ИЗУЧЕНИЕ ХИМИЧЕСКОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

ИЗУЧЕНИЕ ХИМИЧЕСКОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МОДИФИЦИРОВАННЫХ
ПОЛИСАХАРИДОВ С ГУАНИДИНОМ
Ахмедов О.Р., Шомуротов Ш.А., Тураев А.С.
Институт Биоорганической химии им. А.С. Садыкова, г. Ташкент, Республика
Узбекистан
Oliy86@bk.ru.
Антимикробные действия производных гуанидина известны давно.
Гуанидиновые антисептики широко используются в мире, они стабильны,
неагрессивны, не образуют токсичных продуктов, не инактивируются белками,
биоразлагаемы. Обладая биоцидным действием по отношению к микроорганизмам,
гуанидин содержащие полимеры обладают низкой токсичностью. Это объясняется тем,
что в организме теплокровных имеются ферментные системы, способные вызывать
деградацию гуанидин содержащих полимеров [1,2].
В научной литературе имеются достаточно сведений об антимикробном
действии полимерных производных гуанидина. Представителями этой группы
соединений являются дезинфицирующие средства ПОЛИСЕПТ, БИОР и ФОГУЦИД,
биоцидное свойство которых обусловлено наличием повторяющихся звеньев
гуанидиновых группировок.
Для нас представлял интерес получить: модифицированные (окисленные)
полисахариды; гуанидин содержащие полимеры путем взаимодействия гуанидина с
модифицированными полисахаридами и изучение их свойств.
Благодаря наличию в гуанидине высоко реакционноспособных аминогрупп, они
могут быть использованы в реакциях поликонденсации с альдегидами, образуя C=N
связь [3,4].
Для проведения эксперимента были выбраны полисахариды, имеющие
следующие характеристики: целлюлоза – степень полимеризации 1400, степень
кристалличности 70%, влажность 10%, зольность 0,08%, белизна 92%; кукурузный
крахмал - влажность 2,5%, плотность 1,58 г/см3, зольность 0,045%; цитрусовый пектин
- молекулярная масса 94000, зольность 2,82%, содержание – ОСН3 групп 7,6%.
Модификацию биополимеров осуществляли окислением глюкопиранозных
звеньев полисахаридов до альдегидных групп периодатом натрия. Окисление
полисахаридов проводили в буферной системе (рН 4,0-4,5) с помощью 0,2 н раствора
NaJO4 [5]. По окончании реакции периодатного окисления, модифицированную
целлюлозу и крахмал отделяли от раствора и промывали дистиллированной водой, а
пектин промывали смесью ацетон/вода, до отрицательной реакции на ионы JO4- и JO3(контроль по йодкрахмальной бумаге), полученные образцы высушивали под
вакуумом. Содержание СНО-групп определяли йодометрическим методом.
Полученные диальдегидполисахариды (ДАП) имели различную степень окисления:
целлюлозы 75-90%, крахмала 50-60%, пектина 38-47%.
К приготовленным
водным суспензиям окисленных полисахаридов был
добавлен гуанидин углекислый из расчета 1 моль диальдегидных звеньев на 2,2 моль
амина. Реакции проводили при комнатной температуре в интервале времени 20-90
минут, в зависимости от выбранного ДАП. После окончания реакции гуанидин
содержащие полисахариды высаждали в ацетоне, промывали 60% этиловым спиртом,
сушили и анализировали. Схема окисления и дальнейший синтез полисахаридов с
гуанидином изображены на рисунке 1.
Методами элементного анализа на азот, ИК-спектроскопии и биоцидных
исследований у полученных образцов определены состав, структура и эффективность
бактерицидного действия, а также исследована острая токсичность.
Рис.1. Схематическое изображение получения гуанидин содержащих
полисахаридов.
Таблица 1.
Зависимость нуклеофильного замещения ДАП гуанидином от времени
(соотношения ДАП : гуанидин 1: 2.2, при t=250C)
Исходные
Содержание
полисахариды окисленных
звеньев,
моль%
Целлюлоза
Крахмал
Пектин
Время τ,
мин.
Содержание
азота, %
75
87
90
50
45
60
90
25
21,3
29,7
31,2
16,9
Содержание
гуанидина при
расчете
на
альдегидные
группы, моль%
61,5
85,7
94
49,4
58
45
21,2
61,3
60
60
21,8
62,5
38
45
47
20
35
50
12,3
15
15,4
37,5
46
49,7
Как видно из данных таблицы 1, модифицированные полисахариды реагируют с
гуанидином, образуя две C=N- связи на каждое элементарное звено диальдегида.
Реакция нуклеофильного замещения ДАП гуанидином идет интенсивно, достигая
количественного выхода продукта в течение одного часа, более продолжительное
время реакции, не приводит к заметному повышению количества гуанидина в
полимере, но способствует деструкции полисахаридов. Таким образом, результаты
проведенных исследований показали, что скорость нуклеофильного замещения
увеличивается в ряду целлюлоза˂ крахмал ˂ пектин.
На ИК-спектре полисахаридов содержащих гуанидиновую группу, имеются
полосы поглощения средней интенсивности при 1690-1650 см-1, указывающие на
образование С=N- азометиновой связи. Полосы поглощения при 3500-3400 см-1 связаны
с валентными колебаниями гидроксильных групп вовлеченных в водородные связи.
Имеются также полосы поглощения при 1050 см-1, относящиеся к первичным и при
1120 см-1 ко вторичным ОН- группам.
С целью обнаружения среди синтезированных образцов, веществ с выраженной
биологической активностью, проведены первичные скрининговые испытания. Для
исследования антимикробных свойств были выбраны образцы полимерных
производных, в которых степень замещения полисахаридов гуанидином составляет:
крахмал 61 моль%, целлюлоза 85 моль%, пектин 46 моль%. Изучение бактерицидной
активности синтезированных веществ, показало, что эти препараты весьма активны и
обладают биоцидным действием по отношению таких микроорганизмов, как Proteus
vulgaris, Staphulococcus aureus, Escherichia coli, Staphulococcus faecalis, Staphylococcus
pyogenes, Klebsiella pneumoniea.
Исследование острой токсичности проведено по методу К. В. Прозорского на
белых мышах обоего пола, массой 18-21 гр. Испытуемые препараты вводили
внутрижелудочно, однократно, специальным зондом в дозах от 1000 до 5000 мг/мл.
Результаты показали, что для гуанидин содержащих полисахаридов LD50 составляет:
целлюлоза 3060 мг ∕ кг, крахмал ˃ 5000 мг ∕ кг, пектин ˃ 3000 мг ∕ кг, что дает
основание отнести их к классу малотоксичных веществ.
Удачное сочетание биоцидных, токсикологических и физико-химических
свойств делает гуанидин содержащие полисахариды перспективными для
использования в медицине, как антисептические средства наружного применения; в
качестве альтернативы антибиотикам; а также компонентов бактерицидных покрытий
пролонгированного действия.
Литература
1. Гембицкий П.А., Воинцева И.И. Полимерный биоцидный препарат
полигексаметиленгуанидина. - Запорожье: Полиграф, 1998. - 44 с.
2. Федорова Л.С. Изучение возможности применения полимерных производных
гуанидина для дезинфекции при туберкулезе // Перспективные биоцидные материалы и
технологии с использованием полигексаметиленгуанидина: Сб. - М.: Ин-т экологотехнологических проблем, 2000. - С. 67.
3.
Патент РФ №2152402. Способ получения азометиновых производных целлюлозы
Б.Ф. Куковицкий, В.А. Демин (2000).
4. Синтез, структура и свойства гибридных нанокомпозитов на основе мономерного и
полимерного метакрилата гуанидина и слоистых алюмосиликатов / С.Ю. Хаширова,
Ю.И. Мусаев, А.К. Микитаев, Ю.А. Малкандуев, М.Х. Лигидов // Высокомолекулярные
соединения, серия А. –2009. – Т. 51, №9. – 1–6 с
5. О.Р. Ахмедов., Ш.А. Шомуротов., А.С. Тураев. Особенности синтеза диальдегид
производных полисахаридов - Узбекский химический журнал -2011, №1, стр. 30-32.