цвиттер-ионные акрилат- и метакрилатгуанидины

Формула изобретения

Цвиттер-ионные акрилат- и метакрилатаминогуанидины следующей структурной формулы:

Описание изобретения к патенту

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)-NH ₂, 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
	(NH) валент	(CN) валент	(NH2) деформ	(CNH)
АГМ	3549, 3477, 3415	1638	1617	507, 544
АГА	3553, 3472	1632	1623	510, 544
Винильный фрагмент
	(CH) валент	(CO) валент	(-C=) скелет. деформ	(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.