PL B1. Czwartorzędowe sole amoniowe z anionem białkowym pochodzenia roślinnego oraz sposób ich wytwarzania. POLITECHNIKA POZNAŃSKA, Poznań, PL

Transkrypt

1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) Int.Cl. C07C 211/62 ( ) C07K 14/76 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Czwartorzędowe sole amoniowe z anionem białkowym pochodzenia roślinnego oraz sposób ich wytwarzania (73) Uprawniony z patentu: POLITECHNIKA POZNAŃSKA, Poznań, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 23/10 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 11/13 (72) Twórca(y) wynalazku: JULIUSZ PERNAK, Poznań, PL NINA PACZESNA, Poznań, PL KRZYSZTOF GULEWICZ, Poznań, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Barbara Urbańska-Łuczak

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku są czwartorzędowe sole amoniowe z anionem białkowym pochodzenia roślinnego oraz sposób ich wytwarzania, które mają zastosowanie jako dodatek do tworzyw sztucznych. Łubin jest rośliną, która może być uprawiana w zróżnicowanym klimacie. Zainteresowanie uprawą łubinu wzrasta nie tylko ze względu na jego wartości odżywcze jako roślina pastewna, ale również ze względu na jego cechy lecznicze. Nasiona łubinu są cennym źródłem białka, które mogą stanowić dodatek do żywności. Białka pochodzące z nasion łubinu stanowią źródło lizyny (Lys) i są ubogie w aminokwasy zawierające siarkę (Met i Cys). Białka łubinu mogą być podzielne na: rozpuszczalne w wodzie albuminy, rozpuszczalne w roztworach soli globuliny, rozpuszczalne w alkoholu prolaminy oraz rozpuszczalne w roztworach kwasów/zasad gluteny. Największą część białkową w nasionach łubinu stanowią globuliny, natomiast prolaminy i gluteny są w niewielkich ilościach. Czwartorzędowe sole amoniowe są to związki organiczne, składające się z organicznego kationu zawierającego czwartorzędową aminę, w której azot połączony jest z czterema grupami organicznymi wiązaniami kowalencyjnymi, oraz anionu o charakterze nieorganicznym lub organicznym. Dodatni ładunek azotu jest równoważony przez jon ujemny. Czwartorzędowe sole amoniowe znajdują coraz większe zastosowanie. Spowodowane jest to unikalnymi właściwościami tej grupy związków. Wykazują one wysoką aktywność powierzchniową, są skuteczne w niszczeniu bakterii i grzybów, wykazują właściwości antyelektrostatyczne oraz antyzbrylające. Mają również zastosowanie w katalizie jako katalizatory przeniesienia międzyfazowego, w procesach galwanizacji i w produkcji leków. Istotą wynalazku są czwartorzędowe sole amoniowe z anionem białkowym pochodzenia roślinnego o wzorze ogólnym 1 lub 2, w którym R 1 oznacza grupę metylową lub grupę polioksyetylenową, R 2 oznacza grupę metylową, lub grupę decylową, lub grupę polioksyetylenową, lub grupę benzylową, R 3 oznacza grupę alkilową zawierającą od 8 do 18 atomów węgla, A oznacza anion białkowy łubinu, a sposób ich wytwarzania polega na tym, że halogenki amoniowe o wzorze ogólnym 3, w którym X oznacza chlor, lub brom, lub jod, R 1 oznacza grupę metylową lub grupę polioksyetylenową, R 2 oznacza grupę metylową lub grupę polioksyetylową, R 3 oznacza grupę alkilową zawierającą od 12 do 14 atomów węgla poddaje się reakcji z białkiem pochodzącym z nasion łubinu w stosunku ilościowym 1:1, w temperaturze od 288 do 328K, korzystnie w 298K, w wodnym roztworze wodorotlenku sodu lub potasu, w stosunku ilościowym do wodorotlenku do białka 1:1, następnie odparowuje się wodę pod obniżonym ciśnieniem, po czym dodaje się metanol, następnie oddziela się osad przez odsączenie, a z przesączu odparowuje się metanol, produkt suszy się w warunkach obniżonego ciśnienia. Drugi sposób wytwarzania czwartorzędowych soli amoniowych polega na tym, że halogenki amoniowe o wzorze ogólnym 3 lub 4, w którym X oznacza chlor, lub brom, lub jod, R 1 oznacza grupę metylową, R 2 oznacza grupę metylową, lub grupę decylową, lub grupę benzylową, R 3 oznacza grupę alkilową zawierającą od 8 do 18 atomów węgla poddaje się reakcji z białkiem pochodzącym z nasion łubinu w stosunku ilościowym 1:1, w temperaturze od 283 do 323K, korzystnie w 298K, w wodnym roztworze wodorotlenku sodu lub potasu, w stosunku ilościowym białka do wodorotlenku 1:1, następnie oddziela się hydrofobowy produkt, po czym dodaje się metanol, następnie odsącza się osad, a z przesączu odparowuje się rozpuszczalnik, produkt suszy się pod obniżonym ciśnieniem. Dzięki zastosowaniu rozwiązania według wynalazku uzyskano następujące efekty techniczno- -ekonomiczne: - otrzymano nowe związki chemiczne zaliczanych do grupy czwartorzędowych soli amoniowych, - syntezę nowej grupy soli charakteryzuje wysoka wydajność oraz wysoka czystość produktu, - syntezowane związki chemiczne posiadają budowę jonową, która decyduje o braku ich parowania w temperaturach umiarkowanych, - otrzymano czwartorzędowe sole amoniowe rozpuszczalne i nierozpuszczalne w wodzie, - syntezowane czwartorzędowe sole amoniowe z anionem białkowym pochodzenia roślinnego posiadające charakter hydrofobowy są cennym dodatkiem do tworzyw sztucznych. Aktywność biologiczną syntezowanych czwartorzędowych soli amoniowych wyznaczono metodą kolejnych rozcieńczeń. Badania przeprowadzono na następujących szczepach: bakterii Micrococcus Iuteus NCTC 7743, Staphylococcus aureus NCTC 4163, Staphylococcus epidermidis ATCC 49134, Enterococcus faecium ATCC 49474, Moraxella catarhalis ATCC 25238, Escherichia coli ATCC 25922, Seratia marcescens ATCC 8100, Proteus vulgaris NCTC 4635, Pseudomonas aeruginosa

3 PL B1 3 NCTC 6749, Bacillus subtilis ATCC 6633; grzybów: Candida albicans ATCC 10231, Rhodothorula Rubra. Wyjałowione pożywki Mueller-Hinton zaszczepiono bakteriami i inkubowano w temperaturze 310K przez 24 godziny. Grzyby posiano na skosy Sabouraud, a następnie inkubowano w temperaturze 302K przez 48 godzin. Po zakończeniu inkubacji określono wizualnie przy jakich stężeniach nastąpił wzrost szczepu, przy których stężeniach nastąpiło zahamowanie wzrostu. Najmniejsze stężenie, przy którym nie zaobserwowano zmętnienia oceniono jako minimalne stężenie hamujące (MIC). Natomiast najmniejsze stężenie, przy którym po okresie inkubacji nie zaobserwowano wzrostu szczepu przyjęto jako najmniejsze stężenie bójcze (MBC). Uzyskane wyniki dla wybranych czwartorzędowych soli amoniowych przedstawicieli soli o wzorze ogólnym 1 lub 2 zamieszczono w tabeli 1. Sposób otrzymywania czwartorzędowych soli amoniowych z anionem białkowym pochodzenia roślinnego ilustrują poniższe przykłady: P r z y k ł a d I Sól cocobis(2-hydroksyetylo)metyloamoniowa z anionem białkowym [cocobma] [białko] W kolbie okrągłodennej zaopatrzonej w mieszadło magnetyczne umieszczono 2 g białka rozpuszczonego w 70 cm 3 wodnego roztworu wodorotlenku sodu i dodano 2 g chlorku cocobis(2- -hydroksyetylo)metyloamoniowego rozpuszczonego w 60 cm 3 wody destylowanej. Reakcję prowadzono przez 24 godziny w temperaturze 298K. Z mieszaniny reakcyjnej odparowano wodę pod obniżonym ciśnieniem, a następnie produkt rozpuszczono w 40 cm 3 metanolu. Wytrącił się osad nieorganiczny, który odsączono. Z przesączu odparowano rozpuszczalnik pod obniżonym ciśnieniem, a pozostałość wysuszono w temperaturze 303K pod obniżonym ciśnieniem. Produkt otrzymano w postaci cieczy o dużej lepkości, o kolorze herbacianym. Próbkę badano za pomocą termograwimetrii (TG), dzięki której wyznaczono temperaturę rozkładu otrzymanego związku; temperatura rozkładu, podczas której następuje ubytek 3% masy związku wynosi T onset3% = 451K oraz temperatura, podczas której następuje ubytek 50% masy związku - T onset50% = 623K (temperatura rozkładu samego białka, którą zbadano dla porównania, wynosi T onset3% = 379K oraz T onset50% = 630K). P r z y k ł a d II Sól cocotrimetyloamoniowa z anionem białkowym [cocotma] [białko] W reaktorze zaopatrzonym w mieszadło magnetyczne umieszczono 2 g białka rozpuszczonego w 80 cm 3 wodnego roztworu wodorotlenku sodu i dodano 2 g chlorku cocotrimetyloamoniowego rozpuszczonego w 50 cm 3 wody destylowanej. Reakcję prowadzono przez 24 godziny przy intensywnym mieszaniu w temperaturze 298K. Następnie odparowano wodę pod obniżonym ciśnieniem, a produkt rozpuszczono w 40 cm 3 metanolu. Wytrącił się biały krystaliczny osad, który odsączono, a z przesączu odparowano metanol pod obniżonym ciśnieniem. Pozostałość wysuszono w temperaturze 303K w suszarni próżniowej. Otrzymano produkt koloru herbacianego w postaci cieczy o dużej lepkości. Dla otrzymanego związku wyznaczona została stabilność termiczna (za pomocą TG); temperatura, przy której następuje ubytek 3% masy związku wynosi 425K, a temperatura rozkładu 50% masy związku wynosi 703K. P r z y k ł a d III Sól didecylodimetyloamoniowa z anionem białkowym [DDA] [białko] W kolbie zaopatrzonej w mieszadło magnetyczne umieszczono 2 g białka rozpuszczonego w 70 cm 3 wodnego roztworu wodorotlenku potasu i dodano 2 g didecylodimetyloamoniowego bromku rozpuszczonego w 40 cm 3 wody destylowanej. Reakcję prowadzono przez 24 godziny w temperaturze 298K. Z mieszaniny reakcyjnej wypadła warstwa, którą oddzielono od wody. Następnie produkt rozpuszczono w 40 cm 3 metanolu. Wytrącił się osad nieorganiczny, który odsączono. Z przesączu odparowano rozpuszczalnik pod obniżonym ciśnieniem, a pozostałość wysuszono w 303K pod obniżonym ciśnieniem. Produkt otrzymano w postaci bardzo lepkiej cieczy o kolorze lekko żółtym. Własności termiczne otrzymanego związku zbadano za pomocą termograwimetrii (TG), a z przebiegu termogramu odczytano temperatury rozkładu 3% i 50% masy związku i wynoszą odpowiednio: T onset3% = 445K oraz T onset50% = 568K. P r z y k ł a d IV Sól heksadecylotrimetyloamoniowa z anionem białkowym [HTMA] [białko] Do kolby okrągłodennej, zaopatrzonej w mieszadło magnetyczne, wprowadzono 2 g białka rozpuszczonego w 60 cm 3 wodnego roztworu wodorotlenku sodu, po czym do roztworu dodano 2 g jodku heksadecylotrimetyloamoniowego rozpuszczonego w 40 cm 3 wody destylowanej. Reakcję prowadzo-

4 4 PL B1 no przez 24 godziny w temperaturze 298K. Następnie oddzielono hydrofobowy produkt i rozpuszczono go 40 cm 3 metanolu. Wytrącił się biały krystaliczny osad. Odsączono osad, a z przesączu odparowano metanol. Pozostałość wysuszono w suszarni próżniowej. Produkt otrzymano w postaci cieczy o kolorze lekko żółtym. Dla otrzymanego związku wyznaczona została stabilność termiczna (za pomocą TG); temperatura, przy której następuje ubytek 3% masy związku wynosi 434K, a temperatura rozkładu 50% masy związku wynosi 549K. P r z y k ł a d V Sól benzalkoniowa z anionem białkowym [BA] [białko] Do reaktora wprowadzono 2 g białka rozpuszczonego w 80 cm 3 wodnego roztworu wodorotlenku sodu. Następnie do roztworu dodano 2 g chlorku benzalkoniowego rozpuszczonego w 50 cm 3 wody destylowanej. Reakcję prowadzono przez 24 godziny w temperaturze 298K. Produkt wypadł w postaci hydrofobowej warstwy, którą oddzielono od mieszaniny reakcyjnej, a następnie rozpuszczono go w 50 cm 3 metanolu. Wytrącił się osad nieorganiczny, który odsączono. Z przesączu odparowano rozpuszczalnik pod obniżonym ciśnieniem, a pozostałość wysuszono w 303K pod obniżonym ciśnieniem. Uzyskano produkt w postaci bardzo lepkiej cieczy o kolorze lekko żółtym. Próbkę badano za pomocą termograwimetrii (TG), dzięki której wyznaczono temperaturę rozkładu otrzymanego związku; temperatura rozkładu, podczas której następuje ubytek 3% masy związku wynosi T onset3% = 433K oraz temperatura, podczas której następuje ubytek 50% masy związku - T onset50% = 573K. P r z y k ł a d VI Sól heksadecylopirydyniowa z anionem białkowym [HP] [białko] W kolbie zaopatrzonej w mieszadło magnetyczne umieszczono 2 g białka rozpuszczonego w 60 cm 3 wodnego roztworu wodorotlenku potasu, następnie dodano 2 g bromku heksadecylopirydyniowego rozpuszczonego w 50 cm 3 wody destylowanej. Reakcję prowadzono przez 24 godziny w temperaturze 298K. W kolbie wytrąciła się druga warstwa, którą po oddzieleniu wody rozpuszczono w metanolu w celu usunięcia soli nieorganicznej. Wytrąciła się niewielka ilość osadu, którą oddzielono, a z przesączu odparowano metanol. Następnie produkt suszono w temperaturze 303K pod obniżonym ciśnieniem. Produkt otrzymano w postaci cieczy o kolorze herbacianym. Dla otrzymanego związku wyznaczona została stabilność termiczna (za pomocą TG); temperatura, przy której następuje ubytek 3% masy związku wynosi 505K, a temperatura rozkładu 50% masy związku wynosi 653K. P r z y k ł a d VII Zastosowanie soli cocotrimetyloamoniowej z anionem białkowym jako dodatek do tworzyw sztucznych W zlewce przygotowano mieszaninę reakcyjną składającą się z 10 g polieterolu, 1,6 g oleju silikonowego, 0,3 g wody, 0,1 g katalizatora, 15 g izocyjanianu oraz 2 g soli cocotrimetyloamoniowej z anionem białkowym. Przygotowaną mieszaninę reakcyjną przelano do formy, w kształcie kwadratowego kubełka, w której pianka poliuretanowa się spieniła. Dla porównania przygotowano próbkę pianki poliuretanowej nie zawierającej soli cocotrimetyloamoniowej z anionem białkowym. Dla obu próbek zbadano czas spieniania pianek oraz właściwości otrzymanych produktów. Obydwie pianki wykazały zbliżony czas spieniania oraz podobne parametry (miękkość, kolor, wytrzymałość na rozciąganie i zgniatanie). Dodatkową zaletą pianek zawierających dodatek soli cocotrimetyloamoniowej z anionem białkowym jest przyspieszenie czasu inicjacji wzrostu pianki. Zastrzeżenia patentowe 1. Czwartorzędowe sole amoniowe z anionem białkowym pochodzenia roślinnego o wzorze ogólnym 1 lub 2, w którym R 1 oznacza grupę metylową lub grupę polioksyetylenową, R 2 oznacza grupę metylową, lub grupę decylową, lub grupę polioksyetylenową, lub grupę benzylową, R 3 oznacza grupę alkilową zawierającą od 8 do 18 atomów węgla, A oznacza anion białkowy. 2. Sposób wytwarzania czwartorzędowych soli amoniowych z anionem białkowym pochodzenia roślinnego określonych zastrz. 1, znamienny tym, że halogenki amoniowe o wzorze ogólnym 3, w którym X oznacza chlor, lub brom, lub jod, R 1 oznacza grupę metylową lub grupę polioksyetyleno-

5 PL B1 5 wą, R 2 oznacza grupę metylową lub grupę polioksyetylową, R 3 oznacza grupę alkilową zawierającą od 12 do 14 atomów węgla poddaje się reakcji z białkiem pochodzącym z nasion łubinu w stosunku ilościowym 1:1, w temperaturze od 288 do 328K, korzystnie w 298K, w wodnym roztworze wodorotlenku sodu lub potasu, następnie odparowuje się wodę pod obniżonym ciśnieniem, po czym dodaje się metanolu, następnie oddziela się osad przez odsączenie, z przesączu odparowuje się metanol, a produkt suszy się w warunkach obniżonego ciśnienia. 3. Sposób wytwarzania czwartorzędowych soli amoniowych określonego zastrz. 1, znamienny tym, że halogenki amoniowe o wzorze ogólnym 3 lub 4, w którym X oznacza chlor, lub brom, lub jod, R 1 oznacza grupę metylową, R 2 oznacza grupę metylową, lub grupę decylową, lub grupę benzylową, R 3 oznacza grupę alkilową zawierającą od 8 do 18 atomów węgla poddaje się reakcji z białkiem pochodzącym z nasion łubinu w stosunku ilościowym 1:1, w temperaturze od 283 do 323K, korzystnie w 298K, w wodnym roztworze wodorotlenku sodu lub potasu, następnie oddziela się hydrofobowy produkt, po czym dodaje się metanol, następnie odsącza się osad, z przesączu odparowuje się rozpuszczalnik, a produkt suszy się pod obniżonym ciśnieniem.

6 6 PL B1 Rysunki

7 PL B1 7

8 8 PL B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)