способ получения полигуанидинов

Формула изобретения

1. Способ получения полигуанидинов путем поликонденсации соли гуанидина с диамином при нагревании, отличающийся тем, что поликонденсацию проводят в присутствии органической кислоты или смеси органических кислот и нагревание осуществляют ступенчато в режиме, на первой 120-130°С; на второй 150-160°С; на третьей 170-180°С, и временные выдержки реакционной смеси на каждой ступени нагревания составляют соответственно 0,5-1 ч; 3,5-4 ч; 0,5-1,5 ч.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что как диамин используют алкилендиамин или оксиалкилендиамин общей формулы (I):



где R₁ представляет собой С₂ -С₁₀алкил, -(CH₂)_p-O-(CH ₂)_q-O-(CH)_r-, -(СН₂) _р-O-(CH₂)_q-O-(CH)_r-O-(CH) _s- при р, q, r, s от 2 до 6, или их смесь.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что как диамин используют гексаметилендиамин, октаметилендиамин, диоксадодекан-1,12-диамин, триоксатридекан-1,13-диамин, 3,6-димио-1,8-диаминооктан.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что соль гуанидина выбирают из ряда, включающего хлорид гуанидина, сульфат гуанидина, карбонат гуанидина или нитрат гуанидина.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что органическую кислоту выбирают из ряда:

монокарбоновые кислоты общей формулы (II):



где R₁ представляет собой -C₉ -С₁₈алкил, -С₉-С-₁₈алкенил, -С₆Н₅, -C₅H₄N,

-С₅Н₄СН₃, -C₅ H₄NH₂, -C₅H₄OH, -C ₅H₄OCOCH₂,

дикарбоновые кислоты общей формулы (III):



где R₂ представляет собой -(СН ₂)_n, n=0-8, -C_nH_2n-1NH ₂, n=1-4,

-(СНОН)_n, n=1-4, -(C_n H_2n-2), n=2-6, -С₆Н₅,

трикарбоновые кислоты общей формулы (IV):



где R₃ представляет собой -C_n H_2n-1-m(OH)_m, n=3-5, m=0-1.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что как монокарбоновую кислоту используют декановую, метандекановую, этандекановую, пропандекановую, бутандекановую, пентандекановую, гександекановую, гептандекановую, октандекановую, нонандекановую, декеновую, метандекеновую, этандекеновую, пропандекеновую, бутандекеновую, пентандекеновую, гександекеновую, гептандекеновую, октандекеновую, нонандекеновую, бензойную, (о-, м-, п-) толуоловую, (о-, м-, п-) аминобензойную, (о-, м-, п-) оксибензойную (о-, м-, п-) ацетилоксибензойную, пиридинкарбоновую кислоту или их смесь.

7. Способ по п.5, отличающийся тем, что как дикарбоновую кислоту используют этандикислоту, пропандикислоту, бутандикислоту, пентандикислоту, гександикислоту, гептандикислоту, октандикислоту, нонандикислоту, декандикислоту, -аминопропандикислоту, -аминобутандикислоту, -аминопентандикислоту, -аминогександикислоту, -аминопропандикислоту, -аминобутандикислоту, -аминопентандикислоту, -аминогександикислоту, , -диоксибутандикислоту, , , -триоксипентандикислоту, , , , -тетраоксигександикислоту, бутендикислоту, пентендикислоту, гексендикислоту, гептендикислоту, октендикислоту, 1,2-бензолдикарбоновую, 1,3-бензолдикарбоновую, 1,4-бензолдикарбоновую кислоты или их смесь.

8. Способ по п.5, отличающийся тем, что как трикарбоновую кислоту используют 2-окси-1,2,3-пропантрикарбоновую, 3-окси-1,3,5-пентантрикарбоновую кислоту или их смесь.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что соотношение соли гуанидина и диамина составляет 1:1.

10. Способ по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что органическую кислоту или смесь органических кислот вводят в количестве 0,01-16 мас.%, преимущественно 0,05-1,0 мас.% от реакционной смеси.

11. Способ по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что органическую кислоту или смесь органических кислот вводят в реакционную смесь перед поликонденсацией и/или на первой ступени нагревания.

Описание изобретения к патенту

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к полимерной органической химии, а именно к синтезу полигуанидинов, и может быть использовано в медицине, ветеринарии и косметологии, а также при очистке питьевых и сточных вод.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Проблема борьбы с микроорганизмами, вызывающими инфекционные заболевания у людей и животных, биодеструкцию материалов и биообростание оборудования, работающего в воде, является актуальной, несмотря на значительный выбор биоцидных препаратов.

Большинство дезинфицирующих средств содержат токсичные вещества или создают токсичные продукты деструкции. Токсичность и агрессивность традиционных хлорсодержащих препаратов, альдегидных и фенольных препаратов представляет риск для здоровья людей и окружающей среды и является причиной необходимости разработки новых экологически безопасных и малотоксичных средств.

В последнее время значительное внимание уделяется дезинфицирующим средствам на основе полигуанидинов, которые имеют высокие биоцидные особенности, низкую токсичность и являются стабильными соединениями.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известный способ получения полигуанидинов путем поликонденсации соли гуанидина с аминами, взятыми в эквимольных соотношениях, при нагревании с получением полигуанидина, очистки полигуанидина на стадии поликонденсации повторным осаждением или обменом анионов с использованием операции расслоения, сушки и охлаждения (RU, патент № 2172748 С2, кл. C08G 73/00, A61L 2/16, публ. 27.08.2001) [1]. Охлаждение осуществляют разделением расплава полигуанидина на дискретные струи в потоке воздуха и последующим гранулированием. При конденсации как амин используют диамины или их смеси с диаминоэфирами или высшими аминами, и нагревание проводят в таком режиме:

последовательное нагревание до 120°С, выдержка при этой температуре на протяжении 3-х часов, повышение и выдержка при температуре 150°С на протяжении 5-и часов, повышение и выдержка при температуре 180°С на протяжении одного часа.

Известный способ получения полигуанидинов является нетехнологичным, требует стадию очистки полигуанидина, которую осуществляют путем повторного осаждения, что приводит к образованию большого количества сточных вод. Биоцидная активность полученного полигуанидина недостаточно высокая.

Известный способ получения полигуанидинов, включающий взаимодействие гексаметилендиамина и расплава гуанидингидрохлорида при нагревании (SU, 1616898, С07С 279/00, A61L 2/16, публ. 30.12.1990) [2]. При этом в расплав гуанидингидрохлорида с температурой 180°С последовательно при перемешивании вводят расплав гексаметилендиамина с температурой около 50°С, соотношение гексаметилендиамина и гуанидингидрохлорида составляет 1:(0,85-0,95) соответственно. Добавление гексаметилендиамина проводят на протяжении 2,5 часов при поддержке температуры 180°С. Потом температуру повышают до 240°С и поддерживают ее на протяжении 5 часов.

Предложенный способ достаточно энергоемкий, а полигуанидин, полученный по этому способу, содержит значительное количество исходных мономеров, что делает его более токсичным и непригодным для использования в водоподготовке питьевой воды, в медицине и фармацевтике.

Наиболее близким является способ получения дезинфецирующего средства путем поликонденсации соли гуанидина с диамином при нагревании с получением сырой соли (RU, патент № 2052453 С1, кл. С07С 279/02, публ. 20.01.1996) [3]. Как диамин используют гексаметилендиамин, а нагревание при поликонденсации осуществляют в таком режиме: к расплаву соли гуанидина с температурой около 180-200°С быстро добавляют гексаметилендиамин, конденсационную смесь выдерживают при температуре 180-200°С и перемешивают до завершения выделения аммиака (10-15 часов). К сырой соли полигексаметилендиамина, полученной таким образом, добавляют воду с получением 10-40%-ной концентрации, потом вводят эквимолярное количество кислоты или ее соли, или, при необходимости, к полученному водному раствору 10-40%-ной концентрации добавляют 1,0-1,2 моля щелочи, отделяют труднорастворимую основу полигексаметилендиамина, промывают его 1-3 раза водой в количестве, равном или меньшем количеству полигексаметилендиамина при температуре 20-80°С, и после отделения воды вводят эквимолярное количество кислоты или ее соли. Как кислоту используют неорганическую кислоту или растворимую в воде органическую кислоту.

Недостатком известного способа является невысокая биологическая активность полученного полигуанидина, что обуславливается наличием остатков неорганических компонентов и непрореагировавшего исходного мономера, а также образование частично сшитого продукта. В результате поликонденсации получают сырую соль, которую подвергают обработке и очистке, что приводит как к усложнению технологического процесса, так и к образованию сточных вод.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей изобретения является усовершенствование способа получения полигуанидинов, в котором за счет проведения реакции поликонденсации гуанидинов с диаминами в присутствии определенного вещества при определенном температурном режиме более полно и за более короткое время получают полигуанидины с повышенной биологическою активностью. Полученный полимерный продукт является высокомолекулярным полигуанидином, нетоксичным, с незначительным количеством остаточных мономеров. Способ является технологичным, позволяет за один этап получить конечный продукт без образования сточных вод. Особенности полученного полигуанидина являются стабильными и позволяют эффективно использовать его для очищения питьевых и сточных вод, для приготовления дезинфицирующих, антисептических и косметических средств.

Поставленная задача решается предложенным способом получения полигуанидина путем поликонденсации соли гуанидина с диамином при нагревании, при котором поликонденсацию проводят в присутствии органической кислоты или смеси органических кислот, и нагревание осуществляют ступенчато в режиме, который включает последовательное повышение температуры до 120-130°С и выдержку при этой температуре на протяжении 0.5-1,0 часа, повышение температуры до 150-160°С и выдержку при этой температуре на протяжении 3,5-4,0 часов, повышение температуры до 170-180°С и выдержку при этой температуре на протяжении 1,0-1,5 часов. При этом как диамин используют алкилендиамин или оксиалкилендиамин общей формулы (I):

где R₁ представляет собой С ₂-С₁₀ алкил, -(CH₂)_p-O-(CH ₂)_q-O-(CH)_-, -(CH₂) _p-O-(CH₂)_q-O-(CH)_r-O-(CH) _s- при р, q, r, s от 2 до 6. В частности, как диамин используют гексаметилендиамин, октаметилендиамин, диоксадодекан-1,12-диамин, триоксатридекан-1,13-диамин, 3,6-диамино-1,8-диаминооктан.

Соль гуанидина выбирают из ряда, включающего хлорид гуанидина, сульфат гуанидина, карбонат гуанидина или нитрат гуанидина.

В предложенном способе органическую кислоту, в присутствии которой проводят реакцию поликонденсации, или смеси кислот выбирают из ряда:

монокарбоновые кислоты общей формулы:

,

где R₁ представляет собой -С ₉-С₁₈алкил, -С₉-С-₁₈алкенил, -С₆Н₅, -C₅H₄N, -С ₅Н₄СН₃, -C₅H₄ NH₂, -С₅Н₄ОН, -C₅ H₄OCOCH₂,

дикарбоновые кислоты общей формулы:

,

где R₂ представляет собой -(СН ₂)_n, n=0-8, -C_nH_2n-1NH ₂, n=1-4, -(CHOH)_n, n=1-4, -(C_nH _2n-2), n=2-6, -С₆Н₅,

трикарбоновые кислоты общей формулы:

,

где R₃ представляет собой -C _nH_2n-1-m(OH)_m, n=3-5, m=0-1.

Как органические кислоты используют:

насыщенные монокарбоновые кислоты жирного ряда, такие как декановая, метан-, этан-, пропан-, бутан-, пентан-, гексан-, гептан-, октан-, нонандекановая;

ненасыщенные монокарбоновые кислоты жирного ряда, такие как декеновая, метан-, этан-, пропан-, бутан-, пентан-, гексан-, гептан-, октан-, нонандекеновая;

монокарбоновые кислоты ароматического ряда, такие как бензойная, (о-, м-, п-) толуоловая, (о-, м-, п-) аминобензойная, (о-, м-, п-) оксибензойная, (о-, м-, п-) ацетилоксибензойная, пиридинкарбоновая;

насыщенные дикарбоновые кислоты жирного ряда, такие как этан-, пропан-, бутан-, пентан-, гексан-, гептан-, октан-, нонан-, декан-, -аминопропан-, -аминобутан-, -аминопентан-, -аминогександикислоты;

оксидикарбоновые кислоты, такие как оксипропан-, , -диоксибутан-, , , -триоксипентан-, , , , -тетраоксигександикислота;

ненасыщенные дикарбоновые кислоты, такие как бутен-, пентен-, гексен-, гептен-, октендикислоты;

дикарбоновые кислоты ароматического ряда, такие как 1,2-бензолдикарбоновая, 1,3-бензолдикарбоновая, 1,4-бензолдикарбоновая кислота;

трикарбоновые оксикислоты, такие как 2-гидрокси-1,2,3-пропантрикарбоновая, 3-гидрокси-1,3,5-пентантрикарбоновая кислоты.

В предложенном способе органическую кислоту или смесь органических кислот вводят перед поликонденсацией и/или на первой ступени нагревания в количестве 0,01-16% мас., лучше, в количестве 0,05-1,0% мас. от массы реакционной смеси.

Во время исследований неожиданно для нас было установлено, что проведение реакции поликонденсации соли гуанидина с диамином в присутствии некоторых органических кислот при определенном температурном режиме позволяет повысить биологическую активность полученного полигуанидина за счет каталитически более полного и динамичного процесса поликонденсации полигуанидина. Конечный продукт поликонденсации является смесью полимергомологов, близкими с молекулярной массой, практически не содержит исходных веществ, не требует дальнейшей очистки.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ реализуется следующим образом.

Соль гуанидина и диамин в молярном соотношении (0,75-1):1 вносят в емкость, которая содержит мешалку, термометр и обратный холодильник. К смеси добавляют органическую кислоту или смесь органических кислот в количестве 0,01-16% мас. от массы реакционной смеси, лучше, в количестве 0,05-1,0% мас., и осуществляют ступенчатое нагревание: сначала постепенно повышают температуру до 120-130°С, выдерживают при температуре 120-130°С на протяжении одного часа, потом повышают температуру до 150-160°С и выдерживают при данной температуре на протяжении 3,5-4 часов и, наконец, повышают температуру до 170-180°С и выдерживают при данной температуре на протяжении 1-1,5 часов. Органическую кислоту или смесь органических кислот добавляют перед нагреванием и/или на первой ступени нагревания, т.е. при повышении или при выдержке реакционной смеси при температуре 120-130°С.

Подходящими диаминами являются алкилендиамины или оксиалкилендиамины общей формулы (I): NH₂-R₁ -NH₂, где R₁ представляет собой С₂ -С₁₀алкил, -(CH₂)_p-O-(CH ₂)_q-O-(CH)_-, -(CH₂) _p-O-(CH₂)_q-O-(CH)_r-O-(CH) _s- при р, q, r, s от 2 до 6, или их смесь. Например, используют гексаметилендиамин, октаметилендиамин, диоксадодекан-1,12-диамин, триоксатридекан-1,13-диамин, 3,6-диамино-1,8-диаминооктан. Подходящими солями гуанидина является хлорид, сульфат, карбонат или нитрат гуанидина.

Как органическую кислоту используют:

монокарбоновые кислоты общей формулы R₁ -COOH, где R₁ представляет собой -С₉-С ₁₈алкил, -С₉-С₁₈алкенил, -С₆ Н₅, -C₅H₄N, -С₅Н ₄СН₃, -C₅H₄NH₂ , -C₅H₄OH, -C₅H₄OCOCH ₂, в частности: декановую, метандекановую, этандекановую, пропандекановую, бутандекановую, пентандекановую, гександекановую, гептандекановую, октандекановую, нонандекановую, декеновую, метандекеновую, этандекеновую, пропандекеновую, бутандекеновую, пентандекеновую, гександекеновую, гептандекеновую, октандекеновую, нонандекеновую, бензойную, (о-, м-, п-)толуоловую, (о-, м-, п-)аминобензойную, (о-, м-, п-)оксибензойную, (о-, м-, п-) ацетилоксибензойную, пиридинкарбоновую кислоту или их смесь;

дикарбоновые кислоты общей формулы HOOC-R₂-COOH, где R₂ представляет собой -(СН₂)n, n=0-8, -C_n H_2n-1NH₂, n=1-4, -(СНОН)_n, n=1-4, -(C_nH_2n-2), n=2-6, -С₆Н ₅, в частности: этандикислоту, пропандикислоту, бутандикислоту, пентандикислоту, гександикислоту, гептандикислоту, октандикислоту, нонандикислоту, декандикислоту, -аминопропандикислоту, -аминобутандикислоту, -аминопентандикислоту, -аминогександикислоту, -аминопропандикислоту, -аминобутандикислоту, -аминопентандикислоту, -аминогександикислоту, , -диоксибутандикислоту, , , -триоксипентандикислоту, , , , -тетраоксигександикислоту, бутендикислоту, пентендикислоту, гексендикислоту, гептендикислоту, октендикислоту, 1,2-бензолдикарбоновую, 1,3-бензолдикарбоновую, 1,4-бензолдикарбоновую кислоты или их смесь;

трикарбоновые кислоты общей формулы R ₃(СООН)₃, где R₃ представляет собой -C_nH_2n-1-m(OH)_m, n=3-5, m=0-1, в частности: 2-окси-1,2,3-пропантрикарбоновую, 3-окси-1,3,5-пентантрикарбоновую кислоту или их смесь.

ПРИМЕРЫ

Ниже приведены примеры, поясняющие, но не ограничивающие изобретение.

Гуанидингидрохлорид и гексаметилендиамин с молярным соотношением 1:1 вносят в колбу с тремя горловинами, содержащую мешалку, термометр и обратный холодильник. К смеси добавляют лимонную кислоту (2-окси-1,2,3-пропантрикарбоновая кислота) в количестве 0,23% мас. от массы реакционной смеси (Таблица 1, пример 1). Нагревание осуществляют на масляной бане:

постепенно повышают температуру до 125°С, выдерживают при температуре 125°С на протяжении 1 часа, потом повышают температуру до 160°С и выдерживают на протяжении 3,5 часов, повышают температуру до 180°С и выдерживают при температуре 180°С на протяжении 1,5 часов.

В результате получают полимерный продукт в виде прозрачной стеклоподобной массы желто-зеленого цвета, являющийся высокомолекулярным полигуанидином, вязкость которого 0,14 дл/г, концентрация остаточного мономера составляет 0,19% мас. Общее время синтеза составляет 6 часов.

Биологическую активность полученного полигуанидина оценивали методом серийных разбавлений по тест-культурам Staf. Aureus и Candida Albicans. Результаты исследований особенностей полученного полигуанидина приведены в Таблице 2 (пример № 1).

Аналогично были осуществлены остальные примеры исполнения способа получения полигуанидинов. Информация об исходных компонентах и условиях проведения поликонденсации приведена в Таблице 1, а результаты исследований особенностей полученных полигуанидинов приведены в Таблице 2.

В приведенных ниже таблицах использованы следующие сокращения: ГГХ - Гуанидингидрохлорид, СХ - Гуанидингидрохлорид, ГМД - гексаметилендиамин, ОМД - октаметилендиамин, ДДД - диоксадодекан-1,12-диамин, ТОДД - 4,7,10-триокситридекан-1,13-диамин, Тн - температура нагревания, tв - время выдержки при определенной температуре, t_{синтеза} - общее время синтеза, К_ост - концентрация остаточного мономера, МИК - минимальная ингибирующая концентрация, МБК - минимальная бактерицидная концентрация.

Таблица 1
№ прим.	Реакционная смесь	Органическая кислота	Нагревание при поликонденсации
соль гуанидина (Г)	диамин (Д)	Соотношение Г:Д	название	% мас.	1-я ступень	2-я ступень	3-я ступень
Тн °С	tв час	Тн °С	tв час	Тн °С	tв час
Предложенный
1	ГГХ	ГМД	1:1	лимонная	0,23	120-130	1	150-160	3,5	180	1,5
2	ГГХ	ОМД	1:1	салициловая	0,21	120-130	1	150-160	3,5	180	1,5
3	ГГХ	ДДД	1:1	пальминовая	0,27	120-130	1	150-160	4	180	1,5
4	СХ	ГМД, ТОДД	1:0,75:0,25	олеиновая	0,19	120-130	1	150-160	4	180	1
5	ГГХ	ГМД	1:1	щавелевая	0,1	120-130	1	150-160	3,5	180	1
6	ГГХ	ГМД	1:1	аспаргиновая	0,5	120-130	1	150-160	3,5	180	1
7	ГГХ	ГМД	1:1	винная	0,34	120-130	1	150-160	3,5	180	1,5
8	ГГХ	ГМД	1:1	малеиновая	0,9	120-130	1	150-160	3,5	180	1,5
9	ГГХ	ГМД	1:1	изофталевая	0,7	120-130	1	150-160	3,5	180	1,5
10	ГГХ	ГМД	1:1	лимонная	0,01	125	1	155	3,5	170-180	1,5
11	ГГХ	ГМД	1:1	лимонная	0,05	125	1	155	3,5	170-180	1,5
12	ГГХ	ГМД	1:1	лимонная, малеиновая	1,0	125	1	155	3,5	170-180	1,5
13	ГГХ	ГМД	1:1	лимонная	11,33	125	1	155	3,5	170-180	1,5
14	ГГХ	ГМД	1:1	лимонная	16	125	1	155	3,5	170-180	1,5
Известный
	ГГХ	ГМД	1:1	-	-	180	3	240	5	-	-

Таблица 2
Пример	Общее время синтеза, час	Концентрация остаточного мономера, % мас.	Вязкость, дл/г	Биологическая активность, тест-культура
Staf. Aureus	Candida Albicans
МИК*, мг/л ×10-2	МБК**, мг/л ×10-2	МИК, мг/л ×10-2	МБК, мг/л ×10-2
Пример 1	6	0,19	0,14	0,19	0,38	0,38	0,38
Пример 2	6	0,07	0,12	0,38	3,12	0,095	0,38
Пример З	6,5	0,26	0,13	1,55	1,55	0,19	0,19
Пример 4	6	0,3	0,09	0,77	3,12	0,19	0,19
Пример 5	5,5	0,16	0,08	1,55	0,38	0,095	0,19
Пример 6	5,5	0,26	0,11	0,19	1,55	0,77	1,55
Пример 7	6	0,17	0,09	3,12	1,55	0,19	0,38
Пример 8	6	0,24	0,1	0,048	0,095	0,095	0,19
Пример 9	6	0,21	0,07	0,38	0,38	0,19	0,38
Пример 10	6	0,15	0,09	0,38	0,77	0,38	0,38
Пример 11	6	0,11	0,11	0,38	0,38	0,095	0,19
Пример 12	6	0,05	0,15	0,38	0,38	0,095	0,19
Пример 13	6	0,3	0,08	0,38	0,38	0,19	0,38

Пример	Общее время синтеза, час	Концентрация остаточного мономера, % мас.	Вязкость, дл/г	Биологическая активность, тест-культура
Staf. Aureus	Candida Albicans
МИК*, мг/л ×10-2	МБК**, мг/л ×10-2	МИК, мг/л ×10-2	МБК, мг/л ×10-2
Пример 14	6	0,06	0,09	0,048	0,095	0,095	0,77
Известный	8	3,0	0,07	3,12	6,24	1,55	3,12

Все полученные полигуанидины являются высокомолекулярными соединениями, имеют вид прозрачной стеклоподобной массы без цвета или светлого желто-зеленого цвета с вязкостью в пределах 0,07-0,15 дл/г, с концентрацией остаточного мономера в пределах 0,05-0,3% мас. и характеризуются более высокой биологической активностью и повышенной вязкостью (Таблица 2). Общее время синтеза не превышает 6,5 часов.

Особенности полученных полигуанидинов позволяют применять их для очистки питьевых и сточных вод, для получения эффективных нетоксичных дезинфицирующих, антисептических и косметических средств.