Цвиттер-ионные акрилат- и метакрилатгуанидины

Цвиттер-ионные акрилат- и метакрилатгуанидины

Реферат

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: