Цвиттер-ионные акрилат- и метакрилатгуанидины
Владельцы патента RU 2409558:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова (RU)
Изобретение относится к цвиттер-ионным органическим соединениям на основе аминогуанидина акриловой и метакриловой кислот следующей структурной формулы:
которые могут использоваться в качестве биоцидных соединений. 2 табл.
Изобретение относится к водорастворимым ионогенным органическим соединениям, содержащим в своей структуре производные четвертичных аммониевых катионов аминогуанидина, связанных с карбоксилат-анионами органических кислот винилового ряда.
В настоящее время водорастворимые ионогенные (катионотропные) производные четвертичных аммониевых катионов различного строения широко используются в качестве флокулянтов в химической, нефтехимической промышленности и в ряде других крупномасштабных производств. Кроме того, они приобретают все большее значение для очистки промышленных оборотных и сточных вод, ультрафильтрации ферментов, для осаждения полимерных латексов, стабилизации взвесей, пищевых жидкостей, создания нанокомпозиционных материалов и для многих других целей. Вместе с тем, многие из них, в частности производные гуанидина, обладают широким спектром биоцидного действия. Так, природные алматины и хордатины являются веществами, с помощью которых растения защищаются от атаки микроорганизмов [Paranin E.F. 26 Microsymposium on macromolecules Polymers in medicine fnd Biology, Prague, 1984, p.87].
Хорошо известно, что соединения, содержащие в своем составе гуанидиновый фрагмент, обладают бактерицидными свойствами и используются в качестве лечебных препаратов и фунгицидов [Химическая энциклопедия т.1. Под ред. И.Л.Кнунянца. - М.: Советская энциклопедия, 1988. стр.1209]. Они не инактивируются белками и в то же время биоразлагаемы, поэтому находят широкое применение в качестве физиологически активных веществ: лекарств, антисептиков, пестицидов [Отчет филиала №5 института биофизики Минздрава СССР, Ангарск, 1991 г.]. Гуанидиновая группировка служит началом многих лекарственных веществ (сульгин, исмелин, фарингосепт) и антибиотиков (стрептомицин, бластицидин, мильдомицин).
Таким образом, синтез новых органических соединений указанного выше химического состава является актуальной задачей.
Известно, что атом азота азометиновой группировки в производных гуанидина образует истинные четвертичные иминопроизводные соли с карбоксильной группой слабых карбоновых кислот [Органическая химия т.3 / Под ред. Н.К.Кочеткова. - М.: Химия, 1985. стр.720].
Наиболее близким к заявляемым акрилат- и метакрилатаминогуанидинам является полученный ранее гуанидинметакрилат [Сивов Н.А, Мартыненко А.И., Хаширова С.Ю. и др. Метакрилат и акрилатгуанидины: синтез и свойства. Нефтехимия, №1. - 2004. - с.47]
Было установлено, что гуанидинметакрилат и полимеры на его основе растворимы в воде, обладают биоцидными свойствами и адсорбируют ионы тяжелых металлов. Основным недостатком метакрилатгуанидина является его недостаточно высокая биоцидная активность, так как он активен только по отношению к грамположительным микроорганизмам.
Задача настоящего изобретения - создание новых биоцидных цвиттер-ионных акрилат- и метакрилатаминогуанидинов следующего строения:
Аминогуанидин NH2-NH-C(=NH)-NH2, который входит в состав акрилат- и метакрилатаминогуанидинов, в отличие от гуанидина NH2-C(=NH)-NH2, входящего в состав метакрилатгуанидина (прототип), наряду с амино- и иминогруппой содержит гидразиновую группу. Данный фрагмент в силу своего химического строения расширяет возможности химической модификации и способен дополнительно выполнять ту или иную специфическую функцию, в частности, введение такого фрагмента приводит к усилению биоцидных свойств.
Отметим также, что акрилат- и метакрилатаминогуанидиновые цвиттер-ионные соединения представляют собой перспективный ряд мономеров для получения (со)полимеров с помощью реакций полимеризации, при этом образующиеся полимеры могут сохранять комплекс ценных свойств исходного мономера, являясь удобными носителями биологически активных веществ.
Задача решается синтезом акрилат- и метакрилатаминогуанидинов по методике получения прототипа: 2 M раствор одной из солей неорганических кислот аминогуанидина в абсолютном этаноле обрабатывают эквимольным количеством этилата натрия, при этом высаждается натриевая соль неорганической кислоты. К фильтрату, содержащему раствор аминогуанидина в этиловом спирте, при низких температурах приливают эквимольное количество акриловой или метакриловой кислоты. Полученный продукт реакции высаждают из раствора диэтиловым эфиром.
Полученные акрилат- и метакрилатаминогуанидины перекристаллизовывали из смеси воды и этанола. Выход ≈80-85%. Температура плавления аминогуанидинакрилата - 185°C, аминогуанидинметакрилата - 176°C.
Строение и чистоту полученных солей определяли с помощью элементного анализа (лаборатория микроанализа ИНЭОС РАН); методом ИК-спектроскопии (лаборатория спектрального анализа ИНЭОС РАН) на ИК Фурье-спектрометре ФСМ 1201 с компьютерной системой управления производства АО «СПб Инструментс» Санкт-Петербург). Режим работы прибора: частотная область исследования 400-5000 см-1, разрешение - 4 см-1, число сканов - 10, отношение сигнал/шум >1300. Образцы для ИК-спектроскопии готовили в виде таблеток с КBr.
Результаты элементного анализа:
аминогуанидинметакрилат -
Найдено, %: C=37,26; H=7,71; N=35,08
Вычислено для C5H12N4O2%: C=37,50; H=7,50; N=35,00
Аминогуанидинакрилат:
Найдено, %: C=33,11; H=6,78; N=38,14.
Вычислено для C4H10N4O2%: C=32,88; H=6,85; N=38,36
В ИК-спектре метакрилатаминогуанидина ионизованный координационно связанный карбоксил проявляется в спектре в виде типичной интенсивной полосы поглощения 1555,19 см-1, характерной для делокализованного цвиттер-иона. Аналогичная полоса поглощения наблюдается в ИК-спектре акрилатаминогуанидина (1551,21 см-1), а также в приведенных в литературе ИК-спектрах акрилат- и метакрилатгуанидинов (1560-1520 см-1) [С.Ю.Хаширова и др. Определение строения гуанидинсодержащих мономеров и полимеров методом ИК-спектроскопии - в сборнике «Новые полимерные композиционные материалы» / Материалы II-й Всероссийской научно-практической конференции - Нальчик: КБГУ. - 2005. - с.245]. Эти данные указывают на то, что природа ионного связывания в цвиттер-ионных делокализованных резонансных структурах имеет много общего.
Остальные характеристические полосы поглощения, наблюдаемые в ИК-спектрах акрилат- и метакрилатаминогуанидинов, приведены в таблице 1.
ИК-спектральные данные для аминогуанидинакрилата (АГА) и аминогуанидинметакрилата (АГМ) (в см-1)
| Таблица 1 | ||||
| Аминогуанидиновый фрагмент | ||||
| γ(NH) валент | γ(CN) валент | γ(NH2) деформ | γ(CNH) | |
| АГМ | 3549, 3477, 3415 | 1638 | 1617 | 507, 544 |
| АГА | 3553, 3472 | 1632 | 1623 | 510, 544 |
| Винильный фрагмент | ||||
| γ(CH) валент | γ(CO) валент | γ(-C=) скелет. деформ | γ(CH2=C) | |
| АГМ | 2928, 2971 | 1555 | 1242, 1367, 1420, 1459 | 918, 1002 |
| АГА | 2929, 2971 | 1560 | 1245, 1370, 1420, 1455 | 915, 1005 |
Аминогуанидинакрилат и аминогуанидинметакрилат хорошо растворяются в воде и различных органических растворителях: спиртах, диоксане, толуоле.
Изучение бактерицидных свойств аминогуанидинакрилата и аминогуанидинметакрилата проводили с использованием бактериальных штаммов коллекции микроорганизмов Бактериологической лаборатории ГСЭН КБР.
Для изучения бактерицидной активности синтезированных мономеров в качестве тест-микробов использованы штаммы кишечной палочки E-coli и стафилоккока St.aureus-906 из международной коллекции эталонных штаммов, микробная нагрузка которых составляла 0,1 мл 1 миллиардной суспензии на 1 мл препарата, использованного в определенных концентрациях (двукратные разведения препарата в стерильном растворе дистиллированной воды). Экспозиция препаратов с тест-микробами составляла 1 час при комнатной температуре. Далее проводился высев из каждой опытной пробирки и из контрольной на питательный агар Эндо, разлитый в стерильные чашки Петри. Затем чашки с посевами инкубировали в термостате при 37°C в течение 18 часов и определяли антибактериальную активность изучаемых образцов.
Исследования бактерицидной активности показали, что синтезированные препараты весьма активны и обладают биоцидным действием по отношению как к грамположительным, так и грамотрицательным микроорганизмам. Отметим, что гуанидинметакрилат проявляет активность только по отношению к грамположительным микроорганизмам.
Бактерицидная активность новых акрилат- и метакрилатаминогуанидина по отношению к штаммам E-coli и St. Aureus
| Таблица 2 | ||||
| № пп | Соединение | Е. coli | St. aureus | МПК, вес% ×103 |
| 1 | Гуанидинметакрилат (прототип) | --- | -++ | 9.2 |
| 2 | аминогуанидинакрилат | -++ | -++ | 5.2 |
| 3 | аминогуанидинметакрилат | -++ | +++ | 5.7 |
| Примечания. (+++) - сплошной лизис бактериальной клетки, полностью задерживает рост данного штамма; (-++) - частичный лизис клетки; (---) - неактивен. |
Цвиттер-ионные акрилат- и метакрилатаминогуанидины следующей структурной формулы:
