Поліетергуанідингідрохлорид як антимікробний та фунгіцидний препарат

Реферат: Поліетергуанідингідрохлорид загальної формули: R=СН2СН2ОСН2СН2. Використовується як антимікробний та фунгіцидний препарат. UA 119379 U (12) UA 119379 U UA 119379 U Корисна модель належить до гуанідину, його солей, комплексів або продуктів приєднання, що містять гуанідинові фрагменти, конкретно до поліетергуанідингідрохлориду формули: OH OH H N H N O * H N O R n 10 15 20 , де R=СН2СН2ОСН2СН2, як антимікробний та фунгіцидний препарат. Відомо, що солі полігексаметиленгуанідину (ПГМГ) відносять до ефективних біоцидних та стерилізуючих препаратів та дезінфектантів завдяки широкому спектру їх антимікробної активності відносно грам-позитивних і грам-негативних бактерій (включаючи мікобактерії туберкульозу), вірусів, грибів, плісняви. До переваг солей ПГМГ слід віднести їх помірну токсичність і відсутність кумулятивної дії відносно живих організмів (4 клас небезпеки за ГОСТ 12.1.007-76) [1, 2]. Зручність застосування таких полімерних біоцидів полягає у їх високій розчинності у воді та у відсутності леткості, що дозволяє проводити дезінфікуючі роботи у присутності людей /3,4/. Найбільш близьким до даної корисної моделі є полігексаметиленгуанідингідрохлорид, який отримують реакцією гуанідингідрохлориду з гексаметилендіаміном при поступовому нагріванні та витримки за температур 40-180 °C, відповідно. Описаний полімер має антимікробними та фунгіцидними властивостями, але має помірну токсичність. Задачею корисної моделі є синтез нового полімерного антимікробного та фунгіцидного препарату - поліетергуанідингідрохлориду із зниженою екотоксичністю. Поставлена задача виконується синтезом поліетергуанідингідрохлориду загальної формули: OH OH H N H N O * H N O R H N n * NH x HCl NH x HCl 25 * NH x HCl NH x HCl 5 H N , де R=СН2СН2ОСН2СН2, як антимікробного та фунгіцидного препарату із зниженою екотоксичністю і потенційною біодеструктивністю. Суть корисної моделі підтверджується синтезом поліетергуанідингідрохлориду. Синтез поліетергуанідину (ГТЕГ-ГХ проводять у дві стадії. Перша стадія полягає у синтезі гуанідинвмісного олігоетеру. Друга - у синтезі на основі отриманого гуанідинвмісного олігоетеру поліетергуанідингідрохлориду. O O O + O NH 2 2 H 2N OH OH 60 0C H N H2 N O O ДМФ R (ДЕГ-Г) R=CH2CH2OCH2CH2 OH OH H2 N H N NH2 NH NH NH H N R O H N O NH2 R + NH 2 H 2N -130-180 0C -NH3 NH х HCl NH х HCl ДЕГ-ГГХ) OH OH H N H N * O R H N O H N n * (ПЕГ-ГХ) NH x HCl NH x HCl 30 35 Для синтезу гуанідинвмісного олігоетеру на основі епоксидної смоли ДЕГ-I і гуанідингідрохлориду (ДЕГ-ГГХ) в реактор завантажують 10 г епоксидної смоли, розчиненої в 30 мл диметилформаміду, і додають розчин гуанідину (3,6 г) в 30 мл етанолу. Реакцію проводять 2-3 год. за температури 50-60 °C. Контроль завершеності реакції проводять методом 14 -1 спектроскопії за зникненням смуг поглинання епоксидних груп при 920 см . До розчину при перемішуванні додають 5 мл соляної кислоти (37 %), розчинники відганяють від реакційної 1 UA 119379 U 5 10 15 20 25 суміші при зниженому тиску. Для видалення залишків розчинників продукт витримують у вакуумі 1 мбар за температури 80 °C протягом 12 год. Отримують в'язку рідину світло-коричневого кольору ДЕГ-ГГХ. Для отримання поліетергуанідингідрохлориду (ПЕГ-ГХ) суміш 10 г аддукту ДЕГ-ГГХ і 2.6 г гексаметилендіаміну нагрівають до 100 °C і перемішують 4 год., після цього реакцію продовжують 4 год. за 130-140 °C і 4 год. за 180 °C. Після охолодження реакційної суміші отримують аморфний склоподібний полімер ПЕГ. Для очищення продукту від залишків вихідних реагентів його розчиняють в 40 мл води і осаджують додаванням 20 мл насиченого розчину хлориду натрію. Очищений полімер відділяють декантацією, промивають водою (20 мл) і сушать у вакуумі 1 мбар за 80 °C протягом 24 год. Отримують напіврідкий продукт світло-коричневого кольору. Характеристична в'язкість ПЕГ-ГХ, визначена в 0,1 н водному NaCl за 25 °C, становить 0,065 дл/г. Будова отриманого поліетергуанідину підтверджується ЯМР та ІЧ-спектрами. 1 Н ЯМР (400 мГц, ДМСО-О6): δ=1.32 (м, 4Н, СН2), 1.57 (м, 4Н, NCH2CН2), 2.74-3.72 (м, 24Н, NCH2, ОСН2, СН, ОН), 7.1-8.1 (м, 4Н, NH). -1 -1 -1 -1 ІЧ (КВr): 3314 cм (ν NH, ОН), 3156 см (δ NH), 2949 (ν CH), 2896 см (νs СН2), 2868 см (ν -1 CH2), 1648 см (ν C=N), 1076 (ν C-O-C). Антимікробну та фунгіцидну активність поліетергуанідину ПЕГ-ГХ визначають стандартним диско-дифузійним методом [7] проти грампозитивного штаму Staphylococcus aureus (St. Aureus) (ATCC-25923), грамнегативних штамів Escherichia coli (E. Coli) (ATCC-25922) та Pseudomonas aeruginosa (Ps. Aeruginosa) (ATCC-27853), а також проти стандартного штаму гриба Candida albicans (С. Albicans) (М885 АТСС-10231). Для досліджень використовують водні розчини полімеру з концентраціями в межах 0.01-1 %. Мікробне навантаження досліджуваних мікробних 5 культур становить 110 колонійутворюючих одиниць в 1 мл (КУО/мл) культуральної рідини. Розчин ПЕГ-ГХ (0,02 мл) наносять на стандартні паперові диски діаметром 6 мм, які поміщують на поверхню агару, інокульованого тест-культурою. Інкубацію проводять 18 год. при температурі 37 °C. Антимікробну та фунгіцидну активність виражають в мм за діаметрами зон затримки росту мікроорганізмів. Гостру токсичність (LD50) поліетергуанідингідрохлориду визначають in vivo на моделі гідробіонта Danio rerio (zebrafish). 30 Таблиця Антимікробна та фунгіцидна активність поліетергуанідингідрохлориду Сполука ПЕГ-ГХ ПГМГ-ГХ (прототип) 35 40 45 Концентрація, % Е. coli 1 13 0.1 10 1 17 0.1 12 Діаметри зон затримки росту (мм) Ps. aeruginosa St. aureus С. albicans 11 12 13 9 9 15 20 21 10 15 13 В. subtihs 15 11 18 14 Згідно з результатами мікробіологічних досліджень, поліетергуанідингідрохлорид проявляє антимікробну і фунгіцидну активність проти досліджених тест-культур в області концентрацій 0,3-1 %, які є рекомендованими для комерційних дезінфектантів на основі солей ПГМГ. У порівнянні з прототипом (ПГМГ гідрохлоридом), полімер ПЕГ-ГХ має нижчу антимікробну активність, що вказує на його меншу токсичність відносно мікроорганізмів. Запропонований поліетергуанідингідрохлорид проявляє антимікробну та фунгіцидну активність близьку до прототипу (полімерний дезінфектант ПГМГ гідрохлорид), однак має меншу гостру токсичність. Згідно з результатами токсикологічних досліджень, середня летальна доза (LD5()) поліетергуанідину відносно гідробіонта zebrafish становить 22 мг/л, що вказує на його нижчу токсичність у порівнянні з прототипом - ПГМГ гідрохлоридом, величина LD50 для якого становить 11 мг/л. Джерела інформації: 1. Гембицкий П.А., Воинцева И.И. Полимерный биоцидный препарат полигексаметиленгуанидин. - Запоріжжя: "Поліграф", 1998. - 44 с. 2. Oule M.K., Azinwi R., Bernier A.M., Kablan Т., Maupertuis A.M., Mauler S., Koffi-Nevry R., Dembele K., Forbes L., Diop L. Polyhexamethylene guanidine hydrochloride-based disinfectant: a novel tool to fight meticillin-resistant Staphylococcus aureus and nosocomial infections. J. Med. Microbiol. 2008, 57:1523-1528. 2 UA 119379 U 5 3. Kim J-Y, Kim H.H., Cho K.H. Acute cardiovascular toxicity of sterilizers, PHMG, and PGH: severe inflammation in human cells and heart failure in zebrafish. Cardiovasc. Toxicol. 2013, 13:148160. 4. Jung H.N., Zerin Т., Podder В., Song H.Y., Kim Y.S. Cytotoxicity and gene expression profiling of polyhexamethylene guanidine hydrochloride in human alveolar A549 cells. Toxicol. In Vitro 2014, 28:682-692. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 Поліетергуанідингідрохлорид загальної формули: OH OH H N H N * O R H N O n NH x HCl NH x HCl 15 H N * , де R=СН2СН2ОСН2СН2, як антимікробний та фунгіцидний препарат. Комп’ютерна верстка О. Рябко Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3