close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY16039

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2012.06.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
C 07C 279/02
A 61L 2/16
(2006.01)
(2006.01)
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОЦИДА
(21) Номер заявки: a 20080643
(22) 2008.05.20
(43) 2009.12.30
(71) Заявитель: Государственное научное учреждение "Институт химии
новых материалов Национальной
академии наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Агабеков Владимир Енокович; Тарасевич Владимир Александрович; Карпинчик Евгений Васильевич (BY)
BY 16039 C1 2012.06.30
BY (11) 16039
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт химии
новых материалов Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(56) RU 2122866 C1, 1998.
RU 2151613 C1, 2000.
SU 1616898 A1, 1990.
RU 2170743 C1, 2001.
WO 99/54291 A1.
(57)
1. Способ получения биоцида сплавлением дигидрохлорида гексаметилендиамина с
гексаметилендиамином и дициандиамидом в молярном соотношении 1:1:1, отличающийся тем, что в качестве дигидрохлорида гексаметилендиамина используют дигидрохлорид
гексаметилендиамина, полученный путем сплавления смеси гексаметилендиамина и хлористого аммония в молярном соотношении 1:2 при подъеме температуры до 110 °С и выдерживании при данной температуре до прекращения выделения аммиака, смесь
гексаметилендиамина и дициандиамида вносят в полученный расплав, доводят температуру до 170-175 °С и выдерживают до прекращения газовыделения.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что полученный продукт дополнительно обрабатывают концентрированным раствором щелочи с выделением основания полигексаметиленгуанидина, которое переводят в солевую форму нейтрализацией соответствующей
кислотой.
Изобретение относится к области химии высокомолекулярных соединений, а именно к
способам синтеза веществ на основе производных гуанидина, обладающих широким спектром биоцидного действия и используемых в качестве действующего компонента в защитных и дезинфицирующих составах против микроорганизмов, грибков, дрожжей в
различных областях: медицине, строительной индустрии, водоподготовке, пищевой и лакокрасочной промышленности, ветеринарии, быту. Препараты на основе водорастворимых солевых форм полимерных соединений гуанидина обладают низкой токсичностью,
удобны в применении, не имеют запаха, не окрашивают и не повреждают обрабатываемые
материалы, легко разрушаются и не накапливаются в организме, что обусловливает широкое их применение и всевозрастающий спрос на них.
Настоящее изобретение относится к технологии получения биоцида в виде гидрохлорида полигексаметиленгуанидина (ПГМГ·ГХ), который может быть использован в качест-
BY 16039 C1 2012.06.30
ве действующего вещества в различных препаративных формах антисептиков и дезинфектантов, а также в качестве исходного компонента для получения иных солевых его форм.
Известен способ [1] получения ПГМГ·ГХ, состоящий из двух стадий. На первой стадии получают промежуточный продукт - гидрохлорид гуанидина (ГГХ) - сплавлением дициандиамида (ДЦДА) с хлоридом аммония (ХА) в молярном соотношении 1:2 при
температуре до 200 °С в течение 3 часов. На второй стадии полученный ГГХ сплавляют с
гексаметилендиамином (ГМДА) в молярном соотношении 1,0:1,15 при температуре не
ниже 180 °С в течение 2,5 часа с последующим ее повышением до 240 °С и выдержкой
реакционной смеси до прекращения выделения аммиака.
Недостатком способа является его двухстадийность. Кроме того, на первой стадии
происходит образование примесей токсичных соединений циануровой кислоты, которые
затем полностью переходят в целевой продукт, существенно снижая его качество.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ [2] (прототип) получения дезинфицирующего средства путем сплавления ДЦДА с
ГМДА и дигидрохлоридом гексаметилендиамина (ГМДА·2ГХ), который получают предварительно взаимодействием ГМДА с 36 %-ной соляной кислотой. При этом компоненты
берут при молярном соотношении ГМДА·2ГХ : ГМДА : ДЦДА 1:1:1.
Способу по прототипу присущи следующие недостатки:
реакция получения ГМДА·2ГХ взаимодействием кристаллического ГМДА и концентрированной HCl протекает с выделением большого количества тепла и сопровождается
выделением газообразного хлористого водорода. По этой причине введение соляной кислоты требует большой осторожности и осуществляется малыми порциями, что осложняет и замедляет процесс в целом;
вместе с соляной кислотой в реакционную массу вносится значительное количество
воды, которую необходимо удалять, поскольку она инициирует образование токсичных
побочных соединений, от которых впоследствии необходимо очищать целевой продукт.
Предложенный способ позволяет исключить указанные недостатки, присущие способу получения биоцида по прототипу. Он отличается тем, что в качестве дигидрохлорида
гексаметилендиамина используют дигидрохлорид гексаметилендиамина, полученный путем сплавления смеси гексаметилендиамина и хлористого аммония в молярном соотношении 1:2 при подъеме температуры до 110 °С и выдерживании при данной температуре
до прекращения выделения аммиака, смесь гексаметилендиамина и дициандиамида вносят в полученный расплав, доводят температуру до 170-175 °С и выдерживают до прекращения газовыделения.
Кроме того, полученный продукт дополнительно обрабатывают концентрированным
раствором щелочи с выделением основания полигексаметиленгуанидина, которое переводят в солевую форму нейтрализацией соответствующей кислотой.
Для этого смесь ГМДА с ХА в молярном соотношении 1:2 нагревают до образования
расплава ГМДА (Тпл. = 42 °С) и при перемешивании доводят температуру до 110 °С, выдерживают при этой температуре до прекращения выделения аммиака, после чего вносят
смесь ГМДА и ДЦДА, взятых в молярном соотношении 1:1, доводят температуру до 170175 °С и выдерживают до прекращения газовыделения.
Сущность предложенного способа состоит в следующем.
ГМДА и ХА способны вступать во взаимодействие по реакции:
H2N−(CH2)6−NH2 + 2NH4Cl→HCl·H2N−(CH2)6−NH2·HCl + 2NH3.
Являясь органическим основанием, ГМДА инициирует распад ХА с присоединением
хлористого водорода, а образующийся аммиак выделяется в газовую фазу и выводится из
зоны реакции. Реакция протекает однозначно, в стехиометрическом соотношении и с количественным выходом. Поскольку ГМДА находится в виде жидкого расплава
(tпл = 42 °С), создаются условия для высокой ее скорости.
2
BY 16039 C1 2012.06.30
После прекращения выделения аммиака, что свидетельствует о завершении реакции
образования ГМДА·2НС1, к нему добавляют смесь ГМДА с ДЦДА в эквимолярном соотношении и осуществляют синтез биоцида аналогично, как описано в прототипе, сплавлением всех трех компонентов с подъемом температуры до конечного значения 170-175 °С и
выдержкой при ней до полного прекращения выделения аммиака.
Образование целевого продукта - гидрохлорида полигексаметиленгуанидина
(ПГМГ·ГХ) - протекает при этом через образование промежуточного соединения - 1,6дигуанидингексана - по реакции:
HCl⋅H2N(CH2)6NH2⋅HCl+NCNHCNH2
H2NCNHCH2NHCNH2
6
NH
NH×HCl
NH×HCl
который сразу же взаимодействует с ГМДА с образованием ПГМГ·ГХ:
H2NCNHCH2NHCNH2+H2N(CH2)6NH2
HNCNHCH2 +2NH3
6
6
NH×HCl
NH×HCl
NH⋅HCl
n
Синтез биоцида проводят при подъеме температуры до 170-175 °С и выдержке реакционной массы при этой температуре до прекращения выделения аммиака, на что требуется 4-6 часов. Для полноты дегазации расплав желательно вакуумировать до остаточного
давления 0,5-0,3 атм.
Предложенный способ позволят избежать образования в ходе проведения реакции
токсичных гуанидингидрохлорида (ГГХ) и примесей амелида и амелина, снижающих качество целевого продукта, что существенно ограничивает сферу практического применения биоцида.
Токсичность, присущая продукту синтеза, можно значительно снизить путем переосаждения полигексаметиленгуанидина из водного раствора его гидрохлорида через основание, а также переводом в другие солевые формы. В последнем случае путем подбора
соответствующего аниона можно придавать необходимые физико-химические свойства
целевому продукту: усилить за счет синергетического эффекта гуанидиновой группировки
и противоиона биоцидное действие соединения; повысить его избирательность; придать
липофильные свойства и совместимость с углеводородными растворителями. Благодаря
этому существенно расширяется сфера практического применения биоцида.
Переосаждение осуществляют обработкой водного раствора ПГМГ·ГХ 30-50 %-ной
концентрации 50 %-ным раствором едкой щелочи (NaOH, КОН) при избыточном ее количестве от стехиометрического на полное связывание хлор-иона в 1,2-1,3 раза. При этом
смесь расслаивается на верхний пастообразный слой основания ПГМГ и нижний - водный
раствор хлористого натрия с избыточным количеством щелочи. Основание отделяют от
маточника и промывают 3 раза 15 %-ным раствором NaCl.
Полученное основание ПГМГ переводят, в зависимости от назначения, в соответствующую солевую форму обработкой по стехиометрии реакции нейтрализации неорганической или органической кислотой. В случае водонерастворимых кислот (например,
стеариновой) основание высушивают, а солевую форму получают сплавлением компонентов.
Переосаждение ПГМГ·ГХ позволяет существенно снизить его токсичность за счет
уменьшения содержания в нем вредных примесей, в частности не вступившего в реакцию
высокотоксичного ГМДА.
3
BY 16039 C1 2012.06.30
Способ иллюстрируется следующими примерами его осуществления.
Пример 1.
В термостойкую круглодонную колбу емкостью 1 л вносят 11,62 г (0,1 моль) ГМДА и
10,70 г (0,2 моль) ХА. Колбу снабжают мешалкой и помещают на масляную баню. Включают электрообогрев и расплавляют ГМДА, после чего включают мешалку. За ходом реакции следят по скорости газообразования, которое регулируют температурой
реакционной массы. По мере его затухания температуру повышают интервалами в 5-8 °С
до достижения 110 °С и выдерживают до прекращения выделения аммиака. После этого в
колбу вносят 8,5 г (0,1 моль) ДЦДА и 11,62 г (0,1 моль) ГМДА. Температуру реакционной
смеси постепенно доводят до 170-175 °С и выдерживают расплав при ней в течение 5-7 часов до прекращения выделения аммиака. Для полного его удаления расплав полимера на
завершающей стадии желательно вакуумировать и выдержать при давлении 300400 мм рт.ст. еще в течение 1 часа. После завершения синтеза колбу отсоединяют от масляной бани, охлаждают ее содержимое до 50-60 °С, вносят 0,05 л подогретой до этой температуры воды и производят его полное растворение. Раствор ПГМГ·ГХ переливают в
делительную воронку на 100 мл и добавляют 10 мл 50 %-го раствора NaOH. Реакционная
смесь разделяется на два слоя: верхний, представляющий собой пастообразную массу основания ПГМГ, и нижний - прозрачный раствор хлористого натрия с избытком щелочи.
Маточник сливают, а основание ПГМГ трижды промывают 15 %-ным раствором хлористого натрия. С маточником и промывными водами удаляются токсичные примеси. Полученное основание переводят в соответствующую соль обработкой неорганической или
органической кислотой, добавляя ее до полного растворения основания. Если кислота водонерастворима, основание ПГМГ сушат при 110-120 °С и затем сплавляют с соответствующей кислотой.
Пример 2.
Синтез биоцида осуществляют на пилотной установке с использованием реактора объемом 80 л из нержавеющей стали с рубашкой для обогрева, снабженного мешалкой якорного типа с приводом от мотор-редуктора, понижающего обороты до 65 об/мин.
Установка снабжена теплогенератором мощностью 18 кВт с автоматическим регулятором
температуры, абсорбционной колонной емкостью 20 л, заполненной кольцами Рашига, и
двумя циркуляционными насосами: шестеренчатым для циркуляции теплоносителя (силиконовое масло) и центробежным для подачи поглотительного раствора (30 % H2SO4) из
сборника в верхнюю часть колонны.
В реактор загружают 11,5 кг ГМДА и 10,7 кг ХА, после чего загрузочное отверстие
герметизируют, включают обогрев и циркуляционный насос для подачи абсорбирующего
раствора в поглотительную колонну. По достижении температуры в реакторе 50 °С и расплавления ГМДА включают мешалку. По скорости выделения аммиака, регистрируемой
ротаметром, установленным между реактором и абсорбционной колонной, следят за ходом реакции. Скорость газовыделения регулируют подъемом температуры до 110 °С с
выдержкой до прекращения образования аммиака, что указывает на завершение реакции
образования ГМДА·2HCl. После этого через загрузочное отверстие вносят 8,5 кг ДЦДА и
11,5 кг ГМДА, а температуру реакционной смеси постепенно доводят до 170-175 °С и выдерживают при ней до прекращения образования аммиака.
Содержимое реактора охлаждают до 60-70 °С, после чего в него вводят 40 л подогретой до 60 °С воды, полностью растворяют полученный ПГМГ·ГХ и сливают его раствор в
сборник емкостью 160 л.
Детоксикацию биоцида проводят путем выделения полигексаметиленгуанидина в виде основания обработкой концентрированным (50 %-ным) раствором щелочи с последующей его промывкой декантацией 15 %-ным раствором NaCl и переводом полученного
основания в соответствующую солевую форму нейтрализацией кислотой.
4
BY 16039 C1 2012.06.30
Пример 3.
К 10,0 г пасты основания ПГМГ, полученного по примеру 1, содержащей 75 % основного вещества, добавляют по каплям при перемешивании концентрированную ортофосфорную кислоту до полного ее растворения доведением pH до 6,0-6,5.
Полученный продукт используют как водный концентрат фосфатной формы биоцида
или высушивают и измельчают.
Выход продукта 85 %.
Пример 4.
ПГМГ-основание, полученное по примеру 2, высушивают при 110-120 °С, измельчают, смешивают в молярном соотношении 1:1 со стеариновой кислотой и смесь сплавляют.
Получают стеарат ПГМГ с количественным выходом.
Пример 5.
К 17,3 г ПГМГ-основания, полученного по примеру 1 и содержащему 75 % основного
вещества, добавляют 28 г олеиновой кислоты и нагревают эту смесь до 80-90 °С до полного обезвоживания.
Получают олеат ПГМГ, не растворимый в воде, но обладающий свойством совмещаться с маслами.
Пример 6.
Полученное по примеру 1 основание ПГМГ в количестве 10 г переводят в гидрохлорид, добавляя к нему по каплям 36 %-ную соляную кислоту до pH 5,0-5,5. Получают очищенный концентрат биоцида с пониженной токсичностью. Его LD50 при внутрижелудочном введении для белых крыс составляет 408 мг/кг против 180 мг/кг для исходного
ПГМГ·ГХ, не подвергнутого переосаждению, что позволяет, согласно ГОСТ 12.1.007-76
"Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности", отнести его к III
классу "Умеренно опасные вещества".
Полученные продукты исследовались на биоцидную активность. В качестве тестсистемы использовались различные виды бактерий и грибов, вызывающих биоповреждения. Метод определения: различные концентрации биоцида вносились в питательный
бульон с концентрацией бактерий Pseudomonas syringae 5-103 кл/мл. Посевы инкубировались 64 часа при 30 °С. Учет результатов проводили визуально по степени мутности суспензий и методом высева на питательный агар из пробирок с минимальной концентрацией
вещества, при которой отсутствует рост. Установлено, что биоцид, полученный по примеру 6, в концентрации 0,04 % проявляет ингибирующую активность, а в концентрации
0,05 % - бактерицидный эффект по отношению к указанным бактериям.
В табл. 1 приводятся результаты ингибирующей активности в отношении Pseudomonas syringae различных форм биоцида, полученного по предложенному способу, в сравнении с российским препаратом "Полисепт".
Таблица 1
Диаметр зон ингибирования антисептиков
Диаметр зон ингибирования при концентра№
Образец
циях, мм
0,18 %
0,10 %
0,06 %
ПГМГ·ГХ, полученный по примеру 1,
1
10
0
0
без переосаждения
ПГМГ·ГХ, полученный по примеру 6, с
2
15
13
9
переосаждением
Дигидрофосфат ПГМГ, полученный по
3
12
12
10
примеру 3
4 Гидрофосфат ПГМГ
11
9
8
5 "Полисепт"
9
8
7
5
BY 16039 C1 2012.06.30
Как видно из данных этой таблицы, образцы 2-4 по ингибирующей активности превышают промышленный "Полисепт" при всех исследованных концентрациях биоцида.
Данные по фунгицидной активности этих образцов в отношении Aspergillus niger и
Penicillium sp. приводятся в табл. 2.
Таблица 2
Фунгицидная активность образцов биоцида.
Диаметр зоны ингибирования роста мицелл грибов, мм
№
Aspergillus niger
Penicillium sp.
образца*
24 ч
48 ч
24 ч
48 ч
1
2,0
0
2,0
0
2
4,0
0
1,0
0
3
3,0
0
1,0
0
4
2,0
0,1
2,0
0,1
5
1,0
0
0
0
* - номера образцов соответствуют указанным в табл. 1.
Диски (d = 6 мм) из фильтровальной бумаги смачивали 10 %-ным раствором биоцида
и наносили на "газоны", засеянные грибами на агаре.
В табл. 3 приводятся результаты изучения активности биоцида, выраженной в величине оптической плотности суспензий E. coli HfrH в питательных бульонах.
Таблица 3
Активность образцов биоцида по отношению к E. coli HfrH
(инкубирование с аэрацией, 37 °С)
№
Оптическая плотность (λ = 670 нм) при различном времени инкубирования
образца*
0
3,5 ч
4,5 ч
21,5 ч
24 ч
контроль
0,052
0,095
0,185
1,600
1,820
1
0,070
0,065
0,070
0,074
0,078
2
0,055
0,056
0,065
0,760
0,805
3
0,065
0,066
0,069
0,380
0,390
4
0,075
0,077
0,079
0,084
0,086
5
0,054
0,070
0,104
1,340
1,510
* - номера образцов соответствуют указанным в табл. 1.
Концентрация биоцида в суспензиях 0,0035 мас. %
Полученные данные свидетельствуют о высокой биоцидной активности синтезированных образцов.
Таким образом, предложенный способ позволяет синтезировать различные формы гуанидинсодержащего биоцида, обладающие низкой токсичностью и высокой активностью,
что существенно расширяет область их практического использования.
Источники информации:
1. SU 1616898 A1, 1990.
2. RU 2122866 C1, 1998.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
6
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
108 Кб
Теги
by16039, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа