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Verfahren zum Schutz von Medien gegenüber der Infektion
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durch Mikroorganismen
BESCHREIBUNG: Die Erfindung
betrifft den Schutz von Medien gegenüber Infektion durch Mikroorganismen und insbesondere
die Verwendung gewisser aromatischer Schwefelverbindungen für diesen Zweck.
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Viele Medien, insbesondere wäßrige Medien, sind empfindlich gegenüber
dem Angriff durch Mikroorganismen. Derartige Medien sind beispielsweise die Kühlwassersysteme
von Kraftwerken, die Wassersysteme von Papiermühlen, wäßrige Ölemulsionen, wie die
Schneidöle, welche als Schmier- und Kühlmittel bei der Bearbeitung von Metallen
verwendet werden, auf Wasser aufgebaute Anstrichmittel und Klebstoffe sowie Anstrichmittelfilme.
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Es sind bereits zahlreiche chemische Verbindungen von unterschiedlicher
Struktur für die Verhinderung und/oder Kontrolle der Einwirkung von Mikroorganismen
auf eine große Anzahl von verschiedenen Medien vorgeschlagen worden, und diese sind
mehr oder weniger wirksam. Die gemäß der vorliegenden Erfindung vorgeschlagenen
Verbindungen haben den Vorteil, daß sie verhältnismäßig billig sind und einfach
hergestellt werden können im Vergleich mit den bekannten Bioziden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Schutz von
Medien, welche gegenüber Infektion durch Mikroorganismen empfindlich sind, und zur
Verhinderung und Kontrolle einer derartigen Infektion bei bereits infizierten Medien
vorgeschlagen, welches darin besteht, daß das Medium mit einer biozid wirksamen
Menge einer Thiocyanatverbindung der Formel;
behandelt wird, worin zwe der Symbole R1, R2 und R3 Wasserstoff
und die anderen ein Chlor- oder Bromatom oder eine Nitrogruppe darstellen; oder
eines der Symbole R1, R2 und R3 Wasserstoff, ein anderes eine Methylgruppe und das
dritte ein Chlor- oder Bromatom oder eine Nitrogruppe ist; oder eines der Symbole
R1, R2 und R3 ein Wasserstoffatom oder eine Methylgruppe ist und die beiden anderen
ausgewählt werden aus Chloratomen, Bromatomen und Nitrogruppen; oder R1, R2 und
R3 sämtlich Nitrogruppen bezeichnen.
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Die Menge an der Thiocyanatverbindung der obigen Formel, welche verwendet
wird, wird von der Art des Mediums abhängen, das behandelt werden soll, und auch
von dem Organismus oder den Organismen, zu deren Behandlung das erfindungsgemäße
Verfahren angewendet wird. Im allgemeinen wird die Menge der Verbindung von 5 bis
50 000 Gew.-Teile pro Million (ppm), bezogen auf das Gewicht des Mediums, betragen,
und vorzugsweise werden 50 bis 10 000 Gew.-Teile pro Million angewendet.
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Die Thiocyanatverbindung kann dem jeweiligen Medium als unverdünne
feste Verbindung, als eine Lösung in einem organischen Lösungsmittel, beispielsweise
einem niederen Alkohol, wie Methanol oder Äthanol oder Dimethylformamid, gewünschtenfalls
mit Wasser oder als eine Dispersion in Wasser zugesetzt werden, die mit Hilfe eines
Dispergiermittels, beispielsweise dem Natriumsalz eines Naphthalin-2-sulfonsäure/Formaldehyd-Kondensats,
hergestellt worden ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders brauchbar, wenn das zu
behandelnde Medium ein Anstrichmittelfilm oder ein Anstrichmittel auf Wassergrundlage,
wie ein Emulsionsanstrichmittel, und ein gegenüber Infektion empfindliches Medium
ist, insbesondere Anstrichmittelfilme oder solche auf Wasserbasis, die gegenüber
Infektion durch Mikroorganismen geschützt werden sollen, indem diesen eine Thiocyanatverbindung
der angegebenen Art einverleibt wird. Dies ist ein weiteres Merkmal der Erfindung.
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Beispiele von Thiocyanatverbindungen, welche erfindungsgemäß angewendet
werden können, sind: 2-, 3- und 4-Chlorphenylthiocyanat, 2-, 3- und 4-Nitrophenylthiocyanat,
2,4- und 2,5-Dichlorphenylthiocyanat, 4-Chlor- (und Brom)-2-nitrophenylthiocyanat,
4-Chlor- (und Brom)-3-nitrophenylthiocyanat, 2-Methyl-6-nitrophenylthiocyanat, 2-Methyl-5-nitrophenylthiocyanat,
2-Methyl-4-nitrophenylthiocyanat, 3-Methyl-2-nitrophenylthiocyanat, 4-Methyl-2-nitrophenylthiocyanat,
4-Methyl-3-nitrophenylthiocyanat, 4-Bromphenylthiocyanat, 2,4,6-Trinitrophenylthiocyanat
und 2, 4-Dinitrophenylthiocyanat.
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2,4-Dinitrophenylthiocyanat kann durch Umsetzen von 2,4-Dinitrochlor-
(oder brom-)benzol mit Kaliumthiocyanat in alkoholischem Medium hergestellt werden.
In ähnlicher Weise ergibt 2,4,6-Trinitrochlorbenzol ("Picrylchlorid") und Ammoniumthiocyanat
2,4,6-Trinitrophenylthiocyanat. biejenigen Verbindungen, die erfindungsgemäß verwendet
werden können, die jedoch nicht durch Ersatz eines labilen Halogenatdms durch die
-SCN-Gruppe hergestellt werden können, können im allgemeinen aus dem entsprechenden
Anilin durch Diazotieren und anschließende Umsetzung der Diazoniumverbindung mit
Kaliumthiocyanat hergestellt werden. Im Falle von 2- und 3-Chlorphenylthiocyanat
wird die Diazoniumverbindung und das Kaliumthiocyanat vorzugsweise in Gegenwart
von Ferrichlorid umgesetzt, und im Falle von 2, 5-Dichlorphenylthiocyanat wird die
entsprechende Umsetzung vorzugsweise in Gegenwart von Kupferthiocyanat durchgeführt.
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Die im Folgenden beschriebenen Arbeitsweisen erläutern die allgemeinen
Verfahren zur Herstellung derartiger Verbindungen, wobei die angegebenen Teile sich
auf das Gewicht beziehen.
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Herstellung von 2, 4-Dinitrophenylthiocyanat Eine Lösung von 25 Teilen
Kaliumthiocyanat in 10 Teilen Wasser wird einer Lösung von 50 Teilen 2,4-Dinitrochlorbenzol
in
118 Teilen Äthanol zugesetzt. Die Mischung wird unter Rückfluß 4 st lang erwärmt
und dann abgekühlt. Das sich abscheidende 2,4-Dinitrophenylthiocyanat wird abfiltriert.
Es werden 43 Teile eines Produkts mit einem Fp von 136-1390C erhalten.
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Herstellung von 4-Nitrophenylthiocyanat 28 Teile 4-Nitroanilin, 150
Teile Wasser und 57,6 Teile konzentrierte Salzsäure werden erwärmt, bis sich das
4-Nitroanilin aufgelöst hat. Die Lösung wird abgekühlt und einer Mischung von 300
Teilen Eis und 200 Teilen Wasser zugesetzt.
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14,4 Teile Natriumnitrit werden der Mischung zugesetzt, die dann heftig
gerührt und schließlich filtriert wird. Das Filtrat wird kontinuierlich im Verlauf
von etwa 30 min einer Lösung von 56 Teilen Kaliumthiocyanat in 80 Teilen Wasser
zugesetzt, die sich ergebende Mischung wird dann auf 75-800C erwärmt, gerührt und
filtriert. Der Filterkuchen wird mit Chloroform extrahiert, die filtrierte Chloroformlösuny
wird zur Trockene gedampft, und der Rückstand wird aus 2-Athoxyäthanol umkristallisiert,
um 15,7 Tiele 4-Nitrophenylthiocyanat mit einem Fp von 128°C zu ergeben.
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Herstellung von 3-Chlorphenylthiocyanat 51,5 Teile 3-Chloranilinhydrochlorid
werden mit 100 Teilen konzentrierter Schwefelsäure und 200 Teilen Wasser bei OOC
verrührt. Eine Lösung von 25 Teilen Natriumnitrit in 50 Teilen Wasser wird kontinuierlich
im Verlauf von 1 1/2 st zugesetzt, wobei die Reaktionsmischung bei einer Temperatur
unter 5°C gehalten wird. Die so erhaltene Diazoniumlösung wird dann tropfenweise
einer auf 400C erwärmten Lösung von 60 Teilen Kaliumthiocyanat und 30 Teilen Ferrichlorid
in 100 Teilen Wasser zugesetzt. Die Mischung wird dann 15 Stunden lang bei Raumtemperatur
gerührt und mit Toluol extrahiert.
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Der Toluolextrakt wird dann einer Dampfdestillation unterworfen, um
das Toluol zu entfernen, und die sich ergebende
wäßrige Suspension
wird filtriert. Der feste Rückstand wird mit Toluol extrahiert, der Toluolextrakt
wird getrocknet und das Toluol abdestilliert. Der Rückstand wird unter verringertem
Druck destilliert, um 8,3 Teile 3-Chlorphenylthiocyanat mit einem Kp von 66-680C/0,3
mm Hg zu ergeben.
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2-Chlorphenylthiocyanat mit einem Kp von 61-630C/0,3 mm Hg wird in
ähnlicher Weise aus 2-Chloranilin hergestellt.
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2,5-Dichlorphenylthiocyanat mit einem Fp von 79,5-81,0°C wird in ähnlicher
Weise aus 2,5-Dichloranilin unter Verwendung von Kupferthiocyanat anstelle von Ferrichlorid
hergestellt.
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4-Chlorphenylthiocyanat mit einem Fp von 33-35°C und 2,4-Dichlorophenylthiocyanat
mit einem Fp von 69,5-71,00C werden in ähnlicher Weise wie 2,5-Dichlorphenylthiocyanat
hergestellt, wobei von 4-Chloranilin und 2,5-Dichloranilin ausgegangen wird.
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Die Mikroorganismen, gegenüber denen die erfindungsgemäßen Thiccyanatverbindungen
wirksam sind, sind Bakterien, Pilze und Algen.
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Wenn in der vorliegenden Beschreibung von "Unterdrückung der Infektion
in bereits infizierten Medien" die Rede ist, wird darunter verstanden, daß der Mikroorganismenbef
all verringert wird und schließt auch den Fall ein, bei dem die Infektion vollkommen
ausgerottet wird. Der Ausdruck "Kontrolle der Infektion in bereits infizierten Medien"
besagt, daß sich die Mikroorganismen nicht ungehindert vermehren, d.h. ihre Wachstumsgeschwindigkeit
entweder verringert oder eine weitere Zunahme ihrer Anzahl verhindert wird.
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Die Erfindung ist in den folgenden Beispielen näher erläutert, ohne
darauf beschränkt zu sein. Die Teile beziehen sich auf das Gewicht.
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Beispiel 1 "IN VITRO" ANTIBAKTERIELLE UND ANTIFUNGALE WIRKSAMKEIT
VON PHENYLTH 1 OCYANATEN Um die "in viro"-Wirksamkeit zu bestimmen,wird jeder chemische
Stoff, gelöst in einer geringen Menge Dimethylformamid, einem Nähragar und Malzagar
zugesetzt, um eine Konzentration von 100 ppm (100 mg/l) zu ergeben.
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Die das Biozid enthaltenden Medien werden in Petrischalen (etwa 15
cm3 fassende Petrischalen) gegossen und fest werden gelassen. Die Nähragarplatten
werden mit einer eine Platinschlinge fassenden Menge einer über Nacht hergestellten
Nährbrühekultur von Staphylococcus aureus oder Escherichia coli auf einem Strich
infiziert, und die Malzagarplatten werden zentral punktinfiziert mit Suspensionen
der Pilze Cladosporium sphaerospermum, Pullularia pullulans, Alternaria tenuis,
Trichoderma viride und Aspergillus niger. Die entsprechenden Suspensionen sind in
Wasser aus 7 Tage alten Malzagarkulturen der entsprechenden Pilze hergestellt worden.
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Das Nähragarmedium wird 24 st nach dem Inkubieren bei 37 0C geprüft,
und das Malzagarmedium wird nach 5 Tagen nach dem Inkubieren bei 25°C geprüft, um
das Vorhandensein eines Mikrobenbefalles festzustellen.
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Es wurden folgende Ergebnisse erzielt:
| Chemische Verbindung Gegenwart oder Abwesenheit von Bewuchs+
bei Gegenwart von |
| 100 ppm des Biozids bei |
| Staph. E.coli Clad. Pull. Alt. Trich. Asp. |
| aureus sphaer pullulans tenius viride niger |
| 2-Chlorphenylthio- 0 0 0 0 0 0 0 |
| cyanat |
| 3-Chlorphenylthio- 0 0 0 0 0 0 0 |
| cyanat |
| 4-Chlorphenylthio- 0 0 0 0 0 0 0 |
| cyanat |
| 2,5-Dichlorphenyl- 0 0 0 0 0 0 0 |
| thiocyanat |
| 2,4-Dichlorphenyl- 0 0 0 0 0 0 0 |
| thiocyanat |
| 2-Nitrophenylthio- 0 + 0 0 0 0 0 |
| cyanat |
| 3-Nitrophenylthio- 0 + 0 0 0 0 0 |
| cyanat |
| 4-Nitrophenylthio- siehe Beispiel 2 0 0 0 0 0 |
| cyanat |
| 2,4-Dinitrophenyl- siehe Beispiel 2 0 0 0 0 0 |
| thiocyanat |
"0" = Kein Bewuchs, d.h. vollkommene Unterdrückung durch 100 ppm der chemischen
Verbindung "+" = Bewuchs, d.h. weniger als vollständige Bewuchsverhinderung durch
100 ppm der chemischen Verbindung.
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Beispiel 2 BAKTERIZIDE WIRKSAMKEIT VON NITROPHENYLTHIOCYANATEN Zwei
Derivate, nämlich 2,4-Dinitrophenylthiocyanat und 4-Nitrophenylthiocyanat wurden
hinsichtlich ihrer bakteriziden Wirksamkeit gegenüber Pseudomonas aeruginosa in
Wasser untersucht.
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Die Testverbipdungen wurden zu 100 cm3 destilliertem Wasser 250 ml
fassenden inlE;rlenmeyer-Kolben zugesetzt, um Konzentrationen von 25, 50, 100, 250
und 500 ppm zu ergeben. Zur Kontrolle wurde Wasser ohne Biozidzusatz untersucht.
Jeder Kolben wurde mit 1 cm3 einer über Nacht hergestellten Brühekultur von Ps.
aeruginosa beimpft, so daß jeweils eine anfängliche Bakterienzahl von etwa 107 Zellen/cm3
vorhanden war. Die Kolben wurden auf einer Schüttelvorrichtung bei 300C bebrütet
und Proben wurden nach Bebrütungszeiten von 1 und 3 Tagen entnommen, um die Anzahl
von überlebenden Keimen zu bestimmen.
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Die über lebenden Keime wurden durch die normalen Serienverdünnungstechniken
mit Nähragar nach 48stündiger Bebrütung bei 300C bestimmt.
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Es wurden folgende Ergebnisse erzielt: Überlebende Zellen/ml nach
Kontaktzeiten von 1 Tag 3 Tagen Kontrollversuch 3 3 x 102 tz 3 x 102 ohne Biozid
2,4-Dinitrophenyl- 500 < 10 <10 thiocyanat 250 < 10 <10 100 < 10
<10 50 < 10 <10 25 < 10 <10
Fortsetzung der Tabelle
Überlebende Zellen/ml nach Kontaktzeiten von 1 Taq 3 Tagen 4-Nitrophenyl- 500 <10
<10 thiocyanat 250 6,7x10² <10 100 1,5x10³ <10 50 >3X102 ¢10 25 >3x10
2,3x103 Aus diesen Ergebnissen ist ersichtlich, daß beide Verbindungen eine bakterizide
Wirksamkeit besitzen und daß 2,4-Dinitrophenylthiocyanat eine raschere Abtötung
bewirkt als 4-Nitrophenylthiocyanat.
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Beispiel 3 WIRKSAMKEIT VON 2,4-DINITROPHENYLTHIOCYANAT ALS SCHUTZMITTEL
FÜR IN GEFÄSSEN ABGEFÜLLTE ANSTRICHMITTEL 2,4-Dinitrophenylthiocyanat wird jeweils
100 g-Mengen eines Styrol/Acryl - Emulsionsanstrichmittels zugesetzt, um Konzentrationen
von 100, 200 und 3000 ppm zu ergeben. Die Proben mit einer Konzentration von 100
und 200 ppm werden dadurch erhalten, daß eine Lösung der Testverbindung in Aceton
mit dem fertigen Emulsionsanstrichmittel vermischt wird. Die 3000 ppm-Konzentration
wird dadurch erhalten, daß der Feststoff mit den Ingredienzien vermahlen wird, bevor
der Styrol/ Acryl-Latex zugesetzt wird.
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Jede Anstrichmittelprobe wird mit 1 cm3 einer Mischung von Nährkulturen
von Ps. aeruginosa, Escherichia coli und Aerobacter aerogenes geimpft. Die so geimpften
Anstrichmittel werden einer Temperatur von 30°C inkubiert und die überlebenden Anteile
nach Berührungszeiten von 1 und 3 Tagen bestimmt. Bei Beginn der zweiten Behandlungswoche
wird jede Probe erneut geimpft und die überlebenden
Zellen werden
nach 1 und 3 Tagen wieder bestimmt.
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Es' werden folgende Ergebnisse erzielt: überlebende Zellen/ml in Woche
1 Woche 2 Tag 1 Talg 3 Tag1 Tag 3 Kontrollversuch ohne Biozid 8,0 x 103 8,0 x 106
8,0 x 1o6 8,4 x 107 2,4-Dinitro- 3000 ppm < 10 < 10 < 10 < 10 phenylthio-
200 ppm < 10 < 10 <10 < 10 cyanat 100 ppm < 10 < 10 <10 <
10 Diese Ergebnisse zeigen eine wirksame bakterizide Eigenschaft von 2,4-Dinitrophenylthiocyanat
in einem Emulsionsanstrichmittel bei einer Konzentration von 100 ppm.
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Beispiel 4 WIRKSAMKEIT VON THIOCYANATEN ALS ANSTRICHMITTELFILMFUNGIZIDE
IN EINEM LABORATORIUMSMÄSSIG DURCHGEFÜHRTEN FILTERPAPIER-VERSUCH Die Testverbindungen
werden einem PVA-Mischpolymeremulsionsanstrichmittel zugesetzt, und dieses wird
auf ein Filterpapier aufgetragen, und zwar in zwei Anstrichen auf einer Seite des
Filterpapiers.Die so mit dem Anstrich versehenen Filterpapiere werden mit der Anstrichseite
nach oben auf der Mitte einer Petrischale abgelegt, welche Malzagar enthielt.
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Eine zweite Serie von Filterpapieren wird in der gleichen Weise mit
dem Anstrich versehen und auf Malzagar enthaltenden Schalen aufgelegt, nachdem sie
einer Bewitterungsbehandlung unterworfen worden sind. Diese bestand darin, daß zunächst
eine Wärmebehandlung bei 55 0C 24 st lang erfolgte und dann 24 st lang eine Auslaugbehandlung
stattfand.
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Eine Suspension des Testpilzes Pullularia pullulans wird aus einer
7 Tage alten Malzagarkultur in Wasser hergestellt. Diese Suspension wird auf die
mit dem Anstrich versehenen Filterpapiere aufgesprüht und darüber hinaus auch auf
den Rand der Malzagaroberfläche, welcher die Filterpapiere umgibt. Die so geimpften
Petrischalen werden 5 Tage lang bei 25 0C wärmebehandelt und dann das Ausmaß des
Pilzbewuchses auf den Filterpapieren bestimmt.
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Die Ergebnisse werden wie folgt bewertet: 0 = kein Pilzbewuchs auf
dem Filterpapier 1 = Pilzbewuchs nur auf dem Rand des Filterpapiers 2 = Pilzbewuchs
auf bis zu 50 % des Filterpapiers 3 = Pilzbewuchs auf 50-100 8 des Filterpapiers
| Verbindung und Konzentration Hemmung des Wachstums von |
| Pullularia pullulans |
| auf |
| nicht bewitter- bewitterte |
| tem Film Film |
| Kontrollversuch, ohne Biozid 3 3 |
| 4-Nitrophenylthio- 3000 ppm 0 0 |
| cyanat |
| 3-Nitrophenylthio- 1000 ppm O O |
| cyanat |
Diese Ergebnisse zeigen, daß die genannten Verbindungen eine befriedigende Wirksamkeit
als Anstrichmittelfilmfungizide besitzen.
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Beispiel 5 VERGLEICHSVERSUCH, BETREFFEND DIE WIRKSAMKEIT VON 2,4-DINITRO-PHENYLTHIOCYANAT
UND 3-NITROBENZYLTHIOCYANAT ALS ANSTRICH-MITTELFILMFUNGIZIDE IN EINEM IN MALAYA
DURCHGEFÜHRTEN PLATTEN-VERSUCH Gelbe Zedernholzplatten von 300 x 150 x 13 mm wurden
zunächst grundiert und mit zwei Grundanstrichen versehen, worauf mit einem Pinsel
auf die Platten zwei Aufträge einer PVA-Mischpolymeremulsionsfarbe erfolgten, die
3000 ppm 2,4-Dinitrophenylthiocyanat enthielt. In weiteren Versuchen enthielt das
Anstrichmittel 3-Nitrobenzylthiocyanat, und unbehandelte Kontrollplatten wurden
ebenfalls hergestellt.
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Die Platten wurden senkrecht stehend in Malaya der Dschungelatmosphäre
ausgesetzt,und periodisch wurde prozentual die Fläche der Platten bestimmt, auf
denen ein Pilzbefall festzustellen war.
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Es wurden folgende Ergebnisse erzielt: % Befall nach folgenden Zeiten:
4 5 6 7 8 9 12 Wochen Wochen Wochen Wochen Wochen Wochen Wochen Kontroll- 80 90
95 95 100 100 100 versuch ohne Biozid 2,4-Dini- null null null null 5 10 25 trophenylthiocyanat
3-Nitro- 5 25 55 80 80 85 90 benzylthiocyanat Aus den Ergebnissen ist ersichtlich,
daß das 2,4-Dinitrophenylthiocyanat einen hohen Grad der Wirksamkeit als Anstrichmittelf
ilmfungi zid bei einem Auß enemul s ionsanstr ichmittel
besitzt
und daß es bemerkenswerterweise wirksamer ist als 3-Nitrobenzylthiocyanat.