Соль цинка или меди (ii) и ее применение в качестве биоцида - RU2564677C1

Описание

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

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, B27K 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, C04B 41/52, C04B 41/60, С04В 41/70, B05D 03/02, 1981), аммиачные комплексы солей цинка (US 5460644, C08K 3/10, C08K 3/00, C09D 5/14, C09D 5/00, 1995), пиритионаты цинка и меди - бис-(2-пиридилтио)-1,1′-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, C08K 05/17, C08K 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

где М - Zn или Cu,

R¹ - Н или СН₃,

R² - С₂Н₅, С₅Н₁₁, С₇Н₁₅, С₁₅Н₃₁, С₁₇Н₃₁, С₁₇Н₃₃, С₁₇Н₃₅, С₁₈Н₃₇.

Сведения о биологической активности этих соединений отсутствуют.

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

где М - Zn или Cu, R¹ - Н или СН₃, R² - С₂-С₂₅алкил, за исключением

CH₂=C(CH₃)-COO-Zn-O-CO-C₂H₅, CH₂=CH-COO-Zn-O-CO-C₂H₅,

CH₂=CH-COO-Cu-O-CO-C₂H₅, СН₂=С(СН₃)-СОО-Zn-O-СО-(СН₂)₄-СН₃,

CH₂=CH-COO-Zn-O-CO-(CH₂)₄-CH₃, CH₂=CH-COO-Zn-O-CO-(CH₂)₆-CH₃,

CH₂=C(CH₃)-COO-Zn-O-CO-(CH₂)₆-CH₃, СН₂=СН-СОО-Cu-O-СО-(СН₂)₆-СН₃,

CH₂=CH-COO-Zn-O-CO-(CH₂)₁₄-CH₃,CH₂=C(CH₃)-COO-Zn-O-CO-(CH₂)₁₆-CH₃,

CH₂=C(CH₃)-COO-Zn-O-CO-iso-C₁₇H₃₅, CH₂=CH-COO-Zn-O-CO-iso-C₁₇H₃₅,

7CH₂=C(CH₃)-COO-Zn-O-CO-(CH₂)₁₇-CH₃, либо группа R²-CO-O- означает кротонат, сорбат, линолеат.

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

где М - Zn или Cu, R¹ - Н или СН₃, R² - С₂-С₂₅алкил, либо группа R²-CO-O- 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.

Сущность изобретения иллюстрируется приведенными ниже примерами. Примеры 1-13 иллюстрируют получение и свойства конкретных представителей предложенного ряда веществ, примеры 14-31 и 38-49 - 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 круглодонную 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°C, и полученный твердый продукт подвергают перекристаллизации из дистиллированной воды. Получают 127 г растворимого в воде порошкообразного акрилат-кротоната цинка с температурой плавления 180°C, отвечающего приведенной выше общей формуле при R¹=H, R²=C₃H₅ (выход - 98,7% от стехиометрического). Результаты элементного анализа по этому и последующим примерам приведены в таблице 1.

Пример 2. Метакрилат-бутират цинка (R¹=CH₃, R²=C₃H₇) получают с выходом 99% от стехиометрического и температурой плавления 202°C аналогично примеру 1, используя метакриловую кислоту вместо акриловой и масляную (бутановую) кислоту вместо кротоновой.

Пример 3. Акрилат-капронат цинка (R¹=Н, R²=C₅H₁₁) получают с выходом 98,4% от стехиометрического и температурой плавления 185°C аналогично примеру 1, используя капроновую (гексановую) кислоту вместо кротоновой и нагревая суспензию кислоты в воде до 175°C до полного растворения капроновой кислоты, после чего добавляют оксид цинка, а затем акриловую кислоту.

Пример 4. Акрилат-пропионат меди (R¹=H, R²=C₂H₅) получают с выходом 99% от стехиометрического и температурой плавления 185°C аналогично примеру 1, используя

пропионовую (пропановую) кислоту вместо кротоновой и оксид меди (II) вместо оксида цинка.

Пример 5. Метакрилат-валерат меди (R¹=СН₃, R²=С₄Н₉) получают с выходом 95% от стехиометрического и температурой плавления 185°C 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 (R¹=СН₃, R²=C₅H₇) получают с выходом 93% от стехиометрического и температурой плавления 220°C 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 (R¹=H, R²=C₉H₁₉) получают с выходом 97,8% от стехиометрического и температурой плавления 187°C аналогично примеру 3, используя каприновую (декановую) кислоту вместо капроновой и оксид меди (II) вместо оксида цинка.

Пример 8. Метакрилат-лаурат меди (R¹=CH₃, R²=C₁₁H₂₃) получают с выходом 97% от стехиометрического и температурой плавления 210°C 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 (II) вместо оксида цинка.

Пример 9. Акрилат-ундецилат цинка (R¹=Н, R²=C₁₀H₂₁) получают с выходом 95% от стехиометрического и температурой плавления 177°C аналогично примеру 8, используя ундециловую (ундекановую) кислоту вместо лауриновой.

Пример 10. Акрилат-стеарат меди (R¹=H, R²=C₁₇H₃₅) получают с выходом 96% от стехиометрического и температурой плавления 198°C аналогично примеру 8, используя стеариновую (октадекановую) кислоту вместо лауриновой и оксид меди (II) вместо оксида цинка.

Пример 11. Метакрилат-миристат цинка (R¹=CH₃, R²=C₁₃H₂₇) получают с выходом 98% от стехиометрического и температурой плавления 215°C аналогично примеру 8, используя метакриловую кислоту вместо акриловой и миристиновую (тетрадекановую) кислоту вместо лауриновой.

Пример 12. Акрилат-линоленоат меди (R¹=H, R²=C₁₇H₂₉) получают с выходом 97% от стехиометрического и температурой плавления 178°C аналогично примеру 8, используя линоленовую (3,6,9-октадекатриеновую) кислоту вместо лауриновой и оксид меди (II) вместо оксида цинка.

Пример 13. Акрилат-церотиноат цинка (R¹=H, R²=C₂₅H₅₁) получают с выходом 98% от стехиометрического и температурой плавления 181°C 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 мас.% 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 ТЦИД₅₀ (ТЦИД₅₀ - 50%-тканевая 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 11, 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 мас.%.

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 мас.% 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 №906 и S. aureus №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.

Реферат

Изобретение относится к новым солям цинка или меди (II) общей формулы, приведенной ниже, в которой М - Zn или Cu, R- Н или СН, R- С-Салкил, либо группа R-CO-O- означает кротонат, сорбат, линолеат, за исключением следующих соединений: CH=C(CH)-COO-Zn-O-CO-CH, CH=CH-COO-Zn-O-CO-CH, СН=СН-СОО-Cu-O-СО-СН, СН=С(СН)-СОО-Zn-O-СО-(СН)-СН, CH=CH-COO-Zn-O-CO-(CH)-CH, СН=СН-СОО-Zn-O-СО-(СН)-СН, CH=C(CH)-COO-Zn-O-CO-(CH)-CH, СН=СН-СОО-Cu-O-СО-(СН)-СН, CH=CH-COO-Zn-O-CO-(CH)-CH, CH=C(CH)-COO-Zn-O-CO-(CH)-CH, CH=C(CH)-COO-Zn-O-CO-iso-CH, CH=CH-COO-Zn-O-CO-iso-CH, CH=C(CH)-COO-Zn-O-CO-(CH)-CH. Изобретение также относится к применению указанных солей цинка или меди в качестве биоцида. 2 н.п. ф-лы, 4 табл., 66 пр.

Формула

1. Соль цинка или меди (II) общей формулы

где М - Zn или Cu, R¹ - Н или СН₃, R² - С₂-С₂₅алкил, за исключением
CH₂=C(CH₃)-COO-Zn-O-CO-C₂H₅, CH₂=CH-COO-Zn-O-CO-C₂H₅,
СН₂=СН-СОО-Cu-O-СО-С₂Н₅, СН₂=С(СН₃)-СОО-Zn-O-СО-(СН₂)₄-СН₃,
CH₂=CH-COO-Zn-O-CO-(CH₂)₄-CH₃, СН₂=СН-СОО-Zn-O-СО-(СН₂)₆-СН₃,
CH₂=C(CH₃)-COO-Zn-O-CO-(CH₂)₆-CH₃, СН₂=СН-СОО-Cu-O-СО-(СН₂)₆-СН₃,
CH₂=CH-COO-Zn-O-CO-(CH₂)₁₄-CH₃, CH₂=C(CH₃)-COO-Zn-O-CO-(CH₂)₁₆-CH₃,
CH₂=C(CH₃)-COO-Zn-O-CO-iso-C₁₇H₃₅, CH₂=CH-COO-Zn-O-CO-iso-C₁₇H₃₅,
CH₂=C(CH₃)-COO-Zn-O-CO-(CH₂)₁₇-CH₃, либо группа R²-CO-O- означает кротонат, сорбат, линолеат.

2. Применение соли цинка или меди (II) общей формулы

где М - Zn или Cu, R¹ - Н или СН₃, R² - С₂-С₂₅алкил, либо группа R²-CO-O- означает кротонат, сорбат, линолеат, в качестве биоцида.