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Dokumentenidentifikation DE69600188T2 22.10.1998
EP-Veröffentlichungsnummer 0771527
Titel Schnellwirkende mirkobizide Verbindungen
Anmelder Rohm and Haas Co., Philadelphia, Pa., US
Erfinder Joseph, Rhoda Weber, Buckingham, Pennsylvania 18912, US;
Antes, Diane Lynn, Richboro, Pennsylvania 18954-1314, US;
Osei-Gyimah, Peter, Horsham, Pennsylvania 19044, US
Vertreter Patentanwälte Sternagel & Fleischer, 51429 Bergisch Gladbach
DE-Aktenzeichen 69600188
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, ES, FR, GB, IE, IT, LI, LU, NL, PT, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 30.10.1996
EP-Aktenzeichen 963078738
EP-Offenlegungsdatum 07.05.1997
EP date of grant 11.03.1998
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.10.1998
IPC-Hauptklasse A01N 43/82
IPC-Nebenklasse

Beschreibung[de]

Die Erfindung richtet sich auf die Verwendung von antimikrobiellen Verbindungen zum Steuern oder Verhindern des Wachstums von Mikroorganismen. Insbesondere betrifft dieser Fall die Verwendung von Dithiazol- Verbindungen als antimikrobiel le Verbindungen.

Antimikrobielle Verbindungen werden kommerziell verwendet, um Wachstum eines breiten Spektrums von Mikroorganismen in zahlreichen Fällen zu steuern.

Das deutsche Patent 28 48 221 (A), das der Bayer AG gehört, offenbart 1,2,3-Dithiazolverbindungen und ihre Verwendung als antimycotische Verbindungen für pharmazeutische Zwecke. Das Patent offenbart nicht oder schlägt die Verwendung der Verbindung vor zum Steuern oder zum Hemmen des Wachstums von Bakterien oder Algen bei industriellen Anwendungen. US-4,059,590 (Moore) offenbart verschiedene 4-Halo-5-aryl-1,2,3dithiazol-Verbindungen und ihre Verwendung als Herbicide und Fungicide, offenbart jedoch nicht oder schlägt die Verwendung dieser Verbindung vor zum Steuern oder Hemmen des Wachstums von Bakterien oder Algen in industriellen Anwendungen.

Ein Problem zahlreicher antimikrobieller Verbindungen ist ihre langsame abtötende Wirkung auf Mikroorganismen und/oder die Verbindungen sind in der Umwelt beständig. Es bestehen daher sehr große Bedenken gegenüber adsorbierbaren organischen Halogenverbindungen in der Umwelt. Es besteht deshalb ein Bedürfnis nach mikrobiellen Verbindungen, die in der Umwelt nicht beständig sind, einen verringerten Halogengehalt haben und schnell wirkend sind.

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zum Hemmen des Wachstums von Bakterien oder Algen an einem technischen Produkt durch Einbringen in, an oder auf das Produkt einer wirksamen Menge mindestens einer antimikrobiellen Verbindung gemäß den Formeln I oder II:

in denen X und Y unabhängig ausgewählt sind aus Cl, Br und I,

R = Phenyl, substituiertes Phenyl, Benzyl, Methyl oder Ethyl,

R¹ = (C&sub1; - C&sub8;)-Alkyl;

R² und R³ sind unabhängig ausgewählt aus H und (C&sub1; - C&sub8;)-Alkyl. Eine andere Ausführungsform der Erfindung schafft antimikrobielle Verbindungen der Formel II und Zusammensetzungen, die weiterhin Wasser und/oder mit Wasser mischbare organische Lösemittel enthalten.

Die Verbindungen der Formeln I und II sind geeignet bei einer Zahl von technischen Produkten. Geeignete technische Produkte sind beispielsweise Holz, Farben, Klebstoffe, Dichtungsmittel, Mastix, Latex, Pulpe und Papieraufschlämmungen, Textilien, Leder, Kunststoffe, Karton, Gleitmittel, Seifen, Kosmetika, Waschmittel, Haushaltsprodukte, industrielles Kühlwasser, Luftwäscher, Prozeßwasser in der Zellulose- und Papierindustrie, Metallbearbeitungsflüssigkeit, Pigmentaufschlämmung, fotografische Behandlungsflüssigkeiten und Brennstoffe. Bevorzugte industrielle Produkte und Orte sind Kühltürme, Luftwäscher, Verfahrenswasser in der Zelluloseund Papierindustrie und Pigmentaufschlämmungen.

Die Mengen von Verbindungen der Formeln I und II, die geeignet sind, das Wachstum von Bakterien und Algen in industriellen Produkten oder Orten zu hemmen, sind dem Fachmann bekannt. Typische Mengen sind von 0,1 bis 2000 ppm bezogen auf den zu schützenden Ort. Die bevorzugte Menge von antimikrobieller Verbindung beträgt von 0,1 bis 300 ppm, wobei 1-25 ppm besonders bevorzugt sind.

Unter substituiertem Phenyl ist eine Phenylgruppe gemeint, in der ein oder mehrere Wasserstoff(e) durch andere substituierende Gruppen ersetzt sind. Beispiele von substituierenden Gruppen schließen ein (C&sub1;-C&sub3;)-Alkyl, (C&sub1;-C&sub3;)-Alkoxy, Hydroxy, Nitro, Halogen, Cyano und (C&sub1;-C&sub3;)-Alkylthio.

Der hier verwendete Ausdruck -antimikrobielle Verbindungen- schließt ein Baktericide und Algicide und -antimikrobielle Aktivität- soll sowohl die Eliminierung und das Hemmen oder die Verhinderung des Wachstums von mikrobiellen Organismen wie Bakterien und Algen an industriellen Produkten oder Orten einschließen.

Bevorzugte antimikrobielle Verbindungen für die erfindungsgemäße Verwendung schließen ein z.B. 4-Chlor-5H-1,2,3-dithiazol-5-on; 5-(p-Nitrophenylimino)-4-Chlor-1,2,3-dithiazol und 5-(2-Chlorphenylimino)-4-Chlor-1,2,3-dithiazol.

Die Verbindungen der Formel II können hergestellt werden durch Quaternierung der entsprechenden 4-Halodithiazolone mit geeigneten Alkylierungsmitteln nach dem Verfahren, das allgemein in US-4,508,908 (Virgilio) beschrieben ist. Es ist bevorzugt, die am meisten reaktiven Alkylierungsmittel zu verwenden wie Dimethylsulfat, Diethylsulfat, Methylfluorsulfonat, Trimethyloxoniumhexachlorantimonat, Triethyloxoniumfluorborat, n-Propyl - oder n-Octyl-trifluormethansulfonat, Trimethyloxoniumhexafluorphosphat, Methyltrifluormethansulfonat, Allyltrifluormethansulfonat und dergleichen. Die Quaternisierungsreaktion wird ausgeführt durch Umsetzen des 4-Halodithiazolons und des Alkylierungsmittels bei einer Temperatur von 20-100ºC. Die Reaktion kann trocken ausgeführt werden oder in Gegenwart eines Lösemittels wie Toluol, Hexan oder Xylol.

Die Verbindungen der Formel II können durch bekannte Verfahren gereinigt werden.

Es ist im Stand der Technik bekannt, daß die Wirkung von Mikrobiociden verstärkt werden kann durch Kombination mit einem oder mehreren anderen Mikrobiociden. Deshalb können bekannte Mikrobiocide vorteilhaft kombiniert werden mit den erfindungsgemäßen Mikrobiociden. Mikrobiocide, die in Kombination mit den erfindungsgemäßen Mikrobiociden verwendet werden können, schließen ein, sind jedoch nicht begrenzt auf 5-Chlor-2-methyl-3-isothiazolon, 2-Methyl-3-isothiazolon, 2,2-Dibrom-3-nitrilpropionamid, Bromchlordimethylhydantom, Methylen-bis-thiocyanat, Glutaraldehyde, quateräre Ammoniumverbindungen, 2-n-Octyl-3-isothiazolon, 4,5-Dichlor-2-n-octyl-3-isothiazolon, Iodopropargylbutylcarbamat, 1,2-Dibrom-2,4- dicyanobutan, 2-Thiocyanomethylthiobenzthiazol, Tetrachlorisophthalo nitril, 5-Brom-5-nitro-1,3-dioxan, 2-Brom-2-nitropropandiol, N,N'- Dimethylhydroxyl-5,5'-dimethylhydantom, 1,2-benzisothiazolin-3-on und 4,5-Trimethylen-2-methyl-3-isothiazolon. Kombinationen der erfindungsgemäßen Mikrobiocide mit 5-Chlor-2-methyl-3-isothiazolon, 2-Methyl-3- isothiazolon, 2,2-Dibrom-3-nitrilopropionamid, Bromchlordimethylhydantoin, Methylen-bis-thiocyanat, Glutaraldehyd, quaternären Ammoniumverbindungen und Mischungen derselben sind bevorzugt.

Die folgenden Beispiele sollen die verschiedenen Gesichtspunkte der Erfindung näher erläutern, sollen diese jedoch nicht begrenzen.

Beispiel 1 - Herstellung von 4-Chlor-5H-1.2.3-dithiazol-5-on

4-Chlor-5H-1,2,3-dithiazol-5-on wurde hergestellt durch das gleiche Verfahren wie es in Beispiel 2 von DE 28 48 221, A1 beschrieben ist.

Beispiel 2 - Herstellung von 5-(p-Nitrophenylimino)-4-chlor-1.2.3- diathiazol

5-(p-Nitrophenylimino)-4-chlor-1,2,3-dithiazol wurde durch das gleiche Verfahren hergestellt wie es in Beispiel 4 von DE 28 48 221, Al beschrieben ist. Beispiel 3 - Herstellung von 5-(2-Chlorphenylimino)-4-chlor-1.2.3- dithiazol 5-(2-Chlorphenylimino)-4-chlor-1,2,3-dithiazol wurden durch das gleiche Verfahren hergestellt wie es in Beispiel 4 von DE 28 48 221, A1 beschrieben ist.

Beispiel 4 - Antimikrobielle Prüfdaten

Das Spektrum von antimikrobieller Aktivität und die Wirkung von anionischen oberflächenaktiven Mitteln auf die antimikrobielle Aktivität der erfindungsgemäßen antimikrobiellen Verbindungen wurden bestimmt durch Prüfungen der minimalen Hemmkonzentration (MIC). Die MICs wurden bestimmt durch zweifache serielle Verdünnungen einer Verbindung in Mmimalsalz-Medium (MgG), Trypticase Sojabrühe (TSB) oder Trypticase Sojabrühe und anionisches oberflächenaktives Mittel (TSB + AOS). Die Prüfung wurde ausgeführt unter Verwendung einer Stammlösung oder Dispersion der zu prüfenden Verbindung, üblicherweise bei einer Konzentration von 1 Gewichtsprozent (Gew.-%), hergestellt in einer 5:3:2 Lösungsverdünnung von Aceton, Methanol und Wasser. Ein Volumen der Stammlösung wurde in das Kulturmedium eingegeben, um eine Anfangsprüfung auszuführen mit einer Konzentration von 500 ppm Verbindung.

Als die Prüfung fertig zur Ausführung war, wurde jedes Gefäß der Verdünnungsreihe, ausgenommen das erste Gefäß, mit einem äquivalenten Volumen von verbindungsfreier Kulturlösung beschickt. Das erste Gefäß enthält das doppelte Volumen Kulturmedium mit der Anfangskonzentration der zu prüfenden Verbindung. Eine Hälfte der Nährlösung aus dem ersten Gefäß wurde überführt in das zweite Gefäß. Nach dem Mischen wurde eine Hälfte des erhaltenen Volumen aus dem zweiten Gefäß entfernt und in das dritte Gefäß überführt. Der gesamte Zyklus wurde ausreichend wiederholt, um Reihen von Konzentrationen von 500, 250, 125, 63, 31, 16, 8 und 4, 2, 1, 0,5, 0,25 ppm einzustellen.

Jedes Gefäß wurde dann geimpft mit einer Zellsuspension eines geeigneten Prüforganismus. Die Prüforganismen und ihre Quellen sind in der nachfolgenden Tabelle 1 angegeben.

Tabelle 1

Bakterien wuchsen in Nährlösung, Pilze wuchsen auf Agar-Schrägfläche für eine Zeit und Temperatur ausreichend, um die Spezies zu prüfen und Algen waren Mischungen von Grünalgen und blaugrünen Bakterien, die einem Nährmedium gewachsen waren. Am Ende einer Wachstumsperiode wurde im Falle von Bakterien die Nährlösung verwirbelt, um die Zellen zu dispergieren.

Im Falle von Pilzen wurden Sporen geerntet durch Pipettieren von Wasser auf Schrägflächen und Abnehmen der Sporen mit einer sterilen Klinge. Die Zell-/Sporensuspension wurde standardisiert durch Kontrollieren der Inkubationszeit, Temperatur und dem Volumen des Verdünnungsmittels. Die Suspension wurde dann verwendet zum Impfen der Gefäße, die Nährbodenverbindung enthalten.

Die Gefäße wurden dann bei einer geeigneten Temperatur inkubiert. Nach der Inkubation wurden die Gefäße auf Wachstum oder ohne Wachstum geprüft. Die minimale Hemmkonzentration (MIC) ist definiert als die niedrigste Konzentration der Verbindung, die ein vollständiges Hemmen des Wachstum der Prüforganismen bewirkt. Die Ergebnisse der MIC-Prüfungen sind in der nachfolgenden Tabelle 2 wiedergegeben.

Tabelle 2

Beispiel 5-Minimale Hemmkonzentration gegenüber Algen

Die MICs gegenüber Algen wurden bestimmt nach dem gleichen Verfahren wie bei der vorherigen Prüfung, ausgenommen, daß das Volumen der Stammlösung in dem Kulturmedium dispergiert wurde, um eine ausreichende Anfangsprüfkonzentration von 25 ppm der Verbindung zu erreichen. Die Prüforganismen und ihre Quellen sind in Tabelle 3 wiedergegeben. Die Ergebnisse der MIC-Prüfungen sind in Tabelle 4 wiedergegeben.

Tabelle 3
Tabelle 4

Aus diesen Daten ist ersichtlich, daß 4-Chlor-5H-1,2,3-dithiazol-5-on das Wachstum von Algen auf niedrigen Niveaus hemmt.

Beispiel 6 - Abtötungsgeschwindigkeit

Die Abtötungsgeschwindigkeit der erfindungsgemäßen Verbindungen wurde bestimmt in synthetischem Kühlturmwasser (SCW) nach folgender Arbeitsweise.

TSB-Medium wurde hergestellt durch Einwiegen von 30 g TSB in einen 2-1- Kolben und Zugabe von 1 1 entionisiertem Wasser und Schütteln der Flasche bis das TSB vollständig gelöst war. Das Medium wurde dann in einem Autodaven 20 Minuten bei 121ºC behandelt.

Eine Nährstammlösung wurde hergestellt durch Einwiegen der folgenden Bestandteile in eine 2-1-Flasche: 5,28 g Ammoniumnitrat, 2,08 g wasserfreies Kaliumphosphat, 4,62 g Dextrose, 21,50 g Natriumcarbonat und 20,10 g Kaliumsulfat. Das Gesamtvolumen wurde auf 1 l Wasser aufgefüllt. Die Lösung wurde filtriert, sterilisiert und bei Raumtemperatur gelagert.

Eine Härtestammlösung wurde hergestellt durch Einwiegen der folgenden Bestandteile in einen 2-1-Kolben: 59,36 g Calciumchlorid-dihydrat, 45,02 Magnesiumchlorid-hexahydrat, 0,18 g Ferrichlorid-hexahydrat und 0.24 g Ethylendiamintetraessigsäure. Das Gesamtvolumen wurde auf 1 l Wasser aufgefüllt. Die Lösung wurde filtriert, sterilisiert und bei Raumtemperatur gelagert.

Eine konzentrierte Stammlösung für Korrosionshemmung wurde hergestellt durch Einwiegen in einen 2-1-Kolben von: 238,5 g entionisiertem Wasser, 125,0 g einer 45-gewichtsprozentigen wässrigen Lösung von Kaliumhydroxyd, 23,0 g einer 49,5-51-gewichtsprozentigen wässrigen Lösung von Natriumtolyltriazol, 63,5 g einer 42-44-gewichtsprozentigen wässrigen Acrylpolymerlösung und 50,0 g einer etwa 50-gewichtsprozentigen wässrigen Lösung von 2-Phosphono-1,2,4-butantricarbonsäure. Der Kolben wurde geschüttelt bis alle Flüssigkeiten gelöst waren, und dann wurde die Lösung filtriert, sterilisiert und bei Raumtemperatur gelagert.

Die konzentrierte Stammlösung für Konzentrationshemmung wurde verwendet, um eine Korrosionshemmeichlösung herzustellen durch Zugeben von 9,20 ml der konzentrierten Korrosionshemmungstammlösung in eine 2-1-Flasche und Einstellen des Volumen auf 1 l mit Wasser unter Schütteln. Die erhaltene Korrosionshemmungsstammlösung wurde filtriert und bei Raumtemperatur gelagert.

SCW wurde hergestellt durch Einbringen von 900 ml entionisiertem Wasser und 10,88 ml von Stammnährlösung (pH 10-13) in einen 2-1-Kolben. Der pH wurde auf 6 abgesenkt, und dann 10,88 ml Härtestammlösung zugesetzt. Anschließend erfolgte Zugabe von 10,88 ml der Korrosionshemmstammlösung. Der pH wurde dann auf 8,5 eingestellt und das endgültige Volumen auf 1 l mit entionisiertem Wasser aufgefüllt. Die endgültige Lösung wurde steril filtriert und bei Raumtemperatur gelagert.

Angereichertes synthetisches Kühlwasser (ESCW) wurde hergestellt durch Zugaben von Dextrose und Abfallextrakt für eine Endkonzentration von 3000 mg/l und 1000 mg/l.

Stammkulturen von zu prüfenden Bakterien wurden hergestellt durch Inoculieren von TSB Agar-Platten mit einer vollen Schlinge der Kultur aus gefrorenen Bakterienstammkulturen. Jede Platte wurde nur mit einem Bakterium geimpft. Die Platten wurden dann bei 30ºC über Nacht inkubiert, versiegelt und bis zur Verwendung in einem Kühlschrank (bis zu einem Monat) gelagert. Die folgenden Organismen wurden zum Herstellen von Stammkulturen verwendet.

Pseudomonas aeruginosa ATCC 15442

Klebsiella pneumonia ATCC 13883

Enterobacter aerogenes ATCC 13048

Die Impfkulturen wurden hergestellt durch Überführen mittels einer Inoculierungsschlinge, aus einer Bakterienkultur, aus der gekühlten Stammkultur auf 50 ml ESCW in einem 125 ml Erlenmeyer-Kolben. Der Kolben wurde dann in einer beheizten (30ºC) Schüttelvorrichtung über Nacht angeordnet. Die Kultur wurde dann eingestellt auf 0,3 optische Dichtemheiten (OD) bei 660 nm, das ergibt 108 Kolonieformungseinheiten (CFU)/ml. Falls erforderlich, wurde die Konzentration des Inoculierenden durch Zugabe von SCW eingestellt. Ein Inoculum wurde für jede Bakterienkultur eingestellt auf 0,3 OD bei 660 nm. Die drei inoculierten Proben wurden kombiniert, um eine 1:1:1 Mischung der inoculierten Proben der drei Bakterien zu prüfen.

Stammlösungen jeder zu prüfenden antimikrobiellen Verbindung wurden hergestellt als 1-gewichtsprozentige Lösung in DMSO. Die geprüften antimikrobiellen Verbindungen waren 4-Chlor-5H-1,2,3-dithiazol-5-on (erfindungsgemäß) und Methylenbisthiocyanat (Vergleich) einer bekannten kommerziellen antimikrobiellen Verbindung.

Die Prüfproben wurden wie folgt hergestellt. In jeden von acht 125 ml fassenden Erlenmeyer-Kolben, etikettiert mit 1 bis 8, wurden 49,5 ml von SCW eingebracht. Probe 1 enthält nur SCW und gilt als Nullprobe. Zu Proben 2 bis 8 werden 0,5 ml der gemischten Bakterienimpfkultur zugeführt. Probe 2 enthält nur das SCW und das Inoculum und ist eine unbehandelte Gegenprobe. Die Proben 3 bis 8 wurden dosiert mit entweder der erfindungsgemäßen Verbindung oder der Vergleichsverbindung. Vor dem Dosieren wurde das zu dosierende Volumen aus jeder Flasche entfernt, um das Endvolumen bei 50 ml zu halten. Proben 3 bis 5 wurden dosiert mit 1,5 und 10 ppm von 4-Chlor-5H-1,2,3-dithiazol-5-on. Proben 6 bis 8 wurden dosiert mit 1,5 und 10 ppm von Methylenbisthiocyanat. Ein 2 ml aliquoter Teil von beiden, der Nullprobe und der unbehandelten Kontrollprobe, wurden am Nullzeitpunkt entfernt. Alle Proben wurden dann in einem Schüttler bei 35ºC angeordnet.

Aliquote jeder Probe wurden nach 1, 3, 6, 24 und 48 Stunden gezogen. Jedes Aliquot wurde verwendet, um eine Mikrotiterplatte, die TSB enthält, zu impfen unter Verwendung einer zehnfach seriellen Verdünnung. Jede Platte wurde bei 30ºC für 48 Stunden bebrüted. Jede Platte wurde bezüglich des Wachstums geprüft. Die Zahl von Vertiefungen, in denen sich Wachstum zeigte, wurde in einen Rechner eingegeben mit einem Programm, das die am meisten wahrscheinliche Zahl (MPN) von CFU/ml berechnet. Eine 3 log Verringerung von CFU/ml nach 6 Stunden wurde verglichen mit der unbehandelten Gegenprobe und als schnelle Abtötung angesehen. Die Daten sind nachfolgend wiedergegeben.

Log von MPN von CFU/ml

Diese Daten zeigen, daß 5 und 10 ppm von 4-Chlor-5H-1,2,3-dithiazol-5-on für eine Stunde wirksam sind, während 10 ppm von Methylenbisthiocyanat als bekannte kommerziell erhältliche antimikrobielle Verbindung bis zu 24 Stunden unwirksam ist.


Anspruch[de]

1. Verfahren zum Hemmen des Wachstums von Bakterien oder Algen an einem technischen Produkt durch Einbringen in, an oder auf das Produkt einer wirksamen Menge mindestens einer antimikrobiellen Verbindung, die schnell abtötend wirkt und nicht anhaltend umweltbeständig ist, nach Formeln I oder II:

in denen X und Y unabhängig ausgewählt sind aus Cl, Br und I;

R = Phenyl, substituiertes Phenyl, Benzyl, Methyl oder Ethyl,

R¹ = (C&sub1;-C&sub8;)-Alkyl,

R² und R³ sind unabhängig ausgewählt aus H und (C&sub1;-C&sub8;)-Alkyl.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Menge der antimikrobiellen Verbindung von 0,1 bis 300 ppm, bezogen auf Gesamtgewicht des technischen Produktes, ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das technische Produkt ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Holz, Farben, Klebstoffen, Dichtungsmittel, Mastix, Latex, Pulpe und Papieraufschlämmungen, Textilien, Leder, Kunststoffen, Karton, Gleitmittel n, Seifen, Kosmetika, Waschmitteln, Haushaltsprodukten, industriellem Kühlwasser, Metallbearbeitungsflüssigkeiten, Pigmentaufschlämmungen, fotografischen Behandlungsflüssigkeiten und Kraftstoffen.

4. Antimikrobielle Verbindung nach Formel II, wie sie in Anspruch 1 angegeben ist.

5. Zusammensetzung, enthaltend die antimikrobielle Verbindung nach Formel II, wie sie in Anspruch 1 angegeben ist, und Wasser und/oder mit Wasser mischbares organisches Lösemittel







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