DE3930987A1 - Neue substituierte 1-iodpropin-3-yl-ss-cyanoalkylether, ihre herstellung und verwendung als technische mikrobiozide - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft neue substituierte 1-Iodpropin-3- yl-β-cyanoalkylether, ihre Herstellung sowie deren Verwendung als Mikrobiozide.

Wasserhaltige oder der Witterung ausgesetzte technische Materialien werden von Mikroorganismen, wie Schimmelpilzen, Hefen, Bakterien oder Algen besiedelt und durch deren Stoffwechselaktivitäten geschädigt.

Man setzt daher diesen Materialien mikrobiozid wirkende Substanzen zu. Bislang stand dabei in erster Linie die Wirksamkeit und weniger die Umweltverträglichkeit oder Toxikologie der eingesetzten Mittel im Vordergrund. Im wesentlichen wurden daher chlorierte Phenole (Pentachlorphenol), Tributylzinnester und formaldehydhaltige Konverierungsmittel verwendet.

Aus ökologischen Gründen muß der Einsatz dieser Stoffe eingeschränkt werden.

Es besteht daher ein großer Bedarf an in Wasser schwerlöslichen, nichtflüchtigen, breit gegen Mikroorganismen wirkenden, wenig toxischen und für die Umwelt wenig schädlichen Substanzen, die zum Schutz von Holz, Leder, Textilien, Anstrichen, Putz, technischen wäßrigen Formulierungen usw. eingesetzt werden können.

Es wurden bereits verschiedene 1-Iodpropin-3-oxiderivate zum Schutz von technischen Materialien vorgeschlagen. 1-Iodpropin-3-yl-butylcarbamat wird nach den Lehren der DE-OS 24 33 410 zum Schutz von Holz und Anstrichen gegen Pilzzerstörung eingesetzt. Aus der DE-OS 20 09 960 sind 1-Iodpropinyloxymethylether bekannt, die als technische Konservierungsmittel eingesetzt werden können.

Auch unsubstituierter 1-Iodpropin-3-yl-β-cyanoethylether wurde bereits zum Schutz technischer Materialien vor Befall durch Mikroorganismen vorgeschlagen (DE-OS 35 26 789).

Die genannten Verbindungen besitzen eine hohe antimikrobielle Wirksamkeit und geringe Toxizität gegen Warmblüter. Sie haben aber den Nachteil, daß sie aus den zu schützenden Materialien durch Witterungseinflüsse aufgrund ihrer relativ hohen Wasserlöslichkeit und des relativ hohen Dampfdruckes ausgewaschen bzw. in die Atmosphäre ausgetragen werden.

Iodpropinylcarbamate entsprechend der DE-OS 24 33 410 und der 1-Iodpropin-3-yl-β-cyanoethylether der DE-OS 35 26 789 haben außerdem den Nachteil der hohen Kristallisationsneigung, was den Einsatz in unpolaren Medien, wie z. B. Silikondichtungsmassen, Textilhydrophobierungen, Treibstoffen usw. unmöglich macht.

Aufgabe der Erfindung war es, neue Verbindungen bereitzustellen, die eine hohe antimikrobielle Aktivität aufweisen und gleichzeitig aber die obengenannten Nachteile nicht mehr haben.

Gelöst wurde die Aufgabe durch neue substituierte 1-Iodpropin- 3-yl-β-cyanoalkylether der Formel I

worin R¹ und R² gleich oder verschiedenes Alkyl mit 1 bis 3 C-Atomen, das noch durch Cyan substituiert sein kann, bedeuten oder einer der beiden Substituenten auch für Wasserstoff steht.

Bevorzugte Beispiele für R¹ und R² sind Methyl- und 3-Cyanoethyl.

Die Herstellung der neuen substituierten Iodpropinyl- β-cyanoalkylether der Formel I erfolgt durch Umsetzung der entsprechenden Propinyl-β-cyanoalkylether der Formel II mit Iod unter alkalischen Bedingungen in Gegenwart von Verdünnungsmitteln und bei Temperaturen von -20°C und +40°C.

Als Basen können Alkali- oder Erdalkalihydroxide wie z. B. Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Lithiumhydroxid, Calciumhydroxid, oder Alkali- oder Erdalkalialkoholate wie z. B. Natriummethylat, Natriumisopropylat, Kaliummethylat, Kaliumtertiärbutylat eingesetzt werden; bevorzugt werden Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid.

Als Verdünnungsmittel für die Reaktion eignen sich Wasser und mit Wasser mischbare Lösemittel, z. B. niedere Alkohole, wie Methanol, Ethanol, iso- und n-Propanol, Butanole; Glykole, Glykolether und Glykolester, wie z. B. Mono-, Di-, Triethylenglykol, Mono- und Dipropylenglykol; Mono-, Diethylenglykolmono- und -dimethylether, Mono- und Diethylenglykolmono- und -diethylether; Mono- und Diethylenglykolbutylether; Mono- und Diethylenglykolacetat; Ether, wie z. B. Diisopropylether oder tertiär-Butylmethylether.

Geeignete Iodierungsmittel sind neben Iod Alkaliiodide in Gegenwart von Oxidationsmitteln, wie z. B. Natriumiodid mit Natriumhypochlorit oder Calciumhypochlorit.

Die als Zwischenprodukte benötigten Propin-3-β-cyanoalkylether können nach dem bekannten Verfahren aus Propin-3-ol und α,β-ungesättigten Nitrilen hergestellt werden (Chemical Abstracts 68, 49 008 (1968)). Die nicht in der Position 1 halonierten Propin-3-yl-β- cyanoalkylether besitzen nur geringe antimikrobielle Aktivität.

Für den Einsatz als Mikrobiozide brauchen die erfindungsgemäßen Verbindungen nicht weiter gereinigt zu werden. Gewünschtenfalls können sie jedoch auch mit Hilfe eines geeigneten Lösemittels nach einer üblichen Methode, wie z. B. Chromatographie, isoliert werden.

Die erfindungsgemäßen Verbindungen sind flüssig oder niedrig schmelzende Feststoffe.

Die erfindungsgemäßen Verbindungen zeichnen sich durch ihre hohe Wirksamkeit und ihr breites Wirkungsspektrum gegen Mikroorganismen, insbesondere gegen Bakterien, wie z. B. Bacillus subtilis, Hefen, wie z. B. Torula utilis, Saccharomyces cerevisiae, Schimmelpilze, wie z. B. Cladosporium resinae, Ulocladium consortiale, Apsergillus niger, Penicillium funiculosum, Chaetomium globosum, Trichoderma viride, Sclerophoma pityophila, holzverblauende Pilze, wie z. B. Aureobasidium pullulans, holzzerstörende Pilze, wie z. B. Coniophora puteana, Poria montecola, Algen, wie z. B. Chlorella fusca, aus.

Sie eignen sich aufgrund ihres breiten Wirkungsspektrums besonders zum Schutz technischer Materialien, wie z. B. von frisch geschnittenem Holz, Holzanstrichen, Leder, Lederhalbfabrikaten, Kunststoffen, Textilhydrophobierungen, Treibstoffen, Kühlschmiermitteln, Papier, Beschichtungen, Silikondichtungsmassen.

Die erfindungsgemäßen Mikrobiozide können besonders vorteilhaft in unpolare, hydrophobe Materialien eingearbeitet werden, aus denen sich z. B. der bekannte 1-Iodpropin- 3-yl-β-cyanoethylether (DE-OS 35 26 789) durch Kristallisation abscheidet und daher nicht einsetzbar ist.

Die Wirkstoffe werden in üblicher Weise als Lösung formuliert. Die Formulierung enthält den Wirkstoff in einer Menge von 1 bis 98 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 50 Gew.-%.

Als Lösemittel eignen sich besonders Glykole, deren Mono- und Diether oder deren Mono- oder Diester.

Weitere gut geeignete Lösemittel, besonders für unpolare Systeme sind: Aromatenbenzine, Xylol, Trimethylbenzol; Ketone, wie Aceton, Cyclohexanon, Isophoron, Methylisobutylketon; Ether, wie z. B. Diisopropylether, Dimethoxyethan; Ester wie z. B. Essigsäureethylester, Essigsäuremethylester, Essigsäurepropylester, Essigsäurebutylester. Die Anwendungskonzentrationen liegen je nach Art des zu schützenden Materials und des zu erwartenden Mikrobenbefalls zwischen 0,005 und 3%, vorzugsweise zwischen 0,05 und 1%, bezogen auf das zu schützende Material.

Die erfindungsgemäßen Wirkstoffe können auch in Kombination mit anderen bekannten antimikrobiell wirkenden Substanzen eingesetzt werden.

Beispielsweise seien genannt: Benzimidazolylmethylcarbamat, quaternäre Ammoniumsalze (Quats), wie z. B. Didecyl­ dimethylammoniumchlorid, Methylenbisthiocyanat, Thiocyanato­ methylthiobenzothiazol, Iodpropargylbutylcarbamat, Tributylzinnverbindungen, 2-Alkylisothiazolionen, wie z. B. 2-Octylisothiazolin-3-on, 2-Methylthio-4-tertiär­ butylamino-6-cyclopropylamino-1,3,5-triazin.

Als Verdünnungsmittel kommen bevorzugt niedere Alkohole, wie z. B. Methanol, Ethanol oder iso-Propanol zum Einsatz. Ebenso können Gykole, deren Ether und Ester eingesetzt werden. Beispiele für Glykole sind Mono- oder Di- oder Triethylenglykol, Polyethylenglykol 200-600, Mono- oder Di- oder Tripropylenglykol, Polypropylenglykol 300-600, Mono- oder Diethylenglykolmethylether, Mono- oder Diethylenglykol­ ethylether, Mono- oder Diethylenglykolisopropylether, Mono- oder Diethylenglykolbutylether, Mono- oder Dipropylenglykolmethylether, Mono- oder Dipropylenglykolethylether, Mono- oder Dipropylenglykolbutylether, Mono- oder Dipropylenglykoldimethylether. Die Lösemittel können auch untereinander gemischt oder mit Wasser verdünnt eingesetzt werden.

Beispiel 1 1-Iodpropin-3-yl-2′-cyanoprop-1′-ylether

In 44,4 g (662 mmol) Methacrylnitril werden 0,3 g Kaliumhydroxid gelöst und mit 37,1 g (662 mmol) 1-Propin-3-ol versetzt. Nach 3 Stunden bei 100°C hat sich der Propin- 3-yl-2′-cyanoprop-1′-ylether gebildet; überschüssige Reaktanten werden im Vakuum bis zu einer Badtemperatur von 50°C abdestilliert. Man verdünnt dann den Rückstand mit 150 ml Methanol, kühlt auf -5°C ab und tropft 64,5 g einer 32prozentigen Natronlauge ein. Anschließend trägt man innerhalb von 20 Minuten portionsweise 126,0 g (496 mmol) Iod ein. Man rührt nach, wobei man den Ansatz auf Zimmertemperatur erwärmt.

Anschließend verteilt man zwischen Wasser und 1,2-Dichlorethan, isoliert die organische Phase, entfärbt durch Waschen mit wenig Natriumbisulfitlösung, trocknet über Calciumchlorid, filtriert über eine Schicht Kieselgel und dampft das Eluat im Vakuum ein.

Man erhält ein gelbes Öl mit einer Reinheit von 93% (NMR). Als Hauptnebenbestandteil findet man Propin-3-yl- 2′-cyanoprop-1′-ylether, der bei der Anwendung als Mikrobiozid nicht stört.

Ausbeute: 88,2 g (67% d. Th., bezogen auf eingesetztes Iod)

NMR: (Messung bei 60 MHz in Deuterochloroform)
1,31 ppm - Dublett - 3 Protonen
2,73 ppm - Sextett - 1 Proton
3,60 ppm - Dublett - 2 Protonen
4,30 ppm - Singulett - 2 Protonen O-CH₂-C≡C-I

IR: 2185 cm^-1 C≡C
2245 cm^-1 C≡N

Gehalt Iod: gefunden: 50,0% berechnet: 50,94%

Beispiel 2 1-Iodpropin-3-yl-2′,4′-dicyano-but-1′-ylether

In 79,2 g (1,413 mol) 1-Propin-3-ol werden 0,3 g Kaliumhydroxid gelöst und mit 150 g (1,413 mol) 2-Methylenglutarnitril versetzt. Nach 4 Stunden bei 80°C hat sich der Propin-3-yl-2,4′-dicyanobut-1′-ylether gebildet, überschüssige Reaktanten werden im Vakuum bis zu einer Badtemperatur von 50°C abdestilliert. Man verdünnt dann den Rückstand mit 900 ml Methanol, kühlt auf -5°C ab und trägt 66,5 g Kaliumhydroxid sowie 197,1 g (1,187 mol) Kaliumiodid ein. Man rührt, bis die Salze gelöst sind und tropft dann 1190 g (1,34 mol) einer 8,4%igen Natriumhypochlorit- Lösung ein. Man rührt eine weitere Stunde nach, wobei sich der Ansatz auf Zimmertemperatur erwärmt. Anschließend arbeitet man wie in Beispiel 1 beschrieben auf.

Man erhält ein gelbes Öl mit einer Reinheit von 86% (NMR). Als Hauptnebenbestandteil findet man Propin-3-yl- 2′,4′-dicyanobut-1′-ylether, der bei der Anwendung als Mikrobiozid nicht stört.

Ausbeute: 303 g (77% d. Th., bezogen auf eingesetztes Kaliumiodid)

NMR: (Messung bei 60 MHz in Deuterochloroform) 4,37 ppm - Singulett - 2 Protonen O-CH₂-C≡C-I

IR: 2180 cm^-1 C≡C
2255 cm^-1 C≡N

Gehalt Iod: gefunden: 43,1% berechnet: 44,08%

Beispiel 3 1-Iodpropin-3-yl-1′-cyano-but-2′-ylether

Arbeitet man analog Beispiel 1 ausgehend von cis-1-Cyanobuten-1 und verfährt im übrigen wie angegeben, so erhält man 1-Iodpropin-3-yl-1′-cyano-but-2′-ylether in einer Ausbeute von 72% d. Th., bezogen auf eingesetztes Iod.

NMR: (Messung bei 60 MHz in Deuterochloroform)
0,97 ppm - Triplett - 3 Protonen
1,67 ppm - Pentett - 2 Protonen
2,58 ppm - Dublett - 2 Protonen
3,70 ppm - Pentett - 1 Proton
4,39 ppm - Singulett - 2 Protonen O-CH₂-C≡C-I

IR: 2185 cm^-1 C≡C
2250 cm^-1 C≡N

Gehalt Iod: gefunden: 48,1% berechnet: 48,24%

Beispiel 4 Wirksamkeit gegen Pilze Minimale Hemmkonzentrationen (MHK-Werte)

Die mikrobiozide Wirksamkeit wird durch Bestimmung der minimalen Hemmkonzentration (MHK-Werte) ermittelt. Der MHK-Wert gibt die niedrigste Konzentration eines Wirkstoffes an, bei der das Wachstum des Testkeimes noch völlig gehemmt wird. Dazu werden abgestufte Wirkstoffmengen in gelöster Form in flüssige Nährböden bei 50°C eingearbeitet, die Nährböden werden anschließend durch Abkühlen verfestigt, infiziert und bebrütet. Es wird somit eine modifizierte Methode der Bestimmung der bakteriostatischen Wirkung mit Hilfe des Verdünnungstests angewendet (vgl. Richtlinien für die Prüfung chemischer Desinfektionsmittel, Gustav Fischer Verlag, Stuttgart, 2. Auflage, 1969, Seite 5-6).

Als Nährboden für die Pilze dienten Malzagar-N-Nährbodenplatten. Die Beimpfung erfolgte mit 1 ml einer Pilzsporensuspension mit 10³ Keimen pro ml. Nach einer 14 Tage langen Bebrütung bei 20°C erfolgte die Ablesung der MHK- Werte in Gewichtsprozent, bezogen auf die Nährbodenmenge.

Tabelle

MHK-Werte gegen Hefen und Pilze

Beispiel 5 Wirksamkeit gegen Bakterien Minimale Hemmkonzentrationen (MHK-Werte)

Als Nährboden für Bakterien dienten Standard-I-Nähragarplatten. Die Beimpfung erfolgte mit 1 ml einer Bakteriensuspension mit 10³ Bakterien pro ml. Nach einer Bebrütung von 4 Tagen Dauer bei 37°C erfolgte die Ablesung der MHK-Werte in Gewichtsprozent bezogen auf die Nährbodenmenge.

Tabelle
MHK-Werte gegen Bakterien
Substanz
Testkeime Bacillus substilis
gemäß Beispiel 1|0,001%
gemäß Beispiel 2	0,001%
gemäß Beispiel 3	0,001%
Vergleichssubstanz: 3-Iodpropin-1-yl-butylcarbamat	0,002%

Beispiel 6 Einarbeitung in Paraffinöl

Zur Verrottungsschutzausrüstung von Textilien werden wasserunlösliche Fungizide in die Hydrophobierungsmittel eingearbeitet. Voraussetzung für die Verwendbarkeit eines Fungizides für dieses Einsatzgebiet ist seine Mischbarkeit mit Paraffin. Es dürfen keine Auskristallisationen stattfinden.

Zur Prüfung der Verwendbarkeit als Verrottungsschutzmittel wird 1,00 g 1-Iodpropin-3-yl-1′-cyano-but-2′-yl- ether (Beispiel 3) mit 49 g Paraffinöl bei 50°C intensiv vermischt. Man erhält eine klare Lösung, aus der sich der Wirkstoff auch bei Lagerung bei 0°C nicht wieder abscheidet. Vergleichsweiise ebenso eingearbeitetes 3-Iodpropin- 3-yl-β-cyanoethylether (aus DE-OS 35 26 789) setzt sich schnell grobkristallin ab und ist daher für diesen Einsatzzweck ungeeignet.

Beispiel 7 Konservierung von Kühlschmierstoffemulsionen

Eine Emulsion von 5% eines handelsüblichen Kühlschmierstoffes (pH 8) in Wasser wurde mit 1-Iodpropin-3-yl-2′- cyanoprop-1′-ylether ausgerüstet. 200 ml dieser Emulsion wurden mit 2 g Eisenspäne versetzt. Die Emulsionen wurden über 3 Wochen täglich 8 Stunden geschüttelt. Nach 7 Tagen sowie nach 14 Tagen wurden die Emulsionen mit einer Pilzsporensuspension von Aspergillus niger, Aureobasidium pullulans und Penicillium funiculosum beimpft, wobei 10³ Keime eingetragen wurden. Nach 7 Tagen, 14 Tagen und 21 Tagen wurde die Emulsion auf ihren Keimgehalt geprüft, indem eine 0,2 ml-Probe auf Malzagar-N-Nährbodenplatten aufgebracht und 4 Tage bei 29°C bebrütet wurde.

Der Keimgehalt der Emulsion wurde durch Beurteilung der Nährbodenplatte in der Skala 0 bis 4 festgestellt.

0=keine Keime
1=1 bis 10 Keime pro ml
2=11 bis 100 Keime pro ml
3=101 bis 1000 Keime pro ml
4=<1000 Keime pro ml

Als Vergleich diente eine Emulsion mit 0,2% 1,3,5-Tris- hydroxyethylhexahydrotriazin, einem derzeit üblicherweise eingesetzten Standardkonservierungsmittel des Handels.

Beispiel 8

Das Produkt des Beispiels 3 wurde in abgestuften Konzentrationen bei 50°C in jeweils 1 kg Dieselkraftstoff gelöst. Die Lösungen wurden jeweils mit 10 ml Bushnell- Hass-Nährmedium (siehe L. D. Bushnell, H. F. Haas, Journal of Bacteriology 41 (1941) S. 653 bis 673) unterschichtet. Es wurde jeweils mit 1 ml einer Sporensuspension mit etwa 10⁶ Sporen von Cladosporium resinae angeimpft. Nach 2 Wochen Lagerung bei 26°C wurde das Wachstum von Cladosporium resinae an der Phasengrenze visuell beurteilt. Als Vergleichssubstanz diente der aus der DE-OS 35 26 789 bekannte 1-Iodpropin-3-yl-β-cyanoethylether.

Ein weiteres Kriterium für die Einsatzfähigkeit von Fungiziden in Treibstoffen ist die Homogenität der organischen Phase, Auskristallisationen können Düsen verstopfen.

Beispiel 9

Jeweils 2,0 g der in Beispielen 1, 2 und 3 beschriebenen Verbindungen wurden in 8,0 g Ethylglykol gelöst. Die so erhaltenen klaren Lösungen wurden jeweils in einer Menge von 2% (0,4% Fungizid) und 5% (1,0% Fungizid) in eine handelsübliche, fungizidfreie Dispersionsfarbe eingearbeitet.

Zum Vergleich wurde eine Lösung von 2,0 g 1-Iodpropin-3- yl-β-cyanoethylether (gemäß DE-OS 35 26 789) in 8,0 g Ethylglykol hergestellt und in gleicher Weise in weitere Proben der Farbe eingearbeitet. Die so erhaltenen Farbproben wurden jeweils zu 250 g/m² auf Rundfilterpapiere (Durchmesser 5,5 cm) gestrichen und anschließend 72 Stunden lang bei einer Temperatur von 30°C getrocknet.

Zur Simulation einer Ausdunstung wurden die Filterpapiere 14 Tage lang in einem Frischluftwärmeschrank bei 60°C belüftet. Zum biologischen Test wurden die Filterpapiere auf Malzagar-N-Nährböden, die vorher mit einer Kultur von Aspergillus niger beimpft worden waren, aufgelegt. Nach einer Bebrütungszeit von 14 Tagen bei einer Temperatur von 29°C wurde der Grad des Bewuchses auf den Farbanstrichen visuell in der Skala 0 bis 3 beurteilt.

0=kein Bewuchs,
1=geringer Bewuchs auf dem Anstrich, unter 10% der Gesamtfläche,
2=deutlicher Bewuchs, 10 bis 60% der Gesamtfläche,
3=starker Bewuchs, über 60% der Gesamtfläche.

Beispiel 10

Weitere wie in Beispiel 9 hergestellte, mit Farbe beschichtete Papierfilter wurden 24 Stunden mit 1 l Wasser pro m² ausgelaugt. Die Papierfilter wurden anschließend 72 Stunden bei Raumtemperatur getrocknet, unter einer UV-Lampe über Nacht sterilisiert und wie in Beispiel 9 auf Nährböden aufgelegt und beimpft:

Claims (7)

1. Neue substituierte 1-Iodpropin-3-yl-β-cyanoalkylether der Formel I worin R¹ und R² gleich oder verschiedenes Alkyl mit 1 bis 3 C-Atomen, das noch durch Cyan substituiert sein kann, bedeuten oder einer der beiden Substituenten auch für Wasserstoff steht.

2. 1-Iodpropin-3-yl-β-cyanoalkylether gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß R¹ und R² Methyl- oder 3-Cyanoethyl bedeuten.

3. Verfahren zur Herstellung der 1-Iodpropin-3-yl-β- cyanoalkylether der in Anspruch 1 angegebenen allgemeinen Formel I, dadurch gekennzeichnet, daß ein Propin-3-yl- β-cyanoalkylether der Formel II worin R¹ und R² die angegebenen Bedeutungen besitzen, mit Iod unter alkalischen Bedingungen in Gegenwart eines Verdünnungsmittels bei -20°C und +40°C umgesetzt wird.

4. Mikrobiozide Mittel, enthaltend einen oder mehrere 1-Iodpropin-3-yl-β-cyanoalkylether der im Anspruch 1 angegebenen Formel I, gegebenenfalls in Verbindung mit anderen mikrobioziden Mitteln.

5. Mikrobiozide Mittel gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie 1 bis 98 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 50 Gew.-%, des 1-Iodpropin-3-yl-β-cyanoalkylethers der im Anspruch 1 angegebenen Formel I enthalten.

6. Verwendung der mikrobioziden Mitteln gemäß Ansprüchen 4 und 5 zum Schutz technischer Materialien.

7. Mikrobiozide Mittel gemäß Anspruch 6 zum Schutz von Leder, Textilien, Textilhydrophobierungen vor Mikroorganismen.