ростостимулирующее средство для культивирования сульфатвосстанавливающих бактерий

Формула изобретения

Ростостимулирующее средство для культивирования сульфатвосстанавливающих бактерий, представляющее собой 2-(фурил-2)-1,3-диоксациклопентан.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к созданию новых стимуляторов роста из ряда ацеталей и их гетероаналогов, а именно к соединениям класса фурилзамещенных 1,3-дигетероциклоалканов, которые могут быть использованы в процессе биологической очистки сточных вод с помощью сульфатвосстанавливающих бактерий.

Известно применение циклических ацеталей фурфурола в качестве регуляторов роста растений [Патент РФ № 2141202 Регулятор роста растений "Фэтил", БИ - 1999. - № 32].

Сведений о применении этих соединений в качестве регуляторов роста микроорганизмов в литературе не обнаружено.

Известно использование в качестве стимулятора роста и развития СВБ в количестве 0,05-0,2 мас.% эмульсионной композиции следующего состава (мас.%): некаль 22-30, поливиниловый спирт 18-26, гидрохинон 12-14, вода - остальное [Авт. свид. № 1231812 Способ биохимической очистки сточных вод от ионов металлов, опубл. 27.07.2000 г.].

Известно применение в целях интенсификации процесса сульфатредукции при культивировании СВБ стимулирующей добавки, содержащей смесь двойного нитрата самария с пиридином в количестве 0,0005-0,01 мас.% [Авт. свид. № 152261 Способ обнаружения сульфатвосстанавливающих бактерий в нефтепромысловых средах, опубл. 20.11.1999 г.].

Недостатком данных способов является труднодоступность реагентов, сложность их дозировки и недостаточная ростстимулирующая активность соединений.

Наиболее близкими по структуре стимуляторами роста СВБ (прототипом), применяемыми в концентрациях 0,0025-0,1 мас.%, являются представители класса азотсодержащих гетероаналогов ацеталей (аминалей) N,N,N'N'-тетраалкилметилен(бис)амины общей формулы (1), где R=CH₃, C₂H₅ [Авт. свид. № 764388 Питательная среда для выращивания сульфатвосстанавливающих бактерий, опубл. 20.11.1999 г.]:

Недостатком является недостаточная ростстимулирующая активность соединений.

Изобретение решает техническую задачу интенсификации выработки сульфатвосстанавливающими бактериями (СВБ) биогенного сероводорода, используемого для осаждения тяжелых металлов в процессе биологической очистки сточных вод.

Сущность изобретения заключается в создании ростстимулирующего средства для СВБ, содержащего в качестве активного ингредиента 2-(фурил-2)-1,3-диоксациклопентан:

Получение 2-(фурил-2)-1,3-диоксациклопентана иллюстрируется следующими примерами:

Пример 1. Синтез 2-(фурил-2)-1,3-диоксациклопентана в мягких условиях (при комнатной температуре):

В химический стакан помещают 62 г (1 моль) свежеперегнанного этиленгликоля и приливают при перемешивании 96 г (1 моль) свежеперегнанного азеотропной перегонкой с водой фурфурола. Смесь охлаждают на водяной бане до комнатной температуры, затем приливают 10 см³ 10% раствора серной кислоты. Перемешивание продолжают еще 0,1 0,15 ч. В момент помутнения реакционной смеси, свидетельствующего о прохождении ацетализации, к ней прибавляют 200 см³ воды, после чего происходит расслоение реакционной смеси на водную и органическую фазы. После нейтрализации реакционной смеси ее разделяют с помощью делительной воронки, водный слой экстрагируют эфиром, эфирные вытяжки и органический слой объединяют, сушат над безводным КОП, отгоняют эфир и выделяют 2-(фурил-2)-1,3-диоксациклопентан вакуумной перегонкой с выходом 84%.

Т.кип.°C (мм рт.ст.): 105 (18);

;

;

ИК-спектр ( , см^-1): 3120, 2970, 2860, 1620, 1520, 1475, 1435, 1380, 1245, 1160, 1110, 1030, 960, 930, 890, 870, 805, 750

Пример 2. Синтез 2-(фурил-2)-1,3-диоксациклопентана в жестких условиях (в кипящем бензоле):

В трехгорлую круглодонную колбу, снабженную мешалкой, ловушкой Дина-Старка с обратным холодильником и подводом инертного газа, помещают 62 г (1 моль) свежеперегнанного этиленгликоля 96 г (1 моль) свежеперегнанного фурфурола, и 500 см³ абсолютизированного над натрием бензола. В холодную реакционную смесь добавляют катализатор КУ-2 в кислой форме в количестве 10 мол.% от фурфурола. Реакционную смесь кипятят при перемешивании в течение 2-2,5 ч с азеотропной отгонкой реакционной воды. По окончании реакции, о чем свидетельствует прекращение выделения воды, горячую смесь фильтруют, катализатор промывают небольшим количеством бензола и выделяют 2-(фурил-2)-1,3-диоксациклопентан вакуумной перегонкой с выходом 76%. Физико-химические характеристики 2-(фурил-2)-1,3-диоксациклопептан идентичны характеристикам соединения, полученного выше.

Пример 3. Лабораторные биологические испытания заявленного ростстимулирующего средства.

Эксперимент по изучению влияния органических стимуляторов на эффективность биохимической сульфатредукции и развитие СВБ проводили путем инкубирования микроорганизмов в пенициллиновых флаконах (объем 275 мл) в течение 35 дней. В начале исследований в герметичные стеклянные емкости одинакового объема загружали активный консорциум СВБ, содержащий накопительную культуру СВБ.

Иловая загрузка составляла при этом 1/3 высоты флакона. Идентичную загрузку вносили во все флаконы (было проведено 2 параллельных опыта), заполняли их питательной средой одинакового состава, добавляя стимулятор роста в количествах 0,01-0,1% и прототип в количестве 0,05 мас.%. В качестве контрольной пробы была взята проба без добавления стимулятора роста. Доза стимулятора и прототипа выбиралась на основе литературных данных, по аналогии с другими работами по изучению рострегулирующей активности 1,3-дигетероциклоалканов [Калашникова В.Г., Михайлюченко Н.Г., Кульневич В.Г. Производные 2-фурил-1,3-диоксана - эффективные стимуляторы роста пасленовых культур. - В кн.: Химия и технология ацеталей и их гетероаналогов. - Уфа: 1981. - С.139].

В качестве питательной среды использовалась среда для селективного культивирования СВБ «DSM-63» следующего состава (г/л): глицерин - 1,0, KH₂PO₄ - 0,5, NH₄Cl - 1,0, Na ₂SO₄, - 1,0, CaCl₂·2H₂ O - 0,1, MgSO₄·7H₂O - 2,0, дрожжевой экстракт - 0,1.

В таблице 1 отражена динамика утилизации сульфатов и накопления сероводорода, наблюдаемая в течение эксперимента.

Приведенные в таблице 1 данные показывают, что заявленное соединение в концентрациях 0,01-0,1% проявляет ростстимулирующий эффект при культивировании СВБ, выражающийся в интенсификации процессов утилизации сульфатов и генерации сероводорода. По степени эффективности заявленное ростстимулирующее вещество лучше взятого прототипа.