Бактериостатическая активность

Ряд кремнийорганических соединений обладает определенной бактериостатической активностью. К ним относятся диметил бис (2,4-диоксифенил) силан (СН₃)₂Si[С₆Н₃(ОН₂)]₂, риметил (оксиметил)силан кремнийорганические производные алкенилпиранолов и пиперидолов триметил (гексипил)силан и триметил (фенилэтинил) силан (CH₃)₃SiC = CR (R = C₄H₉, С₆Н₅), кремнийорганические ацетиленовые амины

R₃SiC=CCH₂NR'₂, диалкиламииоалкиловые эфиры кремнийсодержащих карбоновых кислот R₃SiC₆H₄COOCH₂СН₂•NR₂•HCI, кремнийсодержащие аминокислоты R₃SiCH₂•(CH₂)_n)NHCHRCH₂COOH, кремнийсодержашие эфиры N-азиридинилкарбоновых кислот (RO)₃Si(СН₂)₃ООССН₂СН₂• •NCH₂CH₂, циклосилтианы (R₂SiS)_n, триалкил силаны R₃Si(CH₂)_nSCH₂NR'₂, триалкил станнаны R₃SiCH₂SSnR₃, триалкил станнаны R₃Si’(CH₂)_nCOOSnR₃, ртуть и фосфорсодержащие силоксаны, пентахлорфеноксисиланы (C₆CIO)_nSiR_4-n,(CH₂)_n[Si(ОС₆СI)₃]₂, комплекс метилсиликоната калия с салициловой кислотой, триалкилсилилфенетиламины R₃Si(СН₂)_nC₆Н₄СН₂СН₂NН₂ (л=0,1), 4-хинолиламиноалкилсиланы, 9-акридиламиноалкилсиланы, 1-имидазолилметилсиланы, 1-силатрамы, 1-силатраны, 3-амипопропилсиланы и силоксаны, кремнийсодержащие аммониевые соли и кремнийорганические производные хлорамфеникола, пенициллина и линкомицина [8].

Введение органилсилильных групп в молекулы органических соединений в ряде случаев повышает их бактериостатическую активность. Так, например, бис(оксифенил)диалкилсиланы обладает большей бактериостатической активностью по отношению к S. aureus, чем фенол. Введение триметилсилильной и триметилсилилметильной групп в параположение фенилэтиламина в несколько раз повышает его активность по отношению к.S. aureus и Е. coli (бактериостатическое действие при этом все же остается невысоким – эффективные дозы не превышают 100 мкг/мл). Моно- и бистриметилсилиловые эфиры хлорамфеникола более активны по отношению к Paslereulla mullocida, чем хлорамфеникол. Кроме того, они не столь горьки. Замещение ацетиленового водорода N-пропаргилпиперидина триэтилсилильной группой вызывает повышение туберкулостатической активности соединения. Например, минимальная подавляющая концентрация для лекарственночувствительного штамма Ravenel понижается с 50 до 12,5 мкг/мл.

Значительно сильнее на М. tuberculosis действуют гидрохлориды метилдибутил (3-диэтиламинопропил) силана и метилдибутил(3-пинеридинопропил) силана. Минимальная концентрация, подавляющая лекарственно-резистентный штамм D, для этих соединений составляет 2,34 мкг/мл, что в 10 раз превышает активность антибиотика стрептомицина и в 3,7 раза – противотуберкулезного препарата тубазида. В связи с быстрым развитием резистентности у туберкулезных бактерий к различным антимикробным препаратам обнаруженная противотуберкулезная активности кремнийорганических аминов открывает новые возможности в борьбе с этим заболеванием.

Бактериостатическая активность алифатических и гетероциклических кремнийорганических аминов RR`₂Si (CH₂)_n NR"R'", так же, как и фунгистатическая активность, зависит от расстояния между атомами азота и кремния и является наибольшей в случае у-производных (п=3). Например, в случае метилдибутилсилилалкилпроизводных пиперидина минимальная концентрация соединения, подавляющая рост Staphylococcus aureus haemolyticus 209, увеличивается от 2,1 мкг/мл при п=3 до 133,3 мкг/мл при п=2 и 266,6 мкг/мл при п=1. Бактериостатическая активность этиленовых и ацетиленовых пирролидино- и пиперидинопроизводных, в отличие от фунгистатической, выше, чем у соответствующих алкильных производных.

По отношению к Staphylococcus aureus haemolyticus 209 зависимости активности от природы радикалов, связанных с атомом кремния, близки к тем, которые наблюдались при исследовании фунгистатической активности Бактериостатическая активность в различных рядах соединений в зависимости от R меняется в следующем порядке:

для CH₃R₂SiCH₂CH₂CH₂NH₂

С₆H₁₃>С₄H₉>С₃Н₇, С₇Н₁₅>С₂Н₅>С₉Н₁₉>С₆Н₁₁ СН₃;

для CH₃R₂SiCH₂CH₂CH₂NC₅H₁₀

С₄Н₉>С₅Н₁₁ >С₃Н₇>С₂Н₅>СН₃;

для C₂H₅R₂SiCH₂CH₂CH₂NH₂

С₃Н₇, С₄Н₉>С₆Н₅>С₅Н₁₁ С₂Н₅;

для (C₂H₅)₂RSiCH₂CH₂CH₂NH₂

С₅Н₁₁>С₄Н₉, С₃H₇>С₂Н₅.

Обращает на себя внимание порядок изменения бактериостатической активности соединений R₃Si(СН₂)₃Н₂, отличающийся от ряда фунгистатической активности: C₅H₁₁> C₆H₁₃> C₃H₇> С₄Н₉> С₂Н₅.

Хорошей активностью по отношению к S. aureus haemolyticus 209 обладают третичные амины – 3-(метилдибутилсилил) пропилпроизводные пиперидина (2,1 мкг/мл) и диэтиламина (1,1 мкг/мл), что находится па уровне антибиотика метициллина (1,3 мкг/мл). Бактериостатическая активность других третичных кремнийорганических аминов в зависимости от характера радикала, связанного с атомом азота, уменьшается в следующем ряду: С₂Н₅> (CH₂)₅> (СН₂)₄> С₄Н₉> СН₃> (СН₂)₆> С₃Н₇, (СН₂)₂O(СН₂)₂.

Более активны гидрохлориды бис(3-аминопропил) силанов типа R[(СН₃)₂Si(CH₂)₃NH₂-НСI]₂, где R=(CH₂)_n с n=1–3 или C₆H₄. Так, минимальная ингибирующая концентрация 1,2-бис (3- аминопропилдиметилсилил) этана составляет лишь 0,13 мкг/мл, а для аналогичного 1,3-производного пропана – 0,26 мкг/кг. Однако эти соединения неактивны по отношению к Вас. mycoides. Некоторое бактериостатическое действие на последние оказывают метилдигексил(3-аминопропил) силан (2,5 мкг/мл), метилдигексил (3-диэтиламииопропил) силан (7,8 мкг/мл) и этилдипропил(3-аминопропил) силан (8,3 мкг/мл).

По отношению к грамотрицательным бактериям Escherichia coli, Proteus vulgaris и Pseudomonas aeruginosa кремнийорганические амины значительно менее активны. При действии на Е. coli лишь у метилдибутил (3-аминопропил) силана и метилдиэтокси (3-амипопропил) силана минимальная ингибирующая концентрация достигает соответственно 5,2 и 10,4 мкг/мл. Несколько более активны некоторые диамины, а по патентным данным, 1,3,3,3-тетраметил-1- (2`-метил-3'-метил- аминопропил) дисилоксан-1-ол задерживает рост Е. coli и Ps. aeruginosa при концентрации 0,01 мкг/мл. Минимальная концентрация триэтил (2-триэтоксисилилпропиопоилокси) стапиапа, подавляющая рост Е. coli, составляет 0,4 мкг/мл, a Proteus vulgaris – 0,6 мкг/мл. Метилдиэтил (диэтиламинометилтиометил) силан и ряд других соединений подобной структуры R₃Si(CH₂)_nSCH₂NR'₂ активны по отношению к возбудителям брюшного тифа 5. typhi abdotninales и дизентерии Shigella sonnei (0,7 мкг/мл) [9].

Кремнийорганические аммониевые соли, содержащие алкокси- или силоксигруппы у атома кремния, можно использовать для создания антимикробных покрытий на стекле, тканях и других материалах. Например, при обработке стекла, стекловолокна, шерстяных, хлопчатобумажных, льняных, полиэфирных, акрилатных и других тканей, кожи, дерева, резины, алюминия и нержавеющей стали раствором хлористого 3-(триметоксисилил)пропилметилоктадециламмония на их поверхности образуется антибактериальная силоксановая пленка, надежно защищающая поверхность этих материалов от поражения грамположительными бактериями Staphylococcus aureus, Streptococcus faecalis, Bacillus subtilis, грамотрицательными бактериями Salmonella choleraesuis, Salmonella typhosa, Escherichia coli, Mycobacterium tuberculosis, Pseudomonas aeruginosa, Aerohacter aerogenes, а также различными грибами (Aspergillus niger, Aspergillus verrucaria, Penicillium funiculosum, Trichophyton interdigital, Cephalodiscus fragrans, Candida albicans) и водорослями (Cyanophyta: Oscillatoria; Chrysophyta; Chlorophyta: Protococcus). Применение для обработки поверхности меченной ИС кремнийорганической аммониевой соли показало, что антимикробная активность определяется соединением, связанным с поверхностью, а не медленным удалением его в окружающую среду. Антимикробная активность поверхности стекла и тканей, обра­ботанных этим кремнийорганическим препаратом, сохранялась после многократных стирок водой.

Большое количество других исследованных кремнийорганических V, р- и у-аминов, аминоспиртов, фталимидов, мочевин, изоцианатов, карбаматов и аминокислот бактериостатической активностью практически не обладает.

3.5 Регули рован ие роста растений

Метил (галогенметил) диалкоксисиланы и метил (хлорметил)- дигалогенсиланы ХnСН_3-n(СН₃)SiY₂, где Х=СI, Вr, I, a Y=CH₃O, С₂Н₅О, i-С₃Н₇0, CI, F, проявляют сильное гербицидное действие на одно- и двудольные растения как при обработке почвы перед прорастанием семян, так и при опрыскивании растений.

Из этих соединений наиболее активны хлорметилпроизводные (X=CI), менее активны – йод- и бромпроизводные. Природа заместителей Y, связанных с атомом кремния, почти не влияет на эффективность гербицидного действия. Это и понятно, так как при всех значениях Y гидролиз в почве приводит к образованию одних и тех же силанолов или растворимых в воде олигомеров HО[XCH₂Si(CH₃)O]_nH (возможно, n=1–3), которые, по-видимому, и обладают гербицидной активностью (соответствующие полисилоксаны на растения практически не действуют) [10].

При обработке почвы метил(хлорметил)диэтоксисиланом се­мена двудольных растений прорастают и нормально образуют первые листья. Однако затем листья приобретают коричневую окраску, становятся уродливыми и в ряде случаев опадают. При опрыскивании двудольных растений метил (хлорметил) диэтоксисиланом, диспергированным вводе, рост растений затормаживается, листья желтеют и опадают. В некоторых случаях растения погибают. Однодольные растения (трава, ячмень, пшеница) в результате такой обработки также желтеют, и их рост останавливается [11].

Подобные же хлорметилпроизводные, содержащие у атома кремния одну или три алкоксигруппы, никакой гербицидной активностью не обладают. Не активны также 3-хлорпропилтриметоксисилан, метил (1,2-дихлорэтил) диметоксисилан, метилтриметоксисилан, метилтрихлор-и диметилдихлорсилан. В то же время соединения с двумя или тремя бромметильными группами R_4-nSi (СН₂Вr) и (n=2,3) проявляют гербицидную активность даже в том случае, когда атом кремния связан только с алкильными или арильными группами.

Эффективными стимуляторами роста различных растений (цитрусовых, томатов, Hevea brasiliensis) являются 2-галогенэтилсиланы XCH₂CH₂SiY(OR)₂, где Х=СI, Вr, I; Y=OR', SR'; R, R'=алкил, циклоалкил, аралкил, арил, ацил, способные образовывать этилен в результате β распада, Например, применение 2-хлорэтилтрис(4'-метоксибензилокси) силана в концентрации 0,2% в начале созревания помидоров увеличило урожай на 70%. 2-Хлорэтилтриалкоксисиланы увеличивают выход каучука, получаемого от каждого дерева Hevea brasiliensis в течение 7 недель, в среднем на 160–190%. Аналогичным действием обладают 2-замещенные триорганилэтилсиланы, содержащие в β-положении по отношению к атому кремния триорганиламмомвую, диорганилфосфатную или диорганилсульфониевую группу. Эти β-замещенные кремнийорганические соединения имеют определенные преимущества по сравнению с известным фосфорорганическим стимулятором этрелем (2-хлорэтилфосфоновая кислота): большие активность и продолжительность действия на образование латекса, меньшую токсичность, повышенную липофильность, препятст­вующую смыванию препарата дождем. Кроме того, возможность широкого варьирования радикалов у атома кремния позволяет находить наиболее подходящий стимулятор этого типа для каждого вида растений [12].

Заметной гербицидной активностью обладают также тримeтилэтинилсилан (СН₃)₃SiС=СH, триметиленлилирониоловая кислота (CH₃)₃SiC=CCOOH, эфиры триалкилсилилметил (диалкиламиноэтил) малоновой кислоты R₃SiCH₂C(COOR^/)₂• CH₂CH2NR"₂, N-алкил-N-триметил силилметил-5-амино-2-алкоксибензиламины,4-[у-(триметилсилил) пропиламино]-7-фторхинолин, 2-бензимидазолилалкилсиланы и 5-метил-5-иитро-1,3-ди(триметилсилилметил) гексагидропиримидин. Введение силатрановой группировки в молекулы индолилуксусной или парахлорфеноксиуксусной кислот усиливает стимуляцию ими роста растений и пролонгирует ауксиновый эффект [13].

Некоторые алкоксисиланы оказались пригодными для подав­ления развития фитопланктона при «цветении» водоемов. Тетраэтоксисилан, винитриэтоксисилан и 3,3,3-трифторпропенил-1-метилдиэтоксисилан в концентрации 0,01 мг/л подавляют развитие клеток зеленых водорослей Scenedesmus quadricauda и Chlorella vulgaris на 93–96% в течение 15 дней. После этого численность водорослевых клеток увеличивается, но Не достигает первоначального уровня. 100%-ная гибель водорослей в тече­ние 30 дней при действии этих кремнийорганических соединений наблюдается лишь при концентрациях 1–5 мг/л. Указанные алкоксисиланы в отличие от многих других альгицидов, применяемых для борьбы с «цветением» водоемов, при концентрациях 0,01–1 мг/л не влияют на выживаемость зоопланктона (Dafnia magna) и моллюсков (Liтпаеа stagnalis), что является их преимуществом при регулировании численности зоо- и фито­планктона в водоемах [13].

Вместе с тем следует отметить, что диатомовые водоросли Navicula pelliculosa могут быть культивированы на тетраэтоксисилане как единственном источнике кремния.

Тетраэтоксисилан в концентрации 0,1–1 мг/л подавляет рост различных представителей водорослей Chlorophyta, Cyanophyta и Crysophyta. Значительно более сильным альгицидным дейст­вием обладают хлориды 3-(триметоксисилил)пропилдиметилал- киламмония. Обработка поверхности стекла или тканей хлоридом 3-(тримстоксисилил) пропилдиметилоктадецил- аммония создает на их поверхности прочное альгицидное покры­тие, препятствующее их обрастанию водорослями Oscillatoria borneti, Anabaena cylindrica, Selenastrum gracile, Pleurococ- cus sp., Gonium sp. и Volvox sp. Такая обработка фильтров из ацетата целлюлозы эффективно препятствовала проникновению водорослей в аквариум [14].

Полидиметилсилоксановые жидкости могут быть использованы в качестве антитранспирантов, препятствующих потере воды различными растениями (подсолнечником, сосной, елью, сахарным кленом, рябиной) в результате испарения. При этом эффективно действуют полидиметилсилоксаны с триметилсилильными концевыми группами (СН₃)₃SiO[(CH₃)₂SiO]_nSi(СН₃)₃, содержащие от девяти до пятнадцати днметилсилоксигрупп, с максимумом активности при n=11. Аналогично действуют циклополисилоксаны, содержащие более девяти днметилсилоксигрупп, и линейные силоксандиолы. Обработка трехлетних Acer saccharum 5%-ной эмульсией полидиметилсилоксановой жидкости XF-4-3561 (Dow Corning) уменьшает испарение на 70% в течение 7 дней, а у Pinus resinosa даже на 90% более чем 10 дней, в то время как у Fraxinus americana при концентрации силоксана 1–10% испарение уменьшается лишь в течение одного дня. Обработка 3%-ной эмульсией силоксана снижает содержание хлорофилла и задерживает рост новых иголок у Pinus resinosa, а при использовании 50%-ной эмульсии все деревья погибли. Сле­довательно, применение полисилоксановых антитранспирантов требует соблюдения осторожности, правильно выбранной концентрации и предварительного определения токсичности в более продолжительных экспериментах [15, 16].

Механизм действия полисилоксановых антитранспирантов не может быть связан ни с образованием водонепроницаемой полисилоксановой пленки на поверхности листьев, пи с влиянием на метаболизм в листьях, ни с отражением падающего света, понижающим температуру листьев. Такие пленки, задерживая жидкую воду, пропускают ее пары в 60 раз лучше, чем моле­кулы кислорода. Кроме того, полисилоксаны, имеющие низкое поверхностное натяжение, могут проникать в листья и, возможно, действовать на мезофильные клетки, препятствуя испарению воды.