DE2407289A1

DE2407289A1 - 5-brom-5-nitro-2-alkyl-1,3-dioxane

Info

Publication number: DE2407289A1
Application number: DE19742407289
Authority: DE
Inventors: Clarence August Hirsch; Lewis Christopher Lappas
Original assignee: Eli Lilly and Co
Current assignee: Eli Lilly and Co
Priority date: 1973-02-16
Filing date: 1974-02-15
Publication date: 1974-08-22
Also published as: JPS49110674A; IE38787L; CH592453A5; AR200674A1; GB1461313A; IT1054160B; IE38787B1; NL179443B; GB1461312A; BR7401142D0; DE2407289C2; NL179443C; FR2218096B1; SU496729A3; JPS5821601B2; FR2218096A1; ES423013A1; DK141982B; PH11734A; AT339491B

Description

Die Erfindung betrifft 5-Brom-5-nitro-2-alkyl-l,3-dioxane, wie 5-Brom-2-methyl-5-nitro-l,3-dioxan, die neue, gegen Bakterien und Fungi wirksame antimikrobielle Mittel darstellen.

Es sind zahlreiche antimikrobielle Mittel bekannt. Viele Antibiotika und synthetische organische Verbindungen eignen sich als Bacteriostatica, baceteriocide Mittel, Fungistatica, Fungicide und dergleichen. Manche dieser wirksamen antimikrobiellen Mittel spielen eine wichtige Rolle zur Steuerung der Mikroorganismen, die den Menschen befallen. Manche verfügen über einen breiten Aktivitätsbereich, andere dagegen werden jedoch nur in einem engen Bereich angewandt. Einige lassen sich sogar nur in einer einzigen Wirkungsrichtung verwenden.

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Antimikrobiell wirkende Konservierungsmittel stellen anerkanntermaßen wichtige Zusätze für kosmetische Salben dar, die als · Basis für Gesichtspflegemittel verwendet werden. Diese Salben bestehen im allgemeinen aus einer Öl-in-Wasser-Emulsion. Die Bestandteile bilden ein fruchtbares Substrat für Mirkoorganismen, wie Bakterien und Fungi. Da sowohl öl als auch Wasser vorhanden sind, muß man bei der Auswahl eines geeigneten Konservierungsmittels darauf achten, daß dieses in beiden Systemen antimikrobiell wirkt. Nachdem ein wirksames antimikrobielles Mittel am besten zur Geltung kommt, wenn es in dem zu schützenden Träger löslich ist, sollte ein Konservierungsmittel für eine solche kosmetische Creme sowohl in öl als auch in Wasser in ausreichendem Maß löslich sein.

Ein bei kosmetischen Cremes mit einigem Erfolg verwendetes Konservierungsmittel ist das 2-Brom-2-nitropropan-l,3-diol. Diese Verbindung hat jedoch den Nachteil, daß sie gegenüber Alkalien nicht chemisch beständig ist.

In neuerer Zeit wurde die Zahl der zum Konservieren kosmetischer Cremes geeigneten Verbindungen auch durch das 5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan ergänzt. Diese Verbindung ist gegenüber Alkali beständig. 5-Brom-5-nitro-1,3-dioxan hat zwar ein verhältnismäßig breites Aktivitätsspektrum, es gibt jedoch wichtige Mikroorganismen, denen gegenüber diese Verbindung unwirksam oder nur bei verhältnismäßig hohen Konzentrationen wirksam ist. Man sucht daher weiter nach alkalibeständigen Verbindungen, die sowohl in öl als auch in Wasser löslich sind und die bei niedrigeren Konzentrationen über ein breiteres Aktivitätsspektrum gegenüber Mikroorganismen verfügen .

Ziel der Erfindung ist daher die Schaffung alkalibeständiger Verbindungen mit geeigneter öl- und Wasserlöslichkeit, die bei verhältnismäßig niederen Konzentrationen gegenüber einem breiten Spektrum von Bakterien und Fungi wirksam sind.

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— "ί —

Erfindungsgemäß wurden nun neue S-1,3-dioxane gefunden, die bei niederen Konzentrationen gegen ein breites Spektrum von Bakterien und Fungi wirken. Diese Verbindungen sind bei pH-Werten zwischen 5 und 9 hervorragend chemisch stabil, und sie lösen sich sowohl in Wasser als auch in öl (Mineralöl) in einem Ausmaß von 1,1 bis 1,5 %. Kosmetische Cremes lassen sich wirksam konservieren, indem man in sie eine Menge von nur 0,Ol % dieser neuen Verbindungen einarbeitet.

Die erfindungsgemäßen neuen Verbindungen haben die allgemeine Formel

Br

H-C-H H-C-H

ι ι

ο.. ο

ο ti

R₁ H

worin R₁ für Methyl, Äthyl, n-Propyl oder Isopropyl steht.

Die erfindungsgemäBen Verbindungen lassen sich aus dem Ausgangsmaterial 2-Brom-2-nitropropan-l,3-diol herstellen. Das 2-Brom-2-nitropropan-l,3-diol läßt sich unter dem Handelsnamen Bronopol kaufen, und es kann auf verschiedene Art hergestellt werden. Ein geeignetes Verfahren besteht darin, daß man von Nitromethan ausgeht und dieses mit Formaldehyd zu 2,-Nitropropan-l,3-diol umsetzt, worauf man letzteres in das Natriumsalz überführt und dieses Salz zu 2-Brom-2-nitropropan-l,3-diol bromiert. Im einzelnen wird dieses 2-Brom-2-nitropropan-l_#3-diol wie folgt aus Nitromethan hergestellt:

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20 g (0,5 Mol) Natriumhydroxid werden in 400 ml Wasser gelöst, und die Lösung kühlt man auf 10 ⁰C. 74 ml 35-prozentiger Formaldehyd (1,0 Mol) werden dann mit 76 mm der oben hergestellten Natriumhydroxidlösung versetzt. Die so erhaltene Lösung aus Formaldehyd und Natriumhydroxid versetzt man dann tropfenweise mit 27 ml (0,5 Mol) Nitromethan, wobei man die Reaktionstemperatur durch Eintauchen des Reaktionsgefäßes in ein Eis-Wasser-Bad stets zwischen 25 und 30 °C hält. Die Reaktion zwischen Nitromethan und Formaldehyd wird durch das Natriumhydroxid katalysiert, und es bildet sich 2-Nitropropan~l,3-diol, das man jedoch nicht isoliert. Das erhaltene Diol wird dann in das Natriumsalz umgewandelt, in dem man den Rest der oben hergestellten Natriumhydroxidlösung bei 20 C in das Reaktionsgefäß einbringt und das Reaktionsgemisch bei Raumtemperatur und atmosphärischem Druck 0,5 Stunden rührt.

300 ml Äthylacetat werden in einem Eis-Aceton-Bad auf -5 °C gekühlt. Das gekühlte Äthylacetat wird mit 25,5 ml (0,5 Mol) Brom versetzt, und zwar mit einem so langsamen Strom, daß die Temperatur auf 5 C oder darunter bleibt. Das Gemisch aus Äthylacetat und Brom versetzt man hierauf langsam mit dem oben hergestellten Natrium-2-nitropropan-l,3-diol-Reaktionsgemisch, wobei man die Temperatur auf 5 bis 10 ⁰C hält. Das erhaltene Reaktionsgemisch wird dann 5 Minuten bei Raumtemperatur und atmosphärischem Druck gerührt, und anschließend stellt man den pH-Wert mit 6n Salzsäure auf 2,0 ein. Sodann versetzt man das Reaktionsgemisch mit 200 g Natriumchlorid, wodurch das 2-Brom-2-nitropropan-l,3-diol in die Äthylacetatschicht geht.

Die Äthylacetatfraktion wird von der Wasserfraktion getrennt, über Magnesiumsulfat getrocknet und filtriert. Aus dem Filtrat entfernt man hierauf unter Vakuum das Äthylacetat, und die dabei erhaltenen trockenen Feststoffe werden mit Methyleyelohexan gewaschen und erneut zur Trockne eingedampft.

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Auf diese Weise erhält man 83,1 g (Ausbeute 83,1 %) 2-Brom-2-nitropropan-l,3-diol, das bei 108 bis 114 ⁰C schmilzt.

Zu den neuen erfindungsgemäßen Erfindungen kann man gelangen, indem man das oben erhaltene 2-Brom-2-nitropropan-l,3-diol unter sauren Bedingungen mit einem geeigneten Aldehyd umsetzt. Die Herstellung von 5-Brom-2-methyl-5-nitro-l,3-dioxan ist im folgenden Beispiel 1 beschrieben.

Beispiel 1

40 g (0,2 Mol) 2-Brom-2-nitropropan-l,3-diol werden in 200 ml Benzol suspendiert, und die erhaltene Suspension versetzt man mit etwa 0,3 g p-Toluolsulfonsäure. Das Gemisch wird in einem Eis-Wasser-Bad gekühlt, und das Reaktionsgefäß rüstet man mit einem Kühler aus. Durch den Kühler werden sodann langsam etwa 13,5 (0,3 Mol) Acetaldehyd zugegeben, und das Reaktionsgemisch wird 30 Minuten gerührt. Sodann wird eine Dean-Stark-Falle angeschlossen, worauf man das Gemisch langsam erwärmt und dann solange zum Rückfluß erhitzt, bis kein Wasser mehr entweicht (während 1,5 Stunden entwickeln sich etwa 4 ml Wasser). Die erhaltene Lösung wird filtriert und auf einem Rotationsverdampfer bei etwa 45 C engedampft. Der hierbei erhaltene dunkle ölartige Rückstand wird bei 0,25 mm vakuumdestilliert. Auf diese Weise erhält man 36,6 g (85 % Ausbeute) 5-Brom-2-methyl-5-nitro-1,3-dioxan, das bei 0,25 mm zwischen 72 und 74 ⁰C siedet. Die MNR- und IR-Spektren stimmen mit der Struktur überein, und die Elementaranalyse ergibt folgende prozentuale Zusammensetzung:

berechnet: C 26,57; H 3,57; N 6,20; Br 35,35; gefunden: C 26,85; H 3,85; N 6,04; Br 35,21.

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Das 5-Brom-2-methyl-5-nitro-l,3-dioxan stellt eine bei Raumtemperatur wasserklare farblose Flüssigkeit dar und verfestigt sich nicht bei -10 ⁰C. Es ist bei pH-Werten zwischen 5,0 und 9,0 chemisch stabil und riecht scharf stechend, wodurch es schwach dem Brom gleicht.

Beispiel 2

Zur Herstellung von 5-Brom-2-äthyl-5-nitro-l,3-dioxan geht man genauso vor wie bei Beispiel 1, anstelle von Acetaldehyd wird jedoch Propionandehyd verwendet. Das NMR-Spektrum stimmt mit der Struktur überein. Die Elementaranalyse ergibt folgende prozentuale Zusammensetzung:

berechnet: C 30,02; H 4,20; N 5,83; Br 33,29; gefunden: C 30,24; H 4,24; N 5,92; Br 32,99.

Das weiße kristalline Material schmilzt bei 58 bis 59 ⁰C. Die Verbindung ist bei pH-Werten zwischen 5 und 9 chemisch stabil, und sie riecht genauso beißend stechend bromähnlich, wie das oben erwähnte Methylderivat.

Beispiel 3

Zur Herstellung von 5-Brom-5-nitro-2-n-propyl-l,3-dioxan geht man genauso vor wie bei Beispiel 1, anstelle von Acetaldehyd wird jedoch n-Butyraldehyd verwendet. Die NMR- und IR-Spektren stimmen mit der Struktur überein. Die Elementaranalyse ergibt folgende prozentuale Zusammensetzung:

berechnet: C 33,09; H 4,76; N 5,51; Br 31,45; gefunden: C 33,32; H 4,63; N 5,66; Br 31,64.

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Die Verbindung stellt ein farbloses Öl dar, das beim Destillieren bei O,OO5 mm Hg bei 73 bis 75 ⁰C siedet. Beim Stehen bei Raumtemperatur erstarrt das öl zu einem wachsartigen Feststoff. Es riecht genauso stechend wie Brom.

Beispiel 4

Zur Herstellung von 5-Brom-2-isopropyl-5-nitro-l,3-dioxan geht man genauso vor wie bei Beispiel 1, anstelle von Acetaldehyd wird jedoch Isobutyraldehyd verwendet. Die NMR- und IR-Spektren stimmen mit der Struktur überein. Die Elementaranalyse ergibt folgende prozentuale Zusammensetzung:

berechnet: C 33,O9; H 4,76; N 5,51; Br 31,45; gefunden: C 33,33; H 4,83; N 5,33; Br 31,24.

Die erhaltene Verbindung stellt ein farbloses kristallines Material dar, das nach Umkristallisieren in einem Lösungsmittel aus Isopropanol und Wasser (1:1) bei 42 bis 44 ⁰C schmilzt. Es riecht ähnlich stechend wie Brom.

Die gemäß obigen Beispielen 1,2,3 und 4 hergestellten neuen Verbindungen können als eis- oder trans-Isomere vorkommen. Das in Beispiel 1 beschriebene Verfahren ergibt ein Isomerenverhältnis von etwa 9:1. Von der vorliegenden Erfindung sollen daher sowohl geometrische Isomere als chemische Formen als auch Isomerengemische umfaßt werden. Untersuchungen bezüglich der antimikrobiellen Wirksamkeit von Isomerengemischen von 5-Brom-2-methyl-5-nitro-l,3-dioxan einesteils mit einem hohen cis-Gehalt und andernteils mit einem hohen trans-Gehalt zeigen eine etwa gleiche Wirksamkeit, was für keinen starken Unterschied in der Eignung der beiden geometrischen Isomeren spricht. Die im folgenden beschriebenen Untersuchungen werden daher unter Verwendung des gemäß Beispiel 1 hergestellten Isomerengemisches (etwa 9:1) vorgenommen .

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Eine der erfindungsgemäßen Verbindungen, nämlich 5-Brom-2-methyl-5-nitro-l,3-dioxan, wirkt in vitro ganz hervorragend gegenüber einem breiten Spektrum von Mikroorganismen, und zwar sowohl von Bakterien als auch von Fungi. Die antimikrobielle Wirkung dieser Verbindung ist darüber hinaus bis zu 20 mal höher als diejenige des bekannten 5-Brom-5-nitro-l,3-dioxans. Die oben erwähnte erfindungsgemäße Verbindung hat beispielsweise eine Minimalinhibierungskonzentration (MIC) von 5 mg/ml jeweils gegenüber Corynebacterium acnes und Staphylococcus aureus. Im Vergleich dazu liegt die MIC für 5-Brom-nitro-l,3-dioxan bei 100 mg/ml jeweils gegenüber C. acnes und S. aureus beim üblichen Verdünnungsreihentest. Die Konzentration der für

diese Untersuchung verwendeten beimpfen Brühe beträgt

4
10 Organismen pro ml.

Die in-vitro-Wirksamkeiten der aktiven Verbindungen
5-Brom-2-methyl-5-nitro-l,3-dioxan (Verbindung A),
5-Brom-5-nitro-1,3-dioxan (Verbindung B) und 2-Brom-2-nitropropan-l,3-diol (Verbindung C) werden ermittelt, indem man 6 Organismen auf Agarplatten aufträgt, die die wirksamen antimikrobiellen Mittel A, B und C enthalten. Die MIC-Werte für die Verbindung A betragen 1/5 bis 1/33 der für Verbindung B ermittelten MIC-Werte, und 1/20 bis 1/67 der für Verbindung C ermittelten
MIC-Werte. Die Untersuchungen werden gleichzeitig
durchgeführt, und die entsprechende Anzahl an Mikroorganismen beträgt 10 Organismen pro ml. Die für
den Versuch verwendeten Mikroorganismen und die dabei erhaltenen Ergebnisse können Tabelle I entnommen werden.

4 0 9 C 3 4 / Ί Ί U 5

Tabelle Antimikrobielle Wirkung in vitro Minimale Inhiblerungskonzentration in mg/ml

: 8 6 ο 7	Verbindung A	Pseudotnonas aeruginosa	Streptococcus faecalis	Staphylococcus aureus
L-O -ν.	Verbindung B	1,0	1,0	2,5
_1 O (Ti	Verbindung C	25,0	10,0	15,0
	20,0	20,0	50,0

pg
coli albicans niger

2,0

10,0

20,0

2,5

25,0

100

NJ OO CD

- iO -

Die antimikrobie Ilen Wirkungen von 5-Broin-2-methyl-5-nitro-1,3-dioxan (Verbindung A), 5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan {Verbindung B) und 5-Brom-2-äthyl-5-nitro-l,3-dioxan (Verbindung D) werden gleichzeitig gegenüber Pseudomonas aeruginosa, · Staphylococcus aureus und Escherichia coli in üblichen Reihenverdünnungstests , und gegenüber Aspergillus flavus, Aspergillus niger und Candida albicans unter Verwendung von Agarplatten ermittelt. Die Konzentrationen der Organismen im Reihenver-

dünnungstest liegen bei 10 Organismen pro ml, und die Konzentration der auf die Agarplatten aufgetragenen Organismen beträgt 10 Organismen pro ml Agar. Die entsprechenden
Versuchsdaten können Tabelle II entnommen werden. Die darin angegebenen Werte stellen die niedrigste Konzentration in
mg pro ml an Wirkstoff in der Brühe und auf Agar dar, bei
der es zu keinem Wachsen kommt. Dieser Wert wird als minimale Inhibierungskonzentration (MIC) für die wirksame Verbindung gegenüber jedem untersuchten Organismus angesehen.

409834/Ί105

Tabelle II

Antimikrobielle Wirkung in vitro Minimale Inhibierungskonzentration in mg/ml

Pseudomonas aeruginose

OJ •C-

Verbindung A 6,25 Verbindung B 12,5

Escherichia Staphylococcus coli aureus

12,5 25

12,5 12,5 Candida Aspergillus Aspergillus albicans f lavus niger

25

50

12,5
12,5

25 50

Verbindung D 12,5

12,5

25 12,5

25

12,5

Bei einem anderen Versuch werden die antimikrobiellen Wirkungen von 5-Brom-2-methyl-5-nitro-l,3-dioxan (Verbindung A), 5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan (Verbindung B) und 5-Brom-5-nitro-2-n-propy1-1,3-dioxan (Verbindung E) gleichzeitig gegen die sechs aus Tabelle I hervorgehenden Organismen ermittelt. Die Verbindung A ist der Verbindung B deutlich überlegen in ihrer Wirkung gegen vier der 6 Organismen, und die Verbindung E erweist sich als antimikrobiell wirksam. Die einzelnen Untersuchungen stellen in-vitro-Bestimmungen unter Verwendung von Agarplatten dar, die 10, 25 und 50 mg wirksame Verbindung pro ml Agar enthalten. Die Organismen, die in einer Konzentration von 10 Organismen pro ml vorliegen, werden auf den erstarrten Agar aufgestrichen. Die Platten werden 24 Stunden inkubiert und dann hinsichtlich der Gegenwart oder Abwesenheit von Bewuchs untersucht. Die minimale Inhibierungskonzentration (MIC) wird als die niedrigste Konzentration an wirksamer Verbindung auf dem Agar angegeben, bei der es zu keinem Wachsen kommt. Die diesbezüglichen Ergebnisse können der Tabelle III entnommen werden.

40S334/'i1üb

Tabelle III

Antimikrobielle Wirkung in vitro
Minimale Inhibierungskonzentration in mg/ml

-ρ» O	Verbindung A	< 10
co
co	Verbindung B	25
	Verbindung E	> 50
O
cm

Pseudomonas Streptococcus Staphylococcus Escherichia Candida Aspergillus aeruginosa faecalis aureus coli albicans niger

10 25 25

< 10

25

< 10

25

Bei einem weiteren Versuch ermittelt man die antimikrobielle Wirkung von 5-Brom-2-isopropyl-5-nitro-l,3-dioxan (Verbindung F) gegen die gleichen sechs Mikroorganismen wie bei
Tabelle I sowie gegen Aspergillus flavus. Die MIC-Werte
werden bestimmt, indem man die sieben Organismen auf Agarplatten aufträgt, die die Verbindung F in verschiedenen Konzentrationen enthalten. Die niedrigste Konzentration der Verbindung, bei der es nach entsprechender Inkubation zu keinem Wachsen kommt, wird als MIC-Wert aufgetragen. Die für diesen Versuch verwendeten Mikroorganismen und die dabei erhaltenen Ergebnisse können der folgenden Tabelle IV entnommen werden.

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Tabelle IV

Antimikrobielle Wirkung in vitro
Minimale Inhibierungskonzentration in mg/ml

Pseudomonas Streptococcus Staphylococcus Escherichia Candida Aspergillus Aspergillus aeruginosa faecalis aureus coli albicans niger flavus

co Verbindung F 50 25 25 50 50 ' 50 50

ro oo co

- ie - 24Ü7289

Die neuen erfindungsgeraäßen Verbindungen verfügen ferner über eine außergewöhnlich gute antifugale Wirkung. Diese Wirkung wird ermittelt gegenüber 16 üblichen Fungi, und gegenüber 14 dieser 16 Organismen hat das 5-Brom-2-methyl-5-nitro-l,3-dioxan einen niedrigeren MIC-Wert als das 5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan, und zwar bestimmt anhand gleichzeitig durchgeführter Versuche. Für die einzelnen Untersuchungen setzt man die feste Verbindung in Konzentrationen von 200, 100, 50, 25 und 20 mg/ml zu geschmolzenem Agar zu, worauf man den Agar erstarren läßt und ihn mit den Mikroorganismen bestreicht. Die bei diesem Versuch erhaltenen Ergebnisse können Tabelle V entnommen werden.

8 34/'IiOb

Tabelle

Antifungale Wirkung in vitro

CC Ca." JT-

Testorganismus

Aspergillus fumigatus Aspergillis terreus Penicillium notatum Mikrosporum gypseum Saccharomyces cerevisiae Fusarium bulbigenum Fusarium oxysporum cubense Fusarium oxysporum lycopersici Colletotrichum phomoides Chaetomium globosum Pullularia pullulans Xanthomonas malvaciurum Rhodotorula glutinis Trichophyton interdigitale Trichophyton mentagrophytes Pityrsporum ovale

Minimale Inhibierungskonzentration in mg/ml

5-Brom-5-nitro-1,3-dioxan in Agar

5-Brom-2-methyl-5-nitro-1,3-dioxan in Agar

25	- 50
50	- 100
	> 100
50	- 100
50	- 100
10	- 25
10	- 25
10	- 25
25	- 50
10	- 25
50	- 100
10	- 25
	>100
10
	>100
50	- 100

50	- 100
	> 200
	> 200
25	- 50
50	- 100
50	- 100
50	- 100
50	- 100 ^
50	- 100
50	- 100
	>200
50	- 100
	> 200
25	- 50
	> 200
	> 200

K) OO CD

In einem anderen Versuch wird die antifungale Wirkung von Verbindung A und B (5-Brom-2-methyl-5-nitro-l_f3-dioxan und 5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan) gegenüber sieben Fungi und einer Hefe ermittelt. Wässrige Konzentrationen von 0,1, 0,05 und 0,025 Gewichtsprozent einer jeden Verbindung A und B werden so beimpft, daß sie etwa 10 Organismen pro ml enthalten. Die lebenden Organismen werden am Anfang und nach 24 Stunden gezählt, wie dies aus Tabelle VI hervorgeht. Die Verbindung A ist demzufolge bei einer Konzentration von 0,025 % gegenüber der Hefe Saccharamyces pastorianus weit wirksamer als die Verbindung B. Ferner wirkt die Verbindung A auch gegenüber Trichophyton mentagrophytes günstiger als die Verbindung B.

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Tabelle VI
Antifugale Abtotungswxrksamkeit in vitro

Organismus

Anzahl lebender

2 χ 10⁷

2 χ 10⁶

Anzahl der Organismen

nach 2 4

0,05

0

,025

Stdn.

Incubation

bei 37 C

0,05

0,025

Organismen pro
ml nach Zusatz
der antimikro-
biellen Verbin
dung

7 χ 10⁶

Pityrosporum ovale 2 χ 10

prozentuale Konzentration von
5-Brom-2-methy1-
5-nitro-l,3-dioxan

< 100

<

100

prozentuale Konzentration von
5-Brom-5-nitrο-
Ι ,3-dioxan

< 100

4
Chaetomium globosum 1 χ 10

0,1

< 100

<

100

0,1

< 100

< 200

■Ρ-
σ

Aspergillus fumigatus 4 χ 10

Trichophyton
mentagrophytes

< 100

200

<

100

<, 100

<. 100

_Kioo S

co

Penicillium notatum 3 χ 10

< 100

<; ioo

<

100

< 100

<100

3 χ 10³

u:

Q
Mikrosporum gypseum 8 χ 10

< 100

<

100

<; 100

< 100

200

σ

Saccharomyces
pastorianus

-ς; ioo

<. ioo

<

100

<100

< 100

100

tn

Botrytis cinerea

< 100

<ς ioo

<

100

<100

<1OO

600

< 100

100

■ς ioo

's 100

<100

< 100

K ioo

< 100

KJ 00 CJD

Eine Anzahl von weniger als 100 Organismen wird bei Tabelle VI als Zeichen einer völligen Abtötung angesehen.

Das 2-Methylderivat des 5-Brom-5-nitro-l,3-dioxans stellt eine besonders bevorzugte erfindungsgemäße Verbindung dar.

Das bekannte 5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan und das erfindungsgemäß besonders bevorzugte 5-Brom-2-methy1-5-nitro-1,3-dioxan werden hinsichtlich ihrer Eigenschaften zur Reizung und Sensibilisierung der Haut untersucht. Zur Untersuchung dieser Verbindungen geht man wie folgt vor.

Jeder Versuch wird an 200 Testpersonen vorgenommen. Für den Pflastertest wird die sogenannte Insulttechnik angewandt. Jede Ermittlung nimmt man an einer verschiedenen Gruppe von Versuchspersonen vor.

Die beim Pflastertest angewandte Technik macht das Auflegen einer Reihe aus 9 Induktionspflastern für jedes Testmaterial pro Testperson erforderlich. An diese Reihe schließt sich zwei Wochen später ein einziges sogenanntes Detektionspflaster eines jeden Testmaterials an, um auf diese Weise eine Sensibilisierung der Haut zu ermitteln.

Die aus 9 Induktionspflastern bestehende Reihe wird am Montag, Mittwoch und Donnerstag aufgelegt, und man läßt die Pflaster 24 Stunden mit der Haut in Berührung, worauf man sie abzieht und die einzelnen Hautstellen bezüglich der erfolgten Reizung beurteilt. Die für Donnerstag bestimmten Pflaster werden unmittelbar nach Entfernen und Auswerten der am Mittwoch aufgelegten Pflaster aufgelegt. Nach Auflegen der jeweils neunten Induktionspflaster läßt man eine Zeitspanne von zwei Wochen ohne Auflegen von Pflastern vergehen, bevor man die Detektionspflaster aufgibt, durch die sich Sensibilisierungsreaktionen feststellen lassen. Für dieses 24 Stunden auf der Haut bleibende

4 0 9 B 3 4/'IiOb

Pflaster verwendet man eine neue Hautstelle. Diese Stelle wird in jedem Fall in der Nähe von Induktionsstellen gewählt, d. h. in der Nähe einer Stelle, die man während der Reihe der 9 Induktionspflaster bereits wiederholt mit einem Pflaster versehen hat. Die Wirkung des aufgebrachten Induktionspflasters wird 24 Stunden und 72 Stunden nach Aufbringen beurteilt.

Für die oben erwähnten Versuche auf der Haut verwendet man für jedes Material ovale Klebepflaster (25,4 χ 31,75 mm) in deren Mitte sich ein kreisförmiges Gazestück befindet. Die Gazemittelteile werden kurz vor der Anwendung mit etwa 0,03 ml des jeweiligen Testmaterials getränkt.

Die Beurteilungskriterien für die Hautreizreaktionen und zur Ermittlung der Sensibilisierung, die durch Aufbringen des Detektionspflasters sichtbar wird, sind wie folgt:

409C34/ 1 1 OB

Tabelle VII

Wiederholter Insultpflastertest am Mensch
Bewertungskriterien für Hautreaktionen

Bildung von Erythemen und Schorf

keine Reaktion 0

sehr leichte Erythemen (kaum wahrnehmbar) 1

schwache, gut definierte Erythemen 2

mittlere bis schwere Erythemen 3

schwere Erythemen (dunkelrot) bis leichte Schorfbildung
*** (tiefreichende Verletzungen) 4

cd Total mögliche Erythemenbeurteilung 4

cn . . .

⁴^ Bildung von Ödemen

-"* keine Reaktion 0

ο sehr leichte Ödeme (kaum wahrnehmbar) 1

leichte Ödeme (Flächenrand durch definiertes

Abheben gut erkennbar) 2

mittlere Ödeme (die Fläche hebt sich etwa 1 mm ab) 3

schwere Ödeme (die Fläche hebt sich über 1 mm ab und

erstreckt sich über die getestete Fläche hinaus) 4

Total mögliche Ödembeurteilung 4

Total mögliche Primärreizbeurteilung 8

- 22 - ^!sJ cn

Es werden vier getrennte Formulierungen einer jeden Verbindung zusammen mit zwei Formulierungen von Parabenen untersucht, Bei diesen Formulierungen handelt es sich insgesamt um kosmetische Cremes mit verschiedenen Konzentrationen an aktiven Verbindungen, wie dies in Tabelle VIII gezeigt ist.

Tabelle

VIII

Test material	aktive Verbindung	Konzentration (Prozent)	Art der Creme
A	5-Brom-5-nitro- 1,3-dioxan	0,05	nicht ionisch
B		0,1	nicht ionisch
C		0,05	anionisch
D		0,1	anionisch
E	5-Brom-2-methyl-5- nitro-1,3-dioxan	0,01	nicht ionisch
F		0,1	nicht ionisch
G		0,01	anionisch
H		0,1	anionisch
K	Parabene	0,6	nicht ionisch
L		0,6	anionisch

Die folgende Tabelle IX stellt eine Zusammenfassung der Beurteilung aller Untersuchungen dar.

0 9 8 3 U I ΊΊ ü 5

Tabelle

IX

Vergleich der Reizung und Sesibilisierung durch 5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan und 5-Brom-2-methy1-1,3-dioxan beim wiederholten Insultpflastertest am Menschen

5-Brom-5-nitro-l , 3-dioxan Induktionsreihe der Anwendungen

Test- Anzahl der

Gesamtzahl der Reaktionen der Beurteilungswerte

Test- Anzahl der

Gesamtzahl der Reaktionen der Beurteilungswerte

1)

material	Reaktionen O	1766	1	2	3	4	5	6	7	8
A	25	1735	18	3	3	1	1	1	O	O
B	41	1768	29	12	9	3	3	O	O	2
C	21	1693	18	6	1	O	1	1	O	0
D	56	1771	59	23	6	6	2	4	O	O
K	19	1767	21	5	O	O	O	O	O	O
L	20	21	5	2	1	1	O	O	O
	Detektionsanwendung

material Reaktionen	3	0	1	2	3	4	5	6	7	8
A	11	197	0	0	1	1	0	ι^υ	0	0
B	2	189	2	2	2	1	ι¹'	2^1}	0	ι¹
C	20	198	0	0	1	0	0	ι^υ	0	0
D	2	180	1	5	2	5	I¹»	3^X)	ι^υ	2¹
K	1	198	1	1	0	0	0	0	0	0
L	199	0	0	0	1	0	0	0	0

Zeichen für eine Sensibilisierung der Haut

409 8 34/1105

Tabelle IX (Fortsetzung)

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

Induktionsreihe der Anwendungen

Test- Anzahl der

Gesamtzahl der Reaktionen der Beurteilungswerte

material	Reaktionen O	1787	1	2	3	4	5	6	7	8
E	13	1774	13	O	O	0	O	0	O	0
F	26	1775	23	2	1	0	0	0	0	0
G	25	1775	22	1	2	0	O	0	0	O
H	25	1777	• 21	2	2	O	O	O	O	O
K	20	1776	19	4	O	0	O	0	0	0
L	24	22	2	O	O	0	0	0	0
	Detektionsanwendung

Test- Anzahl der

Gesamtzahl der Reaktionen der Beurteilungswerte

material Reaktionen	0	0	1	2	3	4	5	6	7	8
E	O	200	0	0	0	0	0	0	0	0
F	O	200	0	0	0	0	0	0	0	0
G	2	200	0	0	0	0	0	0	0	0
H	1	198	2	0	0	0	0	0	0	0
K	2	199	1	0	0	0	0	0	0	0
L	198	2	0	0	0	0	0	0	0

409834/1105

Aus den in Tabelle IX enthaltenen Werten wird klar, daß das 5-Brom-5-nitro-l,3-dioxan die Haut beachtlich sensibilisiert, wobei 11 der 200 Versuchspersonen als empfindlich gegenüber einer 0,1-prozentigen Konzentration der Verbindung beim Detektionstest angesehen werden müssen. Keine der 200 Versuchspersonen ist dagegen bei einer 0,1-prozentigen Konzentration von 5-Brom-2-methy1-5-nitro-I,3-dioxan gegenüber dieser Verbindung empfindlich. Ein Wert von 5 oder darüber auf der aus 8 Beurteilungswerten bestehenden Skala wird als Zeichen der Entwicklung einer Hautsensibilisierung gegenüber der Testverbindung angesehen. Die durch die bekannte Verbindung bedingte Reizung ist darüber hinaus weit stärker als die entsprechende Reizung durch sein 2-Methylderivat.

Die neuen erfindungsgemäßen Verbindungen haben die wichtige Eigenschaft, daß sie in Wasser bis zu einem Ausmaß von etwa 1,5 %, und in Mineralöl bis zu einem Ausmaß von etwa 1,1 % löslich sind. Diese Eigenschaft macht solche Verbindungen in hohem Maße geeignet als antimikrobielle Mittel zur Konservierung von kosmetischen Cremeformulierungen. Eine wirksamer Konservierung einer kosmetischen Creme läßt sich erreichen, indem man in sie etwa 0,01 bis etwa 1,5 %, vorzugsweise etwa 0,1 bis etwa 1,0 %, an solchen Verbindungen einarbeitet. Die Herstellung einer typischen kosmetischen Cremebasis unter Verwendung von 5-Brom-2-methy1-5-nitro-l,3-dioxan in einer Menge von 0,1 % als Konservierungsmittel geht aus dem folgenden Beispiel 5 hervor.

Beispiel 5

7,5 kg einer einer nichtionischen oberflächenaktiven kosmetischen Basiscreme werden wie folgt hergestellt:

In ein erstes geeignetes Behältnis gibt man folgende Phase I:

schweres Mineralöl 1875 g

Cetylalkohol 300 g

weißes Wachs 45Og

Lanolin, wasserfrei 225 g

Sorbitanmonostearat 300 g

Polyoxyäthlylen(20)sorbitanmonostearat 450 g

409834/1105

Die Phase I wird unter ständigem Rühren auf 80 °C erhitzt.

In ein zweites geeignetes Behältnis gibt man eine Phase II, nämlich

gereinigtes Wasser 3750 ml

Die Phase II wird auf 80 ⁰C erhitzt.

Die Phase I wird unter kontinuierlichem Rühren zur Phase II gegeben. Sodann hört man mit dem Erhitzen auf und läßt den Ansatz unter ständigem Rühren auf 45 ⁰C abkühlen.

In ein drittes geeignetes Behältnis wird eine Phase III folgender Zusammensetzung gegeben:

Polyäthylenglycol 200 9 3,7 g

5-Brom-2-methyl-5-nitro-l,3-dioxan 7,5 g

Diese Phase III erhitzt man zum Auflösen unter Rühren auf 45 ⁰C,

Die so erhaltene Phase III wird dann zu dem gemäß oben aus Phase I und Phase II erhaltenen Ansatz von 45 ⁰C zugegeben. Das Ganze vermischt man gut unter ständigem Rühren. Der erhaltene Ansatz wird dann mit 200 ml gereinigtem Wasser versetzt, so daß sich insgesamt 7,5 kg ergeben. Man kühlt hierauf unter ständigem Rühren auf 37 ⁰C ab.

4098 3 4/1105

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist das 5-Brom-2,2-dimethy1-5-nitro-1,3-dioxan ein wirksames antimikrobielles Mittel, das sich in Zubreitungen wie Kosmetica oder Pharmaceutica als Konversierungsmittel einarbeiten läßt. Ferner wirkt diese Verbindung antimikrobiell in einer Reihe von Zubereitungen, wie Klebstoffen, Anstrichmitteln auf öl oder Wasserbasis, insbesondere Latex, Waschmitteln, Seifen, Toilettenartikeln, Wäschereien, Industriebetrieben und dergleichen, Shampoos, Schneidölen sowie antiseptischen und sanitären Chemikalien.

Das 5-Brom-2,2-dimethy1-5-nitro-1,3-dioxan läßt sich herstellen, indem man das oben beschriebene Ausgangsprodukt 2-Brom-2-nitropropan-l,3-diol mit Aceton zusammenbringt. Das Herstellungsverfahren wird im einzelnen in Beispiel 6 erläutert.

Beispiel 6

Ein mit einem Magnetrührer versehener 100 ml Dreihalskolben wird mit 20 g (0,1 Mol) 2-Brom-2-nitropropan-l,3-diol und 30 ml (0,5 Mol) Aceton beschickt. Nach völliger Auflösung liegt die Temperatur bei 15 ⁰C. Das Reaktionsgemisch wird hierauf während einer Zeitspanne von etwa 2 Minuten durch einen Tropftrichter mit 13 ml (0,1 Mol) Bortrifluoridätherat versetzt. Die Temperatur steigt auf 47 ⁰C an und fällt dann während einer Zeitspanne von 10 Minuten auf 35 ⁰C ab. Das Reaktionsgemisch gießt man dann in 150 ml gesättigte Natriumbicarbonatlösung und rührt 15 Minuten. Die Feststoffe werden abfiltriert, mit 200 ml Aceton gewaschen und getrocknet, und durch Untersuchung im IR zeigt sich, daß es zu einer Umsetzung gekommen ist. Etwa 18 g des so erhaltenen Rohmaterials werden in 150 ml heißem Hexan gelöst und filtriert. Beim Abkühlen und

Α09Β34/Ί105

Stehen über Nacht erhält man 9,0 g (40 % Ausbeute) 5-Brom-2^-dimethyl-o-nitro-l,3-dioxan als reine weiße Nadeln. Die Struktur wird durch NMR- und IR-Spektren bestätigt. Die Elementaranalyse ergibt folgende prozentuale Zusammensetzung:

berechnet: C 30,02; H 4,20; N 5,83; Br 33,29; gefunden: C 29,94; H 4,26; N 6,05; Br 33,50.

Die antimikrobiellen Wirkungen von 5-Nitro-2,2-dimethyl-5-nitro-1,3-dioxan (Verbindung F) werden gleichzeitig mit denjenigen von 5-Brom-2-methy1-5-nitro-1,3-dioxan (Verbindung A) und 5-Brom-5-nitro-1,3-dioxan (Verbindung B) gegen die gleichen 6 Organismen ermittelt, wie sie in Tabelle I angegeben sind. Die Verbindung A ist dabei der Verbindung B deutlich überlegen, und die Verbindung F ist ähnlich wirksam wie die Verbindung B. Die Untersuchungen werden in vitro unter Verwendung von Agarplatten durchgeführt, die 10, 25 bzw. 50 mg Wirkstoff pro ml Agar enthalten. Die Organismen, die in Konzentrationen von 10 Organismen pro ml vorliegen, werden auf den verfestigten Agar aufgetragen. Die Platten werden 24 Stunden inkubiert und dann bezüglich Gegenwart oder Abwesenheit von Bewuchs untersucht. Die Minimalinhibierungskonzentration (MIC) wird ermittelt als die niedrigste Konzentration der wirksamen Verbindung in dem Agar, bei der es zu keinem Wachsen kommt. Tabelle X zeigt die bei dieser Untersuchung erhaltenen Ergebnisse.

40983Α/Ί105

Tabelle X

Antimikrobielle Wirkung in vitro

Minimale Inhibierungskonzentration in mg/ml

Verbindung A Verbindung B Verbindung F

10
25

25 25

"\ ¹⁰	^ 10
\ ¹⁰	25
25	25

CD -«J INJ) OD CD

Die Verbindungen der Formeln

Br

H-C-H H-C-H

I I

O

oder

Br

H~C—H H~C~H

• ι

CH₃ CH₃

3 4/'11Ob

worin R₁ für Methyl, Äthyl, n-Propyl oder Isopropyl steht, sind wirksame antimikrobielle Mittel zur Verhinderung des Wachsens von Mikroorganismen aus der Gruppe grampositiver oder gramnegativer Bakterien und Fungi. Das Wachsen solcher Mikroorganismen läßt sich durch Zusammenbringen der Mikroorganismen mit einer zur Verhinderung eines solchen Wachsens ausreichenden Menge solcher Verbindungen vermeiden. Wirksame Mengen solcher Verbindungen reichen von nur etwa 0,01 bis etwa 2,0 Gewichtsprozent der Zusammensetzung, der diese Verbindungen zugesetzt werden sollen, und diese Dosis beträgt vorzugsweise etwa 0,1 bis etwa 1,0 %.

Typische derartige Zubereitungen und die solchen Zubereitungen jeweils einzuarbeitende Konzentration solcher Verbindungen gehen aus den verschiedenen Produkten der Beispiele 7 bis 13 hervor.

Beispiele 7-13

Antimikrobielle Lösung:

95 % SD3A Alkohol Wasser, deionisiert 5-Brom-2-methyl-5-nitro-l,3-dioxan

50 Teile 49 ,5 Teile 0,5 Teile

Antimikrobielle Salben:

Polyäthylenglycol 300 Polyäthylenglycol 1500 5-Brom-5-nitro-2-n-propyl-l,3-dioxan

49 ,5 Teile 49 ,5 Teile 1 Teil

Antimikrobielle Puder:

Talcum, U.S.P. 5-Brom-2-methyl-5-nitro-l,3-dioxan

99
1

Teile Teil

U 0 S ο 3 4 / Ί Ί U b

Shampoo;

Natriumlaurylsulfat
Kokosnußfettsäurediäthanolamid Wasser, deionisiert
5-Brom-2-äthyl-5-nitro-l,3-dioxan

40 Teile 6 Teile

5 3 Teile 1 Teil

Antimikrobiell Seife;

Natriumsalz von Kokosnußölglyceriden Natriumsalz von Talgglyceriden 5-Brom-2-methy1-5-nitro-1,3-dioxan 60 Teile 39 Teile 1 Teil

Antimikrobiell Reinigungszubereitung

Fettalkoholsulfat (Natriumsulfat) Natriumcarbonat

Nat ri ums u1fat

Trinatriumphosphat

Pentanatriumaminotrimethylenphosphat Carboxymethylcellulose 5-Brom-2-methyl-5-nitro-l_/3-dioxan 25 Teile 7 Teile 15 Teile 40 Teile 10 Teile

1 Teil

2 Teile

Antifungales Latexanstrichmittel:

Polyvinylacetat, emulgiert Wasser, deionisiert
5-Brom-2-äthyl-5-nitro-l,3-dioxan 20 Teile 78 Teile 2 Teile

409834/ 1

Claims

Patentansprüche

1. Verbindungen der Formel

Br

NO,

H-C-H H-C-H

I I

0 0

R,

2407283

worin R^ für Methyl, Äthyl, n-Propyl oder Isopropyl steht.

2. 5-Brom-2-methyl-5-nitro-l,3-dioxan nach Anspruch 1.

3. 5-Brom-2-äthyl-5-nitro-l,3-dloxan nach Anspruch

4. 5-Brom-5-nitro-2-n-propyl-l,3-dioxan nach Anspruch 1

5. 5-Brom-2-isopropyl-5-nitro-l,3-dioxan nach Anspruch 1

6. Verfahren zur Herstellung von Verbindungen der Formel

Br C . NO₂ H-C-H
O C \
H-C-H ,
I
0 ^Rl H

worin R. für Methyl, Äthyl, n-Propyl oder Isopropyl steht,

409834/1105

240728S

dadurch gekennzeichnet, daß man 2-Brom-2-nitropropan-l,3-diol mit einem Aldehyd der Formel

Il

R₁-C-H

worin R. die obige Bedeutung besitzt, umsetzt,

7. Verfahren zur Verhinderung des Wachsens von Mikroorganismen aus der Gruppe grampositiver Bakterien, gramnegativer Bakterien und Fungi, dadurch gekennzeichnet, daß man diese Mikroorganismen mit einer Verbindung der Formel

Br

. C.

-C-H H-C-H oder 0 0

worin R. für Methyl, Äthyl, n-Propyl oder Isopropyl steht, in einer zur Verhinderung des Wachsens solcher Mikroorganismen ausreichenden Menge zusammenbringt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man das Wachsen von Mikroorganismen in einer kosmetischen Creme verhindert.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die jeweilige Verbindung in einer Konzentration von 0,01 % bis 2,0 % einsetzt.

^Brx C. /^N02 I
0 H-C-H
I
0 C CH₃ CH₃

409834/1105

10. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die jeweilige Verbindung in einer Konzentration von 0,1 % bis 1,0 % verwendet.

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