Синтез и исследование бактерицидных свойств четвертичных аммонийных солей на основе гексаметилентетрамина и гидрохлоридов изопрена Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК620.197:549.4.002.68

Т. П. Мудрик, В. И. Левашова

Синтез и исследование бактерицидных свойств четвертичных аммонийных солей на основе гексаметилентетрамина и гидрохлоридов изопрена

Стерлитамакская государственная педагогическая академия Башкортостан, 453103, г. Стерлитамак, проспект Ленина 49, тел. 8-(3473)43-38-69, [email protected]

Ввзаимодействием гексаметилентетрамина и гидрохлоридов изопрена синтезированы четвертичные аммонийные соли. Подобраны оптимальные условия синтезов. Определены их физико-химические характеристики, доказано строение. Проведены предварительные испытания их на подавление роста сульфатвосстанав-ливающих бактерий, которые показали хорошие результаты.

Ключевые слова: гексаметилентетрамин, гидрохлорид изопрена, четвертичные аммонийные соли, сульфатвосстанавливающие бактерии.

Большой урон народному хозяйству наносит рост микроорганизмов в водных средах. Наибольший вред в результате действия суль-фатвосстанавливающих бактерий (СВБ) причиняется нефтедобывающей промышленности. Для подавления их жизнедеятельности нашли широкое применение азот- и кислородсодержащие органические соединения 1-3.

В данной работе приводятся результаты исследования по синтезу реагентов для подавления роста СВБ.

Экспериментальная часть

Приборы: ИК-спектры сняты на спектрофотометре Престиж 21 ИК-фурье в тонкой пленке (БШМАОги).

В качестве исходных соединений для синтеза четвертичных аммонийных солей (ЧАС) использованы гексаметилентетрамин (ГМТА) марки «х.ч.» и смесь гидрохлоридов изопрена (ГХИ).

В круглодонную колбу, снабженную механической мешалкой, холодильником, термометром и барботером, помещали 100 мл изопрена и при постоянном перемешивании через барботер подавали хлористый водород, полученный взаимодействием кристаллического хлорида натрия и концентрированной серной кислоты. Температуру реакции поддерживали в интервале от —5о до 0 оС. По достижении максимального выхода гидрохлорида изопрена, подачу хлористого водорода прекращали и

из реакционной смеси отгоняли невступивший в реакцию изопрен при 34—40 оС, а затем отгоняли смесь гидрохлоридов изопрена при 74—80 оС. Ход реакции контролировали хро-матографически. Получена смесь ГХИ (Ткип = 74—80 оС), выход смеси ГХИ составил 95.186%, где (1) - 78.868%; (2) - 14.142%; (3) - 2.176%.

Хроматограф ЛХМ-80, носитель-хрома-тон (0.2-0.35 мм), фаза Е-301, газ носитель — гелий.

В круглодонную четырехгорлую колбу, снабженную мешалкой, термометром, обратным холодильником и капельной воронкой помещали водный раствор расчетного количества ГМТА. Содержимое колбы нагрели до необходимой температуры и при постоянном перемешивании приливали к нему смесь ГХИ. За ходом реакции следили по данным титри-метрического анализа на ионы хлора 4. Полученный водный раствор помещали в роторный испаритель, где упаривали до желеобразного состояния, затем ацетоном высаживали кристаллы ЧАС, которые сушили в вакуумном сушильном шкафу при температуре 60 оС.

Оценку бактерицидной активности синтезированных соединений проводили путем определения степени подавления (%) сульфат-восстанавливающих бактерий (СВБ) по известной методике 5. Для исследований была использована культура СВБ - штамм ДС-2198. В промысловую воду, содержащую СВБ, вводили определенное количество испытуемого реагента и выдерживали 24 ч при 32 оС. Затем по 1 мл этих проб вводили в бутылочку с питательной средой Постгейта. Пробы термостати-ровали при 32 оС в течение 15 сут., а затем определяли в них содержание сероводорода. В качестве контроля использовали пробы без добавок реагента.

Бактерицидную активность оценивали по степени подавления роста СВБ по формуле:

С1-С2

S =

Ci

x 100 %

Дата поступления 23.04.08

где С1 и С2 - содержание сероводорода соответственно в контролируемой и исследуемой пробах, мг/л.

Таблица 2

Бактерицидная активность ЧАС в подавлении роста СВБ

№ Формула Степень подавления СВБ, % при концентрации реагента, мг/л

50 100 150 200 250

I [(CH2)6-N4-R]Cl 50 100 100 100 100

II [(CH2)6-N4-R2]Cl2 54 100 100 100 100

III [(CH2)6-N4-Rs]Cl3 59 100 100 100 100

IV [(CH2)6-N4-R4]Cl4 65 100 100 100 100

Результаты в табл. 1.

испытании представлены

Результаты и их обсуждение

Синтез реагентов проводили при атмосферном давлении в токе азота, в интервале температур от 20 до 80 оС, мольном соотношении ГХИ: ГМТА от 1:1.05 до 1:1.3. Продолжительность реакции менялась от 1.0 до 7.0 ч.

Гидрохлориды изопрена получены по реакции:

С1

I

СН2=С-СН=СН2 + НС1-»СН3-С-СН=СН2 + СНз СНз

Cl I

(1)

+ CH2=C-CH-CH3 + CH3-C=CH-CH2Cl

СНз (2)

CH3

(3)

Синтез гидрохлоридов изопрена

Синтез алкениламмонииных солеи можно представить в виде реакции:

(СН2>6—N4 + RC1-И(СН2>6—N4^101

где ИС1 — смесь алкенилхлоридов следующего состава:

С1 С1

I I

СН3-С-СН=СН2 + СН2= С— СН— СН3 +

CH3 (78.868%)

CH3 (14.142%)

+ СН3-С=СН-СН2—С1 СН3

(2.176%) Синтез ЧАС

Изучено влияние температуры, мольного соотношения и продолжительности реакции на выход ЧАС. Зависимость от выхода моноалке-ниламмонииных солеи мольного соотношения реагирующих веществ представлена на рис. 1,

из которого следует, что реакция идет количественно при стехиометрических соотношениях реагирующих веществ. Для создания слабощелочной реакционной среды, ГМТА берется в наибольшем избытке ГХИ : ГМТА = 1 : 1.05.

100 1

80 -

60 -

40 -

20 -

1,0:1,0

1,0:1,1

1,0:1,2

1,0:1,3

Рис. 1. Влияние мольного соотношения исходных реагентов на выход алкениламмонийных солей (6 ч, 60 оС)

Зависимость выхода ЧАС от температуры представлена на рис. 2, из которого видно, что с повышением температуры выход продуктов реакции повышается и при 60 оС достигает максимума.

Данные рис. 3 показывают, что максимальный выход продуктов достигается за 6 ч.

Таким образом, проведенными исследованиями установлено, что оптимальными условиями синтеза ЧАС являются:

— температура — 60 оС;

— продолжительность реакции 6 ч.

Мольное соотношение реагирующих веществ: ГХИ:ГМТА=1:1,05

В найденных условиях были синтезированы ди-, три- и тетраалкенилзамещенные соли ГМТА, выход которых составил соответственно: 99,7%; 99,8%; 99,9%.

Полученные соединения охарактеризованы по данным элементного анализа и ИК-спек-

0

троскопии. Данные элементного состава дают хорошую сходимость с вычисленным для предполагаемых структур (табл. 2).

Температура,С

Рис. 2. Влияние температуры реакции на выход хлористых алкениламмонийных солей (6 ч; мольное соотношение ГХИ : ГМТА = 1 : 1.05)

Время,ч

Рис. 3 Влияние продолжительности реакции на выход хлористых алкениламмонийных солей (60 оС; мольное соотношение ГХИ : ГМТА = 1 : 1.05)

Таблица 2

Температура разложения и элементный состав четвертичных аммонийных солей

T Аразл> еС Брутто-формула Элементный состав , %

№ Формула найденный вычисленный

С H N Cl C H N Cl

I [(CH2)6-N4-R]Cl 137 CnH21N4Cl 53.80 8.57 22.89 14.50 53.90 8.57 22.91 14.52

II [(CH2)6-N4-R2]Cl2 137 C16H30N4Cl2 55.00 8.58 16.00 20.30 55.02 8.61 16.06 20.34

III [(CH2)6-N4-Rs]Cl3 140 C21H39N4O3 55.52 8.58 12.04 23.45 55.57 8.60 12.35 23.48

IV [(CH2)6-N4-R4]Cl4 141 C26H48N4Cl4 55.89 8.58 10.00 25.41 55.91 8.60 10.04 25.45

Литература

1. Левашова В. И. // Нефтехимия.— 2002. — Т. 42, № 2.- С. 166.

2. А.с. 865833 (СССР) Хазипов Р. Х., Бай-ков У. М., Васильев А. И., Левашова В. И., По-номаренко В. И. и др. Способ предотвращения роста сульфатвосстанавливающих бактерий. // Б.И.- 1981.- № 35.

3. А.с. 1107540 (СССР) Левашова В. И., Хази-пов Р. Х., Избицкая Н. Л., Васильев В. П., Лу-

кин С. С. Хлористый Ы-трихлораллилгексаме-тилентетрамин в качестве бактерицида для подавления роста сульфатвосстанавливающих бактерий. // Б.И.- 1984.- № 29.

4. Шарло Г. Методы аналитической химии.- М: Химия, 1965.- С. 895.

5. Методика оценки защитного действия реагентов, снижающих микробиологическую коррозию. ВНИСТП.- Уфа.- 1977.