слизистых оболочек, комплексном лечении острых и хронических отитов, лечении и профилактике инфекционно-воспалительных заболеваний полости рта (стоматитов, гингивитов, пародонтитов, периодонтитов), индивидуальной профилактике заболеваний, передаваемых половым путем (сифилиса, гонореи, хламидиоза, генитального герпеса и др.).

Флуомизин (хлорид деквалиния) - антисептик широкого спектра действия, активен в отношении большинства грамположительных бактерий Streptococcus spp, Staphylococcus aureus, Listeria spp.; анаэробов Peptostreptococcus (группы D), грибов рода Candida (Candida tropicalis, Candida aMXicans, Candida glabrata), грамотрицательных бактерий Gardnerella vaginalis, Escherichia coli, Serratia spp., Klebsiella spp., Pseudomonas spp., Proteus spp., и простейших (Trichomonas vaginalis). Используется при бактериальном вагинозе, кандидозе кожи, ногтевых валиков, слизистой оболочки полости рта, воспалительных процессах в полости рта и глотки (тонзиллит, стоматит, в т.ч. афтозный, глоссит, фарингит).

Бензалкония хлорид (алкилдиметил(фенилметил)аммония хлорид) - антисептическое средство активное в отношении грамположительных (Staphylococcus spp., Streptococcus spp., Streptococcus pneumoniae и др.), грамотрицательных (Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli, Klebsiella spp. и др.) и анаэробных бактерий, грибов и плесеней. Применяется при первичной и первично-отсроченной обработке ран, профилактике вторичного инфицирования ран госпитальными штаммами микроорганизмов, бактериальном вагинозе, дренировании костных полостей после операции при остеомиелите.

Механизм антибактериального действия ЧАС заключается в их адсорбции и проникновении через клеточную стенку бактерий с последующим взаимодействием с фосфолипидами цитоплазматической мембраны, что приводит к полной структурной дезорганизации и последующей гибели бактериальной клетки. Основные механизмы адаптации бактерий к ЧАС включают модификацию структуры и состава клеточной мембраны, усиление образования биопленок, приобретение эффлюксных генов и гиперэкспрессию эффлюкс-систем. В связи с этим, особенно актуальным встает вопрос поиска новых антибактериальных агентов.

Соединение, описываемое в настоящей заявке представляет собой бензилдиметил[3-( стеариноиламино)пропил] аммонийхлорид – четвертичное аммониевое соединение, содержащее кислотный остаток стеариновой кислоты, связанный с четвертичным атомом азота. Авторами заявляемого изобретения проведена серия экспериментов над группой соединений, являющихся четвертичными аммониевыми соединениями. Была исследована их антибактериальная активность и токсичность. Стоит отметить, что для ЧАС в целом характерно наличие антибактериальной активности, при этом соединения все-же отличаются друг от друга антисептической и антибактериальной эффективностью: многие не демонстрируют достаточных значений антибактериальной активности. Также для многих соединений характерно наличие довольно высокой токсичности. Так, например, соединение-кандидат могло демонстрировать необходимую антибактериальную активность, но при этом показывало высокую токсичность, при которой применение этого соединения в качестве антисептического средства оказывалось невозможным. В дополнение к этому, так как предполагается использование средства также как в качестве антисептического агента для добавления в различные косметические препараты, такие как крема, мази, гигиенические салфетки, а также препараты бытовой и промышленной химии, с целью предотвращения роста микробной флоры, соединение или его растворы должны также демонстрировать хорошую растворимость, совместимость с другими агентами косметических средств, стабильность и безопасность в течение срока хранения средства. Таким образом, выбрать соединение, отвечающие всем перечисленным выше свойствам и требованиям, предъявляемым современным антисептическим средствам не является очевидной задачей. В результате проведенных исследований было обнаружено, что таким требованиям и свойствам отвечает соединение бензилдиметил[3-( стеариноиламино)пропил] аммонийхлорид. Соединение показало высокую антибактериальную активность, в отношении некоторых видов бактерий – превосходящих действие известных агентов в сочетании с низкой токсичностью. А также продемонстрировало свойства для применения в качестве сырьевого антибактериального компонента при производстве косметических и гигиенических средств, бытовой и промышленной химии: совместимость с другими агентами косметических и бытовых продуктов, широкий спектр антибактериального действия при различных диапазонах уровня pH.

Соединение бензилдиметил[3-( стеариноиламино)пропил] аммонийхлорид получают следующим образом.

Стеариновую кислоту с 3-диметиламинопропиламином нагревают в среде ароматического углеводорода (орто-ксилола, и/или мета-ксилола, и/или пара-ксилола или их смеси), предпочтительно м-ксилола (кипятят в течение 10-14 часов). Далее производят отгонку растворителя под вакуумом. Перекристаллизовывают остаток из этилацетата, сушат. Стадию сушки на данном этапе можно исключить и направлять продукт на следующую стадию (сушка необязательна). Таким образом на данной стадии получают 3,3- диметиламинопропиламида стеариновой кислоты. Далее осуществляют кватернизацию 3,3 -диметиламинопропиламида стеариновой кислоты хлористым бензилом. Для этого предварительно растворяют указанный амид в этилацетате, затем добавляют хлористый бензил. Кипятят смесь в течение 5-8 часов. Отгоняют растворитель под вакуумом, остаток перекристаллизовывают этилацетатом. Производят сушку. Таким образом получают бензилдиметил[3-(стеариноиламино)пропил]аммоний хлорид в виде белого кристаллического вещества. Стадию сушки при получении продукта можно не проводить – на химизм процесса и свойства готового продукта стадия сушки влияния не оказывает (сушка необязательна).

Таким образом, способ получения бензилдиметил[3-( стеариноиламино)пропил] аммоний хлорида заключается во взаимодействии стеариновой кислоты с 3-диметиламинопропиламином при кипячении в среде ароматического углеводорода, с последующей отгонкой растворителя, с последующей перекристаллизацией при помощи этилацетата, необязательно сушкой, с получением 3,3- диметиламинопропиламида стеариновой кислоты и его последующей кватернизацией хлористым бензилом при кипячении и предварительном растворении 3,3 - диметиламинопропиламида стеариновой кислоты в этилацетате, отгонкой растворителя, перекристаллизацией с помощью этилацетата, необязательно сушкой.

Несмотря на то, что некоторые вещества, даже если и находятся в пределах одного гомологического ряда, тем не менее являются индивидуальными веществами, демонстрирующими свои собственные свойства, в частности, разные параметры растворимости. В связи с этим, выбор параметров проведения процесса получения индивидуального соединения не является очевидным.

Так в процессах получения четвертичных аммониевых соединений, например, в способе получения бензилдиметил[3-(миристоиламино)пропил]аммонийхлорида, моногидрата из миристиновой кислоты (патент РФ2323923) на стадии получения целевого продукта бензилирование соответствующего амида проводят в среде спиртов или кетонов. А в способе получения бензилдиметил[3-(миристоиламино)пропил]аммонийхлорида (БДМПАХ) моногидрата из миристиновой кислоты (патент РФ 2678093) эту же стадию проводят в среде ксилола или толуола.

В способе по изобретению используют этилацетат. При этом его используют на стадии перекристаллизаци при получении 3,3- диметиламинопропиламида – это позволяет получить амид уже с достаточной степенью чистоты, так как этилацетат является полярным растворителем, соответственно растворение нежелательных примесей происходит лучше. Это позволяет не вводить дополнительные стадии очистки указанного промежуточного амида. Как это происходит, например, в способе по патенту РФ 2678093 – присутствует стадия очистки на сорбенте и последующая фильтрация. В свою очередь, получение более чистого амида, как промежуточного соединения процесса, позволяет получить целевой продукт с достаточной степенью чистоты. Также, отсутствие необходимости фильтрации позволяет избежать дополнительных потерь вещества, что приводит к высокому выходу целевого продукта. К этому же приводит то, что в этилацетате, за счет его лучшей растворимости наиболее полно протекает реакция (скорость реакции выше) - этилацетат используют также и на стадии кватернизации амида. Также, этилацетат является доступным и относительно безопасным растворителем, имеющим температуру кипения ниже, чем, например, толуол – это позволяет вести процесс получения бензилдиметил[3-( стеариноиламино)пропил] аммоний хлорида при более низких температурах, что в промышленных масштабах позволит снизить пожароопасность таких производств. Стадию перекристаллизации готового продукта также осуществляют этилацетатом. Таким образом, одним из аспектов заявляемого изобретения в части способа получения является то, что стадию перекристаллизации при получении 3,3- диметиламинопропиламида стеариновой кислоты, стадию кватернизации 3,3- диметиламинопропиламида стеариновой кислоты, стадию перекристаллизации готового продукта осуществляют в среде этилацетата. Использование одного типа растворителя на всех стадиях получения продукта позволяет в целом оптимизировать процесс получения целевого продукта.

Изобретение в части способа получения %) бензилдиметил[3-(стеариноиламино)пропил]аммоний хлорида иллюстрируется примерами 1-4.

Исследование антибактериальной активности бензилдиметил[3-( стеариноиламино)пропил] аммонийхлорида был проведен на 4 штаммах условно-патогенных микроорганизмов (Candida albicans, Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa). В качестве препаратов сравнения выступили широко используемые в клинической практике антисептики мирамистин, бензалкония хлорид и хлоргексидин. В таблице 1 приведены величины МИК (минимальной ингибирующей концентрации) указанных соединений.

Таблица 1. Результаты исследований in vitro антибактериальной активности бензилдиметил[3-( стеариноиламино)пропил] аммонийхлорида.

Наименование микроорганизма Соединения, МИК (мкг/мл) бензилдиметил[3-(стеариноиламино)
пропил]
аммонийхлорид,
р-р 10 % Бензалкония хлорид Мирамистин Хлоргексидин Цетил-пиридиний хлорид Candida albicans 250 3,12 100 12,5 6 Escherichia coli 500 40 125 2,67 250 Staphylococcus aureus 500 40 30 4 300 Pseudomonas aeruginosa 60 500 500 80 5000

Таблица 2. Исследование токсичности бензилдиметил[3-( стеариноиламино)пропил] аммоний хлорида

По параметрам острой токсичности раствор бензилдиметил[3-( стеариноиламино)пропил] аммонийхлорида относится к 3 классу (вещества умеренно опасные). При введении в желудок мышей-самцов DL50 (мг/кг) составляет 1000-2500 мг/кг. При подкожном введении мышам и крысам DL50 = 628 и 670 мг/кг соответственно (4 класс токсичности по К.К. Сидорову).

Результаты, приведенные в таблицах 1 и 2, свидетельствуют о более высокой эффективности и выраженной антибактериальной активности бензилдиметил[3-( стеариноиламино)пропил] аммонийхлорида по отношению к исследуемым штаммам микроорганизмов, сопоставимой или превосходящей исследуемые препараты сравнения, а также низкой токсичности препарата.

Исследования показывают, что бензилдиметил[3-( стеариноиламино)пропил] аммонийхлорид проявляет свою антибактериальную активность в составе с фармацевтическим разбавителем в колическтве 0,01 - 50,00 %, предпочтительная концентрация фармацевтического разбавителя 10-20 %. В качестве фармацевтического разбавителя может быть использован любой предпочтительно используется вода. Таким образом, предпочтительный состав антибактериальных препаратов, в том числе для применения в составе в качестве сырьевого антибактериального компонента при производстве косметических и гигиенических средств, бытовой и промышленной химии следующий (См. Таблицу 3)

Таблица 3

Компоненты (наименование) Массовая доля, % Бензилдиметил [3-[(1- стеариоил)амино]пропил]аммоний хлорид (см80-90 Вода 20-10

Показатели эффективности 20 % раствора бензилдиметил[3-( стеариноиламино)пропил] аммонийхлорид представлены в Таблице 4.

Таблица 4

Характеристики Показатели Эффективность обеззараживания – снижение обсемененности тест-объектов, контаминированных тест – микроорганизмами, % Не менее 99,99 Эффективность обеззараживания – снижение обсемененности кожи, контаминированной тест-микроорганизмом E.coli, %
Эффективность обеззараживания – снижение общей микробной обсемененности кожи, % Не менее 99,99
Не менее 95

Примеры, относящиеся к способу получения %) бензилдиметил[3-(стеариноиламино)пропил]аммоний хлорида.

Пример 1.

В колбу, снабженную насадкой Дина-Старка, помещают 200 г стеариновой кислоты, 75 г диметиламинопропиламина и 700 мл м-ксилола. Смесь кипятят в течение 10-14 часов, до окончания отделения воды в ловушке. После окончания реакции растворитель отгоняют под вакуумом. Вязкий остаток перекристаллизовывают из этилацетата. После сушки получают от 173.5 до 186.5 г (67-72%) 3,3- диметиламинопропиламида стеариновой кислоты в виде белого твердого вещества. Полученный на первой стадии 3,3-диметиламинопропиламида стеариновой кислоты185 г растворяют в 600 мл этилацетата, добавляют 66.7 г хлористого бензила и кипятят с обратным холодильником 6 часов. Растворитель отгоняют под вакуумом, остаток перекристаллизовывают из 1000 мл этилацетата. После сушки получают от 213.1 до 229.1 г (от 89 до 95%) бензилдиметил[3-(стеариноиламино)пропил]аммоний хлорида в виде белого кристаллического вещества.

Пример 2.

Процесс проводят аналогично примеру 1, используя вместо этилацетата на стадии перекристаллизации растворитель – толуол. После сушки получают до 163.7 г (63.2%) 3,3-диметиламинопропиламида стеариновой кислоты в виде белого твердого вещества, а на стадии кватернизации использовали этилацетат. Выход составил до 195.8 г (до 89%).

Пример 3.

Процесс проводят аналогично примеру 1, используя на стадии перекристаллизации этилацетат, а на стадии кватернизации - ацетон. Растворимость конечного продукта в ацетоне выше чем в этилацетате, что соответственно увеличивает потери при выделении и очистке на заключительном этапе. Выход составил до 205.8 г (до 82%).

Пример 4.

Процесс проводят аналогично примеру 1, используя на стадии перекристаллизации растворитель ацетон. В этом случае после сушки амида получают до 171.3 г (66%). а на стадии кватернизации растворитель – этиловый спирт. Этиловый спирт отлично растворяет полученный продукт, поэтому на стадии выделения конечного продукта, спирт был упарен и маслянистый остаток перекристаллизован из ацетона. Выход до 193.4 г (84%).

Изобретение относится к области органической химии, в частности к способу получения бензилдиметил[3-(стеариноиламино)пропил] аммоний хлорида, заключающемуся во взаимодействии стеариновой кислоты с 3-диметиламинопропиламином при кипячении в среде ароматического углеводорода, с последующей отгонкой растворителя, с последующей перекристаллизацией при помощи этилацетата, необязательно сушкой, с получением 3,3-диметиламинопропиламида стеариновой кислоты и его последующей кватернизацией хлористым бензилом при кипячении и предварительном растворении 3,3-диметиламинопропиламида стеариновой кислоты в этилацетате, отгонкой растворителя, перекристаллизацией с помощью этилацетата, необязательно сушкой. Технический результат изобретения заключается в разработке доступного и эффективного способа получения бензилдиметил[3-(стеариноиламино)пропил] аммоний хлорида. 4 з.п. ф-лы, 4 табл., 4 пр.

1. Способ получения бензилдиметил[3-(стеариноиламино)пропил] аммоний хлорида, заключающийся во взаимодействии стеариновой кислоты с 3-диметиламинопропиламином при кипячении в среде ароматического углеводорода, с последующей отгонкой растворителя, с последующей перекристаллизацией при помощи этилацетата, необязательно сушкой, с получением 3,3-диметиламинопропиламида стеариновой кислоты и его последующей кватернизацией хлористым бензилом при кипячении и предварительном растворении 3,3-диметиламинопропиламида стеариновой кислоты в этилацетате, отгонкой растворителя, перекристаллизацией с помощью этилацетата, необязательно сушкой.

2. Способ по п. 1, где кипячение на стадии взаимодействия стеариновой кислоты с 3-диметиламинопропиламином осуществляют в течение 10-14 часов, а на стадии кватернизации амида хлористым бензилом – в течение 5-8 часов.

3. Способ по п. 1 или 2, где в качестве ароматического углеводорода используют пара-ксилол, и/или мета-ксилол, и/или орто-ксилол, или их смесь, преимущественно мета-ксилол.

4. Способ по п. 1, где отгонку растворителей осуществляют под вакуумом.

5. Способ по любому из предыдущих пп. 1-4, где стадии перекристаллизации при получении 3,3-диметиламинопропиламида стеариновой кислоты, стадию кватернизации 3,3-диметиламинопропиламида стеариновой кислоты, стадию перекристаллизации готового продукта осуществляют в среде этилацетата.