Способ получения сополимеров солей полигуанидинов и сополимеры солей полигуанидинов

Способ получения сополимеров солей полигуанидинов и сополимеры солей полигуанидинов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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	2,4,8,10тетраоксаспиро[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.