способ получения композиции для приготовления антисептических составов

Формула изобретения

Способ получения композиции для приготовления антисептических составов, включающий сушку, термообработку природного органического сырья при 100-450°С, конденсацию, улавливание и фракционирование жидких органических продуктов, отличающийся тем, что в качестве сырья используют сапропель с содержанием органического вещества 40-98 мас.%, высушенный до остаточной влажности 5-70 мас.%, а термообработку ведут до отбора фракции с температурой выкипания 140-260°С, содержащей 4-12 мас.%, азотсодержащих органических веществ.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области медицины, ветеринарии, фармацевтической промышленности и может найти применение для приготовления антисептических составов, используемых в медицине и ветеринарии для дезинфекции кожных покровов и лечения ран и гнойных процессов в организме человека, крупнорогатого скота и других животных; для предохранения от разрушения микроорганизмами и консервации различных материалов, например древесины, кожи и др.

Известны антисептические вещества неорганического происхождения, содержащие хлор, йод, фтор и их соединения, соли и оксиды тяжелых металлов (ртуть, серебро, медь, хром, цинк, мышьяк и др.). Такие вещества являются весьма эффективными антисептиками, однако из-за высокой токсичности их применение ограничено [Краткая химическая энциклопедия. - М., - 1961, - т.1, - с.255].

Известны антисептические и антибактериальные вещества органического происхождения, в т.ч. азотсодержащие вещества, представляющие огромное практическое значение. Например, такие вещества как сульфаниламиды (стрептоцид, альбуцид, сульфодимезин, сульфодиметоксин, пантоцид и др.) обладают высокой антисептической эффективностью против стрептококковых, пневмококковых, стафилококковых, гонококковых, менингококковых и др. микроорганизмов, некоторых вирусов. Другие азотсодержащие вещества, например риванол (гетероциклические соединения азота), красители (бриллиантовый зеленый, метиленовый голубой), также широко используются как антисептические вещества в медицинской и ветеринарной практике [A.M.Ким. Органическая химия. - Сибирское университетское издательстве. - Новосибирск. - 2001. - с.690-691].

Известны антисептические вещества органического и смешанного происхождения. Например, широко используются для дезинфекции хлорамин Б (бензолсульфохлорамид), ряд альдегидов (формальдегид), гидроксибензолы и их производные (в т.ч. фенол, крезолы), а также композиции (составы), получаемые из продуктов переработки природного органического сырья. К ним могут быть отнесены первичные смолы (дегти) термической (до 500-550°С) переработки каменных и бурых углей, сланцев, древесины или их производные, содержащие серу, хлор [Химическая энциклопедия. - М., - 1990, - т.2, - с.180-182].

Известен способ получения композиции, применяемой для получения антисептических составов - дегтя (смолы) первичного каменноугольного. Деготь каменноугольный получают путем термической обработки (перегонки) при температуре 100-600°С каменных и бурых углей, последующей конденсацией, улавливанием и фракционированием жидких органических продуктов до получения фракции с температурой выкипания 100-400°С. Химический состав дегтя каменноугольного зависит от вида исходного сырья и условий его переработки. В состав дегтя входят органические вещества различных классов. Каменноугольные дегти имеют следующий усредненный состав, мас.%:

Фенолы - 10-35

Органические кислоты - до 0,15

Органические основания - до 2,5

Нейтральные вещества - до 65

Парафины - 4-19

В состав нейтральных веществ входят предельные, непредельные и ароматические углеводороды, альдегиды, кетоны, спирты, нейтральные азотистые соединения.

Каменноугольный деготь имеет следующий усредненный фракционный состав, мас.%:

До 170°С - 5-6

170-230°С - 6-7

230-300°С - 17-18

300-360°С - 38

свыше 360°С - 32

Основными компонентами каменноугольного дегтя, обладающими антисептическими свойствами, являются фенолы, слабые органические кислоты и основания. Основным антисептическим веществом, входящим в состав каменноугольного дегтя является фенолы (до 35 мас.%). В дегте очень мало (бурые угли) и практически отсутствуют (каменный уголь) органические кислоты, органические основания содержат малую долю азотсодержащих соединений. В качестве антисептика каменноугольные дегти используются, главным образом, для консервации древесины [Краткая химическая энциклопедия. - М., - 1961, - т.1, - с.1039-1042].

Основным недостатком известного способа получения является, что получаемый деготь имеет низкое содержание фракции, выкипающей при температуре 140-260°С (до 7,0 мас.%), высокое содержание высококипящих (>300°С) фракций, включающих, главным образом, полициклические ароматические углеводороды, являющиеся, в большинстве своем, канцерогенами. Другим недостатком способа является то, что в образующемся дегте мала доля азотсодержащих веществ (не более 2,5 мас.%), что определяется высокой степенью углефикации каменноугольного сырья и составом углеобразующего предшественника.

Известен способ получения композиции, применяемой для получения антисептических составов - дегтя (смолы) первичного сланцевого. Деготь сланцевый получают путем термической обработки (перегонки) при температуре 100-600°С горючих сланцев, последующей конденсацией, улавливанием и фракционированием жидких органических продуктов до получения фракции с температурой выкипания 100-400°С. Химический состав дегтя сланцевого определяется условиями термической переработки и неодинаков для сланцев различных месторождений. В состав дегтя входят органические вещества различных классов. Сланцевый деготь имеет следующий усредненный фракционный состав, мас.%:

Фенолы - 2-20

Органические кислоты - до 1,0

Органические основания - 0,2-0,5

Нейтральные вещества - до 65

Парафины - отсутствуют.

Сланцевый деготь имеет следующий усредненный фракционный состав, мас.%:

До 180°С - 14

180-200°С - 17

200-250°С - 25

250-300°С - 33

свыше 300°С - 11

В целом сланцевые смолы богаты сернистыми соединениями (до 7-9 мас.%), в том числе органическими сернистыми соединениями (тиофенол, бензотиофенол и др.), переработка таких смол, а также дополнительное их сульфирование, позволяют получать высокоэффективную антисептическую композицию - ихтиол, включающую смесь солей сульфокислот сланцевой смолы (дегтя) с не просульфированными фракциями сланцевой смолы. Основными компонентами ихтиола, обладающими атисептическим действием, являются соединения серы. Кроме того, антисептическим действием обладают фенолы сланцевого дегтя (3-20 мас.%). Ихтиол применяют как наружное средство при кожных заболеваниях и ожогах (например, компонент мази Вишневского), а также в качестве антисептиков [Справочник сланцепереработчика. - Справ. изд. П/p. М.Г.Рудина, Н.Д.Серебрякова. - Л.: Химия, 1988].

Основным недостатком известного способа получения композиции являются то, что получаемый сланцевый деготь имеет низкую долю органических оснований, в т.ч. азотсодержащих веществ (до 0,2-0,5 мас.%), а фракция 140-260°С кроме включает, главным образом, фенолы и сернистые органические соединения.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ получения композиции, применяемой для получения антисептических составов - дегтя березового (древесного), который выбран в качестве прототипа.

Деготь березовый (древесный) получают путем термической обработки (сухой перегонки) при температуре 100-450°С древесины или коры, преимущественно, березы, последующей конденсацией, улавливанием и фракционированием жидких органических продуктов до получения фракции с температурой выкипания 100-400°С. Химический состав дегтя сланцевого определяется условиями термической переработки. В состав дегтя входят органические вещества различных классов. Березовый деготь имеет следующий усредненный фракционный состав, мас.%:

Фенолы - 10-19

Органические кислоты - до 30

Органические основания - нет

Нейтральные вещества - до 40-60

Парафины - отсутствуют.

Усредненный фракционный состав березовых дегтей, мас.%:

До 180°С - 12

180-200°С - 2

200-240°С - 16

240-260°С - 17

260-280°С - 14

свыше 280°С - 39

Основными компонентами, обладающими антисептическими свойствами являются фенолы (фенол, крезолы, гваякол и др.) и органические кислоты. В древесном дегте отсутствуют органические основания, в т.ч. азотистые. Березовый деготь широко применяется для приготовления препаратов, используемых для лечения кожных заболеваний, в косметологии, а также в качестве компонентов антисептических составов [И.П.Уваров, Л.В.Гордон. Древесные смолы (синтетические продукты на основе лесохимических фенолов. - М.: Гослесбумиздат, - с.41; www.scorpion45.narod.ru/degot/med.html; Н.Дынников. Чудо-целитель береза. - М., - 1996; Я.И.Яковлев, М.И.Колпаков. Фармокология с рецептурой. - М., - 1972].

Основным недостатком известного способа является то, что в получаемом дегте отсутствуют азотсодержащие органические вещества, в т.ч. основания, а фракция 140-260 включает, главным образом нейтральные вещества фенолы и органические кислоты. Другим недостатком известного способа получения является то, что в зависимости от условий термообработки березовый деготь может иметь достаточно высокое содержание (до 320 мкг/г) канцерогена бенз(а)пирена [Г.С.Серковская. О канцерогенности древесных дегтей//Химия и технология теплив и масел. - 2000, - № 1, - с.47-48].

Задачей изобретения является разработка способа получения композиции для приготовления антисептических составов.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения композиции для приготовления антисептических составов, включающем сушку, термообработку природного органического сырья при 100-450°С, конденсацию, улавливание и фракционирование жидких органических продуктов, в качестве сырья используют сапропель с содержанием органического вещества 40-98 мас.%, высушенный до остаточной влажности 5-70 мас.%, а термообработку ведут до отбора фракции с температурой выкипания 140-260°С, содержащей 4-12 мас.% азотсодержащих органических веществ.

Использование сапропеля с содержанием органического вещества менее 40 мас.% не позволит получить композицию с заявленными характеристиками и фракционным составом. Кроме того, выход композиции из органического вещества при термической обработке такого сапропеля достаточно низка (менее 5-7 мас.%), что оказывается технически и экономически нецелесообразным. Использование сапропелей с содержанием органического вещества более 98 мас.% ограничено дефицитностью и малым объемом запасов сапропеля в месторождениях.

Содержание в композиции 4-12 мас.% азотсодержащих органических веществ обеспечит композиции высокие антисептические свойства. Верхнее значение (12%) азотсодержащих веществ определяется содержанием азота в исходном сапропеле, нижнее содержание (4 мас.%) определяется антисептической эффективностью композиции, который значительно снижается при содержании азотсодержащих веществ в композиции ниже 4 мас.%.

Использование сапропеля с остаточной влажностью выше 70 мас.% приводит к значительному повышению содержания воды в жидких продуктах термической переработки, что в конечном итоге приводит к снижению эффективности способа и увеличению удельных энергозатрат на фракционирование жидких продуктов переработки.

Использование сапропеля с содержанием влаги менее 5 мас.% также сопряжено с повышенными энергозатратами на удаление влаги, которая при такой влажности является связанной в коллоидные структуры сапропеля и требует для удаления специальных приемов. Кроме того, экспериментально установлено, что термическая перегонка сапропелей с содержанием влаги менее 5 мас.% приводит к уменьшению выхода целевой фракции жидких органических продуктов и увеличению выхода твердых конденсированных продуктов, вероятно это обусловлено эффектом паровой отгонки органических веществ сапропелей. При термической перегонке сапропеля оптимальной являет влажность 5-70 мас.% При этой влажности обеспечиваются одновременно и максимальный выход целевой фракции органических веществ, и оптимальные энергозатраты на последующее фракционирование жидких продуктов. Доводка влажности сапропеля до значения 5-70 мас.% возможна различными способами, среди которых основными являются сушка и промораживание при отрицательных (вплоть до минус 30-40°С) температурах или совместное воздействие.

Использование фракции с температурой выкипания 140-260°С обеспечит композиции максимальные антисептические свойства за счет максимального содержания в этой фракции азотсодержащих органических веществ. Фракции с температурой выкипания более 260°С и менее 140°С обладают менее выраженным антисептическим эффектом.

Содержание более 60 мас.% фракции 140-260°С в композите с температурой выкипания 100-400°С ограничено химическим составом сапропелей и это значение достижимо, главным образом, для сапропелей с содержанием органического вещества более 80 мас.% (до 98 мас.%). Содержание менее 7 мас.% фракции 140-260°С в композите с температурой выкипания 100-400°С не целесообразно вследствие высоких удельных энергозатрат и трудоемкости получения целевой фракции.

В приведенных ниже примерах содержание в композиции азотсодержащих веществ определялось методами химического анализа, температура выкипания фракции, методом фракционной разгонки, содержание фракции - весовым методом. Антисептические свойства композиции оценивались по «методу дисков», который в настоящее время является стандартным для определения антисептических свойств («Медицинская микробиология». Под ред. О.К.Поздеева. - М., изд. дом «Геотар-Мед», - 2004, - с.178-179; «Общая и санитарная микробиология с техникой микробиологических исследований». Под ред. А.С.Лабинской, Л.П.Блиновой, А.С.Ещиной. - М.: Медицинская книга, - 2004, - 546 с.).

Исследования проводили на следующих культурах - Staphylococcus aureus, Esherichia coli, Candida albicans. Антимикробную активность антисептиков изучали на плотных питательных средах с последующим культивированием в аэробных условиях при 37°С в течение 48 часов.

В примерах 2-13 на плотную питательную среду, засеянную исследуемыми бактериальными тест-культурами, наносили диски из фильтровальной бумаги диаметром 10 мм, пропитанные антисептической композицией. В примере 1 диски из фильтровальные бумаги пропитывали березовым дегтем. После инкубации при температуре 37°С в течение 48 часов проводили определение диаметра (в мм) зоны торможения роста микроорганизмов каждой из бактериальных тест-культур по примерам 2-13. Размеры зоны задержки роста в основном опыте сравнивали с зонами задержки, полученными в примере 1. Прирост зоны задержки роста микробной тест-культуры в примерах 2-13 по сравнению с примером 1 свидетельствовал о повышенных антисептических (бактерицидных) свойствах заявляемой композиции в сравнении с прототипом.

Пример 1. (по прототипу)

60 г коры березы с размером частиц 1,0-5,0 мм высушенного при 105°С в течение 2 часов до остаточной влажности 11 мас.%, помещают в кварцевый реактор диаметром 80 мм с внешним электронагревателем и нагревают в токе - аргона (140 л/час) до температуры 450°С со скоростью 10°С/мин, выдерживают при этой температуре 2 часа. Летучие вещества конденсируют и улавливают в охлаждаемой до 12°С стеклянной ловушке. Далее жидкие органические продукты фракционируют с выделением фракций менее 100°С (подсмольная вода), 100-140°С, 140-260°С, более 260°С.

Полученная композиция имела следующий состав и свойства:

Температура выкипания композиции, °С	100-380
Содержание азотсодержащих веществ, мас.%	нет
Выход фракции 140-260°С	17,3

Диаметр антисептического лизиса микроорганизмов, мм:

Staphylococcus aureus	10
Esherichia coli	8
Candida albicans	7

Пример 2. 60 г сапропеля оз. Молодавское (Омская обл.) с размером частиц 1,0-5,0 мм, содержащего 79 мас.% органического вещества высушенного при 105°С в течение 2 часов до остаточной влажности 17 мас.%, помещают в кварцевый реактор диаметром 80 мм с внешним электронагревателем и нагревают в токе аргона (140 л/час) до температуры 450°С со скоростью 5°С/мин, выдерживают при этой температуре 2 часа.

Летучие вещества конденсируют и улавливают в охлаждаемой до 12°C стеклянной ловушке. Далее жидкие органические продукты фракционируют с выделением фракций менее 100°С (подсмольная вода), 100-140°С, 140-260°С, более 260°С.

Полученная композиция имела следующий состав и свойства:

Температура выкипания композиции, °С	380
Содержание азотсодержащих веществ, мас.%	9
Выход фракции 140-260°С	25,1

Диаметр антисептического лизиса микроорганизмов, мм:

Staphylococcus aureus	14
Esherichia coli	13
Candida albicans	12

Примеры 3-5.

Примеры 3-5 проводились в условиях примера 2 и отличались тем, что используют сапропель с содержанием органической массы 40-98 мас.% Результаты, полученные в примерах 3-5, приведены в таблице.

Примеры 6-11.

Примеры 6-11 проводились в условиях примера 2 и отличались тем, что сапропель перед термообработкой доводят до остаточной влажности 5-70 мас.% Результаты, полученные в примерах 6-11, приведены в таблице.

Пример 12.

60 г сапропеля оз. Молодавское (Омская обл.) с размером частиц 1,0-5,0 мм, содержащего 79 мас.% органического вещества высушенного при 105°С в течение 2 часов до остаточной влажности 17 мас.%, помещают в кварцевый реактор диаметром 80 мм с внешним электронагревателем и нагревают в токе аргона (140 л/час.) до температуры 300°С со скоростью 5°С/мин, выдерживают при этой температуре 2 часа.

Летучие вещества конденсируют и улавливают в охлаждаемой до 12°С стеклянной ловушке. Далее жидкие органические продукты фракционируют с выделением фракций менее 100°С (подсмольная вода), 100-140°С, 140-260°С, более 260°С.

Полученная композиция имела следующий состав и свойства:

Температура выкипания композиции, °С	100-380
Содержание азотсодержащих веществ, мас.%	7,9
Выход фракции 140-260°С	24,7

Диаметр антисептического лизиса микроорганизмов, мм:

Staphylococcus aureus	12
Esherichia coli	11
Candida albicans	11

Пример 13.

60 г сапропеля оз. Молодавское (Омская обл.) с размером частиц 1,0-5,0 мм, содержащего 79 мас.% органического вещества высушенного при 105°С в течение 2 часов до остаточной влажности 17 мас.%, помещают в кварцевый реактор диаметром 80 мм с внешним электронагревателем и нагревают в токе аргона (140 л/час.) до температуры 600°С со скоростью 5°С/мин, выдерживают при этой температуре 2 часа.

Летучие вещества конденсируют и улавливают в охлаждаемой до 12°С стеклянной ловушке. Далее жидкие органические продукты фракционируют с выделением фракций менее 100°С (подсмольная вода), 100-140°С, 140-260°С, более 260°С.

Полученная композиция имела следующий состав и свойства:

Температура выкипания композиции, °С	100-400
Содержание азотсодержащих веществ, мас.%	8,3
Выход фракции 140-260°С	26,0

Диаметр антисептического лизиса микроорганизмов, мм:

Staphylococcus aureus	13
Esherichia coil	12
Candida albicans	12

Таким образом, представленные результаты показывают, что заявляемый способ позволяет получать композицию для приготовления атисептических составов из органических сапропелей. Полученная по заявляемому способу композиция по своему составу существенно отличается от известных композиций и может представлять интерес как действующее вещество для приготовления антисептических лекарственных форм для животных и человека. В России не известно промышленное производство заявляемой композиции. Поэтому организация промышленного производства позволит устранить дефицит лекарственных препаратов такого класса. Получаемая по заявляемому способу композиция может быть использована в качестве действующего вещества для приготовления различных лекарственных форм наружного применения с антисептическими свойствами, например мазей, эмульсий, суспензий, гелей и т.п., например мазей типа Вишневского и др., например, для подавления различных микроорганизмов, вшей, блох, чесоточных клещей и др.

Кроме того, композиции могут быть использованы в медицине и ветеринарии в качестве действующего вещества для приготовления препаратов для внутримышечного и внутривенного введения, эффективных для подавления отдельных вирусных инфекций, при заболевании дыхательных путей в виде ингаляций.

Кроме того, композиции могут быть использованы в качестве действующего вещества для приготовления антисептических препаратов и пестицидов для защиты растений в сельском хозяйстве: в садоводстве и овощеводстве.

Исследование антисептических свойств композиции показало, что для изученных микроорганизмов эффективность предложенной композиции превышает в 1,1-1,5 раза по отношению к Staphylococcus aureus, в 1,25-1,75 раз по отношению к Esherichia coli и в 1,3-1,9 раза по отношению к Candida albicans в сравнении с антисептическими свойствами березового дегтя по отношению к указанным микроорганизмам. Поэтому сапропелевый композит является перспективным для приготовления антисептических композиций, применяемых в медицине и ветеринарии. Полученные по заявляемому способу композиции испытаны при лечении кожных заболеваний крупнорогатого скота, овец.

Таблица Параметры способа получения и показатели композиции
№ № п/п	Содержание органического вещества в сапропеле, мас.%	Влажность сырья, мас.%	Температура, °С		Содержание азотсод-х в-в, мас.%	Выход фр.140-260°С, мас.%	Диаметр антисептического лизиса, мм
			термообработки, °С	выкипания композиции, °С			Staph. aureus	Esh. coli	Cand. albicans
1.	по прототипу	11	450	100-380	-	17,3	10	8	7
2.	79	17	450	100-380	9	25,1	14	13	12
3.	40	17	450	100-365	4	7,9	12	11	11
4.	98	17	450	100-400	12	60,0	15	14	12
5.	35	17	450	100-360	3	5,5	11	9	9
6.	79	3	450	100-360	8,2	17	12	10	10
7.	79	5	450	100-390	9,1	23	13	11	11
8.	79	70	450	100-380	10,3	24	14	13	13
9.	79	75	450	100-360	6,7	18	12	11	11
10.	40	5	450	100-360	4,0	7,1	12	10	10
11.	40	70	450	100-360	4,9	7,3	13	11	11
12.	79	17	300	100-380	7,9	24,7	12	11	11
13.	79	17	600	100-380	8,3	26	13	12	12