Область техники

Изобретение относится к новым химическим соединениям - солям цинка и меди с органическими кислотами, которые могут найти применение в качестве биоцидов.

Предшествующий уровень техники

Известны различные соединения цинка и меди, проявляющие биоцидную активность, в частности, оксиды и неорганические соли цинка и меди (US 5540954, A01N 59/16, A01N 59/20, В27К 3/52, B05D 07/06, A01N 31/08, A01N 31/00, 1996; US 6858658, A01N 59/20, A01N 59/16, C09D 5/16, C08K 03/10, C08K 03/18, C08K 03/22, 2005; US 20080219944, C09D 5/16, 2008; US 20090223408, C09D 5/16, C09D 5/14, 2009), нафтенаты или резинаты цинка и меди (ЕР 2161316, C09D 133/06, C09D 133/12, C09D 143/04, C09D 5/16, C09D 7/12, 2010; ЕР 2360214, C09D 143/04, C09D 193/04, C09D 5/16, 2011; US 4258090, С04В 41/45, С04В 41/52, С04В 41/60, С04В 41/70, B05D 03/02, 1981), аммиачные комплексы солей цинка (US 5460644, С08К 3/10, С08К 3/00, C09D 5/14, C09D 5/00, 1995), пиритионаты цинка и меди - бис-(2-пиридилтио)-1,Г-диоксиды (US 5185033, C09D 5/14, C09D 5/16, 1993; US 5298061, C09D 5/16, C09D 5/14, 1994; US 5717007, C09D 5/16, C08L 33/10, С08К 05/17, С08К 05/18, 1998; US 6399560, A01N 43/40, A01N 43/34, A61L 2/18, CUD 3/48, 2002; US 7410553, D21C 5/02, B32B 27/04, D21G 1/02, 2008). Указанные соединения применялись с различной степенью эффективности в качестве добавок к покрытиям, предназначенным для обработки строительных конструкций и для предотвращения обрастания подводных конструкций и частей судов, а также для обработки бумаги и древесины.

Известна соль цинка с уксусной и метакриловой кислотами, т.е. метакрилат-ацетат цинка (далее - МАЦ), проявляющий определенную биоцидную активность в составе водной стиролакриловой дисперсии, используемой в качестве полимерной грунтовки при получении лакокрасочных покрытий на различных поверхностях (RU 2315793, C09D 5/14, C09D 131/02, C09D 133/10, 2008). Наиболее близкими к предложенным соединениям являются соли цинка и меди (II) с двумя кислотами, одной из которых является акриловая или метакриловая кислота, а другой - алифатическая карбоновая кислота, выбранная из группы, включающей пропионовую, капроновую (гексановую), каприловую (октановую), пальмитиновую (гексадекановую), линолевую (октадекадиеновую), олеиновую (октадеценовую), стеариновую (октадекановую), нонадекановую. Указанные соединения известны из ACS on STN (RN 71502-44-8, 177957-21 -0,

299216- 74-3, 299216-75-4, 299410-52-9, 299217-71 -3, 299410-54-1 , 299217-78-0,

299217- 75-7, 299217-73-5, 299216-77-6, 299216-70-9, 299216-72- 1 , 561007-33-8) и могут быть описаны общей формулой

CH ₂ =C-COO-M-0-CO-R ²

где М - Zn или Си,

Я' - Н шш СНз,

R ² - С ₂ Н ₅ , С _б Нц, С ₇ Н ₁₅ , С ₁₅ Н ₃₁ , С ₁₇ Н ₃₁ , С ₁₇ Н ₃ з, С ₁₇ Н ₃₅ , С ₁₈ Н ₃₇ .

Сведения о биологической активности этих соединений отсутствуют.

Раскрытие изобретения

Для создания новых средств воздействия на микроорганизмы предложена соль цинка или меди (II) общей формулы

CH ₂ = COO-M-0-CO-R ² , где М - Zn или Си, R ¹ - Н ИЛИ СНЗ, R ² - С ₂ -С ₂₅ алкил, за исключением

CH ₂ =C(CH ₃ >-COO-Zn-0-CO-C ₂ H5, CH ₂ =CH-COO-Zn-0-CO-C ₂ H ₅ ,

CH ₂ =CH-COO-Cu-0-CO-C ₂ H ₅ , CH ₂ =C(CH ₃ )-COO-Zn-0-CO-(CH ₂ )4-CH3, CH ₂ =CH-COO-Zn-0-CO-(CH ₂ ) ₄ -CH ₃ , CH ₂ =CH-COO-Zn-0-CO-(CH ₂ ) ₆ -CH ₃ , CH ₂ =C(CH ₃ )-COO-Zn-0-CO-(CH ₂ ) ₆ -CH3,

CH ₂ =CH-COO-Cu-0-CO-(CH ₂ ) ₆ -CH ₃ ,

CH ₂ =CH-COO-Zn-0-CO-(CH ₂ ) ₁ 4-CH ₃ ,

CH ₂ =C(CH ₃ )-COO-Zn-0-CO-(CH ₂ ) ₁₆ -CH3, CH ₂ =C(CH ₃ COO-Zn-0-CO-iso-C ₁₇ H ₃₅ , CH ₂ =CH-COO-Zn-0-CO-iso-C ₁₇ H ₃ 5, CH ₂ =C(CH ₃ )-COO-Zn-0-CO-(CH ₂ ) ₁₇ -CH3, либо группа R ² -CO-0- означает кротонат, сорбат, линолеат.

Для решения этой же задачи предложено также применение соли цинка или меди (II) общей формулы

CH ₂ =C-COO-M-0-CO-R ² ,

R ¹ где М - Zn или Си, R ¹ - Н ИЛИ СН ₃ , R ² — С ₂ — С ₂₅ алкил, либо группа R ² -CO-0- означает кротонат, сорбат, линолеат, в качестве биоцида

Неожиданно было обнаружено, что соли цинка и меди (II), отвечающие приведенной выше формуле, наряду с бактерицидной и фунгицидной обладают также высокой вирулицидной активностью, которой практически не обладает МАЦ.

Варианты осуществления изобретения

Сущность изобретения иллюстрируется приведенными ниже примерами. Примеры 1-13 иллюстрируют получение и свойства конкретных представителей предложенного ряда веществ, примеры 14-31 и 38^ 9 - их вирулицидную активность. Примеры 32-37 и 50 являются сравнительными и иллюстрируют практическое отсутствие вирулицидной активности МАЦ в условиях, аналогичных условиям примеров 14-31 и 38—49. Пример 51 иллюстрирует бактерицидную, а примеры 52-66 - фунгицидную активность представителей предложенного ряда веществ.

Пример 1. В кругл о донную колбу емкостью 500 мл помещают 50 г кротоновой (2-бутеновой) кислоты и 200 мл дистиллированной воды. Затем к раствору при постоянном перемешивании постепенно добавляют взвесь 46,76 г оксида цинка в 100 мл дистиллированной воды, после чего добавляют 41,86 г акриловой кислоты и перемешивают до полного растворения взвеси. Полученный раствор упаривают досуха при температуре не выше 70°С, и полученный твердый продукт подвергают перекристаллизации из дистиллированной воды. Получают 127 г растворимого в воде порошкообразного акрилат-кротоната цинка с температурой плавления 180°С, отвечающего приведенной выше общей формуле при R =Н, R =С ₃ Н ₅ (выход - 98,7 % от стехиометрического). Результаты элементного анализа по этому и последующим примерам приведены в таблице 1.

Пример 2. Метакрилат-бутират цинка (R 1 -СН ₃ , получают с выходом 99 % от стехиометрического и температурой плавления 202°С аналогично примеру 1, используя метакриловую кислоту вместо акриловой и масляную (бутановую) кислоту вместо кротоновой.

Пример 3. Акрилат-капронат цинка (R = Н, R =С5Нп) получают с выходом 98,4 % от стехиометрического и температурой плавления 185°С аналогично примеру 1, используя капроновую (гексановую) кислоту вместо кротоновой и нагревая суспензию кислоты в воде до 175°С до полного растворения капроновой кислоты, после чего добавляют оксид цинка, а затем акриловую кислоту.

Пример 4. Акрилат-пропионат меди (R ¹⁼ H, R ² =C ₂ H ₅ ) получают с выходом 99 % от стехиометрического и температурой плавления 185°С аналогично примеру 1, используя пропионовую (пропановую) кислоту вместо кротоновой и оксид меди (И) вместо оксида цинка.

Пример 5. Метакрилат-валерат меди (R ¹⁼ CH ₃ , R ² =C ₄ H ₉ ) получают с выходом 95% от стехиометрического и температурой плавления 185°С аналогично примеру 3, используя метакриловую кислоту вместо акриловой, валериановую (пентановую) кислоту вместо капроновой и оксид меди (II) вместо оксида цинка.

Пример 6. Метакрилат-сорбат меди (R 1 =СН ₃ , R 2 -С ₅ Н ₇ ) получают с выходом 93% от стехиометрического и температурой плавления 220°С аналогично примеру 3, используя метакриловую кислоту вместо акриловой, сорбиновую (2,4-гексадиеновую) кислоту вместо капроновой и оксид меди (II) вместо оксида цинка.

Пример 7. Акрилат-капринат меди (R ¹⁼ H, R ² =C ₉ H ₁₉ ) получают с выходом 97,8 % от стехиометрического и температурой плавления 187°С аналогично примеру 3, используя каприновую (декановую) кислоту вместо капроновой и оксид меди (II) вместо оксида цинка.

Пример 8. Метакрилат-лаурат меди (R 1 =СН ₃ , получают с выходом 97 % от стехиометрического и температурой плавления 210°С аналогично примеру 1 с тем отличием, что процесс проводят в среде эфира, используют метакриловую кислоту вместо акриловой, лауриновую (додекановую) кислоту вместо капроновой и оксид меди (И) вместо оксида цинка.

Пример 9. Акрилат-ундецилат цинка (R ¹⁼ H, R ² =C ₁₀ H ₂ i) получают с выходом 95 % от стехиометрического и температурой плавления 177°С аналогично примеру 8, используя ундециловую (ундекановую) кислоту вместо лауриновой.

Пример 10. Акрилат-стеарат меди (R ^I= H, R ² =C ₁₇ H ₃₅ ) получают с выходом 96 % от стехиометрического и температурой плавления 198°С аналогично примеру 8, используя стеариновую (октадекановую) кислоту вместо лауриновой и оксид меди (II) вместо оксида цинка.

Пример 11. Метакрилат-миристат цинка (R ^l =CH ₃ , R ² =C ₁₃ H ₂₇ ) получают с выходом 98 % от стехиометрического и температурой плавления 215°С аналогично примеру 8, используя метакриловую кислоту вместо акриловой и миристиновую (тетрадекановую) кислоту вместо лауриновой.

1 9

Пример 12. Акрилат-линоленоат меди (R =Н, R =С ₁₇ Н ₂ 9) получают с выходом 97 % от стехиометрического и температурой плавления 178°С аналогично примеру 8, используя линоленовую (3,6,9-октадекатриеновую) кислоту вместо лауриновой и оксид меди (И) вместо оксида цинка.

Пример 13. Акрилат-церотиноат цинка (R =Н, R =С ₂₅ Н ₅₁ ) получают с выходом 98% от стехиометрического и температурой плавления 181°С аналогично примеру 8, используя церотиновую (гексакозановую) кислоту вместо лауриновой.

Примеры 14-19. Вирулицидную активность акрилат-капроната цинка, полученного в соответствии с примером 3, в отношении вируса иммунодефицита человека исследовали в суспензионном опыте in vitro согласно нормативному документу «Изучение и оценка вирулицидной активности дезинфицирующих средств. Методические указания. МУ 3.5.2431-08» (утв. Роспотребнадзором 13.12.2008) при концентрациях биоцида в водном растворе от 0,01 до 0,1 мае. % и времени экспозиции от 30 до 60 мин. Активность, в соответствии с указанным документом, оценивали по величине степени ингибирования инфекционного титра вируса, измеряемого в единицах величины lg ТЦИД ₅₀ (ТЦИД ₅₀ -50%- ткане- вал цитопатическая инфекционная доза), которая для дезинфицирующего средства должна быть не менее 4. Результаты испытаний по этим и последующим примерам приведены в таблице 2.

Примеры 20-25. Вирулицидную активность акрилат-пропионата меди, полученного в соответствии с примером 4, исследовали аналогично примерам 14- 19.

Примеры 26-31. Вирулицидную активность метакрилат-миристата цинка, полученного в соответствии с примером 1 1, исследовали аналогично примерам 14-19.

Примеры 32-37 (сравнительные). Для сравнения, аналогично примерам

14-19, исследовали вирулицидную активность известного биоцида - метакрилат- ацетата цинка (МАЦ) в отношении ВИЧ.

Примеры 38-41. Вирулицидную активность метакрилат-бутирата цинка, полученного в соответствии с примером 2, в отношении вируса гриппа А исследовали аналогично примерам 16-19 при концентрациях биоцида в водном растворе от 0,05 до 0,1 мае. %.

Примеры 42-45. Вирулицидную активность акрилат-кротоната цинка, полученного в соответствии с примером 1, исследовали аналогично примерам 38-

41.

Примеры 46-49. Вирулицидную активность метакрилат-сорбата меди, полученного в соответствии с примером 6, исследовали аналогично примерам 38- 41.

Пример 50 (сравнительный). Для сравнения, аналогично примеру 41, исследовали вирулицидную активность известного биоцида - метакрилат-ацетата цинка (МАЦ) в отношении вируса гриппа А при концентрации биоцида в водном растворе 0,1 мае. % и времени экспозиции 60 мин.

Как видно из таблицы 2, заявленные соединения удовлетворяют критерию, установленному нормативным документом для дезинфицирующих средств, в отношении двух исследованных тест-вирусов, тогда как наиболее близкий их структурный аналог - МАЦ - практически не обладает вирулицидным действием в отношении этих вирусов. Пример 51. Определяют бактерицидную активность акрилат-кротоната цинка, полученного в соответствии с примером 1, акрилат-стеарата меди, полученного в соответствии с примером 10, и метакрилат-сорбата меди, полученного в соответствии с примером 6, по известному методу (RU 2378363, C12N 1/00, C12Q 1/00, 2010), основанному на экспозиции культуры бактерий в растворе бактерицидного вещества в течение определенного времени с последующей его нейтрализацией и высевом культуры на твердую питательную среду. О чувствительности микроорганизмов к дезинфицирующему средству судят по росту микроорганизмов на питательной среде до 300 КОЕ/мл (КОЕ - колониеобразующая единица), при этом, при росте до 100 КОЕ/мл судят о неполном бактерицидном действии, при росте 100-300 КОЕ/мл - о суббактерицидном действии, при росте более 300 КОЕ/мл - об устойчивости микроорганизмов к дезинфицирующему средству. Определение проводят на тест- штаммах E.coli Ns 906 и S.aureus N° 1257, традиционно используемых для изучения бактерицидной активности биоцидов, а также на клиническом штамме P.aeruginosa, - при концентрациях солей от 2 до 4% и времени экспозиции от 5 до 60 мин. Результаты испытаний приведены в таблице 3. Из таблицы 3 видно, что акрилат-кротонат цинка и метакрилат-сорбат меди в концентрации 4,0% показывают устойчивое бактерицидное действие в отношении всех штаммов при времени экспозиции от 15 мин. Устойчивое бактерицидное действие акрилат- стеарата меди в отношении двух первых штаммов проявляется в концентрации 2,0% при времени экспозиции 60 мин. и в концентрации 4,0% при времени экспозиции от 5 мин., а в отношении третьего - в концентрации 4,0% при времени экспозиции более 30 мин.

Примеры 52-66. Фунгицидную активность предлагаемых солей определяют, испытывая образцы различных материалов, обработанных этими солями, на устойчивость по отношению к спорам грибов по ГОСТ 30028.4-2006. Результаты испытаний в виде времени устойчивости (в сутках) приведены в таблице 4, где для сравнения приведены также времена устойчивости необработанных материалов. Промышленная применимость

Изобретение может быть использовано для получения биоцидов, предназначенных для борьбы с патогенными микроорганизмами, например, для введения в состав дезинфекционных и антисептических составов, полимерных материалов, для обработки древесины, бумаги, строительных конструкций и иных материалов с целью предотвращения их порчи под воздействием биологических объектов (микроорганизмов, грибков, водорослей), создания различных изделий с биоцидными свойствами и др.

Таблица 1. Результаты элементного анализа солей

Таблица 2. Результаты исследования вирулицидной активности солей

Бактерицидная активность солей

Примечания: рн - роста нет; КОЕ - число колониеобразующих единиц в 1 мл; сплошь - сплошной рост

Таблица 4

Фунгицидная активность солей