СОПОЛИМЕРЫ ДИАЛЛИЛАМИНОФОСФОНИЕВЫХ СОЛЕЙ С ДИОКСИДОМ СЕРЫ, ПРОЯВЛЯЮЩИЕ АНТИМИКРОБНУЮ АКТИВНОСТЬ
COPOLYMERS OF DIALLYLAMINOPHOSPHONIUM SALTS WITH SULPHUR DIOXIDE DEMONSTRATING ANTI-MICROBIAL ACTIVITY

Изобретение относится к сополимерам диаллиламинофосфониевых солей с диоксидом серы, проявляющим антимикробную активность, и может найти применение в качестве антисептических и дезинфицирующих средств.
Описания заявляемых соединений, их свойств и их применения в качестве антисептических и дезинфицирующих средств в источниках информации не обнаружено.
Аналогами заявляемых соединений по биологической активности являются различные антисептики и дезинфектанты.
Так, широко применяются для дезинфекции традиционные хлорсодержащие средства, например хлорамин Б (натриевая соль N-хлорамида бензолсульфокислоты
6
5
2
2
CHSONNaCl·3HO) [Ефимов К.М., Гембицкий П.А., Снежко А.Г. Полигуаниды - класс малотоксичных дезсредств пролонгированного действия // Дезинфекционное дело, 2000, №4]. При умеренной антимикробной активности этот препарат обладает высокой токсичностью, раздражает кожу и слизистые оболочки. Кроме того, он имеет выраженный едкий запах и коррозионно активен.
Известны в качестве дезинфицирующих средств четвертичные аммониевые соединения, например препарат «Аламинол» (алкилдиметилбензиламмоний хлорид) фосфат [Там же]. Этот препарат тоже проявляет токсичность и оказывает раздражающее действие на кожу и слизистые, хотя и более умеренные по сравнению с вышеназванными средствами. Недостатком является и его низкая активность в отношении споровых культур микроорганизмов.
Ближайшим по достигаемому эффекту аналогом заявляемого решения являются полигуанидины, например фосфопаг-полигексаметиленгуанидин фосфат [Там же].
Фосфопаг обладает высоким биоцидным эффектом по отношению к ряду микроорганизмов и относится к 4 классу токсичности при кожном поступлении в организм и к 3 классу при поступлении через желудок, что свидетельствует о наличии малой токсичности. Однако нет данных об активности фосфопага по отношению к Micrococcus luteus, Staphylococcus saprophyticus, ряду спор.
Во всем мире огромную опасность несет распространение микробов, устойчивых ко всем известным антимикробным препаратам. Поэтому чрезвычайно важным является поиск новых химических соединений, обладающих биоцидными свойствами в отношении широкого спектра условно-патогенных и патогенных микроорганизмов.
Задачей изобретения является получение новых соединений, обладающих широким спектром антимикробного действия при низкой токсичности для расширения сырьевой базы и ассортимента антисептических и дезинфицирующих средств.
Для решения поставленной задачи синтезированы сополимеры диаллиламинофосфониевых солей с диоксидом серы общей формулы
-
-
-
4
где А=Сl или BF , растворимые в метаноле, диметилсульфоксиде, диметилформамиде или при А=Сl растворимые в воде, полученные сополимеризацией эквимольных количеств диоксида серы и диаллиламинофосфониевой соли, выбранной из трис(диэтиламино)диаллиламинофосфоний хлорида или трис(диэтиламино)диаллиламинофосфонийтетрафторбората.
Сополимеры общей формулы (1) проявляют антимикробную активность.
Получение диаллиламинофосфониевых солей
Трис(диэтиламино)диаллиламинофосфоний хлорид (ЭААФ-Сl) получают по следующей методике.
К трис(диэтиламино)фосфазогидриду при интенсивном перемешивании приливают свежеперегнанный хлористый аллил и продолжают перемешивание реакционной смеси до прекращения самопроизвольного роста температуры. Далее, не прерывая перемешивания, в реакционную смесь дозируют гидроксид натрия в виде 50%-ного водного раствора, температуру при этом поддерживают не выше 38°С. По окончании дозировки реакционную смесь перемешивают еще 30-45 минут и затем при перемешивании выдерживают 10-12 часов в режиме слабого кипения. По охлаждении реакционной смеси отделяют срединный слой и экстрагируют ЭААФ-Сl дихлорметаном. Экстракт выпаривают на ротационном испарителе при температуре 100°С ступенчато: сначала в вакууме водоструйного насоса, затем в вакууме масляного насоса (5-7 мм рт.ст.).
4
Для получения трис(диэтиламино)диаллиламинофосфоний тетрафторбората (ЭААФ-ВF) используют следующую методику.
ЭААФ-Сl растворяют в дистиллированной воде и при интенсивном перемешивании прикапывают 20%-ный водный раствор тетрафторбората натрия. Реакционную смесь перемешивают 15-20 минут и выдерживают сутки при комнатной температуре. Далее осадок отфильтровывают, промывают дистиллированной водой и сушат в вакууме при температуре 80°С до постоянной массы.
13
Чистоту полученных соединений контролировали элементным анализом и методом ЯМР С. Значение химических сдвигов (δ, м.д.) и мультиплетность спектра ЯМР
13
4
С ЭААФ-Сl и ЭAAФ-BF приведены в таблице 1.
Сополимеризация диаллиламинофосфониевых солей с диоксидом серы
2
Сополимеризацию диаллиламинофосфониевых солей с SO проводили по известной методике [Воробьева А.И., Васильева Е.В., Гайсина Х.А., Пузин Ю.И., Леплянин Г.В. Сополимеризация N,N-диалкил-N,N-диаллиламмоний галогенидов с двуокисью серы // Высокомолекулярные соединения. - 1996, т.38, №10. - С.1663-1667].
2
4
2
Диоксид серы сушили пропусканием через концентрированную HSO и свежепрокаленный СаСl. В качестве инициатора использовали динитрил азоизомасляной кислоты (ДАК). Сополимеризацию проводили при температуре 80°С в течение 7 часов. Полимеры очищали двукратным переосаждением из раствора в соответствующем растворителе (метанол) в осадитель (тетрагидрофуран) и сушили в вакууме до постоянной массы при 50°С.
Состав сополимеров общей формулы (1) рассчитывали по результатам элементного анализа.
13
4
2
Спектры ЯМР С сополимеров ЭААФ-Сl и ЭААФ-BF с SOприведены в таблице 2.
6
2
Спектры ЯМР регистрировали на спектрометре "Bruker-AM-300" с рабочей частотой по углеродным ядрам 75,5 МГц. Спектры записаны в режимах с широкополосной развязкой по протонам и в режиме JMOD. В качестве растворителя использовали ДМСО-d и DO; внутренний стандарт - тетраметилсилан (ТМС) и 2,2-диметил-2-силапентан-5-сульфокислота соответственно.
4
2
Анализ спектров свидетельствует, что ЭААФ-Сl и ЭААФ-BFсополимеризуются с SO с участием обеих двойных связей через внутримолекулярную циклизацию с образованием пирролидиновых структур (таблица 2).
Возможность получения диаллиламинофосфониевых солей и их сополимеров с диоксидом серы подтверждается следующими примерами.
Пример 1. ЭААФ-Сl получали по описанной методике.
Исходные вещества брали в следующих количествах:
трис(диэтиламино)фосфазогидрид - 392 г (1,5 моль)
хлористый аллил - 600 г (7,5 моль)
50%-ный водный раствор гидроксид натрия - 255 г (6,4 моль)
Получили 490 г ЭААФ-Сl. Выход - 86,5% от теоретического.
18
40
4
Найдено, %: С 56,82; Н 11,06; N 14,55. CHClNP.
Вычислено, %: С 57,07; Н 10,57; N 14,79.
4
Пример 2. ЭААФ-BF получали по описанной методике.
Исходные вещества брали в следующих количествах:
ЭААФ-Cl - 490 г (1,3 моль)
дистиллированная вода - 2,0 л
20%-ный водный раствор тетрафторбората натрия - 960 г
4
Получили 390 г ЭААФ-BF. Выход - 70,1% от теоретического.
18
40
4
4
Найдено, %: С 49,72; Н 10,03; N 12,83. CHFNPB.
Вычислено, %: С 50,23; Н 9,30; N 13,02.
2
Пример 3. ЭААФ-Cl с SO получали по указанной методике.
Исходные вещества брали в следующих количествах:
ЭААФ-Cl - 1,8925 г (50% мол.)
2
SO - 0,32 г (50% мол.)
ДАК - 0,066375 г (3% вес.)
Выход - 1,45 г (58,7%)
4
2
Пример 4. ЭААФ-BF с SO получали по указанной методике.
Исходные вещества брали в следующих количествах:
4
ЭААФ-BF - 2,149 г (50% мол.)
2
SO - 0,32 г (50% мол.)
ДАК - 0,07407 г (3% вес.)
Выход - 1,45 г (58,7%)
Исследование токсичности и антимикробной активности
Параметры острой токсичности сополимеров диаллиламинофосфониевых солей с диоксидом серы определяли на белых беспородных мышах обоего пола массой 18-22 г по известному методу [Прозоровский В.Б., Прозоровская М.П., Демченко В.М. Экспресс-метод определения эффективной дозы и ее ошибки // Фармакология и токсикология, - 1978, №4, с.497-502].
50
Токсикологические испытания показали, что заявляемые сополимеры относятся к 4 классу токсичности [Hodge H.E., Sterner L.H. Цит. по Spector. Spector W.S. (Ed.) Handbook of Toxicology. V.1, 1956] при введении через желудок (ЛД>>1000 мг/кг) и могут использоваться в медицинских целях.
5
Определение антимикробной активности проводили методом двукратных серийных разведений [Методы экспериментальной химиотерапии / Под ред. Г.Н.Першина. - М.: 1971. с.109] на музейных тест-культурах Escherichia сoli шт.25922; Staphylococcus aureus, шт.906; Staphylococcus saprophyticus, ATCC 15305; Micrococcus luteus, ATCC 4698; Bacillus antracoides, 1312; Bacillus subtilis, ATCC 6633; Bacillus proteus, шт. «Цветков»; Candida albicans, 264/624; Salmonella spp. (ГОС НИИ Стандартизации и контроля медицинских биологических препаратов им. Л.А.Тарасевича). В опытах использовали 18-часовую агаровую культуру (2,5×10 микробных тел в 1 мл среды). Для исследования брали растворы соединений в воде или диметилсульфоксиде. Максимальная из испытанных концентраций 1000,0 мкг/мл. Пробирки инкубировали при 37°С с последующим высевом через 24 часа в пробирки со скошенным мясопептонным агаром. Учет результатов проводили по наличию и характеру роста культур на питательной среде.
Установлено, что заявляемые сополимеры подавляют рост стафилококка и микрококка в интервале концентраций 7,8-31,2 мкг/мл. Гибель дрожжеподобного грибка Candida albicans отмечена при воздействии концентрации солимеров 31,2 мкг/мл. Сополимеры также вызывают гибель Escherichia coli в концентрации 62,5 мкг/мл; Salmonella spp. - в концентрации 125,0 мкг/мл; Bacillus subtilis - в интервале концентраций 15,6-31,2 мкг/мл; Bacillus proteus и споры Bacillus antracoides - в интервале концентраций 250,0-500,0 мкг/мл.
Результаты исследований антимикробной активности представлены в таблице 3.
Предлагаемые сополимеры диаллиламинофосфониевых солей с диоксидом серы имеют следующие преимущества.
1. Обладают высоким биоцидным эффектом по отношению к ряду бактерий, а также к дрожжеподобным грибкам и спороносным культурам.
2. Относятся к 4 классу токсичности при введении в желудок, что позволяет использовать их в медицинских целях.
3. Не вызывают коррозии обрабатываемых материалов.
Таблица 1
Химические сдвиги и мультиплетность сигналов ЯМР <sup>13</sup>С ЭААФ-Сl и ЭААФ-ВF<sub>4</sub>
Структура
C<sub>1</sub>, C<sub>1'</sub>
С<sub>2</sub>, С<sub>2'</sub>
С<sub>3</sub>, С<sub>3'</sub>
С<sub>4</sub>
С<sub>5</sub>
<img file="00000002.tif" he="44" wi="49" img-content="undefined" img-format="tif" />
49,27
132,54
119,58
40,58
13,09
т
д
т
т
к
<img file="00000003.tif" he="44" wi="49" img-content="undefined" img-format="tif" />
49,65
134,08
119,65
41,02
13,73
т
д
т
т
к
Таблица 2
Спектры ЯМР <sup>13</sup>С сополимеров ЭААФ-Сl и ЭААФ-ВF<sub>4</sub> с SO<sub>2 </sub>(ДМСО-d<sub>6</sub>, ТМС)
№
Соединение
Хим. сдвиги и мультиплетность сигналов, м.д.
*
C<sub>1</sub>
С<sub>2</sub>
С<sub>3</sub>
С<sub>4</sub>
С<sub>5</sub>
1
<img file="00000004.tif" he="39" wi="46" img-content="undefined" img-format="tif" />
ц
52,60
36,71
51,98
41,27
13,94
т
53,34
38,77
54,82
40,37
13,94
т
д
т
т
к
2
<img file="00000005.tif" he="39" wi="45" img-content="undefined" img-format="tif" />
ц
50,57
34,90
50,42
39,40
12,93
т
51,04
36,94
52,14
39,35
12,43
т
д
т
т
к
Примечание: т - триплет, д - дублет, к - квартет; * - стереоизомеры.
Таблица 3
Антимикробная активность сополимеров ЭААФ-Сl с SO<sub>2</sub> и ЭААФ-ВF<sub>4</sub> с SO<sub>2</sub>
№ п/п
Наименование вида (штамма) микроорганизма
Антимикробная активность (МИК), мкг/мл
ЭААФ-Сl с SO<sub>2</sub>
ЭААФ-ВF<sub>4</sub> с SO<sub>2</sub>
1
Escherichia coli, шт. 25922
62,5
62,5
2
Staphylococcus aureus, шт. 906
7,8
<31,2>15,6
3
Micrococcus luteus, ATCC 4698
>7,8<15,6
<15,6>7,8
4
Staphylococcus saprophyticus, ATCC 15305
<31,2>15,6
15,6
5
Candida albicans, 264/624
31,2
<62,5>31,2
6
Bacillus antracoides, 131
<500,0>250,0
500,0
7
Bacillus proteus, шт. «Цветков»
<1000,0>500,0
>250,0<500,0
8
Bacillus subtilis, ATCC 6633
<15,6>7,8
<62,5>31,2
9
Salmonella spp.
<125,0
125,0