СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОПОЛИМЕРОВ СОЛЕЙ ПОЛИГУАНИДИНОВ И СОПОЛИМЕРЫ СОЛЕЙ ПОЛИГУАНИДИНОВ
METHOD OF PRODUCING COPOLYMERS OF POLYGUANIDINE SALTS AND COPOLYMERS OF POLYGUANIDINE SALTS

Изобретение относится к области синтеза биологически активных химических соединений, конкретно к синтезу солей полигуанидинов (ПГ), используемых в качестве дезинфектантов. Изобретение может быть использовано в различных областях промышленности: химической, медицинской, легкой, пищевой.
Полигуанидины находят все большее применение как малотоксичные дезинфицирующие средства. Расширение области применения ПГ возможно за счет создания широкого спектра производных ПГ, сохраняющих биоцидные свойства, но имеющих различное строение полимерной цепи и тип анионов, связанных с поликатионом, а следовательно, и различающихся по физическим и химическим свойствам: растворимости в воде и органических растворителях, гигроскопичности, pH, стабильности, способности реагировать или оставаться неизменными в комбинациях с другими дезинфицирующими средствами и функциональными добавками. Максимальное разнообразие свойств производных ПГ может быть достигнуто путем синтеза сополимеров солей ПГ.
Наиболее простой путь получения таких соединений - проведение реакции полимер аналогичных превращений.
Известен способ синтеза фосфорно-кислой соли тетрамера полигексаметиленгуанидина, при котором солянокислую соль тетрамера гексаметиленгуанидина растворяют в абсолютном спирте, обрабатывают этилатом натрия, полученным из натрия, отфильтровывают осадок хлорида натрия, нейтрализуют фильтрат фосфорной кислотой, выпавший осадок фосфорно-кислой соли тетрамера гексаметиленгуанидина отфильтровывают, промывают эфиром и сушат в вакууме. (Авт.св. СССР №9444290, кл. C07C 279/02, 1981 г.).
Недостатками этого способа являются:
- невозможность проведения подобного синтеза для ПГ с высокой степенью поликонденсации в связи с их малой растворимостью в абсолютном спирте,
- низкий выход продукта (71,6%)
- данный способ есть способ препаративного выделения и очистки небольших количеств некоторых производных ПГ, так как связан с необходимостью использования абсолютного спирта, натрия, эфира, - реактивов дорогостоящих и требующих особых мер безопасности при работе с ними.
Технической задачей, решаемой данным изобретением, является получение сополимеров солей ПГ с различающимися физико-химическими свойствами и сохраняющими биоцидные свойства
Техническая задача решается за счет того, что в способе получения сополимеров солей ПГ, включающем обработку хлорида ПГ соединением металла в спиртовом растворе, отделение фильтрацией образующегося осадка хлорида металла, смешение фильтрата с кислотой с образованием соли ПГ и последующую сушку целевого продукта, в качестве хлорида ПГ используют хлориды ПГ общей формулы
4
12
2
p
2
q
2
p
2
q
2
n
2
p
2
q
2
r
2
s
где R - алкилен нормального и разветвленного строения с C-C, оксаалкилен [-CH-]O[-CH-], диоксаалкилен [-CH-]O[-CH-]O[-CH-], триоксаалкилен [-CH-]O[-CH-]O[-CH-]O[-СН-], тетраоксаспироалкилен ,
n=2-100;
индексы p, q, r, s принимают значения 2-12;
в качестве соединения металла используют гидроксид калия; в качестве спиртового раствора используют смесь этилового спирта-ректификата (94 об.%) с изопропиловым спиртом в соотношении (100-30):(0-70), причем со спиртовым раствором гидроксида калия смешивают сухой измельченный хлорид полигуанидина; смешение кислоты с фильтратом осуществляется после отгонки от фильтрата спирта под вакуумом 0,1-0,2 атм при температуре 50-60°С; в качестве кислот используют органическую или минеральную (кроме плавиковой) одно- или многоосновную кислоту или смесь кислот; сушка образующегося сополимера солей полигуанидина производится с использованием пленочного испарителя или распылительной сушилки; растворимое в спирте производное ПГ представляет собой сополимер гидроксида и хлорида ПГ общей формулы
а целевой продукт представляет собой сополимеры солей ПГ общей формулы
4
12
2
p
2
q
2
p
2
q
2
r
2
p
2
q
2
r
2
s
где R - алкилен нормального и разветвленного строения с C-C, оксаалкилен [-CH]O[-CH-], диоксаалкилен [-CH-]O[-CH-]O[-CH-], триоксаалкилен [-CH-]O[-CH-]O[-CH-]O[-CH-], тетраоксаспироалкилен
причем (n-x):x=19:1-1:19;
n=2-100;
индексы p, q, r, s принимают значения 2-12,
A - анион органической или минеральной кислот (кроме плавиковой) одно- или многоосновной кислоты или смесь кислот.
Сущность изобретения поясняется следующим образом.
Способ получения производных ПГ основан на проведении полимераналогичных превращений:
Реакция (1) проводится при интенсивном перемешивании в спиртовой среде, содержащей небольшое количество воды. Присутствие воды в реакционной массе приводит к постепенному растворению хлорида ПГ (в том числе и молекул с высокой молекулярной массой, малорастворимых или нерастворимых в абсолютном спирте), его диссоциации на поликатион и хлорид-анионы и протеканию обменной реакции (1).
В среде абсолютного спирта растворимость хлорида натрия ничтожна, он полностью выпадает в осадок, (n-x)→n, x→0, равновесие обратимой реакции обмена полностью сдвинуто вправо, происходит полное замещение хлорид-ионов на гидроксид-анионы.
В присутствии воды в спиртовом растворе содержится небольшое количество хлорида натрия, поэтому равновесие обратимой реакции обмена сдвинуто вправо не полностью, x≠0, продукт реакции представляет собой сополимер, в котором гуанидиновые группы связаны как с гидроксид-анионом, так и с хлорид - анионом.
Незначительное остаточное количество анионов хлора в составе сополимера мало отражается на свойствах получаемых производных, но при этом получение производных существенно удешевляется и упрощается, так как не требуется операций предварительной абсолютизации спирта и получения этилата натрия из натрия, сопряженных с особыми требованиям техники безопасности при проведении этих операций.
Применение гидроксида калия связано с тем, что растворимость хлорида калия в спиртовом растворе значительно ниже, чем растворимость хлорида натрия, следовательно, продукт будет содержать меньшее остаточное количество ионов хлора.
Получаемый сополимер гидроксида и хлорида ПГ может быть выделен путем отгонки растворителя от фильтрата и сушки под вакуумом. Отогнанный растворитель может быть использован многократно.
Нейтрализацией сополимера основания и хлорида ПГ органической или минеральной (кроме плавиковой) одно- или многоосновной кислотой могут быть получены любые сополимеры нормальных или кислых солей ПГ, в том числе те, в которых гуанидиновые группировки связаны с анионами одной или нескольких вводимых кислот и хлорид-анионом в различных соотношениях.
В фильтрат после отгонки растворителя кислоту вносят постепенно при интенсивном перемешивании. При необходимости получения производного ПГ в твердом виде удаляют растворитель с использованием ротационного испарителя или распылительной сушилки. Стадии промывки эфиром не требуется. Конечный продукт содержит небольшое количество солей калия.
Таким универсальным способом были получены сополимеры гидроксида и хлорида полигексаметиленгуанидина (n=2-50), поли-(С,С,С - триметил-1,6 гексангуанидина) (n=2-50), поли-(4,9-диоксадодекангуанидина) (n=2-200), поли-(4,7,10-триоксатридекангуанидина) (n=2-50), 2,4,8,10 тетраоксаспиро[5,5]ундекан-3,9-дипропан гуанидина) (n=2-50).
-
-
Из каждого полученного образца сополимера гидроксида и хлорида ПГ с соотношением ОН/Cl=19:1 были получены
- хорошо растворимые в воде сополимеры гидрофосфата и хлорида, дигидрофосфата и хлорида, 1-гидроксиэтилендифосфоната и хлорида, сукцината и хлорида, цитрата и хлорида, адипината и хлорида, ацетата и хлорида,
- плохо растворимые в воде, но хорошо растворимые в этиловом спирте сополимеры бензоата и хлорида, стеарата и хлорида, олеата и хлорида, трифторацетата и хлорида (табл.1).
Также были получены
- производные ПГ, в которых гуанидиновые группировки связаны с анионами нескольких вводимых кислот и хлорид-анионом,
- производные ПГ с различной степенью замещения хлорид-аниона (в качестве второй кислоты вводилась соляная кислота).
В табл.2 представлены данные по pH водных растворов некоторых производных такого типа, полученных из хлорида полигексаметиленгуанидина.
Соотношение компонентов спиртового раствора выбрано на основании многочисленных экспериментов и является величиной оптимальной.
Операцию смешения кислоты с фильтратом осуществляют после отгонки от фильтрата спирта под вакуумом 0,1-0,2 атм при температуре 50-60°С.
Эти параметры также выбраны экспериментально и являются оптимальными для проведения процесса.
В случае, если соотношение этилового спирта-ректификата к изопропиловому будет менее 30:70, то это может привести к снижению степени растворимости компонентов: хлорида ПГ и гидроксида калия.
Если вакуум будет более 0,2 атм, то это может привести к разложению ПГ. При значении вакуума менее 0,1 атм появляются трудности с регенерацией растворителей.
Примеры получения сополимеров солей ПГ:
0,100 моль гидроксида калия растворяют в смеси этилового спирта-ректификата 0,7 л и изопропилового спирта 0,9 л. К 0,1 моль хлорида ПГ (массы 0,1 моль хлоридов различных ПГ представлены в табл.3) приливают полученный раствор и перемешивают до растворения гранул полимера. Отфильтровывают осадок хлорида калия. Под вакуумом 0,1 атм при температуре 50°С от фильтрата отгоняют спирт. Получают концентрат сополимера гидроксида и хлорида ПГ с массовой долей не менее 80% с соотношением (n-x):x=19:1. К нему при интенсивном перемешивании добавляют кислоту (количество моль кислот и их масса представлены в табл.4), при получении водорастворимых производных дополнительно вводят 20 г воды. Получают сополимер, в котором гуанидиновая группа связана с анионом вводимой кислоты и хлорид-анионом (табл.1). При добавлении многоосновной кислоты или смеси кислот получают сополимер трех и более солей ПГ (табл.2). Полимер высушивают под вакуумом с использованием ротационного испарителя или распылительной сушилки.
Конкретный пример №1 получения сополимера гидрофосфата и хлорида полигексаметиленгуанидина.
0,100 моль гидроксида калия растворяют в смеси этилового спирта-ректификата 0,7 л и изопропилового спирта 0,9 л. К 0,1 моль хлорида полигексаметиленгуанидина (17,78 г) приливают полученный раствор и перемешивают до растворения гранул полимера. Отфильтровывают осадок хлорида калия. Под вакуумом 0,1 атм при температуре 50°С от фильтрата отгоняют спирт. Получают концентрат сополимера гидроксида и хлорида полигексаметиленгуанидина с массовой долей не менее 80% с соотношением (n-x):x=19:1. К нему при интенсивном перемешивании добавляют 20 г воды и 0,05 моль фосфорной кислоты (4,90 г или в пересчете на 85% фосфорную кислоту - 5,76 г) и производят сушку с помощью ротационного испарителя.
Полученный сополимер представляет собой порошок белого цвета.
Конкретный пример №2 получения сополимера дигидрофосфата и хлорида полигексаметиленгуанидина.
0,100 моль гидроксида калия растворяют в смеси этилового спирта-ректификата 0,7 л и изопропилового спирта 0,9 л. К 0,1 моль хлорида полигексаметиленгуанидина (17,78 г) приливают полученный раствор и перемешивают до растворения гранул полимера. Отфильтровывают осадок хлорида калия. Под вакуумом 0,1 атм при температуре 50°С от фильтрата отгоняют спирт. Получают концентрат сополимера гидроксида и хлорида полигексаметиленгуанидина с массовой долей не менее 80% с соотношением (n-x):x=19:1. К нему при интенсивном перемешивании добавляют 20 г воды и 0,05 моль фосфорной кислоты (9,80 г или в пересчете на 85% фосфорную кислоту - 11,53 г) и производят сушку с помощью ротационного испарителя.
Получаемый сополимер представляет собой порошок белого цвета.
Конкретный пример №3 получения сополимера трифторацетата и хлорида полигексаметиленгуанидина.
0,100 моль гидроксида калия растворяют в смеси этилового спирта-ректификата 0,7 л и изопропилового спирта 0,9 л. К 0,1 моль хлорида полигексаметиленгуанидина (17,78 г) приливают полученный раствор и перемешивают до растворения гранул полимера. Отфильтровывают осадок хлорида калия. Под вакуумом 0,1 атм при температуре 50°С от фильтрата отгоняют спирт. Получают концентрат сополимера гидроксида и хлорида полигексаметиленгуанидина с массовой долей не менее 80% с соотношением (n-x):x=19:1. К нему при интенсивном перемешивании добавляют 20 г воды и 0,1 моль трифторуксусной кислоты (11,4 г) и производят сушку с помощью ротационного испарителя.
Получаемый сополимер представляет собой порошок желтоватого цвета.
Альтернативные признаки пунктов 1, 2 и 4 формулы изобретения обеспечивают тот же технический результат, что и приведенные табл.1-4.
Таблица 1
Свойства производных ПГ (максимальное замещение хлорид-иона A/Cl=19:1)
R
Полигуанидин
Анионный состав:
C мг/мл*
алкилен
Полигексаметилен гуанидин
гидроксид / хлорид
0,005
гидрофосфат /хлорид
0,007
дигидрофосфат / хлорид
0,006
гидроксиэтилендифосфонат/ хлорид
0,002
сукцинат / хлорид
0,002
цитрат / хлорид
0,006
адипинат / хлорид
0,006
бензоат / хлорид
0,012
стеарат / хлорид
0,18
олеат / хлорид
0,05
ацетат / хлорид
0,006
трифторацетат /хлорид
0,006
поли- С,С,С- триметил-1,6 гексан гуанидин
гидроксид / хлорид
0,007
гидрофосфат / хлорид
0,008
дигидрофосфат / хлорид
0,006
гидроксиэтилендифосфонат / хлорид
0,003
сукцинат / хлорид
0,002
цитрат / хлорид
0,007
адипинат / хлорид
0,007
бензоат / хлорид
0,013
стеарат / хлорид
0,15
олеат / хлорид
0,03
ацетат / хлорид
0,010
трифторацетат / хлорид
0,008
Диокса-алкилен
поли-(4,9-диокса-додекангуанидин)
гидроксид / хлорид
0,006
гидрофосфат / хлорид
0,007
дигидрофосфат / хлорид
0,006
гидроксиэтилендифосфонат / хлорид
0,002
сукцинат / хлорид
0,002
цитрат / хлорид
0,004
адипинат / хлорид
0,007
бензоат / хлорид
0,010
стеарат / хлорид
0,15
олеат / хлорид
0,03
ацетат / хлорид
0,006
трифторацетат / хлорид
0,005
Триокса-алкилен
Политриокса-тридекан гуанидин
гидроксид / хлорид
0,005
гидрофосфат / хлорид
0,007
дигидрофосфат / хлорид
0,006
гидроксиэтилендифосфонат/ хлорид
0,002
сукцинат / хлорид
0,002
цитрат / хлорид
0,006
адипинат / хлорид
0,006
бензоат / хлорид
0,012
стеарат / хлорид
0,18
олеат / хлорид
0,05
ацетат / хлорид
0,006
трифторацетат / хлорид
0,006
тетраокса-спироалкилен
2,4,8,10 тетраоксаспиро[5,5]ундекан-3,9-дипропан гуанидин
гидроксид / хлорид
0,008
гидрофосфат / хлорид
0,006
дигидрофосфат / хлорид
0,009
гидроксиэтилендифосфонат / хлорид
0,009
сукцинат / хлорид
0,004
цитрат / хлорид
0,008
адипинат / хлорид
0,006
бензоат / хлорид
0,015
стеарат / хлорид
0,18
олеат / хлорид
0,06
ацетат / хлорид
0,009
трифторацетат / хлорид
0,009
* С мг/мл - минимальная бактериостатическая концентрация (P. Aeruginosa)
Таблица 2
Свойства производных полигексаметиленгуанидина при различных соотношениях анионов
Анионный состав: A/Cl
Соотношение анионов: A/Cl
pH 1% водного раствора
гидроксид / хлорид
19:1
13,8
гидрофосфат / хлорид<sup>**</sup>
19:1
9,9
4:1
9,8
1:1
9,7
1:4
9,5
1:19
9,3
дигидрофосфат / хлорид
19:1
3,5
4:1
3,7
1:1
4,1
1:4
4,6
1:19
5,0
дигидрофосфат / гидрофосфат / хлорид
2:17:1
9,8
7:12:1
8,2
10:9:1
6,5
12:5:1
4,0
17:2:1
3,3
трифторацетат / хлорид
19:1
7,2
4:1
7,2
1:1
7,3
1:4
7,4
1:19
7,5
гидрофосфат / трифторацетат / хлорид
2:17:1
7,8
7:12:1
8,3
10:9:1
9,1
12:5:1
9,7
17:2:1
9,8
Таблица 3
Загрузка ПГ для получения сополимеров солей ПГ
R
Полигуанидин
n
Масса 0,1 моль ПГ, г*
алкилен
Полигексаметилен гуанидин
2-50
17,78
поли- С,С,С-триметил-1,6 гексангуанидин)
2-50
21,20
Диоксаалкилен
поли-(4,9-диоксадодекан гуанидин)
2-200
26,5
Триоксаалкилен
Политриоксатридекан гуанидин
2-50
28,1
тетраоксаспироалкилен
2,4,8,10тетраоксаспиро[5,5]ундекан-3,9-дипропан гуанидин
2-50
35,3
* имеется в виду моль звеньев ПГ
Таблица 4
Загрузка кислоты для получения сополимеров солей ПГ
Анионный состав сополимера солей ПГ:
Кислота
Количество кислоты на нейтрализацию концентрата, моль
Масса кислоты, г
Добавление 20 г воды
гидрофосфат / хлорид
фосфорная
0,05
4,90
+
дигидрофосфат / хлорид
фосфорная
0,1
9,80
+
гидроксиэтилендифосфонат / хлорид
1-гидроксиэтилиден дифосфоновая
0,033
6,80
+
сукцинат / хлорид
янтарная
0,05
5,90
+
цитрат / хлорид
лимонная
0,033
6,40
+
адипинат / хлорид
адипиновая
0,05
7,31
+
бензоат / хлорид
бензойная
0,1
11,21
-
стеарат / хлорид
стеариновая
0,1
28,45
-
олеат / хлорид
олеиновая
0,1
28,25
-
ацетат / хлорид
уксусная
0,1
6,00
+
трифторацетат / хлорид
трифторуксусная
0,1
11,4
-
ацетат / хлорид
соляная
0,1
3,65
+
бензоат / хлорид
серная
0,1
9,8
+
цитрат / хлорид
хлорная
0,1
10,05
+
олеат / хлорид
азотная
0,1
6,3
+