Синтез четвертичных аммонийных солей и исследование их в качестве бактерицидов для подавления роста сульфатвосстанавливающих бактерий и ингибитора коррозии

АННОТАЦИЯ

Изучена реакция кватернизации изогексилмонохлорацетатов триэтиламином. Исследовано влияние различных факторов: температуры, соотношение исходных реагентов и продолжительности реакции на выход ЧАС. Строение синтезированных четвертичных солей исследована данными ИК-спектроскопии и элементного анализа. Изучены их антибактериальные свойства в отношении микроорганизмов и степень защиты от сероводородной коррозии металлов.

ABSTRACT

The reaction of quaternization of isohexylmonochloroacetates with triethylamine has been studied. The influence of various factors was investigated: temperature, the ratio of the initial reagents and the reaction duration on the QAC yield. The structure of the synthesized quaternary salts was studied by IR spectroscopy and elemental analysis data. Studied their antibacterial properties against microorganisms and the degree of protection against hydrogen sulfide corrosion of metals.

Ключевые слова: четвертичные аммониевые соли, изогексилмонохлорацетат, триэтиламин, ингибитор коррозии.

Keywords: quaternary ammonium salts, isohexylmonochloroacetate, triethylamine, corrosion inhibitor.

В настоящее время четвертичные аммониевые соли привлекают внимание многих исследователей-учёных мира. Четвертичные соли не имеют запаха, бесцветны, характеризуются умеренно широким спектром антимикробной активности, остаточным бактериостатическим действием на обрабатываемых поверхностях, обладают коррозийной активностью, эффективностью в широком диапазоне рН, устойчивостью к высоким температурам, низкой токсичностью.

Основой многих хорошо зарекомендовавших себя ингибиторов являются азотсодержащие органические соединения, сочетающие бактерицидные свойства и способность замедлять процессы микробиологических коррозии
[1, с.37-41; 2, с.434–439; 3, с.346]. При этом заслуживает внимания хорошо известный класс ингибиторов коррозии – четвертичные аммониевые соли (ЧАС), синтез которых достаточно прост. Четвертичные аммониевые соли обладают рядом полезных свойств, среди которых следует выделить их отсутствие летучести, хорошую растворимость в воде, умеренную пенообразующую способность, что позволяет использования ЧАС в растворах различных кислот и усиление их защитного действия в смеси с другими ингибиторами коррозии.

Целью данной работы является синтез четвертичных аммониевых солей и применение их в качестве ингибиторов коррозии и бактерициды для подавления сульфатвосстанавливающих бактерий (СВБ). В качестве исходных соединений для синтеза четвертичных солей использовали изогексилмонохлорацетаты (ИГМХА) и триэтиламин (ТЭА). Реакции их синтеза можно представить следующим образом:

 (1)

(2)

Экспериментальная часть

Синтез четвертичных аммониевых солей (ЧАС). Синтезы проводили в массе (без растворителя) постоянном перемешивании при атмосферном давлении и температуре – от 5 до 30 ^оС, продолжительность реакции 1,0-4,0 ч. Мольное соотношение исходных веществ изогексилмонохлорацетат : триэтиламин изменялось от 1,0:1, до 1,0:1,3.

В трехгорлую круглодонною колбу, снабженную термометром и холодильником и механической мешалкой, помещали расчетное количество триметиламина, после чего прибавляли изогексилмонохлорацетат и при заданной температуре перемешивали в течение необходимого времени. Через некоторое время, начали образоваться белые кристаллы аммонийных солей. После окончания реакции, образующиеся кристаллы соли промывали ацетоном и сушили при комнатной температуре до постоянного веса и анализировали. ИК-спектры исходных и синтезированных соединений снимали на ИК-Фурье спектрофотометре SISTEM-200.   Исследование бактерицидной активности синтезированных солей проводили путем определения степени подавления СВБ по известной методике с использованием культуры СВБ-штамма ДС-2198 [4]. В качестве контрольной использовали образцы без добавок ЧАС.

Результаты и их обсуждение

В работе изучено влияние различных факторов: температуры, соотношение исходных реагентов и продолжительности реакции на выход ЧАС. Результаты экспериментальных исследований по влиянию температуры реакции на выход ЧАС представлены на рис. 1. Полученные результаты показывают на прямо пропорциональную зависимость выхода продуктов от температуры процесса, что максимальные выходы ЧАС наблюдаются при 30  ^оС.

Далее изучено влияние продолжительности реакции на выход образующихся ЧАС (рис.2). Из графиков, указывающих зависимость выходов ЧАС от продолжительности реакции, следует, что взаимодействие ИГМХА с триэтиламином в массе осуществляется за 4 ч.

Экспериментальные данные в зависимости выхода ЧАС от мольного соотношения исходных веществ показывают, что более высокие выходы продуктов наблюдаются при избытке исходного амина, т.е. оптимальное мольное соотношение реагентов: ИГМХА: ТЭА = 1.0:1.2 (рис.3).

Рисунок 3. Влияние мольного соотношения на выход хлористых N-алкениламмонийных солей (30 ^оС): 1 – ИГМХА : ТЭА, 2 – ИГМХА:ТЭА, в массе

На рис. 3 показано, что реакция в водной среде закончивается за 6 ч, причем выход целевого продукта составил 94%, а при проведении реакции без растворителя наибольший выход продуктов (82%) реакции достигается за 8 ч.

В ИК-спектрах ЧАС наблюдается появление широкой интенсивной полосы поглощения в области 3050–2790 см^–1 которая указывает на наличие солеобразования, тогда как полосы поглощения в области 1470–1400 см^–1 характерны для деформационных колебаний метиленовых групп, соединенных с аммонийным азотом.

Строение синтезированных четвертичных солей доказано данными ИК-спектроскопии и элементного анализа. Найденный элементный состав дает хорошую сходимость с вычисленным для предполагаемых структур (табл. 1).

Таблица 1.

Элементный состав синтезированных хлористых солей

Результаты испытаний растворов полученных солей в качестве бактерицидов для подавления роста СВБ представлены в табл. 2, из которой видно, что данные соединения полностью подавляют рост сульфатвосстанавливающих бактерий при концентрации 150 мг/л.

Таблица 2.

Бактерицидная активность ЧАС в отношении СВБ

Наличие в структуре синтезированных четвертичных аммониевых соединениях атома азота, гидрофобных алкильных и кислородсодержащих групп позволило их предложить в качестве ингибиторов сероводородной коррозии.

Изучено влияние концентрации ЧАС на степень защиты от сероводородной коррозии металлов (табл.3).

Таблица 3.

Влияние концентрации ЧАС солей на степень защиты от сероводородной коррозии металлов

Анализ зависимости степени противокоррозийный защиты металла от концентрации ЧАС солей показывает значительное возрастание защитного эффекта при увеличении концентрации от 0,25 до 2,0 мг/л.

Таким образом, определены оптимальные условия получения ЧАС на основе изогексилмонохлорацетатов и ТЭА, изучены их антибактериальные свойства в отношении микроорганизмов (СВБ) и степень защиты от сероводородной коррозии металлов.

Список литературы:

1. Герасименко А.А., Матюша Г.В., Андрюшенко Т.А. И др. Микробная коррозия и защита от нее. // Коррозия: материалы и защита, 2003. –№ 1. –с.37- 41.
2. Миргородская А. Б., Лукашенко С.С., Яцкевич Е.И. и др. Агрегационное поведение, антикоррозионное действие и противомикробная активность бромидов алкилметилморфолиния //Физикохимия поверхности и защита материалов, 2014, том 50.  –№ 4. –с. 434–439.
3. Рахманкулов Д.Л., Зенцов В.Н. и др. Ингибиторы коррозии. Основы технологии производства отечественных ингибиторов коррозии.– М.: Интер, 2005. – с. 346.