Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,823

СИНТЕЗ, СТРОЕНИЕ И ИЗУЧЕНИЕ БИОЦИДНЫХ СВОЙСТВ КОМПЛЕКСНОЙ СОЛИ ДИГЛИЦИНОБОРАТА МЕДИ (II)

Тютрина С.В. 1 Бурнашева Н.Н. 1 Хатькова А.Н. 1 Соловьева Т.Л. 2
1 ФГБОУ ВО «Забайкальский государственный университет»
2 ГБОУ ВО «Читинская государственная медицинская академия»
Настоящая статья посвящена изучению нового экологически безопасного комплексного соединения на основе борной, аминоуксусной кислот и иона меди (II), относящегося к группе биоцидных препаратов. Рассматривается методика синтеза комплексного соединения, приводятся данные по строению и свойствам диглицинобората меди (II). Индивидуальность соединения подтверждена современными физико-химическими методами. На основании данных ИК-спектроскопии, термогравиметрии предложено строение комплексного соединения, приведены соответствующие уравнения химических реакций. Исследована избирательная биоцидная активность комплексного соединения в отношении патогенных микроорганизмов, определена максимальная подавляющая активность при минимальных концентрациях на Escherichia coli (кишечная палочка), Staphylococcus aureus (золотистый стафилококк) и Candida albicans (дрожжеподобные грибы рода Кандида). Проведено сравнение физико-химических свойств, индивидуальных характеристик, минимальной подавляющей концентрации в отношении патогенных микроорганизмов нового комплексного соединения диглицинобората меди и ранее изученного вещества – диглициноборной кислоты. Рассмотрена предполагаемая область применения нового комплексного соединения в отношении патогенных микроорганизмов, определена максимальная подавляющая активность при минимальных концентрациях на Escherichia coli (кишечная палочка), Staphylococcus aureus (золотистый стафилококк) и Candida albicans (дрожжеподобные грибы рода Кандида). Рассмотрена предполагаемая область применения нового комплексного соединения.
диглициноборная кислота
синтез
биоцидные свойства
электропроводность
ИК-спектроскопия
термогравиметрия
1. Бурнашова Н.Н., Хатькова А.Н., Тютрина С.В., Дабижа О.Н., Кузнецова Н.С. Дицитратоборат гуанидиния, проявляющий антимикробные свойства: патент № 2474584 РФ, МПК С07F 5/02 А61К 31/69. Патентообладатель ФГБОУ ВПО ЗабГУ.
2. Гельфман М.И. Практикум по физической химии: учеб. пособие. – М.: Из-во: Лань, 2004. – 256 с.
3. Кондуктометрический метод анализа. [Электронный ресурс] – Режим доступа:http://knowledge.allbest.ru/chemistry/2c0a65635b3ad78b5d53a89521316d36_0.html (дата обращения 23.08.2014).
4. Накамото К. ИК спектры и спектры КР неорганических и координационных соединений: пер. с анг. – М.: Мир, 1991. – 536 с.
5. Тютрина С.В., Глазырина Г.И., Изучение влияния физико-химических воздействий на комплексные соединения на основе борной кислоты // ХIV Международная научно-практ. конф.: сб. ст. [в 3 ч.] / Забайкал. гос. ун-т. – Чита, 2014. – Ч. 2. – С. 89–95.
6. Тютрина С.В., Глазырина Г.И. Использование в качестве биоцидных препаратов комплексных солей диглициноборной кислоты // Кулагинские чтения: ХV Международная научно-практ. конф.: сб. ст.: [в 3 ч.] / Забайкал. гос. ун-т. – Чита, 2014. – Ч. 2. – С. 213–219.

Необходимость в создании препаратов, обладающих биоцидной активностью, является актуальной задачей современной науки. Учитывая требования, предъявляемые к данному классу соединений, на первый план выдвигается проблема их экологической безопасности. Синтез нового комплексного соединения – диглицинобората меди является продолжением работы по направлению создания комплексных соединений на основе бора. Полученное химическое соединение предлагается использовать в качестве антимикробного и противогрибкового средства, направленное на подавление жизнедеятельности возбудителей инфекционных заболеваний, таких как кишечная палочка, золотистый стафилококк и дрожжеподобные грибки. Предлагаемое нами комплексное соединение должно обладть достаточно выраженной биоцидной активностью и может использоваться в качестве альтернативного антимикробного средства. Особенностью полученного нами химического соединения является простота синтеза препарата и избирательная биоцидная активность при малых концентрациях комплексной соли.

Основными этапами получения нового комплексного соединения являются: синтез диглициноборной кислоты (ДГБК), реакция присоединения катиона меди (II) к ДГБК во внешнюю сферу, формирование и рост кристаллов нового комплексного соединения – диглицинобората меди (II). Методика синтеза диглициноборной кислоты (ДГБК) рассмотрена в [1]. Приведем схему этого процесса (рис. 1).

Второй этап получения соли данной кислоты с ионами меди (II) протекает по схеме (рис. 2). Подробно методика получения соединения описана в [5].

Соль ДГБК с ионами меди (II) представляет собой кристаллы голубого цвета, устойчивые на воздухе и хорошо растворимые в воде. Диглициноборная кислота имеет кристаллы белого цвета, так же устойчивые к воздействию воздушной среды и хорошо растворимые в воде (рис. 3). Для вывода эмпирической формулы полученного соединения диглицинобората меди нами проводился элементный анализ на содержание бора, углерода, водорода, азота, воды и меди. Бор определяли после сожжения вещества в присутствии карбоната натрия алкалиметрическим титрованием с маннитом с потенциометрическим окончанием. Углерод и водород определяли микросожжением, кристаллизационную воду – по методу Фишера, азот – методом Кьельдаля, ионы меди (II) – методом косвенного йодометрического титрования. Для изучения физико-химических свойств соединения использовали ИК-спектроскопический, кондуктометрический, термогравиметрический анализы, а также соединение проходило проверку на определение подавляющей концентрации соединения при воздействии на дрожжеподобные грибы рода Кандида, золотистый стафилококк и кишечную палочку. Подавляющую активность исследовали методом серийных разведений в мясопептонном бульоне. Данные получены в бактериологической лаборатории ГОУ ВО ЧГМА Минздравсоцразвития России.

pic_61.tif

Рис. 1. Схема синтеза диглициноборной кислоты

pic_62.tif

Рис. 2. Схема получения соли ДГБК с ионами меди (II)

pic_63.tif pic_64.tif

Рис. 3. Кристаллы ДГБК и соли ДГБК с ионами меди (II)

Таблица 1

Наборы индивидуальных пиков диглициноборной кислоты и диглицинобората меди

Соединение

Группы

ДГБК

Соль ДГБК с ионами меди

OH-группа

3176 см–1

3173 см–1

СО-группа

1500 см–1

1442 см–1

1411 см–1

B-N-связь

1033 см–1

1112 см–1

1195 см–1

1132 см–1

1195 см–1

1132 см–1

1114 см–1

1033 см–1

В-О-связь

800 см–1

910 см–1

893 см–1

910 см–1

Сu2+

1610 см–1

7500.jpg

Рис. 4. ИК-спектр диглицинобората меди

Регистрация спектров выполнялась на ИК – Фурье спектрометре FTIR-8400S «Shimadzu» (интервал частот 420–4000 см–1, в таблетках с бромидом калия). Данные представлены в табл. 1, ИК-спектры показаны на рис. 4. Расшифровка спектров проводилась согласно [4].

Электропроводность водных растворов изучали с помощью кондуктометра при рабочей частоте 1 кГц. Для проведения исследования готовили растворы ДГБК и ее соли с концентрациями 0,1000, 0,0500, 0,0250, 0,0125 и 0,0060 моль/л, рассчитали удельную и молярную электрическую проводимость полученных растворов по методике [2], данные приведены в табл. 2.

По полученным данным строим график, показывающий зависимость молярной электропроводности от концентрации веществ [3].

Анализируя полученные данные, можно сделать вывод о том, что диглициноборат меди (II) (ДГБМ) ведет себя в растворе, как и диглициноборная кислота, и имеет свойства слабых электролитов. Интерполяция прямолинейного участка кривой зависимости молярной электропроводности ДГБМ от концентрации на бесконечное разбавление дает значение примерно равное 150 Ом–1·см2·моль–1, что соответствует электропроводности электролита, диссоциирующего с образованием двух ионов: катиона меди (II) и комплексного аниона.

Таблица 2

Молярная и удельная электропроводность ДГБК и ее соли, полученной двумя способами

Диглициноборная кислота

№ п/п

1

2

3

4

5

C, моль/л

0,1000

0,0500

0,0250

0,0125

0,0060

R, Ом

30000

41000

53000

52000

52000

æ, См/см

0,00163

0,00120

0,00092

0,00094

0,00094

Ʌ, См•см2/моль

16,3

24,0

36,8

75,2

156,7

Соль ДГБК с ионами меди (II)

         

№ п/п

1

2

3

4

5

C, моль/л

0,1000

0,0500

0,0250

0,0125

0,0060

R, Ом

470

470

440

570

240

æ, См/см

0,0012

0,0012

0,0013

0,0010

0,0024

Ʌ, См•см2/моль

12,0255

24,0511

51,3818

79,3263

392,5000

pic_66.tif

Рис. 5. Зависимость молярной электропроводности раствора диглициноборной кислоты (1) и диглицинобората меди (2) от молярной концентрации

Термогравиметрический анализ исследуемого соединения диглицинобората меди проводили на синхронном термоанализаторе STA 449 F1 Jupiter в лаборатории минералогии и геохимии ландшафта ИПРЭК СО РАН. На рисунке 6 приведены ТГ, ДТГ, ДСК результаты измерения исследуемого соединения в диапазоне температур от 0 до 500 °C в атмосфере аргона. Из графика видно, что синтезируемое соединение устойчиво к температурам до 100 °C. Далее наблюдаются пики в интервале от 100 до 200 °C, что свидетельствует о поэтапном отщеплении кристаллизационной воды, с потерей массы до 21,93 %. Затем при 200–275 °C происходит разложение лиганда, что на кривой ТГ проявляется в виде скачка. На кривой ДСК появляется эндотермический минимум при 244 °C, сопровождаемый потерей массы около 19 %. Выше 275 °C происходит горение оставшейся органической части молекулы, причем вся она улетучивается. На кривой ДСК видны несколько экзотермических пиков, что подтверждает протекание окислительных процессов в интервале 275–500 °C. Остаточная масса после сжигания 49,10 %. Летучие продукты реакции: СО, СО2, H2О [5].

Исследуемое соединение хорошо растворимо в воде и термически устойчиво. Его можно применять как в сухом виде, так и в виде водного раствора. Диглициноборат меди относится к комплексным соединениям бора и предназначен для использования в качестве антимикробных и противогрибковых средств, направленных на подавление жизнедеятельности возбудителей инфекционных заболеваний, таких как кишечная палочка, золотистый стафилококк и дрожжеподобные грибки. Согласно протоколу бактериологического исследования лаборатории ГБОУ ВО ЧГМА Минздравсоцразвития России антимикробную активность и минимальную подавляющую концентрацию диглицинобората меди (II) (ДГБМ) изучали в отношении Escherichia coli (кишечной палочки), Staphylococcus aureus (золотистый стафилококк) и Candida albicans (дрожжеподобные грибы рода Кандида). Полученные данные сравнивались с ранее исследованными комплексными соединениями: ДЦБГ – дицитратоборат гуанидиния; ДЦБО – дицитратоборат оксихинолиния. Результаты исследования показаны в табл. 3.

Анализируя полученные результаты, можно сделать вывод, что новое комплексное соединение ДГБМ проявляет избирательную активность в отношении патогенных микроорганизмов, показывая максимальную подавляющую активность при минимальных концентрациях на Staphylococcus aureus (золотистый стафилококк) и Escherichia coli (кишечная палочка) [6]. Прочерк в таблице означает, что данное вещество не оказывает никакого влияния на культуру микроорганизма. Предлагаемый спектр применения синтезированного соединения очень широк, само вещество экологически безопасно как для человека, так и для животных. Таким образом, на основе приведенного сравнительного анализа можно сделать выводы:

1. Новое синтезированное комплексное соединение имеет схожее строение и свойства с ранее изученным веществом – диглициноборной кислотой.

pic_67.tif

Рис. 6. Термограмма диглицинобората меди

Таблица 3

Минимальная подавляющая концентрация диглицинобората меди (II), дицитратобората гуанидиния и дицитратобората оксихинолиния на различные культуры микроорганизмов

№ п/п

Название культуры микроорганизма

МПК (мкг/мл)

ДГБМ

ДЦБГ

ДЦБО

Гуанидин гидрохлорид

1

Кишечная палочка (АТСС 25922)

0,2

0,300

250

2

Золотистый стафилококк (25923)

0,002

0,030

250

0,090

3

Дрожжеподобные грибы рода Кандида

0,2

0,003

0,009

2. Изучены свойства диглицинобората меди (II) методами термического анализа и ИК-спектроскопии, а также поведение соединения в растворе методом кондуктометрии.

3. Отсутствие в строении агрессивных компонентов делает применение вещества доступным и безопасным как в области сельского хозяйства, так и для промышленного получения нового поколения биоцидных препаратов.

4. Наблюдается избирательная биоцидная активность даже при малых концентрациях диглицинобората меди на патогенные микроорганизмы по сравнению с имеющимися аналогами.


Библиографическая ссылка

Тютрина С.В., Бурнашева Н.Н., Хатькова А.Н., Соловьева Т.Л. СИНТЕЗ, СТРОЕНИЕ И ИЗУЧЕНИЕ БИОЦИДНЫХ СВОЙСТВ КОМПЛЕКСНОЙ СОЛИ ДИГЛИЦИНОБОРАТА МЕДИ (II) // Успехи современного естествознания. – 2016. – № 8. – С. 61-66;
URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=36079 (дата обращения: 27.09.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074