DE2533275A1 - Quaternaere phosphoniumsalze, verfahren zu ihrer herstellung und diese salze enthaltende zusammensetzungen - Google Patents

Description

Quaternäre Phosphoniumsalze, Verfahren zu ihrer Herstellung und diese Salze enthaltende Zusammensetzungen

Gegenstand der Erfindung sind quaternäre Phosphoniumsalze.. die zwei höhere Alkylgruppen enthalten und oberflächenaktive sowie biozide Wirkung besitzen, insbesondere Phosphoniumchloride mit zwei höheren und zwei niedrigeren Alkylgruppen. Die erfindungsgemäßen Verbindungen besitzen bei ihrer Verwendung als oberflächenaktive und biozide Mittel unerwartete Wirksamkeit in hartem Wasser.

Man hat zwar bereits umfangreiche Untersuchungen bezüglich der Oberflächenaktivität und der bioziden Eigenschaften verschiedener Arten quaternärer höherer A3kylammoniumsalze durchgeführt, doch haben die entsprechenden Phosphoniumsalze bisher nur geringe Aufmerksamkeit gefunden, vergleiche die Monographie "Cationic Surfactants" von E. Jungermann, herausgegeben von M. Dekker, Inc., in New York, N.Y., 1970. Besonders

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wenig ist bisher über höhere quaternäre Dialkyl-phosphoniumsalze,. vor allem die Chloride bekanntgeworden.

Die US-Patentschrift 3 230 069 enthält die allgemeine Angabe, daß Tetraalkylphosphoniumhalogenide mit C₁- bis C₁ ,-Substituenten pflanzenwachstumshemmende Wirkung besitzen. Spezifisch sind in dieser Patentschrift Didodecyl- und Ditetradecyldimethyl-phosphoniumchloride der Formeln

₂H₂₅)₂P⁺ (CH₃) ₂] Cl und ⁺J₂] Cl"

beschrieben. In der genannten Patentschrift finden sich jedoch keine genauen Angaben hinsichtlich der Herstellung oder der Eigenschaften dieser Verbindungen.

Die einzige Veröffentlichung bezüglich der Herstellung höherer guaternärer Dialkylphosphoniumsalze ist von H.R. Hays in einem Aufsatz in "Journal of Organic Chemistry", Band 31, Seite 3819 (1966), erschienen. Hays beschreibt die umsetzung von Didodecylphosphin mit Methyljodid in Methanol unter Bildung von Didodecyldimethyl-phosphoniumj odid.

Die oberflächenaktive und biozide Wirkung guaternärer höherer Monoalkyl-phosphoniumhalogenide im allgemeinen ist in der

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US-Patentschrift 3 281 365 beschrieben. In dieser Patentschrift sind auch Verbindungen der allgemeinen Formel

angegeben, in der R. ein aliphatischer C_g- bis C₃₄-ReSt, R₂ bis R. C₁- bis C₁--Kohlenwasserstoffreste und X Chlor, Brom oder Jod ist. Spezifische höhere quaternäre Dialkyl-phosphoniumsalze sind dort jedoch nicht genannt.

Während die Untersuchungen auf dem Gebiet der quaternären höheren Alkylammoniumsalze zur Entwicklung einer großen Anzahl kationischer oberflächenaktiver und biozider Mittel führte, trifft dies für die Phosphoniumsalze nicht zu.

Es wurde nun gefunden, daß bestimmte neue quaternäre höhere Dialkylphosphoniumsalze besonders wirksame Breitbandbiozide und oberflächenaktive Mittel sind. Zum Beispiel ist im Gegensatz zu dem schon bekannten quaternären Didodecyl-dimethylphosphoniumchlorid das verwandte, aber neue Didecyl-dimethylphosphoniumchlorid ein hervorragendes Biozid. Ungleich den höheren in der US-Patentschrift 3 281 365 beschriebenen Monoalky!verbindungen sind die erfindungsgemäßen Verbindungen gegen gramnegative Bakterien wirksam und behalten ihre Wirk-

^[. Π Q fi fi 7 η ρ α

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samkeit in hartem Wasser. Andere neue erfindungsgemäße Verbindungen, wie die Dioctadecyl-diäthyl-phosphoniumchloride, stellen wertvolle Ausgangsstoffe für die Herstellung von Tetraalkyl-phosphonium-tongeliermitteln dar, die in der deutschen Offenlegungsschrift 2 446 460 (offengelegt am 10. April 1975) beschrieben sind.

Durch Quaternisierung geeigneter sekundärer und/oder tertiärer aliphatischer Phosphine mit primären Alkylchloriden bei Atmosphärendruck erhält man Hydrochloridkomplexe der entsprechenden höheren Dialkyl-phosphoniumchloride. Diese Komplexe verlieren im Vakuum bei erhöhten Temperaturen HCl und ergeben die freien Phosphoniumchloride. Diese Salze besitzen überraschende oberflächenaktive und biozide Eigenschaften und sind als solche außerordentlich wertvoll. Sie können aber auch als Ausgangsstoffe für die Herstellung entsprechender Phosphoniumtone verwendet werden.

Die quaternären Phosphoniumsalze und vorzugsweise die Chloride gemäß der Erfindung enthalten zwei höhere und zwei niedrigere Alkylsubstituenten. Die bevorzugten Verbindungen können durch die allgemeine Formel

Cl . (HCl)

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wiedergegeben werden, in der R¹ ein hoher Cn- bis C-,_n- und R" ein niederer C-- bis C.-aliphatischer Kohlenwasserstoffrest, nämlich ein Alkyl-, Alkenyl- oder Alkinylrest und χ = 0 oder 1 ist. Alle diese Reste können unabhängig voneinander die oben angegebenen Bedeutungen haben, mit der Ausnahme, daß, falls die Substituenten R¹ Dodecyl- oder Tetradecylreste darstellen und x=0 ist, die Substituenten R" nicht beide Methylreste sein können.

Eine bevorzugtere Gruppe erfindungsgemäßer Verbindungen hat die allgemeine Formel

. (HCl)_x

in der r = 8 bis 30, vorzugsweise 9 bis 18; s = 1 bis 4, vorzugsweise 2 bis 4 und χ = 0 oder 1 ist. Die Symbole r und s können unabhängig voneinander die angegebenen Bedeutungen haben, mit der Ausnahme, daß, falls s = 1 und r = 12 bis 14, χ = 1 ist. Das Symbol r ist insbesondere 9 bis 11 oder 16 bis 18. Vorteilhaft sind mindestens beide höhere Alkylsubstituenten der obigen Phosphoniumchloride.primäre Alkylgruppen. Weiterhin wird bevorzugt, daß die primären höheren Alkylgruppen geradkettig sind. Am vorteilhaftesten ist es, wenn mindestens einer der niederen Alkylsubstituenten der primäre Isobutylrest ist.

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Vor allem werden Verbindungen der allgemeinen Formeln bevorzugt:

j feu Zr¹XJ } I TJ (c ν \ ( el ~ (να \

in der η = 15 bis 17 und s = 1 bis 4, vorzugsweise 2 bis 4,

fr -. + 1 —

(_ ·- 3 λ m^J 2 S iSS+1 ζ J ;

in der m = 8 bis 10, vorzugsweise 9 und s = 1 bis 4, vorzugsweise 1 .

Unter den unsymmetrischen Phosphoniumverbindungen sind insbesondere diejenigen der allgemeinen Formel:

P⁺CH₂CH(CH₃J₂] Cl". (HCl)

^Cs^H2s+1

vorteilhaft, in der r und s die vorstehend angegebenen Bedeutungen haben und s vor allem 2 ist.

Beispiele für Phosphonxumchloride sind solche mit den folgenden spezifischen Phosphoniumkationen: Dioctyl-dibutyl-phosphonium-Dihexatriacontyl-dimethyl-phosphonium-, Ditriacontyl-diäthylphosphonium-, Dioctadecyl-dipropyl-phosphonium-, Docosyl-dodecyldiisobutyl-methyl-phosphonium-, Dioctadecenyl-dimethy1-phosphonium-, Didocosyl-dipropargyl-phosphonium-, Octadecyloctadecenyl-äthyl-progargyl-phosphonium-, Didodecyl-diiso-

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propyl-phosphonium-, Dihexadecyl-diisobutyl-phosphonium-, Dioctadecyl-dimethyl-phosphonium-, Diundecyl-diisobutylphosphoniuiii-, Dioctyl-diisobutyl-phosphonium-, Dioctyl-äthylisobutyl-phosphonium-, Didodecyl-tert.-buty1-methyl-phosphonium-, Didecyl-diisopropyl-phosphonium- und Polyisobutenyl-dodecyldimethy1-phosphonium.

Die überraschenden oberflächenaktiven und bioziden Eigenschaften der erfindungsgemäßen Phosphoniumchloride beruhen auf ihrer spezifischen Struktur, nämlich der Bindung von zwei höheren und von zwei niedrigeren aliphatischen Kohlenwasserstoff resten an tetracovalenten Phosphor.

Ähnliche Phosphoniumchloride mit nur einer höhereren Alkylgruppe und einer niedrigeren Alkylgruppe je Phosphoratom besitzen keine vergleichbaren Eigenschaften.

Im Hinblick auf die früheren Untersuchungen an quaternären höheren Monoalkyl-phosphoniumsalzen ist es völlig unerwartet, daß die erfindungsgemäßen quaternären höheren Dialkyl-phosphoniumsalze der angegebenen definierten Struktur, die unter die allgemeine Bezeichnung Tetraalkyl-phosphoniumchlorid fällt, derart überlegene Eigenschaften besitzen. Insbesondere wurde gefunden, daß die erfindungsgemäßen Verbindungen in unerwarteter Weise die folgenden Eigenschaften in sich vereinigen: oberflächen-

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aktive Wirkung, gelbildende Wirkung, bakterizide-fungizidenematozide Breitbandwirkung, hohe Wirksamkeit gegenüber gramnegativen Bakterien, Beständigkeit in hartem Wasser und geringe Toxizität gegenüber Säugetieren.

Die bekannten Didodecyl- und Ditetradecyl-dimethyl-phosphoniumchloride besitzen diese biologischen Eigenschaften nicht.

Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen quaternären höheren Dialkyl-phosphoniumchloride fallen deren Hydrochloridkomplexe als Primärprodukte an. Sie haben eine überraschende thermische Beständigkeit und besitzen die bioziden Eigenschaften der freien Salze. Wenn diese Komplexe bei verringerten Drucken hohen Temperaturen unterworfen werden, verlieren sie HCl. Die Komplexe der allgemeinen Formeln

JR'₂P⁺R₂] Cl".HCL und B^Cr^H2r+1^J2 ^P+(Cs^H2s₊1>₂3 ^C1"' ^HC1

sind neu und können ebenfalls als Ausgangsstoffe für die Herstellung von Tonen verwendet werden.

Die erfindungsgemäßen quaternären Phosphoniumverbindungen sind aus den entsprechenden sekundären oder tertiären aliphatischen Phosphinen durch Quaternisierung mittels primärer Alkylchloride bei Atmosphärendruck erhältlich. Das allgemeine Verfahren zur Herstellung dieser Verbindungen verläuft nach folgendem Reaktionsschema.

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Es können höhere oder niedere sekundäre Dialky!phosphine mit primären Alkylchloriden quaternisiert werden, zum Beispiel

R'PH ^R"^C1> [Rj,P R"»HC1] _n

\ R Cl la Ha yU^

_R»PH -*!£2>[R¹PR^HCl] ^{R C1} III Ib Hb

Die ersten Produkte aus der Alkylierung der sekundären Phosphine (Ia und b) sind die entsprechenden tertiären Phosphin-, hydrochloride (Ha und b). Diese sammeln sich im Reaktionsgemisch nicht an, was ihre Reaktionsfähigkeit für die weitere Alkylierung anzeigt. Die ersten isolierbaren Produkte der obigen Reaktionsfolge sind die quaternären Phosphoniumchloridhydrochloridkomplexe (III). Diese Komplexe sind unter den üblichen Reaktionsbedingungen bei Temperaturen von etwa 80 bis 200°C beständig. Wenn sie jedoch bei diesen erhöhten Temperaturen unter Vakuum gebracht werden, wandeln sie sich unter Abgabe von Chlorwasserstoff in die freien quaternären Salze, IV, um.

Geht man von den höheren Dialkylphosphinen (Ia) aus, so kann die Alkylierung überraschenderweise unter Atmosphärendruck oder verhältnismäßig niedrigen Drucken von bis zu 5 Atmosphären bei Temperaturen oberhalb der Siedepunkte der niederen Alkylchloridreaktionsteilnehmer durchgeführt werden. Bei dieser

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unter Atmosphärendruck durchgeführten Alkylierung wird das niedere Alkylchlorid (R¹¹Cl) , vorzugsweise Methylchlorid, etwa entsprechend der Reaktionsgeschwindigkeit in das das Phosphin enthaltende Alkylierungsgefäß eingeführt. Diese Alkylierungen verlaufen besonders leicht, wenn Methylchlorid verwendet wird.

Die thermische Beständigkeit der neuen Phosphoniumsalze und ihrer Komplexe ist wesentlich höher als die ihrer Ammoniumanalogen. Dementsprechend können je nach den Reaktionsteilnehmern bevorzugte hohe Reaktionstemperaturen im Bereich von 150 bis 25O°C angewandt werden, ohne daß eine wesentliche Zersetzung des Produktes eintritt. Die hohe thermische Beständigkeit erlaubt gewöhnlich eine Arbeitsweise ohne Lösungsmittel, das sonst eingesetzt werden müßte, um die Umsetzung zu beschleunigen und/oder ein Produkt zu lösen, das bei niedrigeren Temperaturen fest ist. Es können selbstverständlich auch Lösungsmittel verwendet werden. Als Lösungsmittel werden gewöhnlich solche eingesetzt, von denen bekannt ist, daß sie

S_n -Umsetzungen beschleunigen und daß sie unter extremen Reaktionsbedingungen beständig sind. Dimethylformamid ist zum Beispiel ein bevorzugtes Lösungsmittel.

Die unsymmetrischen Trialkylphosphine (Va und b) können auch als Ausgangsstoffe für die Herstellung der vorliegenden quaternären höheren Dialkylphosphoniumchloride verwendet werden:

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" + R¹¹Cl >« [RgP⁺R^¹" ^-^R'^PR2^+R'^cl

Va IV Vb

Dieses Verfahren ist besonders vorteilhaft, wenn unsymmetrische Phosphoniumchloride erwünscht sind, in denen die beiden R¹ und/ oder R" Substituenten verschieden sind.

Die Trialkylphosphine sind gegenüber dem primären Älkylchlorid reaktionsfähiger als die sekundären Phosphine. Die Alkylierung von Trialkylphosphinen mit Methylchlorid kann bei Temperaturen von nur 80 C durchgeführt werden. Wenn niedere Alkylchloride verwendet werden, verläuft die Umsetzung wiederum bei Atmosphärendruck oder nahe Atmosphärendruck bis zu 5 Atmosphären bei Temperaturen bis 200 C. Der bevorzugte Temperaturbereich beträgt im allgemeinen 80 bis 200 C. Gewöhnlich bevorzugt man die Einführung des kleinsten Alkylsubstituenten des Produktes mittels des Chloridreaktionsteilnehmers (R¹¹Cl) . Im übrigen verläuft die Alkylierung der tertiären Phosphine ähnlich der der sekundären Phosphine. Die gasförmigen Reaktionsteilnehmer werden vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit eingeführt, die etwa ihrer Absorption entspricht. Lösungsmittel können wiederum gegebenenfalls verwendet werden. Das bevorzugte Lösungsmittel ist Dimethylformamid. ' ..

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Wie schon ausgeführt, stellen die erfindungsgemäßen quaternären Phosphoniumsalze mit zwei höheren und zwei niedrigen Alkylgruppen brauchbare oberflächenaktive und biozide Mittel dar. Die bevorzugten Verbindungen können durch die allgemeine Formel wiedergegeben werden:

X . (HX)

in der R" ein hoher aliphatischer C_ft- bis C-._o-, vorzugsweise ein Cq- bis C.g-Rest und-R" ein niederer aliphatischer C₁- bis C.-Rest ist, die unabhängig voneinander offenkettige Alkyl-, Alkenyl- oder Alkinylgruppen sein können. X ist ein Anion, nämlich ein negativ geladener anorganischer oder organischer Rest. Anorganische Anionen umfassen Halogenide, wie Chloride, Bromide und Fluoride; Phosphate, wie Polyphosphate; Phosphite, Sulfate, Tetrafluorborate, Nitrite und Nitrate. Organische Anionen sind zum Beispiel Carboxylate mit 1 bis 30, vorzugsweise 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, wie die Acetate, Benzoate, Neotridecanoate und Äthylendiamintetraacetate; organische Phosphate, Phosphonate und Phosphite, wie C₃- bis Cg-Dialkyldithiophosphate, -phosphate, -phosphite und -phosphonate; C..- bis ^--Kohlenwasserstoffsulfonate, wie Methansulfonate, Benzolsulfonate und Tetrapropylensulfonate; C₁- bis C₃₄-, vorzugsweise C₁- bis C^-Alkylsulfate, wie Methylsulfate und Docosy!sulfate; χ ist 0 oder 1, vorzugsweise 0.

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Besonders bevorzugte erfindungsgemäße Verbindungen haben die allgemeine Formel:

2] ^Χ"·^(ΗΧ)

in der r = 8 bis 30, vorzugsweise 9 bis 18; s = 1 bis 4, vorzugsweise 2 bis 4 und X und χ die oben angegebene Bedeutung haben. Die höheren Alkylsubstituenten in den obigen Phosphoniumsalzen sollten vorzugsweise primär sein. Weiterhin wird bevorzugt, daß die höheren primären Alkylgruppen geradkettig sind. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn mindestens einer der niedrigen Alkylsubstituenten der Isobutylrest ist.

Als Anionen für die obigen oberflächenaktiven und/oder bioziden Mittel werden vor allem die Chloride, Fluoride, Sulfate, Alkylsulfate, Carboxylate, Phosphate, Phosphonate und Phosphite bevorzugt. Von Vorteil sind insbesondere die Chloride und Fluoride, vor allem die Chloride.

Das Anion der obigen Salze kann frei oder an Wasserstoff einer protischen Säure gebunden sein,, die sich vom gleichen oder einem anderen Anion ableiten kann.

Für die Herstellung von Tonderivaten werden insbesondere Verbindungen der allgemeinen Formel bevorzugt:

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([CH₃ (CH₂)J ,P⁺(C₃H₂₃₊₁ )₂] X". (HX)_x

in der η = 7 bis 29, vorzugsweise 15 bis 17 und s = 1 bis 4, vorzugsweise 2 bis 4 ist. X und χ haben die oben angegebene Bedeutung.

Eine weitere zweckmäßige Untergruppe erfindungsgemäßer Verbindungen, die vor allem als Biozide brauchbar sind, haben
die allgemeine Formel

[[CH₃ (CH₂)J₂P⁺ (C₈H₂₈₊₁) ₂ J X". (HX)_x

in der m = 7 bis 29, vorzugsweise 8 bis 18 und insbesondere 9 bis 10 ist; s = 1 bis 4, vorzugsweise 1, 2, 4 und X und χ haben die oben angegebexie Bedeutung.

Von den unsymmetrischen Verbindungen werden sowohl als Biozide als auch als oberflächenaktive Mittel diejenigen der allgemeinen Formel

2 ? CH₂CH(CH₃) ^Cs^H2s+1

X .(HX)

bevorzugt, in der r, s und X, χ die für die bevorzugten Verbindungen angegebenen Bedeutungen haben.

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Wie anhand von Beispielen gezeigt wird, verringern die oberflächenaktiven Zusammensetzungen gemäß der Erfindung in überraschend wirksamer Weise die Oberflächenspannung Flüssigkeit gegen Gas, insbesondere Wasser gegen Luft, wenn sie in geringen Konzentrationen von 0,5 bis 0,0001, vorzugsweise von 0,1 bis 0,001 % verwendet werden. Diese Zusammensetzungen verringern besonders wirksam die Grenzflächenspannung von Flüssigkeit zu Flüssigkeit, insbesondere Wasser zu organischer Flüssigkeit, vor allem Kohlenwasserstoffen. Für die zuletzt genannten Anwendungszwecke können Konzentrationen von 0,5 bis 0,00001, vorzugsweise 0,01 bis 0,0001 % verwendet werden. In ähnlicher Weise können diese oberflächenaktiven Mittel für die Verringerung der Grenzflächenspannung zwischen Flüssigkeiten und Feststoffen verwendet werden und können als solche Detergenzwirkung haben. Bei den aufgrund ihrer oberflächenaktiven Eigenschaften gegebenen verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Phosphoniumverbindungen hängt die Konzentration von der Wirksamkeit im jeweiligen System ab und ist geringer als die der verwandten höheren Monoalkylphosphoniumverbindungen.

Typische Anwendungszwecke für oberflächenaktive Mittel, zum Beispiel als Detergentien, Flotations-, Emulgiermittel usw. sind in der Monographie von E. Jungermann "Cationic Surfactants", herausgegeben von M. Dekker, Inc., 1970, New York, N.Y.,zusammen-

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gestellt. Diese Übersicht zeigt, daß diese Anwendungszwecke für kationische Ammoniumverbindungen üblich, für die erfindungsgemäßen Phosphoniumverbindungen aber unbekannt sind, siehe Seite 197 dieser Monographie.

Die biozide Wirkung der erfindungsgemäßen quaternären höheren Dialkyl-phosphoniumsalze zeigt sich insbesondere gegenüber Organismen aus den Gruppen Protophyta und Thallophyta, Viren und Invertebraten.

Die bioziden, vorzugsweise mikrobioziden Zusammensetzungen gemäß der Erfindung besitzen im Vergleich zu den bekannten quaternären Phosphoniumsalzen hervorragende Wirksamkeit gegenüber gramnegativen Bakterien, insbesondere solchen der Familie Pseudomonacae, der Gattung Pseudomonas und der Art Pseudomonas aeruginosa. Weiterhin zeichnen sie sich dadurch aus, daß sie ihre bakterizide Wirksamkeit in hartem Wasser behalten.

Wirksamkeit wurde ferner beobachtet gegenüber Mikroorganismen der Klasse Schyzomycetes und blau-grünen Algen der Klasse Schyzophycae. Eine Klassifizierung dieser Mikroorganismen findet sich in Bergey's "Manual of Determinative Bacteriology", herausgegeben von Williams and Wilkins Co., 7. Auflage, Baltimore, Md., 1957.

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Die erfindungsgemäßen Verbindungen sind auch hochwirksam gegenüber grampositiven Organismen, wie Streptococcus pyogenes, was für das Gesundheitswesen wichtig ist, Staphylococcus aureus, was zum Beispiel für die Kosmetik Bedeutung hat, Bacillus mycoides, was für die Schleimbildung beachtlich ist. Hohe Wirksamkeit gegenüber gramnegativen Organismen umfaßt zum Beispiel die Wirksamkeit gegenüber Escherichia coli und Salmonella typhosa, was für das Gesundheitswesen von Bedeutung ist, Aerobacter aerogenes, die oft an der Schleimbildung beteiligt sind, Pseudomonas stutzeri, die häufig Kosmetika angreifen und andere Pseudomonasarten, die Rohöle und Kraftstofföle angreifen. Hohe Wirksamkeit wurde auch gegenüber säurefesten Bakterien, wie Mycobacterium tuberculosis beobachtet.

Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen sind auch wirksam gegen Thallophyta, nämlich Hefen und hefeähnliche Pilze sowie Schimmel und schimmelähnliche Pilze. Diese Pilzorganismen werden, wenn sie industrielle Produkte angreifen, häufig als Schimmel bezeichnet. Zu den medizinischen Monilia-Ärten, gegenüber denen die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen wirksam sind, gehören die hefeähnlichen Candida albicans, die bei mehreren menschlichen Infektionskrankheiten eine wichtige Rolle spielen, zum Beispiel bei Soor, Vaginitis und Fingernagelinfektionen. Hohe Wirksamkeit wird auch gegenüber schimmelähnlichen Pilzen beobachtet, was hinsichtlich der Aspergillose und Dermatophytose

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wichtig ist. Zum Beispiel sind die erfindungsgemäßen Verbindungen gegenüber Aspergillus fumigatus, die bei Lungenerkrankungen eine Rolle spielen, und gegenüber Trychophyton interdigitale, die an Fußinfektionen beteiligt sind, wirksam.

Die verschiedenen Klassen von Fungi, gegenüber denen die er-

findungsgemäßen Verbindungen wirksam sind, sind auf den Seiten

163 bis 166 des "Handbook of Microbiology" von M.B. Jacobs und M.J. Gerstein, herausgegeben von Van Nostrand Reinhold Co., New York, N.Y., 1960, zusammengestellt. Die medizinisch wichtigen Fungi, die von den erfindungsgemcßen Verbindungen unter Kontrolle gehalten werden, sind im Kapitel 32 des "Textbook of Microbiology" von W. Burrows, herausgegeben von W. Saunders Co., Philadelphia, Pennsylvania, 1959, erläutert.

Zu der mikrobiziden Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Verbindungen gehört auch ihre Wirkung gegen Viren. Was die breitere biozide Wirksamkeit anbelangt, so ist darauf hinzuweisen, daß die erfindungsgemäßen Verbindungen Wirksamkeit gegen Invertebraten, zum Beispiel Culex quinquefasciatus, die Larven der Moskitos, Aedes aegypti, Würmer und Mollusken besitzen.

Hinsichtlich der Wirkung gegenüber Schimmel und Hefen wird die Wirksamkeit gegen Schimmel verursachende Fungi, zum Beispiel Penicillium glaucum, Penicillium Luteurn, Penicillium funiculosum,

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ORIGINAL JNSPECTED

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Aspergillus flavus, Aspergillus oryzae, Chaetomium globosum, Trichoderma viride und Pullularia pullulans umfaßt. Wirksamkeit gegenüber diesen Fungi ist für industrielle Biozide ι zum Beispiel Mittel gegen Mehltau von Bedeutung. Andere Pilze, die in der Landwirtschaft und bei Ölprodukten eine Rolle spielen, werden durch die erfindungsgemäßen Verbindungen ebenfalls unter Kontrolle gehalten.

Zu den Algen und Protozoen, gegenüber denen die erfindungsgemäßen Verbindungen wirksam sind, gehören die Eurocaryotic-Algen, zum Beispiel die braunen und roten Algen. Spezifische Beispiele hierfür sind Chlorella pyrenoidosa und Chlorella vulgaris. Die Eurocaryotic-Algen sind auf Seite 102 von "Microbial World" von R.V. Stanier, M. Doudoroff und E.A. Adelberg, herausgegeben von Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, N.J., 1963, zusammengefaßt.

Der Grad der Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Mikrobiozide hängt natürlich von ihrer chemischen Struktur, dem betroffenen Mikroorganismus und den anderen Umgebungsbedingungen, das heißt dem Biosystem ab. Kationische, anionische sowie nichtionische oberflächenaktive Mittel und Proteine können die Wirksamkeit beeinträchtigen. Andere Detergenzkomponenten können ebenfalls eine Wirkung ausüben.

B Π 9 β R 7 / 1 η 8 9

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Die vorstehenden Darlegungen sind im Kapitel 14 "Germicidal Properties of- Cationic Surfactants" der oben angezogenen Monographie von Jungermann im einzelnen erläutert.

Insbesondere hängt die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Verbindungen von ihrer chemischen Struktur ab, wenn diese gegenüber Organismen der Gattung Pseudomonas, zum Beispiel Pseudomonas aeruginpsa verwendet werden. So sind im Falle der höheren Dialkyl-dimethyl-phosphoniumchloride nur die Di-C_g- bis C₁₁-Alky!verbindungen gegenüber diesen Organismen wirksam. Im Falle der i-butylsubstituierten quaternären höheren Dialkylphosphoniumsalze zeigen die Verbindungen, unabhängig von der genauen Länge der höheren Alkylgruppen, hohe Wirksamkeit.

Im allgemeinen nimmt die orale Toxizität der höheren Dialkylphosphoniumverbindungen gegenüber Säugetieren mit zunehmender Länge der Alkylketten ab. Nichttoxische Verbindungen mit hoher mikrobiozider Wirkung wurden erhalten, wenn die Anzahl der Kohlenstoffatome der n-Alkylketten 16 oder mehr je Kette betrug.

Die mikrobiozide Wirksamkeit der bekannten quaternären Salze ist in hartem Wasser gegenüber bestimmten gramnegativen Bakterien, wie Escherichia coli besonders unbefriedigend. Die erfindungsgemäßen Verbindungen sind in diesen Fällen überraschend wirksam.

Die Erfindung stellt Zusammensetzungen mit verbesserter oberflächenaktiver und biozider Wirkung zur Verfügung, die als geringere Komponente die beschriebenen quaternären Phosphoniumsalze mit zwei höheren und zwei niedrigeren Alkylgruppen in solchen Mengen enthalten, daß diesen die gewünschten oberflächenaktiven und bioziden Eigenschaften verliehen werden. Die Erfindung stellt auch Zusammensetzungen zur Verfügung,

die entweder verbesserte oberflächenaktive oder verbesserte bio.zide Wirkung besitzen. Ferner werden erfindungsgemäße Zusammensetzungen hergestellt, die gegenüber bestimmten Klassen, Gattungen und Arten von Mikroorganismen verbesserte biozide Eigenschaften aufweisen. Der Begriff "biozide Eigenschaften" umfaßt sowohl die Abtötung der Mikroorganismen als auch die Hemmung ihres Wachstums. Welche spezifischen Phosphoniumsalze im einzelnen bevorzugt werden, ist oben angegeben.

Die Komponenten, aus denen sich der größere Anteil der flüssigen und/oder festen Systeme zusammensetzt, in denen die erfindungsgemäßen Biozide verwendet werden, sind bekannt. Systeme, in denen Fungizide zur Anwendung kommen, sind zum Beispiel im Band I, Kapitel 6 bis 11, der Monographie "Fungicides" von D.C. Torgeson, herausgegeben von der Academic Press, Inc., New York, N.Y., 1967, beschrieben. Insbesondere sind im Kapitel 6 die verschiedenen Arten von Formulierungen erläutert: Staubpräparate, zum Beispiel Kaolinit, Calciumcarbonat; Wasser-

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dispergierbare Pulver, Emulsionen und Lösungen. Die Kapitel 7 bis 9 beschreiben die verschiedenen landwirtschaftlichen Anwendungszwecke, zum Beispiel auf das Laub, die Saat und den Boden sowie nach der Ernte, um die abgeernteten Früchte zu konservieren. Im Kapitel 10 sind die hauptsächlichen industriellen Konservierungsanwendungen beschrieben, einschließlich der Konservierung von Textilien, Papier und Papiermaische, Kautschuk, Kunststoffen und Anstrichen, elektrischen und elektronischen Einrichtungen, Petroleumprodukten, Leder, Arzneimitteln und kosmetischen Produkten. Kapitel 11 schließlich bezieht sich auf Holzkonservierungsmittel. In ähnlicher Weise werden verschiedene Formulierungen auf dem Gebiet der Bakterizide und Algizide angewandt. Bei der bakteriziden Anwendung werden jedoch gewöhnlich lebende Organismen gegen pathogene Bakterien geschützt. Dementsprechend werden auf diesem Gebiet die Biozide hauptsächlich verwendet, um bakterielle Infektionen zu bekämpfen und Arzneimittel sowie Kosmetika zu konservieren. Das Hauptmedium für die Wirkung von Bakteriziden ist daher Wasser sowie organische Flüssigkeiten, vorzugsweise Lösungsmittel, wie Kohlenwasserstoffe, zum Beispiel Paraffine und Alkohole, wie Hexadecy!alkohol; Ester, wie Glyceride. Im Falle der Algizide ist das Medium selbstverständlich wiederum wässrig. Dementsprechend besteht die Hauptkomponente der erfindungsgemäßen bioziden Zusammensetzungen aus Wasser, organischen Lösungsmitteln, Pudern, Elastomeren, Kunststoffen, Textilien, Leder,

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Kosmetika, Arzneimitteln und Petroleumprodukten.

In einigen Fällen werden die erfindungsgemäßen Phosphoniumsalze mit zwei höheren und zwei niedrigeren Alkylgruppen in kleineren Mengen für den alleinigen Zweck der Erhöhung der Oberflächenaktivität verwendet. Der größere Teil der Zusammensetzungen besteht vorzugsweise aus Wasser oder organischen Flüssigkeiten. Zur Verringerung der Oberflächenspannung werden die erfindungsgemäßen Verbindungen vorzugsweise in Wasser verwendet. Die Anwendung für die Verringerung der Grenzflächenspannung umfaßt vorzugsweise die Verwendung von Wasser und Kohlenwasserstoffflüssigkeiten.

In gleicher Weise umfaßt die Erfindung ein Verfahren zur Änderung der Oberflächen- und .bioziden Eigenschaften von Zusammensetzungen durch Anwendung kleinerer Mengen eines quaternären Phosphoniumsalzes mit zwei höheren und zwei niedrigeren Alkylgruppen. Ein solches Verfahren kann speziell auf die Verringerung der Oberflächenspannung einer Zusammensetzung gerichtet sein. Ein anderes spezifisches Merkmal der Erfindung besteht in einem Verfahren zur Verringerung der Grenzflächenspannung normalerweise nicht mischbarer Zusammensetzungen. Ferner umfaßt die Erfindung die Wachstumshemmung sowie die Abtötung von Organismen, wie sie zuvor beschrieben wurden, durch Anwendung kleinerer Mengen der erfindungsgemäßen quaternären Phosphoniumsalze.

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Beispiele A. Synthese (1 bis 8)

Die Struktur von acht quaternären höheren Dialkyl-phosphoniumchloriden, deren Synthese anhand von Beispielen erläutert wird, sowie ihr Schmelzbereich und ihre Elementaranalyse sind in der folgenden Tabelle I zusammengestellt. Die Verbindungen sind in der Reihenfolge ihres zunehmenden Molekulargewichtes aufgeführt. Ihre Herstellung ist jedoch in Übereinstimmung mit den angewandten chemischen Verfcihren beschrieben. Im allgemeinen waren die Umwandlungen vollständig und die Ausbeuten quantitativ. Bei der Umkristallisation traten je nach den verwendeten Lösungsmitteln Verluste auf.

(a) Quaternisierung von sekundären Phosphinen (1 bis 4)

Die ersten vier Beispiele erläutern die Quaternisierung höherer Di-n-alkylphosphine mit Methylchlorid. In den beiden ersten dieser Beispiele sind auch die primären quaternären Phosphoniumchlorid-Hydrochloridkomplexe dieser Umsetzungen und ihre Umwandlung in die entsprechenden freien Salze beschrieben, die aufgrund der Verschiebung der ©£-Methyldoublette verfolgt werden kann.

(b) Quaternisierung von tertiären Phosphinen (5 bis 8)

In den folgenden vier Beispielen ist die Quaternisierung von Trialkylphosphinen erläutert. Die drei ersten dieser Beispiele veranschaulichen die Quaternisierung von Phosphinen mit zwei

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höheren n-Alkylgruppen und einer niederen Alkylgruppe mit niederen Alkylchloriden. Im letzten Beispiel ist der andere Verfahrensweg erläutert, der von einem Phosphin mit einer höheren n-Alkylgruppe und zwei niedrigen Alkylgruppen ausgeht, und bei dem die Quaternisxerung mit einem höheren n-Alkylchlorid bewirkt wird.

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Tabelle I Physikalische und Analysenwerte von quaternären höheren Dialkyl-phosphoniumchloriden

Bei	Struktur des
spiel	Phosphoniumkations
1	(CoH17),P+(CH,) o O I / Δ i Δ
cn 2
ο
CD 3
OO	9 19 2 3 2

^(C12^H25⁾2^P

)₂P⁺(C₂H₅)CH₂CH(CH₃)

(C₁₈H₃₇)₂P

Schmelzbereich

128-134^C

104-108*

165-168ⁱ

172-176^e

127-132¹

53-56^a

6O-67^b

8O-83^b

Elementaranalyse, %

berechnet

gefunden

Cl

66,95 12,49 9,59 10,97 68,54 12,45 9,61 10,83

67,73 12,56 9,19 10,52 67,33 12,22 9,07 10,22

68,44 12,64 -8,82 10,10 10,06

69,71 12,77 8,17 9,35 69,73 12,91 8,19 9,37

71,77 12,98 7,11 8,14 70,65 12,48 7,16 8,81

73,35 13,13 6,30 7,22 73,31 13,51 6,29 6,95

75,63 13,36 5,13 5,88 75,16 13,42 5,07 6,57

76,08 13,41 4,90 5,61 76,65 13,72 5,09 5,56

Rohprodukt nach der Entfernung von flüchtigen Stoffen

umkristallisiert

cn co co

253327b

Beispiel 1 - Didodecyl-dimethyl-phosphoniumchlorid In ein zylindrisches Reaktionsgefäß aus Pyrex-Glas, das mit einem Teflon-Nadelventil und einem magnetischen Rührer versehen war, wurden 18,05 g (0,05 Mol) Didodecyl-phosphin und 4,1 g (0,1 Mol) Acetonitril als Lösungsmittel gegeben. Das Gefäß wurde dann mit Trockeneis gekühlt und evakuiert. Anschließend wurden 6,4 g (0,126 Mol) Methylchlorid in das Gefäß kondensiert. Darauf wurde das Reaktionsgefäß verschlossen und unter Rühren innerhalb von 35 Minuten auf 80 C erhitzt. Auf dieser Temperatur wurde es 5 Stunden gehalten.

Das Didodecylphosphin war mit dem Acetonitril nicht mischbar. Nachdem das Gemisch jedoch auf 80 C erhitzt worden war, entstand innerhalb von 10 Minuten eine homogene flüssige Mischung. Nach 5 Stunden bei 80 C zeigte das kernmagnetische Resonanzspektrum einer Probe aufgrund der erwarteten Intensität der Protonen an den Kohlenstoffatomen, die dem Phosphoniumanteil am nächsten sind, insbesondere eine Methyldoublette bei 2,0 ppm an, daß eine im wesentlichen vollständige Quaternisierung eingetreten war.

Das rohe Reaktionsgemisch wurde dann zur Entfernung des Methylchlorids bei Umgebungstemperatur auf 100 mm evakuiert. Die nachfolgende Analyse auf Phosphor und Chlor und die Verschiebung des kernmagnetischen Resonanzspektrums des Doublettsignals

509837/1089

der oC -Methylgruppen des verbliebenen Produkts (bei 2,05 ppm von TMS mit der Kupplungskonstante, J_p__c = 14 cps) zeigte an, daß das erhaltene quaternäre Phosphoniumchlorid in Form eines Hydrochloridkomplexes vorlag.

Das verbliebene Produkt wurde bei 0,2 mm 90 Minuten auf 100°C erhitzt, um das gesamte Acetonitril zu entfernen. Der vom Lösungsmittel befreite Rückstand wurde in der gleichen Menge unter Rückfluß siedendem Toluol gelöst. Die Position der Methyldoublette bei 2,38 ppm im kernmagnetischen Resonanzspektrum der erhaltenen Lösung ergab, daß ein wesentlicher Anteil des Salzes noch in der Komplexform vorlag. Beim Kühlen auf -20 C kristallisierte der größte Teil des Produkts aus dem Toluol. Durch Absaugen unter Stickstoff erhielt man 12g (73 %) des freien Salzes. Das kernmagnetische Resonanzspektrum ergab eine Methyldoublette bei 2,53 ppm mit J_p_p ⁼ 14,5 cps in Benzol.

Beispiel 2 - Dinonyl-dimethyl-phosphoniumchlorid In ein zylindrisches Gefäß, das mit einem Gaseinführungsrohr aus gesintertem Glas zum Ein- und Ausführen von Gasbläschen und einem magnetischen Rührer versehen war, wurden unter Stickstoff 2,83 g (0,1 Mol) Dinony!phosphin gegeben. Das Phosphin wurde dann unter Rühren auf 120 C erhitzt und bei dieser Temperatur gehalten, wobei man Methylchlorid in einer etwas größeren

509887/10

_ OQ —

253327b

Geschwindigkeit einleitete, als es absorbiert wurde. Nach 6 Stunden bei 180°C wurde eine Gewichtszunahme von 8,5 g beobachtet. Nach weiteren 7 Stunden betrug die Gewichtszunahme 0,5 g mehr, wie nach der Entfernung jeglichen gelösten Methylchlorids mit Stickstoff festgestellt wurde. Die vollständige Quaternisierung des Dinonylphosphins mit Methylchlorid unter Bildung des Hydrochloridkomplexes des gewünschten quaternären Phosphoniumchlorxds würde zu einer Gesamtgewichtszunähme von 10,1 g führen.

Das rohe komplexe Reaktionsprodukt verfestigte sich bei Raumtemperatur zu einer gelähnlichen Substanz. Das meiste davon wurde geschmolzen, in einen Destillationskolben gegossen und unter Einleitung kapillarer Stickstoffbläschen in hohem Vakuum auf 200°C erhitzt, um alle flüchtigen Bestandteile zu entfernen. Am Ende des Erhitzens verbesserte sich das Vakuum von 0,5 auf 0,005 mm. Im Übergangsbehälter wurde kein Dinonylphosphin zurückgewonnen, was die vollständige Quaternisierung anzeigt. Das geringere als theoretische Gewicht des rohen Komplexes beruhte auf einem partiellen Verlust von HCl während der Umsetzung. Durch nachfolgendes Erhitzen im Vakuum wurde das HCl vollständig abgespalten, und man erhielt eine quantitative Ausbeute an freiem Salz als Rückstand. Diese Umsetzungsfolge wurde durch kernmagnetische Resonanzspektren von Proben bestätigt. Der partiell zersetzte Komplex zeigte in Deutero-

5 (1 9 8 R 7 / 1 f J 8 9

"³⁰" 253327b

benzol eine o£-Methyldoublette bei einem chemischen Verschiebungswert von 2,33 ppm (J_p__c = 14 cps). Im freien Salz ist dieses Signal wie beim vorhergehenden Beispiel im Feld nach unten auf 2,63 ppm (J_p__c =15 cps) verschoben.

Beispiel 3 - Didecyl-dimethyl-phosphoniumchlorid In der gleichen Weise wie im vorhergehenden Beispiel wurden 31,4 g (0,1 Mol) Didecylphosphin 8 Stunden bei 180°C mit Methylchlorid umgesetzt. Wiederum wurde eine vollständige Quaternisierung und eine partielle Dissoziation des primär gebildeten Komplexes beobachtet. Das nachfolgende dreistündige Erhitzen auf 200⁰C unter 0,15 mm führte in quantitativer Ausbeute zum erwarteten freien quaternären Phosphoniumchlorid. Dieses Produkt verfestigt sich bei Raumtemperatur zu einem farblosen wachsartigen Feststoff. Sein kernmagnetisches Resonanzspektrum zeigt eine charakteristische Doublette für die Q£-Methyl-Protonen bei 2,62 ppm (J_p__c =15 cps).

Beispiel 4 - Dioctyl-dimethyl-phosphoniumchlorid Wie in den vorhergehenden beiden Beispielen wurden 25,8 g (0,1 Mol) Dioctylphosphin 6 Stunden bei 180°C mit Methylchlorid zu einem Gemisch aus dem quaternären Phosphoniumchlorid und seinem Hydrochloridkomplex umgesetzt. Durch nachfolgendes dreistündiges Erhitzen auf 200°C unter 0,4 mm wurde das freie Salz in 97 %iger Ausbeute gebildet. Es besteht bei Raumtempe-

B Π 9 8 R 7 / 1 ο 8 9 ue^NAL inspected

253327b

ratur aus einem farblosen wachsartigen Feststoff. Die charakteristische Q^-Methyl-Doublette dieses Produkts in Deuterobenzol erscheint bei 2,58 ppm (J_p__c ⁼ 15 cps).

Beispiel 5 - Dioctyl-äthyl-methyl-phosphoniumchlorid In 14,4 g (0,05 Mol) Dioctylathylphosphin, die sich in einem Reaktionsgefäß gemäß Beispiel 2 befanden, wurde 4 Stunden lang bei 130°C Methylchlorid eingeführt. Die beobachtete Gewichtszunahme entsprach einer quantitativen Bildung des gewünschten Produkts, eines bei Raumtemperatur farblosen v/achsartigen Feststoffs. Im kernmagnetischen ResonanzSpektrum dieses Produkts erscheint die O£-Methyl-Doublette bei 1,93 ppm (J_p__c =14 cps).

Das erhaltene Produkt ist sogar bei niedrigen Temperaturen in Toluol stark löslich. Es wird durch Zugabe von n-Heptan aus dem Toluol gefällt.

Beispiel 6 - Didodecyl-isobutyl-äthyl-phosphoniumchlorid In das Reaktionsgefäß des Beispiels 2 wurden unter Stickstoff 34,2 g (0,1 Mol) Didodecyl-isobutyl-phosphin gegeben. Dann wurde in üblicher Weise 15 Stunden lang bei 200°C Äthylchlorid eingeführt, um das gewünschte quaternäre Chlorid in quantitativer Ausbeute zu erhalten. Das Produkt besteht bei Raumtemperatur aus einem farblosen Feststoff. Es ist in Toluol stark löslich.

' ³² " 253327b

Beispiel 7 - Dihexydecyl-iscbutyl-äthyl-phosphoniumchlorid In der im vorhergehenden Beispiel beschriebenen Weise wurden 27 g (0,05 Mol) Dihexydecyl-isobutyl-phosphin 12 Stunden lang bei 200°C quantitativ mit Äthylchlorid umgesetzt. Die absorbierte Menge Äthylchlorid zeigte an, daß die Umsetzung schon nach 6 Stunden im wesentlichen vollständig war. Der größte Anteil des erhaltenen quaternären Chlorids, 30 g, das bei Raumtemperatur als farbloser Feststoff vorliegt, wurde aus 100 ml heißem n-Heptan umkristallisiert. Die Kristallisation setzte bei Raumtemperatur ein. Trotzdem wurde das Gemisch auf -25°C gekühlt und unter Stickstoff kalt abgesaugt. Nach dem Trocknen im Vakuum erhielt man 26,5 g (88 %) umkristallisiertes Produkt.

Beispiel 8 - Dioctadecyl-diäthyl-phosphoniumchlorid Im ersten Versuch wurde ein magnetisch gerührtes Gemisch aus 8,5 g (0,25 Mol) Octadecyl-diäthyl-phosphin und 7,2 g (0,25 Mol) Octadecylchlorid in einem zylindrischen Reaktionsgefäß 24 Stunden unter Stickstoff auf 190°C erhitzt. Die Abwesenheit des Chlormethyl-Triplet-Signals im kernmagnetischen Resonanzspektrum einer Probe des Gemisches nach 3 Stunden zeigte an, daß die Umwandlung zum größten Teil während der ersten beiden Stunden erfolgte.Das Rohprodukt bestand aus einem bei Raumtemperatur farblosen Feststoff und zeigte das erwartete kernmagnetische Resonanzspektrum. Eg wurde aus 50 ml heißem Methyläthy!keton

S09BB7/ 1D89

³³ " 253327b

umkristallisiert. Nach dem Filtrieren und dem Waschen bei Raumtemperatur wurde das umkristallisierte Produkt bei 0,2 mm und Umgebungstemperatur getrocknet. Die Ausbeute an trockenem gereinigten Produkt betrug 75 %.

Im zweiten Versuch wurden 342 g (1 Mol) des Octadecyl-diäthylphosphins innerhalb von 80 Minuten zu 289 g (1 Mol) von unter

ο *

Stickstoff und auf 190 C gehaltenem Octadecylchlorid gegeben.

Das Reaktionsgemisch wurde nach Beendigung der Zugabe noch 3 Stunden erhitzt. Danach ließ man das Gemisch auf 140°C abkühlen und bei dieser Temperatur wurde Äthylchlorid eingeführt, um jegliche Spuren nichtumgesetzten Phosphins zu quaternisieren, Das erhaltene Rohprodukt wurde aus 1200 ml Methyläthylketon umkristallisiert. Man erhielt 587 g (93 %) des gewünschten gereinigten quaternären Phosphoniumchlorids.

B. Untersuchung der oberflächenaktiven Wirksamkeit (9) Um Standardwerte zur Ermittlung der oberflächenaktiven Wirksamkeit der quaternären höheren Dialkylphosphoniumsalze zu erhalten, wurden die Oberflächenspannungen ihrer Wasserlösungen und die Grenzflächenspannungen ihrer Gleichgewichtslösungen in Wasser und einem paraffinischen Kohlenwasserstoff nach der ASTM-D-971-50-Methode bestimmt.

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" ³⁴ " 253327b

Beispiel 9 - Wirksamkeit bei der Verringerung der Oberflächen- und Grenzflächenspannung

Didodecyl-dimethyl-phosphoniumchlorid und - zum Vergleich Octadecyl-trimethyl-phosphoniumchlorid wurden wie zuvor angegeben gemäß der ASTM-D-971-Methode untersucht. Die Oberflächenspannung gegenüber Luft wurde unter Verwendung von destilliertem Wasser bei 25°C gemessen, was einen Basiswert von 72 Dyn je cm ergab. Für die Messung der Grenzflächenspannung wurde ein Wasser-Paraffin(Nujol)-System verwendet. Ohne zugesetztes oberflächenaktives Mittel hat dieses eine Grenzflächenspannung von 52 Dyn/cm. Die Grenzflächenspannung nach Zugabe des Phosphoniumchlorids wurde gemessen, nachdem man gleiche Volumina der beiden nicht mischbaren Lösungsmittel und die gegebene Menge des Salzes langsam 30 Minuten lang gerührt hatte, um eine Gleichgewichtskonzentration des Salzes zu erreichen. Die erhaltenen Werte sind in der Tabelle II zusammengestellt.

Sie zeigen, daß die quaternäre höhere Dialkylverbindung ein wesentlich wirksameres oberflächenaktives Mittel ist als das entsprechende Monoalkylderivat. Es verringert bei einer Konzentration von 0,001 % sowohl die Oberflächenspannung als auch die Grenzflächenspannung. Im Gegensatz hierzu ist die Monoalkylverbindung verhältnismäßig unwirksam, sogar dann, wenn ihre Konzentration hundertmal höher ist. Im Vergleich zu allen bekannten oberflächenaktiven Mitteln ist die Fähigkeit der

509887/1089

Tabelle II

Oberflächenaktive Wirkung eines guaternären höheren Dialkylphosphoniumchlorids im Vergleich zum entsprechenden höheren Monoalky!derivat

Struktur des Kations des quaternären Chlorids

(C₁3H₁3)P⁺(CH₃)3 Spannungswerte, Dyn/cm bei 25°
(bei verschiedenen Salzkonzentrationen,

Oberflächenspannung von Wasser

(0,100) (0,010) (0,0075) (0,005) (0,0025) (0,001)
31 31 32 33 33
42

C₁₈H₃₇P⁺(CH₃)3

Grenzflächenspannung von Wasser - Nujöl

(0,100) (0,010) (0,0075) (0,005) (0,0025) (0,001)
3 3 3 3 3

12 — —

Ul OJ OJ

" ³⁶ " 253327b

quaternären höheren Dialkylphosphoniumsalze, die Grenzflächenspannung zu verringern, besonders herausragend.

C. Biozide Untersuchungen

Für die Untersuchung der bioziden Wirkung der quaternären höheren Dialkylphosphoniumsalze wurde die Brühenverdünnung als primäre Methode zur Ermittlung der kleinsten Salzkonzentration angewandt, die notwendig ist, um eine vollständige Hemmung des Bakterien-, Pilz- und Algenwachstums zu erreichen. In typischer Weise wurden je Röhrchen 2 ml Trypticase-Sojabrühe als Nährmedium verwendet. Gewöhnlich wurden 10 mg des Phosphoniumchlorids in 5 ml Äthanol gelöst und diese Lösung wurde dann mit Wasser auf 10 ml verdünnt, um eine wässrige Äthanol-Grundlösung mit einer Konzentration von 2000 ppm zu erhalten. Als Mikroorganismen-Impfstoff wurde ein Tropfen einer 1000-fach verdünnten 24 Stunden alten Kultur verwendet, die gewöhnlich 1000 Bakterien oder 10.000 Pilz- oder Algenzellen enthielt. Zu der beimpften Brühe wurden unterschiedliche Mengen der zu untersuchenden chemischen Verbindungen gegeben. Die Medien wurden dann nach einer bestimmten Zeit, die von der Art des verwendeten Mikroorganismus abhängt, auf sichtbares Wachstum beobachtet. Bakterielles Wachstum oder Hemmung wurde nach einem oder zwei Tagen festgestellt. Das Wachstum von Pilzen und Algen wurde nach 7 oder 14 Tagen geprüft. Nach der Beobachtung einer Reihe von Verdünnungen der untersuchten chemi-

■ ³⁷ " 253327b

sehen Verbindungen wurden die kleinsten wachstumshemmenden, das heißt mikrobiostatischen Konzentrationen (MIC) bestimmt.

Beispiel 10 - Wirksamkeit gegenüber dem Wachstum repräsentativer Bakterien, Pilze und Algen

Eine Reihe der in Tabelle I angegebenen quaternären Phosphoniumchloride wurde durch Brühenverdünnung auf ihre Wirkung gegenüber einem wichtigen gramnegativen bakteriellen Organismus, Pseudomonas aeruginosa, einem üblichen grampositiven Bakterium, Staphylococcus aureus, und einem weitverbreiteten Fungus, Aspergillus niger, sowie einer üblichen Alge, Chlorella vulgaris, untersucht. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle III zusammengestellt.

Sie zeigen überraschende Unterschiede in der Wirkung der verschiedenen Phosphoniumchloride gegen den am schwierigsten zu bekämpfenden Organismus, Pseudomonas aeruginosa. Gegenüber dieser Art der Gattung Pseudomonas zeigte das bekannte Didodecyldimethyl-phosphoniumchlorid (Nr. 4) keine wesentliche Wirkung. Wie ihre viel geringeren kleinsten Hemmkonzentrationen anzeigen, ist die Wirksamkeit der neuen quaternären höheren Dialkylphosphoniumsalze viel größer. Hervorragend in ihrer Wirksamkeit sind insbesondere das Didecyl-dimethyl-phosphoniumchlorid (Nr. 3), das Didodecyl- und das Dihexadecyl-isobutyl-äthylphosphoniumchlorid (Nr. 6 und 7).

Die Unterschiede in der bioziden Wirksamkeit gehen auch klar gegenüber dem Fungus, Aspergillus niger, hervor. Gegenüber diesem Organismus war die kleinste Hemmkonzentration des neuen Didecyl-dimethyl-phosphoniumchlorids (Nr. 3) dreihundertmal kleiner als die des bekannten Didodecyl-dimethyl-phosphoniumchlorids (Nr. 4) .

Der gleiche Wirksamkeitstrend wurde gegenüber der Alge, Chlorella vulgaris, und dem grampositiven Bakterium, Staphylococcus aureus, beobachtet. Diese Organismen zeigen in ihrer Reaktion auf die verschiedenen quaternären Phosphoniumchloride jedoch eine viel geringere Strukturspezxfitat.

509887/JG89

Tabelle III

Mikrobiozide Wirkung der quaternären höheren Dialkylphosphoniuinchloride gegenüber repräsentativen Bakterien, Pilzen und Algen

	Folge, Nummer	(Bei spiel)
η	1	(4)
CO JO	2	(5)
^	3	(3)
ZO	4	(D
'JD	5	(6)
	6	(7)
	7	(8)

Struktur des Phosphoniumkations

(CqH,,-)_OP^T (CHO C_oH_t

^(C12^H25⁾2^P

(C₂H₅)CH₂CH

(C₁₆H₃₃)₂P⁺(C₂H₅)CH₂CH(CH₃)₂

kleinste Hemmkonzentration, ppm (nach Tagen)

Pseudo- Staphylo-

monas coccus Aspergillus Chlorella aeruginosa aureus niger vulgaris

250	(1	)	)
250	(2)	)
16	(1	)
2500	(1	)
16	(1	(2)
16	(1
500

0,5(2)

0,5(2) 1,0(1) 0,5(1) 0,5(1) 15(2)

7,5(14)

0,25(14)

75(7) 1,0(14) 0,5(14)

15(14)

4(14)

0,125(14)

8(7) 0,5(14) 0,5(14) 7,5(14)

ro

cn co co

KJ)

Beispiel 11 - Mikrobiozides Spektrum von Didecyl-dimethyl-. phosphoniumchlorid

Um die Breite des mikrobioziden Spektrums von Didecyl-dimethylphosphoniumchlorid zu untersuchen, wurden die kleinsten Hemmkonzentrationen (MIC) gegenüber mehreren weiteren Organismen durch Brühenverdünnung festgestellt:

Gegenüber den im Gesundheitswesen wichtigen gramnegativen bakteriellen Organismen, das heißt Escherichia coli und Salmonella typhosa wurde- eine kleinste Hemmkonzentration von 0,5 bzw. 8 ppm festgestellt. Gegenüber dem hefeähnlichen Fungus, Candida albicans, der bei Lungenerkrankungen, Vaginitis und anderen Infektionen beim Menschen eine wichtige Rolle spielt, betrug die kleinste Hemmkonzentration 0,25 ppm.

Beispiel 12 - Bakterizide Wirkung in hartem Wasser Zur Ermittlung der Wirkung eines quaternären höheren Dialkylphosphoniumsalzes, das heißt des Didecyl-dimethyl-phosphoniumchlorids als Bakterizid wurde der AOAC-Germicidal- und Sanitizer-Test angewandt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle IV zusammengestellt. Der hohe Grad der Abtötung der Bakterien durch die höhere Dialkylverbindung in weichem destilliertem Wasser und der ähnliche Abtötungsgrad in hartem Wasser zeigen eine bakterizide Wirksamkeit, die gegenüber dem Wasser überraschend unempfindlich ist. Im Gegensatz hierzu wird die Aktivität der stark wirksamen höheren Monoalkyl-

verbindung bei ihrer Anwendung in hartem Wasser drastisch verringert.

Beispiel 13 - Toxizität gegenüber Säugetieren Die akute orale Toxizität von Didecy1-dimethyl-phosphoniumchlorid und Dioctadecy1-diäthyl-phosphoniumchlorid wurde unter Verwendung von Schweizer Albinomäusen ermittelt. Die festgestellte mittlere lethale Toxizität betrug 350 bzw. 2840 mg Salz je kg Körpergewicht. Dies bedeutet eine mittlere orale Toxizität für die Didecylverbindung und im wesentlichen keine orale Toxizität für die Dioctadecy!verbindung. Aufgrund

dieser fehlenden Toxizität der zuletzt genannten Verbindung erscheint diese für einige fungizide Anwendungszwecke überraschend attraktiv, obgleich sie kein stark wirksames mikrobiozides Mittel darstellt.

0 9 B 8 7 / 1 f) 8 9

Tabelle IV

Bakterizide Wirkung eines quaternären höheren Dialkylphosphoniumchlorids
im Vergleich zu einem höheren Monoalkylderivat bei einer Konzentration
von 25 ppm in destilliertem und in hartem Wasser

tö CO 09

Chemische Struktur des Kations des guaternären Chlorids

Verringerung der lebenden Organismen

(C₁₀H₂₁)₂P (CH₃)₂

(CH₃)

Mikro	in destilliertem	in Wasser mit einer
organismus	Wasser	Härte von 200 ppm
Staph. aureus	99,999	99,999
E. coli	99,999	99,900
Staph. aureus	99,999	92
E. coli	99,999	61

cn co co ro

Claims (3)

1. Patentansprüche

   ( 1 . ) Quaternäre Phosphoniumchloride der allgemeinen Formel

   in der die Substituenten R¹ unabhängig voneinander offenkettige Cg- bis C-Q-Alkyl-, Alkenyl- oder Alkinylreste und die Substituenten R" unabhängig voneinander offenkettige C^- bis C.-Alkyl-, Alkenyl- oder Alkinylreste sind, x=0 oder 1 ist, wobei, wenn die Substituenten R¹ Dodecyl- oder Tetradecylaruppen darstellen und χ = 0 ist, die Substituenten R" nicht beide Methylgruppen sind.
2. 2. Quaternäre Phosphoniumchloride nach Anspruch 1 mit der allgemeinen Formel

   [^(Cr^H2r₊1^} 2^{P+ {C}s^H2s₊1 > ₂1 ^C1"· ^(HC1) χ

   in der r = 8 bis 30, S= 1 bis 4, χ = 0 oder 1 ist, ausgenommen, wenn r = 12 bis 14, χ = 1.
3. 3. Verbindungen nach Anspruch 2, in denen r = 9 bis 11, s = 1 bis 4 und x=0 oder 1 ist.

   4. Verbindungen nach Anspruch 2, in denen r = 16 bis 18, s = 1 bis 4 und χ = 0 oder 1 ist.

   5. Quaternäre Phosphoniumchloride nach Anspruch 1 mit der allgemeinen Formel

   [(CH₃ (CH₂) J ₂P⁺ (C₃H₂₃₊₁ ) J Cl". (HCl) _χ
   in der η = 15 bis 17, s = 1 bis 4 und χ = 0 oder 1 ist.

   6. Verbindungen nach Anspruch 5, in denen s = 2 bis 4 ist.

   7. Quaternäre Phosphoniumchloride nach Anspruch 1 mit der allgemeinen Formel . ,

   in der m = 8 bis 10, s = 1 bis 4 und χ = 0 oder 1 ist.

   8. Verbindungen nach Anspruch 7, in denen s = 1 ist.

   9. Quaternäre Phosphoniumchloride nach Anspüren 1 mit der allgemeinen Formel

   [(C_rH_2r+1 J₂P⁺CH₂CH (CH₃J₂] Cl". (HCl)_x

   ^Cs^H2s+1
   in der r = 8 bis 30, s = 1 bis 4 und x=0 oder 1 ist.

   10. Verbindungen nach Anspruch 9, in denen s = 2 ist.

   11. Didecyl-dimethyl-phosphoniumchlorid.

   12. Didodecyl-isobutyl-äthyl-phosphoniumchlorid. 1 3. Dioctadecyl-diäthyl-phosphoniumchlorid.

   14. Zusammensetzung mit verbesserter Oberflächenaktivität, dadurch gekennzeichnet, daß sie in kleinerer Menge ein quaternäres Phosphoniunisalz der allgemeinen Formel

   Χ" . (HX)_x

   enthält, in der die Substituenten R¹ und R" unabhängig voneinander ausgewählt sind und offenkettige Alkyl-,
   Alkenyl- oder Alkinylreste bedeuten, wobei R¹ 8 bis 30 und R" 1 bis 4 Kohlenstoffatome enthält, X ein anorganisches oder organisches Anion und χ = 0 oder 1 ist, und als
   größeren Anteil Wasser oder organische Flüssigkeiten.

   15. Zusammensetzung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Anionen X des Phosphoniumsalzes Halogenide,
   Phosphate, Sulfate, Sulfonate, Tetrafluorborate, Nitrate oder Nitrite sind.

   16. Die Verwendung quaternärer Phosphoniumsalze der allgemeinen Formel

   Π 9 A 8 7 / 1 0 8 9

   • ^(HX)x

   in der die Substituenten R¹ und R" unabhängig voneinander ausgewählt sind und offenkettige Alkyl-, Alkenyl- oder Alkinylreste darstellen, wobei R¹ 8 bis 30 und R" 1 bis 4 Kohlenstoffatome enthält, X ein anorganisches oder organisches Anion und x=0 oder 1 ist, zur Bekämpfung von Mikroorganismen.

   17. Verwendung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Phosphoniumsalz die allgemeine Formel

   2^P+(C _S ^H2s₊1⁾ ₂]

   hat, in der r = 8 bis 30, s = 1 bis 4 und X ein nämlich ein Halogenid, Phosphat, Sulfat, SuIfonat, Tetrafluorborat, Nitrat oder Nitrit und χ = 0 oder 1 ist.

   18. Die Verwendung eines Phosphoniumsalzes nach Anspruch 17, in dem s = eine ganze Zahl von 2 bis 4 ist.

   19. Die Verwendung eines Phosphoniumsalzes nach Anspruch 16 bis 18, in dem X ein Chlorid ist.

   20. Die Verwendung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Phosphoniumsalz die allgemeine Formel hat

   5 fi 9 8 fl 7 / 1 0 8 9

   ^Cs^H2s+1

   X ·(HX)

   in der r = 8 bis 30, s = ibis 4, X ein Halogenid-,
   Phosphat-, Sulfat-, SuIfonat-, Tetrafluorborat-, Nitratoder Nitritanion und χ = 0 oder 1 ist.

   . Die Verwendung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Phosphoniumsalz aus Didodecyl-isobutyl-äthylphosphoniumchlorid besteht.

   22. Die Verwendung quaternärer Phosphoniumsalze mit zwei

   höheren und zwei niedrigeren Älkylsubstituenten zur Verringerung der Grenzflächenspannung von normalerweise
   nicht miteinander mischbaren Zusammensetzunger..

   sch:kö

   5098S7MG89