Способ получения сополимеров солей полигуанидинов и сополимеры солей полигуанидинов
Владельцы патента RU 2373192:
Региональная общественная организация-Институт эколого-технологических проблем (RU)
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.
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 | + |
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.
