DE1920298B2

DE1920298B2 - 5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan und ein Verfahren zu dessen Herstellung sowie dieses enthaltende antimikrobielle Mittel

Info

Publication number: DE1920298B2
Application number: DE1920298A
Authority: DE
Inventors: Horst Dr. 4000 Duesseldorf Bellinger; Richard Dipl.-Chem. Dr. 4010 Hilden Wessendorf
Original assignee: Henkel AG and Co KGaA
Current assignee: Henkel AG and Co KGaA
Priority date: 1969-04-22
Filing date: 1969-04-22
Publication date: 1973-12-20
Also published as: DE1920298A1; DE1966920C3; DE1966920A1; DE1966920B2

Description

Die Erfindung betrifft das 5-Brom-5-nitro-1,3-dioxan und ein Verfahren zu dessen Herstellung, sowie dieses enthaltende antimikrobielle Mittel.

Die antimikrobielle Wirksamkeit vieler aliphatischer und aromatischer Nitroverbindungen ist bekannt, wobei sowohl bakterizide als auch fungizide Wirksamkeit vorliegen kann. So wird z. B. 2-Brom-2-nitro-propandiol-( 1,3), welches ein breites Wirkungsspektrum besitzt, als Konservierungsmittel empfohlen. Eine weitere antimikrobielle Substanz von hoher Wirksamkeit ist das l-Brom-l-nitro-S^^-trichlorpropanol-(2), das einen sicheren Schutz sowohl gegen grampositive als auch gramnegative Bakterien und gegen Pilzbefall gewährleistet.

Ein bemerkenswerter Nachteil der Bromnitroalkohole ist jedoch ihre Empfindlichkeit gegenüber Alkali, wodurch ihre Anwendung auf dem Reinigungs- und Desinfektionsmittelgebiet wesentlich eingeschränkt ist.

Es wurde nun gefunden, daß das 5-Brom-5-nitro-1,3-dioxan schon bei sehr niedrigen Wirkstoffkonzentrationen sowohl gegen grampositive als auch gramnegative Bakterien eine sehr gute Wirksamkeit aufweist und darüber hinaus eine starke fungizide Wirksamkeit besitzt und wobei diese Verbindung auch im alkalischen Bereich stabil ist und dort in gleicher Weise wie im neutralen oder sauren Bereich ihre volle Wirksamkeit entfaltet und zur Herstellung entsprechender Mittel geeignet ist. Von starken Säuren wird das 5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan erst in der Wärme zersetzt, wobei dann 2-Brom-2-nitro-propandiol-(l,3) und Formaldehyd, zwei gleichfalls sehr wirksame antimikrobielle Substanzen, entstehen.

In den nachstehend aufgeführten Vergleichsversuchen wurde das erfindungsgemäße 5-Brom-5-nitro-1,3-dioxan gegenüber dem aus der britischen Patentschrift 1 057 131 bekannten 2-Brom-2-nitro-propandiol-(l,3) geprüft.

Hierbei wurden die Hemmkonzentrationen der zu untersuchenden Verbindungen mit Hilfe des sogenannten Plattentestes ermittelt. Dieser Test stellt eine abgewandelte Ausführungsform des in den Richtlinien Tür die Prüfung chemischer Desinfektionsmittel der Deutschen Gesellschaft für Hygiene und Mikrobiologie unter den Methoden zur Vorprüfung solcher Mittel beschriebenen Verdünnungstestes zur Bestimmung der mikrobiostatischen Wirkung dar und läßt sich mit Vorteil bei verschiedenen Prüfungen an Stelle der dort angegebenen Verwendung flüssiger Nährboden einsetzen. Der Vorteil fester Nährböden liegt insbesondere bei Prüfungen der Wirksamkeit von Substanzen gegenüber Pilzen klar auf der Hand.

Die angewendeten Prüfkopzentrationen wurden durch Mischen von abgemessenen Mengen der betreffenden Substanzlösungen der jeweiligen Konzentrationen mit abgemessenen Mengen verflüssigten Bouillon- bzw. Bienvürze-Agars in sterilen Petrischalen hergestellt. Die einpipettierten Mengen der Substanzlösungen betrugen 0,1 bis maximal 1 ml, das Gesamtvolumen in den Petrischalen nach dem Mischen mit dem Nährboden 10 ml. Nach dem Erstarren des Nährbodens wurde die Oberfläche mit der betreffenden Testkeimsuspension in Bouillon bzw. Würze beimpft. Die Bebrütung erfolgte bei 37 bzw. 30° C im Brutschrank und dauerte im Falle der Verwendung von Bakterien bzw. Candida albicans 8 Tage. im Falle der Verwendung von Epidermophyton Kaufmann-Wolf 21 Tage. Die Bebrütungsdauer von 21 Tagen bei Epidermophyton Kaufmann-Wolf wurde in Anlehnung ar: die vorstehend erwähnten Richtlinien gewählt, weil bei der Bewertung von Desinfektionsmitteln gegen Hautpilze ein Mittel dann als geeignet angesehen wird, wenn das Wachstum der Pilze nach bestimmter Einwirkungsdauer des Mittels um mindestens 21 Tage verzögert wird. Anschließend wurde festgestellt, welche in den Nährboden eingearbeitete Substanzkonzentration das Wachstum der Testkeime gerade noch völlig unterbinden konnte. Dieser so ermittelte Wert wurde als Hemmkonzentration bezeichnet. Die Untersuchungen wurden in folgenden Konzentrationsintervallen durchgeführt: 20 000, 10000, 5000, 2500, 1000. 750, 500, 250, 100, 50, 25, 10, 5, 2,5, 1, 0,5, 0,25 und 0,1 ppm.

Als Testkeime wurden für den Vergleichsversuch eingesetzt:

1. Staphylococcus aureus,

2. Escherichia coli,

3. Pseudomonas aeruginosa,

4. Candida albicans,

5. Epidermophyton Kaufmann-Wolf,

6. Aspergillus niger.

Als Versuchssubstanzen wurden verwendet:

A. 5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan,

B. 2-Brom-2-nitro-propandiol-( 1,3).

Bei diesem Plattentest wurden die in nachstehender Tabelle 1 aufgeführten Hemmkonzentrationen ermittelt.

Tabelle 1
Hemmkonzentrationen im Plattentest in ppm

Substanz 55	I	2	Tesi 3	ceim 4	5	6
A	50	50	50	10	1	10
B	25	50	Iu	500	50

Ferner wurde die Hemmwirkung der Substanzen A und B im Agarlochtest ermittelt. Hierzu wurden Petrischalen von etwa 9 cm Durchmesser mit 10 ml Bouillon- bzw. Bier-Würze-Agar beschickt und die Oberfläche durch Ausspateln mit den Testkeimen beimpft. In der Mitte der Schale wurde ein Loch von 10 mm Durchmesser aus dem Nährboden ausgestanzt und mit einer 10%igen Lösung der Substanz beschickt.

Die Ablesung der Ergebnisse erfolgte nach 24 Stunden, bei Epidermophyton Kaufmann-Wolf nach guter Entwicklung des Testkeimes. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle II zusammengestellt.

Tabelle II

Sub	1	2	Testkeim	4	5	6
stanz	22	13		25-27	kein	kein
			3		Wachs	Wachs
A			15-16		tum	tum
	15-20	15-18		15-17	14-16

B		15-19

~ '5

Die Zahlen in der Tabelle II geben die Hemmhofbreite in Millimetern gemessen vom Lochrand bis zum Bereich ungehemmten Wachstums an.

Des Weiteren wurde die antimikrobielle Wirkung der Substanzen A und B aus der Gasphase untersucht. Zu diesem Zweck wurden Petrischalen etwa bis zur halben Höhe mit Bier-Würze-Agar beschickt und die Oberfläche durch Ausspateln mit den Testkeimen beimpft. In den Deckel der Petrischale wurde ein gerade in diesen hineinpassendes Filtrierpapier, das mit der zu untersuchenden Substanz beschickt war, eingelegt. Das Filtrierpapier hatte somit keinen Kontakt mit dem Nährboden, sondern befand sich etwa 5 Ws 6 mm darüber. Die Beschickung des Papiers erfolgte jeweils mit 0,5 ml einer alkoholischen Lösung der zu untersuchenden Substanz in verschiedener Konzentration wodurch die auf dem Filtrierpapier verbleibende Substanzmenge leicht zu definieren war. Die in der Tabelle III angegebenen Werte bedeuten die Substanzmengen in Milligramm, die auf dem Filtrierpapier vorhanden waren und gerade noch das Wachstum unterbinden konnten. Die Beobachtungsdauer betrug 14 Tage.

Tabelle III

Substanz	A	4	Testkeim 5	6
B	5 25	5 25	5
i

40

45

50

Das 5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan wird dadurch hergestellt, daß man 2-Brom-2-nitro-propandiol-(l,3) in an sich bekannter Weise mit Formaldehyd bzw. Paraformaldehyd bei erhöhter Temperatur in Gegenwart eines sauren Katalysators umsetzt. Vorzugsweise wird als Katalysator Polyphosphorsäure (P₂O₅-Gehalt 76 bis 84%) verwendet.

B e i s ρ i e I 1

200 g (1 Mol) 2-Brom-2-nitro-propandiol-(l,3), 30 g (1 Grundmol) Paraformaldehyd und 1 g p-Toluolsulfonsäure wurden in 200 ml Benzol aufgenommen und unter Rühren zum Sieden erhitzt. Durch azeotrope Destillation wurden 13 ml Wasser abgeschieden. Nach dem Abdestillieren des Benzols und mehrfachem Auswaschen mit verdünnter Natriumhydrogencarbonatlösung (5%ig) und Wasser verblieben 120,5 g einer öligen Substanz, die erst nach längerem Aufbewahren kristallisierte. Diese Substanz wurde durch Wasserdampfdestillation gereinigt. Man erhielt 110 g 5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan (entspricht 52% der Theorie) F. 52 C.

Beispiel 2

20,2 g (0,101 Mol) 2-Brom-2-nitro-propandiol-(l,3). 3 g (0,1 Grundmol) Paraformaldehyd und 5 g Polyphosphorsäure (P₂O₅-Gehalt 84%) wurden 2 Stunden bei 90^GC und 0,05 Torr in einer Sublimationsapparatur behandelt. Am Kühlfinger schieden sich farblose Kristalle vom F. 49° C ab.

Man erhielt: 19,3 g 5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan (entspricht 91 % der Theorie).

Beispiel 3

202 g (1,01 Mol) 2-Brom-2-nitro-propandiol-( 1,3) und 30 g (1 Grundmol) Paraformaldehyd wurden mit 50 g Polyphosphorsäure (P,O₅-Gehalt 76%) vermischt und unter Rühren 2 Stunden bei 90° C gehalten. Der erkaltete Ansatz wurde dreimal mit je 150 ml MethylencMorid extrahiert.

Die vereinigten Methylenchloridextrakte wurden mit Natriumhydrogencarbonatlösung (5%ig) und anschließend mit Wasser gewaschen. Nach der Entfernung des Lösungsmittels unter schwachem Vakuum verblieben 206 g 5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan als farbloses öl, das beim Erkalten erstarrte. Die Ausbeute betrug 97,2% der Theorie F. 49⁰C.

Die erhaltene Substanz war im Dünnschichtchromatogramm einheitlich. Die Substanz wurde weiterhin charakterisiert durch das IR-Spektrum, das folgende starke Absorplionsbandm zeigte: 1560, 1550. 1450, 1330, 1290, 1190,1135,1060, 1023,950,930,920,912, 880, 840, 680 und 625 cm"¹.

Das 5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan wird in konfektionierten antimikrobiellen Mitteln in einer Menge von 0,05 bis 5%, vorzugsweise 0,1 bis 1%, verwendet.

Nachstehend werden Zusammensetzungen für einige antimikrobielle Mittel angegeben.

Antimikrobielle Lösung

5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan 0,25

Spiritus, ad 50,0

Antimikrobielle Salben

Teile

5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan 1

Vaseline alba, ad 100

5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan 1

Ungentum alcohol, lanae, ad , 100

5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan 1

Polyäthylenglykol 300 und PoIyäthylenglykol 1500 1:1, ad 100

5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan 1

ölsäuredecylester 16,0

Kolloiddisperses Gemisch aus 90 Teilen C₁₆-C₁₈-Alkohol und 10 Teilen

Natriuin-C₁₆-C,8-alkoho!sulfat.... 24,0

Wasser 60,0

Tagescreme und Lotion

5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan 0,5

ölsäuredecylester 10,0

Pflanzenöl 10,0

Glycerin, 28" Be 5,0

Kolloiddisperses Gemisch aus 90 Teilen C_lfl-C_1H-Alkohol und IO Teilen

Natriumlaurylsulfat 15,0

Wasser 60,0

Antimikrobieller Puder

Teile

5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan 1

Talcum venet., ad 100

Shampoo, klar

Teile

5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan 0.2

Natriumlauryläthersulfat

(27 bis 28% WAS) 40,0

Kokosfettsäurediäthanolamid 6,0

Wasser 54,0

Emulsionsshampoo

Teile

5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan 0,2

Natriumlaurylsulfat (90% WAS) 10,0

Kokosfettsäurediäthanolamid 3,0

Äthylenglykolstearat 2,0

Natriumchlorid 1,0

Wasser 84,0

Shampoo mit Eigelb

Teile

5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan 0,5

C^-Qe-Fettalkoholsulfatgemisch

(10% WAS) 45,0

Eigelb, flüssig technisch 2.0

Natriumchlorid 0,3

Wasser 52,7

Schaumbad

Teile

5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan 0,2

Natriumlau ryläthersulfat

(27 bis 28% WAS) 70,0

Kokosfettsäurediäthanolamid 5,0

Wasser 25,0

Antimikrobiell Seife

Bei der üblichen Herstellung einer Toiletteseife aus einem Gemisch von 60% Kokosfettsäure und 40% Talgfettsäure arbeitet man in der Schneckenpresse zusammen mit dem Farbstoff und dem Parfüm solche Mengen 5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan ein, daß die fertige Seife 1 Gewichtsprozent davon enthält. Die Wirkung der antimikrobiellen Substanz wird noch gesteigert, wenn man außerdem soviel eines Komplexbildners wie NTA, EDTA oder EHDP einarbeitet, daß deren Anteil in der Seife 8 Gewichtsprozent ausmacht.

f laschenspülmittel für die Getränkeindustrie

Gewichtsteile

Natriumhydroxid, lechn 47,2

Tetrapolyphosphat 20

Na₂O 3,3SiO₂ 13

Aminoiri-(methylenphosphat) 12

5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan 2

Olefinsulfonat 5.5

Schauminhibitor 0,3

Vorwaschen mit gleichzeitiger antimikrobieller Wirkung

Gewichtsteile

Olefinsulfonat 8,0

Seife 4,0

Schauminhibitor 0,3

Na₄P₁O₇ 36,0

NaOH 7.5

Na₂SO₄ !0,2

5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan 4,0

Wasser 30,0

Antimikrobielles Reinigungsmittel Tür Wäschereien

Gewichtsteile

Fettalkoholsulfat 25

Na₅P₃O₁₀ 35

Na₂CO₃ 7

Na₂SO₄ 15

Na₂O-3,3SiO₂ 5

Carboxymethylcellulose I

5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan 2

Pentanatriumaminotrimethylen-

phosphat 10

Antimikrobielles saures Reinigungsmittel für die Getränkeindustrie

Gewichtiteile

Phosphorsäure (80%ig) 50

Nonylphenol + 9 AO 4

1 -Hydroxyhexan-1,1 -di phosphon-

säure 5

5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan 1

Wasser 40

Das 5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan kann als antimikrobielle Substanz in Chemisch reinigungsflotten auf der Basis von organischen Lösungsmitteln mit einem geringen Wassergehalt Verwendung finden. Dabei wird das 5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan den Reinigungsfiotten in einer Konzentration von 0,5 bis 5 g/l zugesetzt. Die Reinigungsverstärker auf Basis anionaktiver und nichtionogener grenzflächenaktiver Verbindungen werden den Reinigungsflotten üblicherweise in Form von Konzentraten zugesetzt, die neben der grenzflächenaktiven Verbindung Lösungsmittel, wie chlorierte Kohlenwasserstoffe oder Mineralöl, sowie gegebenenfalls Lösungsvermittler, wie z. B. Isopropanol, und Wasser enthalten. Das 5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan kann in diese Konzentrate eingearbeitet und gemeinsam mit dem Reinigungsverstärker dosiert werden. Bei der Chemischreinigung wird den Reinigungsflotten so viel Wasser zugesetzt, daß während des Reinigungsvorganges die relative Feuchtigkeit im Dampfraum über der Flotte mindestens 70% beträgt.

Claims

Patentansprüche:

1. S-Brom-S-nitro-l,3-dioxan.

2. Verfahren zur Herstellung von 5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan, dadurch gekennzeichnet, daß man 2-Broni-2-nitro-propandiol-(l,3) in an sich bekannter Weise mit Formaldehyd bzw. Paraformaldehyd bei erhöhter Temperatur in Gegenwart eines sauren Katalysators umsetzt.

3. Antimikrobielle Mittel, gekennzeichnet durch einen Gehalt an 5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan.