Способ получения дезинфицирующего средства

 

Изобретение относится к производству антимикробных препаратов, в частности, может быть использовано для дезинфекционной обработки, предотвращения образования плесневых грибов и других нежелательных микроорганизмов в помещениях, оборудовании предприятий пищевой промышленности, ветеринарии, в медицине, может быть использовано также для защиты продуктов питания, в качестве добавок в краски, лаки, водноэмульсионные составы. Способ включает взаимодействие дициандиамида и гексаметиленгуанидина при нагревании. Реакцию проводят нагреванием смеси дигидрохлорида гексаметилендиамина и дициандиамида в течение 5 ч при 150^oC, затем температуру повышают до 170^oС и нагревают смесь при 170^oC. Затем полученный продукт очищают переосаждением водным раствором соли натрия или калия. Способ обеспечивает улучшение дезинфицирующих свойств за счет повышения бактерицидности целевого продукта в 3 раза при одновременном снижении его токсичности в 2-5 раз в зависимости от полученного конкретного продукта. 2 з. п. ф-лы, 5 табл.

Изобретение относится к дезинфицирующим средствам для различных объектов, преимущественно для отраслей пищевой промышленности, ветеринарии, медицины; предназначено для создания ассортимента отечественных конкурентоспособных антимикробных и дезинфекционных веществ, в частности для предотвращения образования плесневых грибов и других нежелательных микроорганизмов на стенах, строительных конструкциях, оборудовании, инвентаре, спецодежде, а также для антимикробной защиты продуктов питания: может быть использовано в качестве антимикробных добавок в краски, лаки, водно-эмульсионные лакокрасочные составы в медицине, ветеринарии и в быту.

В настоящее время на отечественном рынке отсутствуют экологически безопасные, малотоксичные отечественные дезинфектанты, в промышленности АПК и в быту используются традиционные хлорсодержащие средства (хлорная известь, хлорамин, раствор гипохлорита натрия) далеко небезупречные по показателям токсичности, экологической безопасности, стойкости во времени, кроме того, традиционные хлор- или хлорсодержащие дезинфицирующие средства вызывают коррозию контактирующего с ними оборудования, создают определенный риск для здоровья людей, окружающей среды, отличаются ограниченным сроком действия; импортные материалы аналогичного действия еще недостаточно изучены, эффект их длительного действия неизвестен, кроме того, из-за высокой стоимости они практически недоступны для предприятий АПК (Дезинфекционные средства. Справочник, часть 1. Дезинфицирующие средства/Под ред. Монисова А., Шандалы М.Г. - М.: ТОО "Paporz", 1996. - 176 с.).

Известно, что гуанидиновые антисептики широко применяются в мире, поскольку они значительно эффективней четвертичных аммониевых соединений (ЧАС), ПАВ (катамина, роккала, септабика), производных фенола и хлорактивных дезинфицирующих препаратов. Они стабильны и неагрессивны, не образуют токсичных продуктов деструкции. Лучшими из них являются 1,6-бис(4,4-хлорфеноксибигуанидо-гексин)-"хлоргексидин" (или "гибитан"), синтезированный фирмой Ай-Си-Ай (патент США N 2830006, МКИ 167-30); низкомолекулярный полигексаметиленбигуанидин "вантоцил" (патент Великобритании N 702268, 115243, 1963; патент ФРГ N 2437844, 1982); "космоцил" CQ (патент США, N 4587266, 1986).

Известно также, что хлоргексидин используется в качестве дезинфицирующего средства в виде солей (главным образом в виде растворимого гликоната) и широко рекомендуется за рубежом в виде растворов, мазей, присыпок как эффективное дезинфицирующее средство хирургии для борьбы с внутрибольничными инфекциями, лечении кожных заболеваний и бытовых целей (Davis, G.E. Francis J. Martin, Rose E. H. , Brit. J., Pharmacol., 1956, g. 192; Gillespic W.A., Zawbyry E. // Sancet 1960, p. 87).

Фунгицидными свойствами обладают также синтеллины - бигуанидина с гуанидиновыми группировками на концах длинноцепочечных алкиленовых бирадикалов, например, дигидрохлорид 1,6-дигуанидингексана, синтезирован Гембицким с соавт. (a.c. СССР N 1336491).

Однако длительным антимикробным действием и пониженными токсичностью, летучестью обладают полимерные гуанидиновые соединения, способные образовывать на нанесенной поверхности биоцидную пленку, сохраняющую длительное время вышеуказанный эффект.

Изобретение относится к получению полимерного гуанидинового антимикробного препарата (антисептика) полигексаметиленгуанидингидрохлорида (ПГМГ-гидрохлорида) с пониженной токсичностью и высокими антимикробными свойствами для использования в пищевой промышленности, медицине, ветеринарии, быту.

Известно получение ПГМГ-гидрохлорида путем поликонденсации дициандиамида (ДЦДА) с хлористым аммонием (ХА), а затем с гексаметилендиамином (ГМДА). При этом промежуточно образующийся гидрохлорид гуанидина (ГХГ) содержит в качестве примесей производные циануровой кислоты (или меламина) - амелид и амелин.

От этих примесей ГГХ не очищается и они присутствуют в конечном продукте (препараты "Метацид", Полисепт, БИОР-1). (Гембицкий П.А., Лиманов В.Е. и др. Журнал прикладной химии, 1975, 48, с. 1833; Гембицкий П.А., Бокша Л.Ф., Жук Д. С. //Хим. промышленность, 1984, N 2, с. 82; Сафонов Г.А., Гембицкий П.А., Родионов А.В.// Хим. пром., 1989, N 12, с. 1478).

Вышеназванное соединение, в частности препарат БИОР-1, успешно использовано для антимикробной обработки и дезинфекции рабочих помещений (стен, полов) в мясо-молочной промышленности; в виде добавки в водные краски и известковые растворы (Кузнецова Л.С., Снежко А.Г., Борисова З.С., Розанцев Э. Г. Антимикробный препарат БИОР-1 /Молочная промышленность, 1997, N 7, с. 16 - 17).

Установлена его высокая антимикробная активность, длительный эффект целевого антимикробного действия и целесообразность использования для дезинфекции помещений, инвентаря, внешних поверхностей оборудования.

Известно (Сафонов Г. А. , Гембицкий П.А., Кузнецов О.Ю. и др. a.c. N 1616898 БИ N 48, 1990 г.), что получение ПГМГ (полигексаметиленгуанидингидрохлорида) осуществляют поликонденсацией неочищенного гуанидингидрохлорида (ГГХ) и гексаметилендиамина (ГМДА) при нагревании в расплаве при 180^oC в течение 2,5 ч с последующим повышением температуры до 240^oC и нагреванием при этой температуре в течение 5 ч. ГГХ получают непосредственно перед его использованием в отдельном реакторе и (в расплаве при 200^oC) из дициандиамида (ДЦДА) и хлористого аммония (ХА), что является наиболее близким аналогом.

Известному способу, описанному в ближайшем аналоге, характерно следующее: - процесс длительный, протекает в две стадии, осуществляемые в двух реакторах, с образованием промежуточного продукта, гидрохлорида гуанидина (ГГХ); - получение последнего осуществляется как самостоятельная стадия в отдельном реакторе в течение 4 - 8 ч в расплаве; - обязательным условием является предварительно равномерное распределение двух твердых компонентов путем тщательного перемешивания хлористого аммония и дициандиамида в течение 5 - 7 ч при 200^oC. Процесс длительный, ввиду наличия в реакционной смеси хлористого аммония необходимо специальное коррозионностойкое оборудование (реактор); - отсутствует заключительная стадия дополнительной очистки готового конечного продукта ПГМГ от непрореагировавших остаточных компонентов синтеза, в том числе гексаметилендиамина (ГМДА), отличающегося высокой токсичностью (остаточное содержание в продукте ≈ 1%, 2-й класс опасности по ГОСТ 12. 1.007-76, Д₅₀ ≈ 250 мг), наличием определенных аллергических свойств; - конечный продукт, получаемый по данному способу, представляет собой смесь полимергомологов разной молекулярной массы, в том числе низкомолекулярных, отличающихся сравнительно высокой токсичностью и пониженной антимикробной активностью, кроме того, сам конечный продукт полигексаметиленгуанидин-гидрохлорид отличается недостаточной активностью к плесневым грибам, дрожжам, актиномицетам, специфической микрофлоре предприятий, перерабатывающих биосырье; - конечный товарный продукт, получаемый известным способом, является техническим продуктом, не обладает широким спектром антимикробного действия при гигиенически нормируемых дозах, что ограничивает области его целевого использования.

Задача данного изобретения - создание более эффективного, простого, менее энергоемкого способа получения полигексаметиленгуанидин-гидрохлорида и его производных с повышенным содержанием действующего (основного) вещества в конечном продукте, снижением содержания гигиенически и экологически нормируемых небезопасных остаточных примесей в продуктах синтеза, повышенными антимикробной активностью и антисептическими свойствами.

Технический результат достигается тем, что дополнительно вводят дигидрохлорид гексаметилендиамина, смешивают с дициандиамидом и гексаметилендиамином при 150^oC в течение 5 ч с последующим повышением до 170^oC и нагреванием при этой температуре в течение 5 ч, затем полученное средство переосаждают водным раствором соли калия или натрия; в качестве соли натрия используют хлористый натрий, натриевую (калиевую) соль дегидрацетовой кислоты, или цитрат натрия.

В результате наряду с упрощением технологии производства, достигается повышение антимикробной активности и снижение токсичности конечного продукта.

В заявляемом случае процесс протекает без образования промежуточного продукта - гидрохлорида гуанидина (ГГХ) - высокотоксичного компонента; поэтому в конечном продукте исключается присутствие нежелательных примесей - самого ГГХ, амелида и амелина, реакция между дициандиамидом и дигидрохлоридом гексаметилендиамином протекает более однозначно и приводит к образованию промежуточного продукта - 1,3-дигуанидиногексана высокой чистоты. Взаимодействие этого промежуточного продукта с гексаметилендиамином также протекает при 150 - 170^oC, дает вдвое меньший выброс аммиака и не требует весьма высоких температур (использованных в ближайшем аналоге 200 - 220^oC).

При отсутствии готовой формы дигидрохлорида гексаметилендиамина он может быть получен из гексаметилендиамина и соляной кислоты в том же реакторе, в котором проводится поликонденсация. Небольшое количество воды, вводимое с соляной кислотой, не препятствует нормальному течению процесса.

Полученный таким способом полигексаметиленгуанидин-гидрохлорид (ПМГМ-гидрохлорид) может быть подвергнут дополнительной очистке переосаждением из водного раствора при добавлении к нему раствора соли натрия или калия, в частности поваренной соли. При этом получают концентрированный водный раствор очищенного препарата (70%-ный) и водный раствор соли натрия или калия, в частности NaCl, в который переходят примеси конечного ГМДА и низших олигомеров ПГМГ-гидрохлорида, обладающих меньшей антимикробной активностью по сравнению с полимером. Раствор очищенного препарата может быть использован как товарная форма препарата или может быть обезвожен до получения сухого продукта.

Суть способа очистки сводится к переосаждению препарата из водного раствора с помощью поваренной соли. Таким образом, предлагаемый способ не связан с использованием сложной аппаратуры (например, диализных установок) или токсичных реагентов и растворителей. Постепенное добавление концентрированного (50%) водного раствора препарата при перемешивании к 25%-ному раствору хлористого натрия приводит к разделению смеси на два слоя: верхний - концентрированный (70%) раствор высокомолекулярной части ПГМГ-гидрохлорида - водный раствор, содержащий хлористый натрий и все низкомолекулярные примеси исходного препарата. Отделенный от раствора NaCl ПГМГ-гидрохлорид дополнительно промывают 2 порциями свежего 15%-ного раствора NaCl, а затем высушивают, либо разбавляют до получения 20%-ного товарного концентрата.

Исследования показали, что в 15%-ном водном растворе NaCl хорошо растворимы: дигуанидингексан гидрохлорид и другие низшие олигомеры полигексаметиленгуанидина.

Методом аналитического определения гексаметилендиамина в ПГМГ-гидрохлориде (осаждение полимера нитратом бария, а затем тонкослойная хроматография) установлено, что содержание этого токсичного мономера в разных партиях колеблется от 0,1 до 1%. В очищенном по предлагаемому способу препарате гексаметилендиамин полностью отсутствует.

Вместо 25%-ного раствора хлористого натрия можно использовать 25%-ный раствор натриевой соли дегидрацетовой или 25%-ный раствор цитрата натрия (натриевую соль лимонной кислоты). В этом случае очистка переосаждением происходит по той же схеме: постепенное добавление концентрированного (50%) водного раствора ПГМГ-гидрохлорида при перемешивании к 25%-ному раствору натриевой соли дегидрацетовой кислоты или цитрата натрия приводит к разделению смеси на два слоя: верхний - концентрированный (70%) раствор высокомолекулярного ПГМГ-дегидрацета или ПГМГ-цитрата и нижний - ≈ (15%) водный раствор, содержащий хлористый натрий и все низкомолекулярные примеси исходного ПГМГ-гидрохлорида.

Отделенный от раствора NaCl высокомолекулярный продукт высушивают или разбавляют водой до получения необходимого товарного концентрата.

Практическое осуществление изобретения иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Дигидрохлорид гексаметилендиамина (ГМДА) в количестве 0,019 кг дициандиамид (ДЦДА) в количестве 0,0085 кг, гексаметилендиамин (ГМДА) в количестве 0,0116 кг тщательно смешивают в конической термостойкой стеклянной колбе емкостью 0,1 л. Колбу со смесью погружают в масляную баню с температурой 150^oC и нагревают смесь в течение 5 ч с последующим повышением температуры до 170^oC, а затем смесь выдерживают 5 ч при 170^oC. При этом смесь продолжают непрерывно перемешивать до завершения процесса, который определяют по прекращению выделения аммиака. Затем по завершении процесса продукт охлаждают, растворяют в 0,05 л горячей воды при нагревании, затем при непрерывном перемешивании вводят 0,05 л 25%-ного водного раствора хлористого натрия, отключают работающую мешалку, выдерживают 20 - 30 мин, после чего смесь расслаивается на два слоя. Отделяют верхний слой, представляющий концентрированный раствор готового продукта от нижнего слоя - раствора поваренной соли, содержащего примеси; затем верхний слой промывают свежими порциями 15%-ного раствора NaCl, высушивают до постоянного веса при 80^oC и измельчают, готовый продукт анализируют на содержание основного вещества, антимикробную активность, содержание остаточного гексаметилендиамина, определяют молекулярную массу по характеристической вязкости.

Пример 2. 0,015 кг ГМДА помещают в колбу на 100 мл, затем добавляют в колбу порциями 10 мл 36% HCl, затем в полученный раствор вводят при перемешивании 0,085 кг ДЦДА.

Затем колбу помещают на масляную баню и смесь при перемешивании нагревают при 120^oC до прекращения удаления паров воды, затем при перемешивании в полученный расплав вводят 11,5 г ГМДА, затем по окончании подачи ГМДА смесь нагревают до 150^oC и выдерживают ее в течение 5 ч, при этом смесь непрерывно перемешивают, затем нагревают смесь до 170^oC и выдерживают расплав при этой температуре в течение 5 ч. Смесь при этом продолжают перешивать. Затем способ осуществляют по примеру 1.

Пример 3. Способ по примеру 2 осуществляют на пилотной установке - пилотном реакторе конструкции СКБ ИНХС РАН.

В реактор вводят 11,5 кг предварительно измельченного ГМДА, включают мешалку, перемешивают, затем при работающей мешалке вводят порциями через дозатор 10 л 36% HCl. Затем включают обогрев реактора и нагревают смесь до 120^oC и отгоняют 5 л воды, поступившей с HCl. Затем при перемешивании порциями через дозатор в реактор вводят 8,5 кг ДЦДА и 11,5 кг ГМДА, нагревают смесь после завершения введения компонентов до 150^oC и выдерживают при этой температуре 5 ч при перемешивании, затем нагревают расплав до 170^oC и выдерживают при этой температуре 5 часов также при перемешивании расплава до завершения процесса прекращения выделения NH₃.

Затем расплав охлаждают до 50 - 40^oC, вводят через дозатор 40 л воды и при работающей мешалке затем вводят порциями 40 л 25%-ной поваренной соли; мешалку отключали, смесь выдерживают 20 - 30 мин, после чего смесь разделяют на два слоя - верхний слой - концентрированный раствор полигексаметиленгуанидин-гидрохлорида и нижний слой - ≈ 15% раствор NaCl, содержащий примеси. Затем через нижний штуцер реактора отделяют сливом 15%-ный раствор NaCl; оставшийся концентрат готового продукта - полигексаметиленгуанидин-гидрохлорида, промывают дважды при перемешивании 15%-ным раствором NaCl, затем отключают мешалку, выдерживают смесь 20 - 30 мин, после чего система разделяется на два слоя и затем способ осуществляют по примеру 1.

Пример 4. Порцию 435 г ПГМГ-гидрохлорида, полученного по примеру 2, растворяют в 600 мл воды и полученный раствор добавляют при перемешивании к раствору 400 дегидрацета натрия в 1 л воды. Реакционная смесь после завершения перемешивания расслаивается на два слоя. Верхний водный, содержащий NaCl (1300 мл) и нижний - полимерный. Отделяют на делительной воронке нижний слой и высушивают его до постоянного веса при температуре 80^oC. Для полученного дегидрацетата полигексаметиленгуанидина (препарат ГИС) определяют минимальную задерживающую концентрацию для E.coli, токсичность и содержание гигиенически нормируемых компонентов реакции.

Пример 5. Порцию препарата 708 г, полученного по примеру 3, растворяют в 300 мл воды при нагревании до 80^oC и добавляют полученный раствор при перемешивании к раствору 870 г цитрата натрия в 600 мл воды. Реакционная смесь расслаивается: верхний - полимерный слой отделяют на делительной воронке, высушивают при 80^oC до постоянного веса и анализируют. Нижний слой - 1200 мл представляет собой 20%-ный водный раствор NaCl и примеси - низкомолекулярные соединения.

Добавление дигидрохлорида гексаметиленхлорида (дигидрохлорида ГМДА) к дициандиамиду (ДЦДА) и гексаметилендиамину (ГМДА) в молярном соотношении больше чем 1 : 1 : 1 сопровождается образованием геля, который забивает аппаратуру. При этом целевой продукт теряет способность растворяться в воде и не может быть использован в качестве водорастворимого антимикробного препарата и дезинфицирующего средства. Соотношение дигидрохлорида ГМДА к ДЦДА и к ГМДА меньше чем 1 : 1 : 1 приводит к ухудшению антимикробных свойств продукта, повышению его токсичности.

Проведение процесса получения целевого продукта при температурах ниже 150^oC затруднено, отсутствует выделение NH₃, при идентификации конечных продуктов наличие целевого продукта не выявлено.

Повышение температуры процесса свыше 170^oC сопровождается понижением молекулярного веса целевого продукта, приводит к ухудшению антимикробных характеристик целевого продукта и его гигиенических характеристик.

В таблице 1 представлены сравнительные данные по свойствам целевого препарата и его производным, полученного по предлагаемому и известному способам.

Структура полученного гидрохлорида полигексагуанидина и его производных подтверждена результатами ИК-спектроскопии.

Токсичность для теплокровных (LD₅₀ для ПГМГ-гидрохлорида и его производных, полученных по предлагаемому способу 2500 - 4000 мг/кг (LD₅₀ ПГМГ-гидрохлорида, полученного по известному способу, 1000 мг/кг (таблица 1).

Определение антибактериальной, антидрожжевой и противогрибковой активности полученных дезинфицирующих средств на основе ПГМГ проводилось методом серийных разведений исследуемых соединений на жидких питательных средах с использованием мясопептонного бульона для бактерий и жидкой среды Сабуро для грибов и дрожжей. В каждую пробирку помещались 7,0 мл питательной среды, 2,5 мл соответственного разведения исследуемого дезинфицирующего средства и 0,5 мл микробных клеток в питательной среде. Пробирки с клетками бактерий инкубировались в термостате в течение 24 ч при 37^oC, с клетками дрожжей и грибов - при 28^oC в течение 5 и 7 суток.

Результаты исследований представлены в таблице 2.

Дезинфицирующая активность исследуемых соединений изучалась также по их способности препятствовать росту спор плесневых грибов и дрожжей на твердой питательной среде Сабуро. Исследования проводили методом "аппликаций", для чего в тестируемых растворах смачивали диски фильтровальной бумаги диаметром 25 мм и выкладывали на газоны с культурами грибов и дрожжей.

В качестве тестовых культур были изучены споры грибов Penicillinus chrysogemum, Aspergillius niger. , mucor heterosporum, а также дрожжей Torulopsis Sp., Saccharamyces cerevisiae.

Споровую суспензию готовили путем смыва спор водой двухнедельного косяка заданной культуры. Концентрацию спор доводили до 1 - 2 млн/мл и наносили шпателем на твердую среду Сабуро в чашках Петри. На образовавшиеся газоны выкладывали диски фильтровальной бумаги, смоченные в 1%-ном растворе исследуемого соединения. Чашки помещали в термостат с T = 28^oC, зону подавления спор грибов и дрожжей наблюдали через 5 и 7 суток инкубации.

Результаты исследований приведены в таблице 3.

Определение минимальной ингибирующей концентрации и концентрации, полностью подавляющей рост микроорганизмов, для исследуемых соединений проводили также на автоматизированном анализаторе "Биоскрин" (Финляндия), позволяющем определить выживаемость клеток микроорганизмов по изменению светопропускания при культивировании их в жидких питательных средах. Использована программа "Bioscreen", версия 4.1, со следующими параметрами: объем ростовой среды в измерительных ячейках - 400 мкл, отсутствие светофильтров, время культивирования - 20 ч для бактерий и 72 ч для грибов; температура культивирования соответственно 37^oC или 28^oC. Растворы исследуемых соединений распределяются на приборе по кюветам по заданной программе. Результаты исследований математически обработаны по специальной программе на IBM - совместимом ПК.

Результаты приведены в таблице 4 и 5.

Таким образом, из данных, представленных в таблицах 1 - 5 следует, что заявленный способ по сравнению с прототипом обеспечивает улучшение антимикробной активности и дезинфицирующих свойств, за счет повышения бактерицидности целевого продукта в 3 - 4 раза, повышение спектра его действия, уменьшения в целевом продукте содержания гигиенически нормируемых продуктов, например, гексаметилендиамина в 10 раз, что позволит увеличить гигиеническую доброкачественность заявленных препаратов и существенно расширить спектр их действий.

Формула изобретения

1. Способ получения дезинфицирующего средства, включающий взаимодействие дициандиамида и гексаметилендиамина при нагревании, отличающийся тем, что дополнительно вводят дигидрохлорид гексаметилендиамина, смешивают с дициандиамидом и гексаметилендиамином при 150^oС в течение 5 ч с последующим повышением до 170^oС и нагреванием при этой температуре в течение 5 ч, затем полученное средство переосаждают водным раствором соли натрия или калия.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дигидрохлорид гексаметилендиамина получают перед смешением с дициандиамидом и гексаметилендиамином взаимодействием гексаметилендиамина с соляной кислотой.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве соли натрия используют хлористый натрий, или натриевую соль дегидрацетовой кислоты, или цитрат натрия.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2