DE1966920B2

DE1966920B2 - 5-brom-5-nitro-1,3-dioxan und ein verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE1966920B2
Application number: DE19691966920
Authority: DE
Inventors: Richard Diph-Chem. Dr. 4300 Essen; Bellinger Horst Dr. 4000 Düsseldorf Wessendorf
Original assignee: Ausscheidung aus: 19 20 298 Henkel & Cie GmbH, 4000 Düsseldorf
Priority date: 1969-04-22
Filing date: 1969-04-22
Publication date: 1977-01-27
Also published as: DE1920298B2; DE1920298A1; DE1966920C3; DE1966920A1

Description

Die Erfindung betrifft das 5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan und ein Verfahren zu dessen Herstellung.

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

Ein bemerkenswerter Nachteil der Bromnitroalkofaole ist jedoch ihre Empfindlichkeit gegenüber Alkali, wodurch ihre Anwendung auf dem Reinigungsund Desinfektionsmittelgebiel. wesentlich eingeschränkt ist.

Es wuide 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-propandiül-(l,3) und Formaldehyd, zwei gleichfalls sehr wirksame antimikrobielle Substanzen, entstehen.

Es wird zwar im Chemischen Zentralblatt (1958) auf S. F 66 des Formelregisters unter der Summenformel CiH&BrNO4 das 5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan erwähnt, wobei dort auf die auf S. 10 059 bis 10 060 referierte Arbeit aus Roczniki C hemi' Bd. 30 (1956), S. 1151 bis 1161 verwiesen wird, jedoch werden dort lediglich 2-substituierte Derivate des 5-Brom-5-nitro-1,3-dioxans, nicht aber diese Verbindung selbst beschrieben oder an Hand von Kennzahlen charakterisiert.

Desgleichen werden in der in Chemical Abstracts Bd. 49 (1955), S. 10 299 d bis 10 300 c referierten Arbeit aus Roczniki Chemu Bd. 27 (1953), S. 246 bis 257, nur 2-substituiertc 5-Brom-5-nitro-l,3-dioxane beschrieben.

Da in keiner der genannten Literatur-steilen das 5-Rrnm-5-nitro-1.3-dioxan als solches durch genaue Daten charakterisiert und seine Herstellung nicht beschrieben wird, und diese Verbindung im Formelregister nur als Stichwort dient, kann dieser Stoff nicht als bekannt angesehen werden.
S Zu den nachstehend aufgeführten Vergleichsversuchen wurde das erfindungsgemäße 5-Brom-5-nitro-1,3-dioxan gegenüber dein aus der britischen Patentschrift 10 57 131 bekannten 2-Brom-2-nitro-propandiol-(l,3) geprüft.

Hierbei wurden Hemmkonzentrationen der zu untersuchenden Verbindungen mit Hilfe des sogenannten Plattentests ermittelt. Dieser Test stellt eine abgewandelte Ausführungsform des in den Richtlinien für die Prüfung chemischer Desinfektionsmittel der

¹S Deutschen Gesellschaft für Hygiene und Mikrobiologie unter den Methoden zur Vorprüfung solcher Mittel beschriebenen Verdünnungstests zur Bestimmung der mikrobiostatischen Wirkung dar und läßt sich mit Vorteil bei verschiedenen Prüfungen an Stelle der dort angegebenen Verwendung flüssiger Nährböden einsetzen. Der Vorteil fester Nährböden liegt insbesondere bei Prüfungen der Wirksamkeit von Substanzen gegenüber Pilzen klar auf der Hand.
Die angewendeten Prüfkonzentrationen wurden

durch Mischen von abgemessenen Mengen der betreffenden Substanzlösungen der jeweiligen Konzentrationen mit abgemessenen Mengen verflüssigten Bouillon- bzw. Bierwürze-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 bsi 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 an 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 nadi bestimmter Einwirkungsdauer des Mittels um mindestens 21 Tage verzögert wird. Anschließend wurde festgestellt, welche in den Nährboden eingearbeitete Substan/konzentration 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, 10 000, 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 füi den Verglcichsversuch eingesetzt:

1 Staphylococcus aureus

2 Escherichia coil

3 Pseudomonas aeruginosa

4 Candida albicans

5 Epidermophyton Kaufmann-Wolf

6 Aspergillus niger

A.S Versuchssubstanzen wurden verwendet:

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

B 2-Brom-2-nitro-propandiol-(l,3)

19 66 320

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

Tabelle I

Hemmkonzentrationen im Plattentest in ppm

Testkeim
Substanz 12 3 4 5 6

A
B

50 25

50
50

50 10

10
500

1
50

10

Ferner wurde die Hemmwirkung der Substanzen A und B im Agarlochtest. ermittelt. Hierzu wurden Petrischalen von etwa 9 cm 0 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 0 aus dem ; Nährboden ausgestanzt und mit einer 10⁰/oigen Lösung der Substanz beschickt. Die Ablesung der Ergebnisse erfolgte nach 24 h, bei Epidermophyton Faufmann-Wolf nach guter Entwicklung des Testkeims. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle 2 zusammengestellt.

Tabelle II

Testkeim
Substanz 1 2 3 4 5 6

22

13

15 bis 25 bis kein kein

16 27 Wach- Wach

stum stum

15 bis 15 bis 15 bis 15 bis 14 bis 20 !8 19 17 16

Die Zahlen in der Tabelle 2 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 bis 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 3 angegebenen Werte bedeuten die Substanzmengen in mg, die auf dem Filtrierpapier vorhanden waren und gerade noch das Wachstum unterbinden konnten. Die Beobachtungsdauer betrug 14 Tage.

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 S eines sauren Katalysators umsetzt, vorzugsweise wird als Katalysator Polyphosphorsäure (PaOs-Gehalt 7ö bis 84%) verwendet.

Beispiel 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 abge-

*5 schieden. Nach dem Abdestillieren des Benzols und mehrfachem Auswaschen mit verdünnter Natriumhydrogencarbonatlösung (5°/oig) und Wasser verblieben 120,5 g einer öligen Substanz, die erst nach längerem Aufbewahren kristallisierte. Diese Substanz wurde durch Wasserdampfdestillation gereinigt. Man erhielt HOg 5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan (entspr. 52«/o d. Th.) F 52° C.

Beispiel 2

20,2 g (0,101 Mol) 2-Brom-2-nitro-propandiol-(1,3), 3 g (0,1 Grundmol) Paraformaldehyd und 5 g Polyphosphorsäure (P^Os-Gehalt 84%) wurden 2 h bei 90° C und 0,05 Torr in einer Sublimationsapparatur behandelt. Am Kühlfinger schieden sich farb-

lose Kristalle vom F 49° C ab. Man erhielt: 19,3 g 5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan (entspr. 91% d. Th.).

Beispiel 3

202 g (1,01 Mol) 2-Brom-2-nitro-propandiol-(l,3) und 30 g (1 Grundmol) Paraformaldehyd wurden mit 50 g Polyphosphorsäure (PzOs-Gehalt 76% der Fa. Knapsack) vermischt und unter Rühren 2 h bei 90° C genalten. Der erkaltete Ansatz wurde 3mal mit je 150 ml Methylenchlorid extrahiert.

Die vereinigten Methylenchloridextrakte wurden mit Natriumhydrogencarbonatlösung (5%ig) und anschließend mit Wasser gewaschen. Nach der Entfernung des Lösungsmittels unter schwachem Vakuum _4S verblieben 206 g 5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan als farbloses öl, das beim Erkalten erstarrte. Die Ausbeute betrug 97,2% d. Th. F. 49^r C.

Die erhaltene Substanz war im Dünnschichtchromatogramm einheitlich. Die Substanz wurde weiter-₅q hin charakterisiert durch das IR-Spektrum, das folgende starke Absorptionsbanden zeigte: 1560, 1550, 1450, 1330, 1290, 1190, 1135, 1060, 1023, 950, 930, 920, 912, 880, 840, 680 und 625 cm" '.

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.

1	Tabelle III	Testkeim 4	•	5	6
I	Substanz	5 25	5 25	5 1
I	A R

Antimikrobielle Lösung

5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan .. 0,25 Teile
Spiritus ad 50,00 Teile

Antimikrobielle Salben

5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan .. 1,00 Teil

Vaseline alba ad 100,00 Teile

5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan .. 1,00 Teil
Ungentum alcohol. lanae .ad 100,00 Teile

19 86 920

5-Brom-5-nitro 1,3-dioxan .. 1,00 Teil Polyäthylenglykol 300 und Polyäthylenglykol 1500

1:1 ad 100,00TeOe

5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan .. 1,00 Teil

ölsäuredecylester 16,00 Teile

Kolloiddisperses Gemisch aus 90 Teilen Cie bis Qs-Alkohol und 10 Teilen Natrium-

Ci6- bis Ci8-alkoholsulfat . 24,00 Teile Wasser 60,00 Teile

Tagescreme und Lotion

5-Brom~5-nitro-l,3-dioxan .. 0,50 Teile

öisäuredecytester 10,00 Teile

Pflanzenöl 10,00 Teile

Glycerifl 28° Be 5,00 Teile

laurylsulfat 15,00 Teile

Wasser 60,00 Teile

Antimikrobieller Puder

5-Brom-S-nitro-l,3-dioxan .. 1,00 Teil Talcum venet ad 100,00 Teile

Shampoo, klar

5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan .. 0,20 Teile Natriumlauryläthersulfat

(27 bis 28% WAS) 40,00 Teile

Kokosfettsäurediäthanolamid 6,00 Teile

Wasser 54,00 Teile

Emulsionsshampoo

5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan .. 0,20 Teile Natriumlaurylsulfat

(90% WAS) 10,00 Teile

Kokosfettsäurediäthanolamid 3,00 Teile

Äthylenglykolstearat 2,00 Teile

Natriumchlorid 1.00 Teil

Wasser 84,00 Teile

Shampoo mit Eigelb

5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan .. 0,50 Teile Ci2- bis Cio-Fettalkoholsulfat-

gemisch (40% WAS) .... 45,00 Teile

Eigelb flüssig technisch 2,00 Teile

Natriumchlorid 0,30 Teile

Wasser 52,70 Teile

Schaumbad

5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan .. 0,20 Teile Natriumlauryläthersulfat

(27 bis 28% WAS) 70,00 Teile

Kokosfettsäurediäthanolamid 5,00 Teile

Wasser 25,00 Teile

Antimikrobielle 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 Komplex-

bildners wie NTA, EDTA oder EHDP einarbeitet, daß deren Anteil in der S^ife 8 Gewichtsprozent ausmacht.

Flaschenspülraittel für die Getränkeindustrie

Gewichtsteile

Natriumhydroxid techn 47,2

Tetrapolyphosphal 20,0

Na₂O-3,3 SiO₂ 13,0

Aminotri-(methyleiiphospiiat) 12,0

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

Olefinsulfonat 5,5

Schaaminhibitor 0,3

Vorwaschmittel mit gleichzeitiger antimikrobieller Wirkung

Gewich tsteile

Olefinsulfonat , 8,0

Seife , 4,0

Schauminhibitor 0,3

Na₄P₂O₇ 36,0

NaOH 7,5

Na₂SO₄ 10,2

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

Wasser 30,0

Antimikrobielles Reinigungsmittel für Wäschereien

G ewic*< tsteile

Fettalkoholsulfat 25,0

NasPaOio 35,0

Na₂CO₃ 7,0

Na₂SO₄ 15,0

NaaO-3,3 SiO₂ 5,0

Carboxymethylcellulose 1,0

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

Pentanatriumarm'notrimethylen-

phosphat 10,0

Antimikrobielles saures Reinigungsmittel für die Getränkeindustrie

Gewich tsteile

Phosphorsäure (80%ig) ... 50,0

Nonylphenol + 9ÄO 4,0

l-Hydroxyhexan-lJ-diphosphonsäure 5,0

5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan 1,0

Wasser 40,0

Das 5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan kann als antimikrobielle Substanz in Chemischreinigungsflotten auf der Basis von organischen Lösungsmitteln mit einem geringen Wassergehalt Verwendung finden. Dabei wird das 5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan den Reinigungsflotten 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

So chlorierte Kohlenwasserstoffe oder Mineralöl, sowie gegebenenfalls Lösungsvcnnittler, wie z. B. Isopropanol, und Wasser enthalten. Das 5-Brom-5-nitro-1,3-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 Reinigungsvorgangs die relative Feuchtigkeit im Dampf raum über der Flotte mindestens 70% beträgt.

Claims

Patentansprüche:

* 1. S-
2. Verfahren zur Herstellung von 5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan, dadurch gekennzeichnet, 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