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Biocide Octylaminderivate Die vorliegende Erfindung betrifft neue
Verbindungen der allgemeinen Formel I und ihre Verwendung als Biocide
wobei R die Bedeutung C8H17 oder H hat, mit der Maßgabe, daß wenigstens 2 Reste
R = C8H17 sind und n = 1 oder 2 ist.
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Aus der deutschen Patentanmeldung P 2Q O9 276.6 ist die Verwendung
von Verbindungen der Formel II als Eiocide bekannt
wobei R die Bedeutung C8H17 oder H hat, mit der Maßgabe, daß 2 Reste R = C8H17 sind.
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Bei den letzteren Verbindungen handelt es sich nm sehr wirksame Biocide,
die jedoch noch gewisse Nachteile, wie relativ starke Reizwirkung gegenüber Schleimhäuten
und relativ schlechte Loslichkeit in sehr hartem Wasser aufweisen.
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Demgegenüber weisen die erfindungsgemäßen Verbindungen der Formel
1 überraschenderweise eine vorzügliche Löslichkeit und Wirksamkeit auch in sehr
hartem Wasser und eine nur mäßige Schleimhautreizwirkung auf. Ansonsten zeigen die
erfindungsgemäßen Vergleichsverbindungen alle wertvollen Eigenschaften der Vergleichsverbindungen
der Formel II, wie sehr gute Eiweiß- und Seifenverträglichkeit und ein breites Wirkungsspektrum,
z.B. gegenüber grampositiven und gramnegativen Bakterien, Bazillen, Hefen, Pilzen,
Viren und Algen.
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Besonders überraschend ist die vorzügliche Wirksamkeit der erfindungsgemäßen
Verbindungen aber deshalb, weil die chemisch sehr ähnlich aufgebaute Verbindung
der Formel III C8H17-NH-CH2-CH2-NH-C8H17 eine sehr schlechte Eiweiß- und Seifenverträglichkeit
so-.
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wie in hartem Wasser weitgehenden Wirkungsverlust bei schlechter Löslichkeit
zeigt.
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Auf Grund der erwähnten vorzüglichen biociden Eigenschaften sind die
erfindungsgemäßen Verbindungen handelsüblichen Biociden auf-Basis von Aldehyden,
Phenolen, quaternären NtImoniumverbindungen, Ampholyten oder metallorganischen Verbindungen
weit überlegen. Hinzu kommt, daß die erfindungsgemaßen Verbindungen nach wirtschaftlichen
Verfahren hergestellt werden können und ein sehr günstiges Wirkungs/Preis-Verhältnis
aufweisen.
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Die Herstellung der erfindungsgemäßen Verbindungen der Formel I erfolgt
in technisch einfacher Weise durch Umsetzung von Octylhalogenid und Polyamin im
Molverhältnis 1 : 2 bis 3 :1 in Gegenwart von Säureakzeptoren bei Reaktionstemperaturen
von 800 bis 2000C, vorzugsweise 1000 bis 1600C'.
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Als Octylhalogenid kann Octylchlorid oder Octylbromid eingesetzt werden.
Als Polyamine werden Propylendiamin oder Dipropylentriamin verwendet. Besonders
wirtschaftlich sind Gemische von Propylendiamin und Dipropylentriamin, wie sie z.B.
bei der Umsetzung von Ammoniak und Acrylnitril und anschließender Hydrierung erhalten
werden.
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Als Säureakzeptoren eignen sich z.B. NaOH, KOH, Ca(OEi)2, Na2CO3,
NaHCO3 oder die im Überschuß vorhandenen Polyamine.
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Aus dem Reaktionsgemisch können die erfindungsgemäßen Verbindungen
der Formel t vorzugSweise durch fraktionierte Destillation isoliert werden. Wenn
technische Reinheit genügt, kann auf die Isolierung ganz verzichtet oder aber nur
unumgesetztes Polyamin bzw Monooctylpolyamin abdestilliert und der Destillationsrückstand
als biocider Wirkstoff verwendet werden.
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Die erfindungsgemäßen Verbindungen können als solche, vorzugsweise
in Form ihrer Salze, z.B. Acetate, Lactate, Citrate, Gluconate, Hydrochloride und
Phosphate oder in Form flüssiger, pastöser oder fester Zubereitungen, verwendet
werden.
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Als Lösungsmittel für die erfindungsgeinctßen Verbindungen kommen
z.B. Wasser, Methanol, Äthanol, Propanol, Methylglykol, Äthylglykol, Propylenglykol,
Dimethylsulfoxid und Dimethylformamid in Frage.
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In den Zubereitungen der- erfindungsgemäßen Verbindungen könnenzusätzlich
Dispergiermittel, wie nichtionogene Tenside, z.B Äthoxylierungsprodukte von Laurylalkohol,
Tridecylalkohol, Isooctyl und Nonylphenol, Mischpolymerisate von Äthylenoxid und
Propylenoxid, indifferente Füllstoffe wie hochdisperse Kieselsäure, Aluminiumoxid,
Zinksulfid;
Titandioxid Sowie Harnstoff, Rohrzucker und Cellulose, Verdickungsaittel wie Methyl-,
Hydroxyäthyl-und Carboxymethylcellulose, Polyacrylsäure und deren Derivate, Polyvinylpyrrolidon
und Polyvinylalkohol sowie Farb-und Geruchstoffe vorhanden sein. Der pH-Wert der
die erfindungsgemäßen Verbindungen enthaltenden Zubereitungen kann zwischen 2 bis
11, vorzugsweise 5 bis 9, liegen.
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Die erfindungsgemäßen Verbindungen und ihre Zubereitungen eignen sich
besonders als Desinfektionsmittel und Konservierungsmittel sowie als Viren- und
Algenbekämpfungsmittel für Krankenhäuser, Lebensmittelfabriken, Schlachthöfe, Tiermast-
und Tierzuchtbetriebe, Eiweißprodukte-und Enzym-Herstellungsbetriebe sowie Schwimmbäder.
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In den folgenden Beispielen werden die Herstellung der erfindungsgemäßen
Verbindungen und ihrer Zubereitungen sowie deren biocide Eigenschaften näher erläutert:
Beispiel 1 Herstellung von Dioctyl-propylendiamin und Trioctylpropylendiamin 2 Mol
(297 g) Octylchlorid, 2 Mol Propylendiamin (1.3) (148 g), 4 Mol NaOH (in Schuppen)
und ig Wasser werden in
einem 2 1-Vierhalskolben mit Rührer, Rückflußkühler
und Thermometer langsam erhitzt, Bei ca. 1300 bis 1500C tritt eine exotherme Reaktion
auf. Man sorgt durch Kühlung dafür, daß die Temperatur nicht über 150°C steigt und
rührt dann noch 3 Stunden bei 1400 bis 1500C. Danach wird abgekühlt und vom anorganischen
Rückstand dekantiert. Dieser wird noch mit 200 ml Dioxan extrahiert Der Extrakt
wird eingeengt und mit der dekantierten Phase vereinigt. Danach wird im Vakuum fraktioniert.
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Nach einem Vorlauf von unumgesetzten Propylendiamin und Monooctyl-propylendiamin,
welche beide wieder einsetzbar sind, gehen bei 100 bis 1200C und 10-2 bis 5 10-3
3 Torr 170 g # 57 % d. Th. (auf Octylchlorid bezogen) des reinen Dioctyl-propylendiamins
als wasserhelle Flüssigkeit über.
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Elementaranalyse Berechnet für C19H42N2 (298): Gefunden: C: 76,5 %
C: 76,8 % H: 14,1 % H: 14,3 % N: 9,4 % N: 9,1 % Als Destillationsrückstand verbleibt
Trioctyl-propylendiamin (42 g =A 14 % d. Th., auf Octylchlorid bezogen).
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Beispiel 2 Herstellung von Dioctyl-dipropylentriamin und Trioctyldipropylentriamin
1 Mol Octylchlorid ( 149 g), 1 Mol Dipropylentriamin und 2 Mol NaOH (in Schuppen)
werden in einem 1 l-Dreihalskolben mit Rührer, Rückflußkühler und Thermometer langsam
erwärmt, wobei zwischen 125°bis 1300C eine exotherme Reaktion einsetzt. Danach läßt
man noch 3 Stunden bei 130°C ausreagieren. Nach analoger Aufarbeitung wie in Beispiel
1 werden durch fraktionierte Destillation bei 1500 bis 180°C und 10-2 bis 5 . 10-3
Torr 96 g des reinen Dioctyl-dipropylentriamins erhalten (54 % a. Th. auf Octylchlorid
bezogen).
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Elementaranalyse Berechnet für C22H49N3 (355): Gefunden: C: 74,3 %
C: 74,2 % H: 13,8 % H: 13,9 % N: 11,9 t N: 11,7 % Als Destillationsrückstand verbleibt
Triocty 1-dipropylentriamin (23 g - 13 g a. Th.,auf Octylchlorid bezogen).
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Beispiel 3 500 Gewichtsteile eines rohen Propylendiamins, welches
zu 77 % aus Propylendiamin und zu 23 % aus Dipropylentriamin besteht, 700 Gewichtsteile
Octylchlorid und 500 Gewichtsteile NaOH (in Schuppen) werden analog zu Beispiel
1 umgesetzt und weiter verarbeitet mit dem Unterschied, daß nur die unumgesetzten
Aus gangs amine sowie die Monooctylverbindungen abdestilliert werden, wobei als
Rückstand ein Gemisch von Dioctyl- und Trioctyl-propylendiamin bzw. -dipropylentriamin
hinterbleibt, in dem das Gewichtsverhältnis von Dioctylverbindungen zu Trioctylverbindungen
etwa bei 80 : 20 (gemäß Dünnschichtchromatogramm) liegt.
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Beispiel 4 16 Gewichtsteile Dioctyl-propylendiamin, 4 Gewichtsteile
Trioctyl-propylendiamin, 20 Gewichtsteile eines als Lösungsvermittler dienenden
Fettsäureamids der Formel
welches durch Umsetzung einer Mischung von 2 Mol Laurinsäure und 1 Mol Stearinsäure
mit 3 Mol Dimethylaminopropylamin erhalten wurde, 15 Gewichtsteile Essigsäure, 3
Gewichtsteile
Natriumacetat, 100 Gewichtsteile Äthylenglykolmonoäthyläther
und 42 Gewichtsteile Wasser werden unter schwachem Erwärmen homogenisiert. Es wird
eine klare Lösung erhalten, die beliebig wasserverdünnbar ist.
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Beispiel 5 16 Gewichtsteile -Dioctyl-propylendiamin, 4 Gewichtsteile
Trioctyl-propylendiamin, 20 Gewichtsteile eines Additionsproduktes von 12 Mol ethylenoxid
an 1 Mol Isotridecylalkohol, 3 Gewichtsteile Essigsäure, 1 Gewichtsteil Natriumacetat,
100 Gewichtsteile ethanol und 56 Gewichtsteile Wasser werden schwach erwärmt, wobei
eine klare, beliebig wasserverdünnbare Lösung entsteht.
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Beispiel 6 17 Gewichtsteile Dioctyl-dipropylentriamin, 3 Gewichtsteile
Trioctyl-dipropylentriamin, 20 Gewichtsteile eines Additionsproduktes von 15 Mol
Äthylenoxid an 1 Mol Nonylphenol, 100 Gewichtsteile Propylenglykol, 9 Gewichtsteile
Essigsäure, 1 g Natriumacetat und 50 Gewichtsteile Wasser werden unter Rühren auf
ca. 500C erwärmt. Es wird eine klare, beliebig wasserverdünnbare Lösung mit 10 %
Wirkstoff erhalten.
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Beispiel 7 10 Gewichtsteile Dioctyl-propylendiamin, 10 Gewichtsteile
Dioctyl-dipropylentriamin, 15 Gewichtsteile eines Additionsprodukts von 12 Mol Äthylenoxid
an 1 Mol Glycerinmonolaurat, 7 Gewichtsteile Weinsäure, 100 Gewichtsteile Äthylenglykoldimethyläther
und 858 Gewichtsteile Wasser werden unter Erwärmen auf 600C und gutem Rühren homogenisiert.
Es entsteht eine schwach schäumende, klare Lösung, die beliebig mit Wasser verdünnt
werden kann.
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Beispiel 8 5 Gewichtsteile Dioctyl-propylendiamin, 50 Gewichtsteile
Äthylglykol, 144 Gewichtsteile Wasser und 3 Gewichtsteile conc. Salzsäure werden
kurz zum Sieden erhitzt, wobei eine klare Lösung, die wasserverdünnbar ist, erhalten
wird.
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. 3.eispiel 9 1 Gewichtsteil Dioctyl-dipropylentriamin, 1 Gewichtsteil
eines Mischpolymerisats von Äthylenoxid und Propylenoxid mit einem mittleren Molgewicht
von 3000, 1 Gewichtsteil
Gluconsäure und 197 GewichtsteIle Wasser
werden unter Erwärmen auf 700C homogenisiert. Die resultierende Zubereitung ist
wasserverdünnbar.
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I Bakteriologische Untersuchungen Die Durchführung der bakteriologischen
Versuche erfolgte gemäß den Richtlinien der Deutschen Gesellschaft für Hygiene und
Mikrobiologie mit dem Unterschied, daß für die Herstellung der einzelnen Verdünnungsstufen
anstelle von destilliertem Wasser aus Gründen der größeren Praxisnähe solches von
150 d.H. verwendet wurde, soweit in den folgenden Tabellen nichts anderes vermerkt
ist.
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1)Bakteriologische Wirksamkeit einer Mischung von 80 Gewichtsprozent
Dioctyl-propylendiamin und 20 % Trioctylpropylendiamin Es wurde eine Zubereitung
gemäß Beispiel 4 verwendet.
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+ = Bakterienwacnstum - = kein Bakterienwachstum
a)
in Gegenwart von 20 % Rinderserum b) in Gegenwart von 0t1 % Schmierseife a) b) Teststamm
Konzen- Einwirkungszeit Einwirkungszeit tration in Min. in Min.
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in % 1 2 5 10 20 30 1 2 5 10 20 30 Staphylo- 0,1 - - - - - - + -
-coccus aureus 0,05 + + - f - - + + + - - -0,01 + + + + + + + + + + + + Pseudomonas
0,1 aeruginosa 0,05 - - - - - - - - - - - -0,01 + + + + + + + + + + + + Proteus
0,1 - - - - - - - - - - - -vulgaris 0,05 0,01 + + + + + + + + + + + + Escherichia
0,1 coli 0,05 0,01 + + + + + + + + + + + t 2) Bakteriologische Wirksamkeit einer
als Vergleichssubstanz dienenden quaternären Ammoniumverbindung der Formel
deren Alkylkette zu 40 Gewichtsprozent aus 12 C-Atomen, zu 50 Gewichtsprozent aus
14 C-Atomen und zu 10 Gewichtsprozent aus 16 C-Atomen besteht.
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a) in Gegenwart von 20 % Rinderserum b) in Gegenwart von 0,1 % Schmierseife
a) b) Teststamm Konzen- Einwirkungszeit Einwirkungszeit tration in Min. in Min.
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in % 1 2 5 10 20 30 1 2 5 10 20 30 Staphylo- 0,1 - - - - - - + -
- - - -coccus aureus 0,05 + + - - - - + 4 + + - -0,01 + + + bs + + + + + + + + Pseudomonas
0,1 + + + + + - + + - - - -aeruginosa 0,05 + + + + + + + + + + + + 0,01 + + + +
+ + + + + + + + Proteus 0,1 + + - - - - + + - - - -vulgaris 0,05 + + + + + + + +
+ + + + 0,01 + + + + + + + + + + + + Escherichia 0,1 + - - - - - + - - -coli 0,05
+ + + + + - + + + + + + 0,01 + + + + + + + + + + + +
Bei Vergleich
der bakteriologischen Wirksamkeit von erfindungsgemäßer Substanz und Vergleichsverbindung
erkennt man klar die Überlegenheit der erfindungsgemäßen Substanz.
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3 Bakteriologische Wirksamkeit einer Zubereitung gemäß Beispiel 6,
deren Wirkstoff zu 85 Gewichtsprozent aus Dioctyldipropylentriamin und zu 15 Gewichtsprozent
aus Trioctyldipropylentriamin besteht, in hartem Wasser (400 deuescher Härte).
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Suspens-ionsversuch: pH der 0,1 % Wirkstoff enthaltenden Verdünnungsstufe:
7 (klare Lösung).
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Teststamm Konzentration Einwirkungszeit in Min.
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in % 1 2 5 10 20 30 Staphylo- 0,1 - - - - - -coccus aureus 0,05 +
- - - - -0,01 + + - - - -0,005 + + + - - -0,001 + + + + + + Pseudomonas 0,1 c -
- -aeruginos a 0,05 - - - - - -0,01 + w w 0,005 + + + + + +
Teststamm
Konzentration Einwirkungszeit in Min.
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in .%. % 1 2 5 10 20 3C Proteus 0,1 - - - - - -vulgaris 0,05 - -
- - - -0,01 + + + + - -0,005 + + + + + + Escherichia 0,1 - - - - - -coli 0,05 -
- - - - -0,01 + - - - - -0,005 + + + + ~ ~ 4) Bakteriologische Wirksamkeit einer
als Vergleichsverbindung dienenden Substanz, deren Wirkstoff aus dem nicht erfindungsgemäßen
Dioctyläthylendiamin besteht. Es wurde eine Zubereitung verwendet, die wie folgt
zusammengesetzt war: 10 Gewichtsteile Dioctyläthylendiamin 10 Gewichtsteile iso-C13H27O(CH2CH2O)12H
4,5 Gewichtsteile Essigsäure 1 Gewichtsteil Natriumacetat 124,5 Gewichtsteile Äthylenglykolmonoäthyläther
50 Gewichtsteile Wasser Beim Verdünnen dieser Zubereitung mit hartem Wasser (40°
deutscher Härte) trat sofort eine starke Trübung nachteilig in Erscheinung, wobei
der pH-Wert bei 7 lag.
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Teststamm Konzentration Einwirkungszeit in Min.
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in % 1 2 5 10 20 30 Staphylo- 0,1 + - - - - -coccus aureus 0,05 +
- - - - -0,01 + + - - - -0,005 + + + + - -0,001 + + + + + + Pseudomonas 0,1 + +
+ + + + aeruginosa 0,05 + + + + + + Proteus 0,1 + - - - - -vulgaris 0,05 + + + +
+ + Escherichia 0,1 + - - - - -coli 0,05 + + + + + -0,01 + + + + + + Bei Vergleich
der bakteriologischen Wirksamkeiten in sehr hartem Wasser erkennt man die große
Überlegenheit der erfindungsgemäßen Zubereitung (3) gcgenüber der Vergleichssubstanz
(4).
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II. Augenreizteste am Kaninchenauge (nach J. H. Draize und E. A. Kelley,
Drug and Cosmetic Ind., 71 (1952), 36-37 und 118-120).
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1) Erfindungsgemäße Zubereitung gemäß Beispiel 5 Es wurde eine 0,5
% Wirkstoff enthaltende wäßrige Lösung
hergestellt, deren pH bei
7 lag.
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Kaninchen Nr. 1 2 3 4 5 6 Mittelwert 1. Tag A 3 3 3 3 3 3 B 3 2 2
3 2 3 C 2 2 2 2 2 2 8x2=16 7x2=14 7x2=14 8x2=16 7x2=14 8x2=16 15 2. Tag A 2 2 2
2 2 2 B 2 2 1 2 2 2 C 1 1 1 1 1 1 5x2=10 5x2=10 4x2=8 5x2=10 5x2=10 5x2=10 9,7 3.
Tag A 2 2 1 2 2 2 B 1 1 1 1 1 1 C O 0 O Q O 0 3x2=6 3x2=6 2x2=4 3x2=6 3x2=6 3x2=6
5,7 4. Tag A 1 1 1 1 1 1 B 1 1 0 1 1 1 C O 0 0 0 0 0 2x2=4 2x2=4 1x2=2 2x2=4 2x2=4
2x2=4 3,7 7. Tag A 0 0 0 0 0 0 B O O O O O O C O O O O O O O Da bei der erfindungsgemäßen
Zubereitung die Augenreizwirkung innerhalb einer Woche gegen 0 geht, ist die Reizwirkung
als mäßig zu bezeichnen.
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2) Vergleichsverbindung gemäß deutscher P atentanmeldung P 20 09 276.6,
Beispiel 2 Es wurde eine 0t5 % Wirkstoff enthaltende wäßrige Verdünnung hergestellt,
deren pH bei 7 lag.
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Kaninchen Nr. 1 2 3 4 5 6 Mittelwert 1. Tag A 3 3 3 3 3 3 B 3 3 3
3 3 3 C 3 3 3 3 3 3 2x9=18 2x9=18 2x9=18 2x9=18 2x9=18 2x9=18 18 2. Tag A 3 3 3
3 3 3 B 2 3 3 3 3 3 C 2 2 2 2 2 2 7x2=14 8x2=16 8x2=16 8x2=16 8x2=16 8x2=16 15,7
3. Tag A 2 3 2 2 3 2 B 2 2 2 2 2 2 C 1 2 2 2 2 1 5x2=10 7x2=14 6x2=12 6x2=12 7x2=14
5x2=10 12 4. Tag A 1 2 1 2 2 2 B 1 2 2 1 2 1 C 1 1 1 1 1 1 3x2=6 5x2=10 4x2=8 4x2-8
5x2=10 4x2=8 8,3 7. Tag A O 1 0 1 1 1 B 0 1 1 1 0 0 C O 0 0 0 0 0 0 2x2=4 1x2=2
2x2=4 1x2=2 1x2-2 2,3
Wie man bei Gegenüberstellung der Reizwirkung
von erfindungsgemßer und der als Vergleich dienenden Verbindung II. 2) erkennt,
ist die Reizwìrkung der erfindungsgemäßen Verbindung signifikant niedriger, womit
ihre Fortschrittlichkeit belegt ist.
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-3) Quaternäre Ammoniumverbindung gemäß I. 2) (Vergleichsverbindung
Es wurde eine 0,5 % Wirkstoff enthaltende wäßrige Verdünnung hergestellt, deren
pH bei 7 lag.
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Kaninchen Nr. 1 2 3 4 5 6 Mittelwert 1 Tag A 3 3 3 3 3 3 B 3 3 3
2 3 3 C 3 2 3 2 3 3 9x2=18 8x2=16 9x2=18 7x2=14 9x2=18 9x2=18 17 2. Tag A 3 2 3
2 3 3 B 2 2 2 2 2 2 C 2 2 2 1 2 2 7x2=14 6x2=12 7x2=14 5x2=10 7x2=14 7x2=14 13 3.
Tag A 2 2 2 1 2 2 B 2 1 2 1 2 2 C 1 1 1 1 1 1 5x2=10 4x2=8 5x2=10 3x2=6 5x2=10 5x2=10
9
Kaninchen Nr. 1 2 3 4 5 6 Mittelwert 4. Tag A 2 1 1 1 2 1 B 1
1 1 1 1 1 C t0 0 0 0 1 1 3x2=6 2x2=4 2x2=4 2x2=4 4x2=8 3x2=6 5,3 7. Tag A 1 0 0
0 1 0 B 0 0 0 0 0 0 C 0 0 0 0 0 0 1x2=2 0 0 0 1x2=2 0 0,7 Auch hier erkennt man
die höhere Reizwirkung der Vergleichsverbindung gegenüber der erfindungsgemäßen
Verbindung. Da diese in bakteriologischer Hinsicht weitaus überlegen ist, wird auch
hierdurch ihre Fortschrittlichkeit begründet.