DE1642501C

DE1642501C - Neue biocide Zusammensetzungen

Info

Publication number: DE1642501C
Authority: DE
Inventors: Jacques; Chiffert Pierre; Marseille Bottero (Frankreich)
Original assignee: Procida, S.A., Marseille (Frankreich)
Publication date: 1972-04-27

Description

vorliegende Erfindung betrifft nowe biocide ugn. Insbesondere betrifft sie neue biocide Zusammensetzungen zur Behandlung von tndHStriewässern und KreisJaufwässern bei der Papierherstellung, die als aktive Substanz mindestens, eine der Verbindungen 4er allgemeinen Formel I enthalten;

R-,-C-

-C-CO₂R₄
R"

in der R' und R" ein Halogen-(Chlor, Brom oder Jod), ein Wasserstaffatom oder einen Alkylrest mit 1 oder 2 Kohlenstoffatomen, R₁ ein Halogenatom (Chlor, Brom oder Jod), R₂ und R₃ ein Halogen-(Chlor, Brom oder Jod), ein Wasserstoffatom oder einen niedermolekularen Alkylrest und R₄ einen niedermolekularen Alkylrest bedeutet, oder ein Kupfersalz dieser Verbindungen und zusätzlich einen als Bioeid inaktiven Trägerstoff.

Die neuen erfindungsgemäßen Zusammenfetzungen sind auf industriellem Gebiet brauchbar, insbesondere zur Bekämpfung und Zerstörung schädlicher Organismen, wie Bakterien, Keimen, Pilzen und Algen, die sich in den Wässern entwickeln können, die zur Herstellung verschiedener industrieller Produkte dienen.

Insbesondere sind die genannten Verbindungen ausgezeichnet geeignet, der Bildung von Mikrobenschlimm in den Kreislaufwässern der Papierherstellung vorzubeugen oder sie zu beseitigen.

Sie können auch dazu verwendet werden, den Papierbrei zum Zwecke der Konservierung zu behandeln. Wie bekannt, verwendet die Papierindustrie als Ausgangsmaterial vorher entfasertes Hob und reduziert dieses zu einem Brei, der im allgemeinen 50% Feuchtigkeit enthält, weshalb der Papierbrei bei der Lagerung und beim Transport Zersetzungsreaktionen erleidet, die zu einem großen Teil auf Abbau durch Pilze und zu einem geringeren Teil auf bakteriellen Abbau zurückzuführen sind.

Ein weiteres Beispiel für die Verwendungsmöglichkeit der neuen erfindungsgemäßen Verbindungen auf industriellem Gebiet ist die Behandlung von Häuten. vegeUitivischen Gerblösungen und von Leder, die durch das Wachstum von Mikroorganismen geschädigt werden können.

Die /i-Ketosiiureester. die in den neuen erfindungsgemäßon Zusammensetzungen als aktives Material wirken, tragen obligatorisch ein Halogen (Chlor. Brom oder Jod) in ,-Stellung und unterscheiden sich somit eindeutig von den aus dem britischen Patent 874 (lf>4 bekannten a-Halogen-acetylessigsiuireestern. die die Eigenschaft haben, die für die Bildung von Mikrobeiischlamm in den Industriewässern verantwortlichen Mikroorganismen zu bekämpfen.

Dieser Strukturunterschied verleiht deti erfindungs-' gemäßen Zusammensetzungen sehr vorteilhafte Eigenschaften, So ist ihre biocide Wirkung derjenigen Von Zusammensetzungen auf der Basis Von «-Halogen-' äcetylcssigsäureestern überlegen. Auf Grund des Unterschieds zu den a-Halogeii-acetylessigsäurccstern sind die Verbindungen der allgemeinen Formel 1 außerdem praktisch keine zum Tränen reizende Substanzen; sie kontiert daher ohne jede Unannehmlichkeit Und ohne besondere Vorsichtsmaßnahmen in den neuen Zusammensetzungen für alle industriellen Anwendungen verwendet werden, wo diese Verbindungen ihre Anwendung finden.

Die neuen erfindungsgemäßen Zusammensetzungen können hergestellt' werden durch Losen einer Verbindung der allgemeinen Formel I in einem mit γ/asser mischbaren Lösungsmittel, wie Atbylacetylacetat und Diacetonalkohol, Es kann auch vorteilhaft sein, sie durch Lösen des aktiven Materials in einem mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittel herzustellen, wie einem Kohlenwasserstoff, und eventuell zu dieser Lösung ein spannungsaktives Mittel zuzusetzen, um die Dispersion in Wasser zu erleichtern.

Die Endkonzentration an aktivem Material in dem zu behandelnden Milieu kann sehr gering sein.

So bewegt sich z. B. bei der Papierherstellung die angewandte Dosis zwischen IO und 90 g aktives Material pro Tonne Papierbrei (bezogen auf Trockensubstanz) und vorzugsweise zwischen 30 und 45 g.

Von den Verbindungen der allgemeinen Formel I sollen besonders diejenigen aufgeführt werden, für die die biologischen Versuche besonders überzeugende Ergebnisse gezeigt haben. Es sind die folgenden:

— Äthyl-4-brom-3-oxo-butanoat oder

Verbindung A,

— Äthyl-2,4-dibrom-3-oxo-butanoat oder

Verbindung B,

— ÄthyM-chlor-S-oxo-butanoat oder

Verbindung C,

— Methyl-4-brom-3-oxo-butanoat oder

Verbindung D,

— ÄthyM-brom-S-oxo-butanoat,
Kupfer(II)-salz, oder Verbindung E.

Die Zusammensetzungen auf der Basis der Verbindung A können insbesondere in der Papierindustrie verwendet werden. Zu diesem Zweck wird Verbindung A in Äthylacetylacetat, gelöst in einer Menge von 60 pro 100 g Lösungsmittel, und in dieser Form dem zirkulierenden Brei, mit dem eine Maschine zur Verpackungskartonherstellung beschickt wird, zugesetzt, um die Zerstörung der empfindlichen Mikroorganismen sicherzustellen, die sich in diesem Milieu entwickeln und deren Vermehrung einen schlechten Betriebsverlauf des Ganzen zur Folge haben kann. Die brauchbare Dosis liegt in der Größenordnung von 30 bis 60 g aktives Material pro Tonne Trockenbrei.

Die Zusammensetzungen auf der Basis der Verbindungen B. C. D und E können ebenfalls zur Behandlung von Papierbrei verwendet werden, oder sie können den Lagerbehältern für diese Breie zugesetzt werden, um die Entwicklung von Pilzen oder Mikroben zu verhindern.

Die Verbindung A kann hergestellt werden durch Einwirkung von Magnesium auf das Äthylbromacetat nach R,Stolle (Berichte [1908], 41, 954) oder durch Einwirkung Von Brom auf Äthylacetyl» acetal in Schwefelkohlenstoff nach Conrad (Be" richte [1896], 29, 1043), ^

Die Verbindung D wird nach einem analogen Verfahren hergestellt unter Ersatz von Äthylacetylacetat durch Methylacetylacetat.

Die Verbindung B kann durch Einwirkung von Brom auf Äthyl - 4 - brom - 3 - oxo * butanoat (vgl, B e i 1 s t e i n, 3, 665) oder durch Einwirkung von 2 Molekülen Brom auf Älhylacelylacctai in Schwefelkohlenstoff gewonnen werden,

i 64g501

Pie Verbindung C kann hergestellt werfen durch Einwirkung von Magnesium nnf Äthylohloracetat nach P, K, Alexen drew (Berichte [1913], 46,1022).

Pie Verbindung E kann hergestellt werden durch Einwirkung von KupferdlJ-acetat auf Äthyl-4-brom-3-oxo-butanoat.

Die übrigen Verbindungen der allgemeinen Formel I können durch entsprechende Anwendung der obengenannten Methoden gewonnen werden,

Herstellungsmethoden
Äthyl-4-brom-3-oxo-butanoat oder Verbindung A

In einen 1-1-Kolben, der mit einer Rühr- und einer Rückflußkühlvorrichtung ausgestattet ist, bringt man 130 g Äthylacetylacelat und 250 ml Schwefelkohlenitoff. Man kühlt das Gemisch auf 10⁰C und fügt mit einem Tropftrichter 160 g Brom unter Rühren lu. Die Zugabe dauert 2 Stunden.

Nach beendeter Zugabe setzt man das Rühren 1 Stunde bei 10⁰C fort und anschließend 24 Stunden bei 20⁰C. Der Schwefelkohlenstoff wird dann unter Vakuum abdestilliert. Der Destillationsrückstand wird mehrere Male mit einer Lösung von Natriumbicarbonat gewaschen und über Natriumsulfat getrocknet.

Das Produkt wird dann unter Vakuum bei 1 bis 3 mm Quecksilber destilliert. Die zwischen 70 und 80°C übergeixnde Fraktion wird gewonnen und besteht aus Äthyl-4-brom-3-'nxo-butanoat bzw. Verbindung A.

Kthyl-2,4-dibrom-3-oxo-butanoat oder Verbindung B

In einen 1-1-Kolben, der mit einer Rühr- und einei Rückflußkühlvorrichtung ausgestattet ist, bringt man 130 g Äthylacetylacetat und 250 ml Schwefelkohlenstoff. Man kühlt das Gemisch auf 5⁰C und fügt mit einem Tropftrichter 320 g Brom unter Rühren zu. Die Zugabe dauert etwa 5 Stunden. Nach beendeter Zugabe läßt man die Temperatur auf etwa 20⁰C ansteigen. Der Schwefelkohlenstoff wird dann unter Vakuum ahdestilliert. Der Destillationsrückstand wird mehrere Male mit einer Natriumbicarbonatlösung gewaschen.

Das so erhaltene Produkt besteht aus Äthyl-2.4-dibrom-3-oxo-butanoat oder Verbindung B.

50

Äthyl-4-chlor-3-oxo-butanoat oder Verbindung C"

In einen 1-1-Kolben. der mit einer Rühr- und einer Rückfiußkühlvorrichtung ausgestattet ist. bringt man 12 g Magnesiumspiine. einige Milliliter Diäthyläther und Äthylchloracetat.

Man bnngi ein Jodkristall mit dem Magnesium in Kontakt und erhitzt einige Minuten. Die Reaktion setzt schnell ein, und man halt sie durch Zugabe eines Gemisches aus Diäthyläther und Äthylchloracetat bis zur Menge von I Molekül an letzterem in Gang. Nach dem Abkühlen schüttet man das Gemisch auf zerstoßenes Eis und neutralisiert es mit verdünnter Schwefelsäure.

Die Ätherphase wird dekantiert, mit verdünnter Schwefelsäure gewaschen und über Natriumsulfat getrocknet. Der Äther wird dann \erdampft und der Rückstand unter Vakuum fraktioniert. Das Äthyl-4-chlor*3-oxo-bulanoat destilliert zwischen 94 und 96" C bei 10 mm Hg.

od^er Verbindung P

Piese Verbindung wird nach derselben Methode hergestellt, die für den entsprechenden Athylester verwendet wird, indem man Äthylacetylacetat durch Methylacetylacelat ersetzt,

Kupfer(ll)-salz des Äthyl-4-brom-3-ox>butanoats oder Verbindung E

Man löst 70 g Kupfer(II)-acetat in 1400 ml Wasser, Außerdem löst man 70 g Äthyl^brom-S-oxobutanoat in 300 ml Athyläther, Diese letztere Lösung bringt man schnell zu dem in Wasser gelösten kupfer(II)-acetat bei Zimmertemperatur und rührt

rs, 3 Stunden bei 20⁰C, Man filtriert den gebildeten grünen Niederschlag, wäscht ihn mit Wasser und trocknet ihn. Der Bromgehalt des erhaltenen Produktes beträgt 33%.

Biologische Untersuchungen

a) Versuche mit wiederhergestelltem Papierbrei

Dieser Versuch nähert sich den Bedingungen der

Praxis. Man stellt eine Suspension von Fasern in Wasser unter genau festgelegten Bedingungen her (künstlicher Papierbrei). Man impft mit einem aero-

genen Mikroorganismus Aerobacter an und läßt

24 Stunden bei 37° C inkubieren, entnimmt dann eine Probe zur Bestimmung der Menge an Keimen pro Milliliter. Dann fügt man Äthyl-4-brom-3-oxobutanoat bzw. Verbindung A zu.

Der Versuchsansatz wird erneut in den Trockenschrank bei 37°C eingebracht.

Beginnend ab Behandlung wurden dann nach steigenden Zeiten Bestimmungen durchgeführt.

Es wurden die in den folgenden Tabellen I und Ia wiedergegebenen Ergebnisse erzielt.

40

Tabelle I

Dosis
ppm an
Verbindung Λ

120
90
60
30

Zahl der Keim». \: Millionen
pro Milliliter Fasersuspension

I Stunde

vor Be-

jiandlung

54,3
54,3
63
48.6

I Stunde
nach Behandlung

20,6
33,3
31.6
36,3

1 Stunden
nach Behandlung^

1.4

3,9
16,6
28

6 Stunden
nach Behandlung

0,12
3,26
9.76

24 Stunden nach Bchandlung

Tabelle 1 a

	I Stunde	Prozentuale Ablötung.	3 Stunden	fi Stunden
Dosis ppm an	vor Be	berechnet auf Ausgangspopulatkm	nach Be-	nach Be
Verbin	handlung	1 Stunde	1 handlung	handlung
dung Λ	_	nach Be	97,4	100
	—	handlung	92,8	99.7
120		62	73,6	94.7
90	—	38,6	42,3	90,2
60	49.8
30	25.3

24 Stunden nach Hehandlung

100
100
100
100

I 642 501

b) Bjpoide Untersuchungen

und bakterizide Wirkung

Es wurden auch die bnkteriostittischen, ATiang ν,-erte bestimmt, (die Menge, die die Entwicklung in der Nährlösung verhindert) und die bakteriziden Anfangswerte (kein Wiederaufleben des Wachstums in Gelose-Nührmedium), Die folgenden Tabellen geben einen Überblick über die Wirkung auf einige Bakterien,

Tabelle II

Bakteripstatische Wirkung auf Aerobacter aerogenes (Gram-negativ) Tabelle ΪΠ ft

Bakterizide Wirkung ίμιΓ Pseud,pmpnas (Gi)

Λ ■—	Konze	ntrnlipncn. j	η ppm fin nktivem	50	05	!Q .
Produkte		Mftferffll	V₄T	T	T
	75	' O	³A-T	T
¹⁰ Verbindung A ,,,,	O	^]/₄τ	τ	τ
Verbindung B ,,.,		τ	T	τ
Verbindung D ,,,.,	O
Verbindung C ,, _t,	O

T= Kontrolle: vgl! entwickelt.

Produkte

Verbindung A

Verbindung B

Verbindung C

Verbindung D 0

T = Kontrolle: voll entwickelt.

Konsentrationen in ppm an aktivem Material

250

100

T 0

T T 0 T

50

T T T T

Tabelle Ha

Bakterizide Wirkung auf Aerobacter aerogenes (Gram-negativ)

	Konzentrationen i	η ppm an aktivem	100	75	50
Produkte		Material	T	T	T
	250	0	V₄ τ	T
Verbindung A ....	0	V₄T	V₂T	T
Verbindung B ....		V₂T	T	T
Verbindung C ....	0
Verbindung D ....	0

T = Kontrolle: voll entwickelt,

ppm = Teile pro 1 Mii'ion Teile.

0 - keine Entwicklung.

'_ΛΤ - Entwicklung '/₄ der Kontrollprobc.

T = Entwicklung wie Kontrollprobc.

Tabelle IU

Bakteriostatische Wirkung auf Pseüdomonas aeruginosa (Grarrwiegativ)

1 Konzentrationen in ppm an aktivem ■ Material

Verbini!
Verbini'
Verbin·
Verbind

75	50	25	10
	0	T	T
		0	T
	0	T	T
0	V₂T	T	T

Fungistatische und fu-.^jcide Wirkung

Es wurden auch die Anfangswerte der fungistatischen und fungiciden Wirkung nach analogen Methoden bestimmt, In den folgenden Tabellen IV und IVa werden beispielsweise die mit Aspergillus flavus erhaltenen Ergebnisse wiedergegeben.

Tabelle IV Fungistatische Wirkung

Produkte

Verbindung A

Verbindung B

Verbindung D

Verbindung C

Kontrolle: 5/5.

Konzentrationen

in ppm an aktivem

Material

50

25

10

Tabelle IVa Fungicide Wirkung

Produkte

Verbindung A
Verbindung B
Verbindung D
Verbindung C

Kontrolle: 5/5.

Konzentrationen in ppm an aktivem Material

250

100

75

Spuren

50

25 10

Spuren 2 5

Herstellung von Äthyl-4-brom-3-oxn-2-chlorbutanoat

ntwickelt

In 41,8 g Äthyl-4-brom-3-oxo-butanoat (Berichte Cl896], 29, 1043] führt man tropfenweise bei (FC 27 g Sulfurylchlorid ein, bringt die Temperatur auf 20⁰C, rührt während 16 Stunden bei dieser Tenv peratur, entfernt Chlorwasserstoffgas und Schwefligsäureanhydrid, die sich gebildet haben, unter reduziertem Druck, rektifiziert den Rückstand und erhält 26 g ÄthyM-brom-B-oxo^-chlor-butanoat, Kp. = ITC bei 0,5 mm Hg.

Anälysei (S₆
Berechriei
gefunden

Ö29_f59_f H 3,Ii,- St I4₍S6%{
d'29,6,· H 3<i> Cf 14,4%,

Ünfefsüchuhgcief biöcideri ^Eigenschaften Von
Äthyi-4-brom-3-öxo-2-chiöf-bütänÖät

Man stellt 9.7 1 Papierbrei einer Konzentration von 12.5 g/l her. fügt 200 ecm 2%igen Harzleim zu. verursacht einen Befall durch Animpfung mit 100 ecm Aerobacter aerogenes und inkubiert dann unter Rühren bei 35'C (l.Tag).

Am 2. Tag (also 24 Stunden nach Versuchsbeginn) führt man eine erste Zählung der Keime durch, behandelt dann den Ansatz durch Zugabe des zu untersuchenden Produkts, und zwar in Konzentrationen von 200, 100, 50 und 25 ppm, stellt das Niveau mit sterilem Wasser wieder ein und Führt dann 1,4, 7 und 23 Stunden nach der Behandlung Zählungen der Keime durch (1. Tabelle).

Am 3. Tag (also 48 Stunden nach Versuchsbeginn) führt man eine Zählung der Keime durch, stellt das Niveau des Ansatzes mit sterilem Wasser wieder ein, verursacht einen Befall des Breies durch Animpfung mit 100 ecm Aerobacter und führt dann 1, 4, 7 und 23 Stunden nach der Animpfung {d. h. 25, 28, 31 und 47 Stunden nach der Behandlung oder 49, 52, 55 und 71 Stunden nach Versuchsbeginn) Zählungen durch (2. Tabelle).

Am 4. Tag (also 72 Stunden nach Versuchsbeginn) werden dieselben Maßnahmen wie am 3. Tag wiederholt (3. Tabelle).

Die Ergebnisse sind in prozentualer antibakterieller Wirksamkeit ausgedrückt. Die folgenden Tabellen fassen die erhaltenen Untersuchungsergebnisse zu-

sammen.	1. Tabelle	Zeit nach Behandlung	200 ppm	100 ppm	50 ppm	25 ppm
		1 Stunde ....	100	99,6	99,3	41,7
		4 Stunden ...	100	100	99,9	96,7
Prozentuale Wirksamkeit	7 Stunden ,,.	100	100	100	92,3
23 Stunden ...	100	100	100	99,4

1 Tabelle
Prozentuale Wirksärnkeii nach der ersten Animpfung

^ Zeit nach Behandlung	200 ppm	lud ppm-	50 ppm	25. ppm
25 Sulfiden" . .. 28 Stunden ... ⁰ 31 Stunden ... 47 Stunden ...	99.7 99.9 100 100	99.1 99.5 99.8 100	98.7 97.9 95.5 67.8	97.0 87.8 80.9 0

3. Tabelle
Prozentuale Wirksamkeit nach der zweiten Animpfung

/cit nach
Behandlung

49 Stunden ..
52 Stunden ..
55 Stunden ..

200 ppm	im ppm	50 ppm
99.4	99.1	68,8
99.8	98.9	53,5
100	99.2	18,8

25 ppm

7.5

16,2

Als erfindungsgemäße Verbindung wurde 4-Brom-3-oxo-buttersäureäthylester (Verbindung A) und als Vergleichsverbindung 2 - Chlor - 3 - oxo - buttersäureäthylester (Verbindung B), bekannt aus der deutschen Auslegeschrift 1 201 778, verwendet.

Dabei wurde der bacteriostatische Schwellenwert und der bactericide Schwellenwert für die folgenden gram-negativen Bakterien bestimmt: Aerobacter aerogenes, Pseudomonas aeruginosa und Serratia marcescens.

Versuchsbedingungen

Eine Fleischbouillon, die mit einem flüssigen Pepton angereichert war und die verschiedene Konzentrationen der zwei Produkte enthielt, wurde mit einer der genannten Bakterienkulturen angeimpft. Nach einer Inkubationszeit von 48 Stunden bei 37°C wird der bacteriostatische Schwellenwert durch eine Abwesenheit von Bakterienstörungen erreicht, die bei ungenügender Konzentration sich ergibt.

Von dieser Untersuchung ausgehend, wurde der bactericide Schwellenwert bestimmt, indem man einige Lösungstropfen (Medium + toxische Verbindung) der vorhergehenden Untersuchung auf eine gelatinöse Peptonfleischbrühe. die frei von toxischen Verbin-

düngen war, auftropft. Jede sich ergebende Bäktenenentwicklung wurde nach einer Inkubationszeit von 48 Stunden bei 37° C bestimmt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in den folgenden Tabellen I und Il zusammengefaßt.

Tabelle I Bacteriostatiscner Schwellenwert

	Aerobacter äerosehes	60 ΐ	4ff	PseudbmönäS aeruginosa	8Ö	60	40	. 20	40-	Serrati rnarcescens	10	g
Produkt	Konzentration m ppm	0	. —	Konzentration in ppm	: —	—	100	0	—	Konzentration in ppm	100	0
	80 ]	100	0	100	0	—	—	100	20	—	-—
A	iöö		■						—		209618/1$
B	—		0

Produkt

A
B

Aeröbaclcr acrögenes Konzentration in ppm

200

100

60

100 ! 0

o!

Tabelle H Bactcricider Schwellen wert

Pseudomonas aeruginosa Konzentration in ppm

200

100

100 100

80

100 50

60

50 0

inosa PPI"	20	100	Serrati marccsccns Konzentration in ppm	80	60	40	20	' 10	8
40	0	100	100	50	0	100	50	0
50

Aus den Tabellen I und II geht klar hervor, daß die erfindungsj'emäße Verbindung A im Vergleich zu der bekannten Verbindung B eine überlegene tj bacteriostalische Wirkung gegenüber Pseudomonas aeruginosa und Serrati marcescens aufweist. Die bactericide Wirkung der erfindungsgemäßen Verbindung A gegenüber Aerobacter aerogenes, Pseudomonas aeruginosa und Serrati marcescens ist derjenigen der Vergleichsverbindung ebenfalls beträchtlich überlegen. Diese überlegene biocide Wirkung der erfindungsgemäßen Verbindung gegenüber der Verbindung des Standes der Technik stellt einen beträchtlichen überraschenden technischen Fort-. schritt dar.

Weiterhin zeigt ein Vergleich der physikalischen Eigensuiaften der untersuchten Verbindungen, daß die erfindungsgemäße Verbindung erheblich stabiler ist als die Vergleichsverbindung B, die sich gegebenenfalls explosiv spontan dehalogeniert. Weiterhin besitzen die erfindungsgemäßen Verbindungen nicht den Nachteil der Vergleichsverbindung, eine Tränenreizung hervorzurufen.

Claims

Patentanspruch:

Bioeide Zusammensetzungen zur Behandlung von Industriewässern und von Kreislaufwässern bei der Papierherstellung, dadurch gekennzeichnet, daß sie als aktives Material mindestens eine der Verbindungen der allgemeinen Formel _R_ _R.

R₂-C C C-CO₂R₄

R₃ O

R"

in der R' und R" ein Halogen-(Chlor, Brom oder Jod), ein Wasserstoffatom oder einen Alkylrest mit 1 bis 2 Kohlenstoffatomen, R₁ ein Halogenatom (Chlor, Brom oder Jod), R₂ und R₃ ein Halogen-(Chlor, Brom oder Jod), ein Wasserstoffatom oder einen niedermolekularen Alkylrest und R₄ einen niedermolekularen Alkylrest bedeutet, oder ein Kupfer(II)-salz dieser Verbindungen sowie einen als Bioeid inaktiven Träger enthalten.