JP5882356B2 - 高温用途のための保護された抗微生物化合物 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、その内容全体を参照により本明細書に組み込む、２０１０年１２月１７日に出願された米国仮特許出願第６１／４２４，１９２号からの優先権を主張する。

本発明は、保護された抗微生物化合物、および水性または水含有システムにおける微生物の抑制のためのその使用方法に関する。

微生物汚染から水性システムを保護することは、多くの産業プロセス、例えば、石油または天然ガス生産操業の成功には不可欠である。石油およびガス操業においては、好気性および嫌気性バクテリアの双方からの微生物汚染は、リザーバー酸性化（嫌気性硫酸還元バクテリア（ＳＲＢ）によって主として引き起こされる）、装置およびパイプラインの金属表面上の微生物誘起腐蝕（ＭＩＣ）、並びにポリマー添加剤の分解のような深刻な問題を引き起こしうる。

様々なアルデヒド化合物、例えば、ホルムアルデヒド、グルタルアルデヒドおよびグリオキサールは、水性システムおよび流体、例えば、石油およびガス操業において認められるものにおける微生物の成長を抑制するために使用される既知の抗微生物剤である。しかし、これら材料は多くの欠点を受けやすい。例えば、それらは石油およびガス生産環境において多くの場合遭遇する高温において時間の経過と共に分解しうる。これら材料は、他の一般的な油田の化学物質、例えば、亜硫酸水素塩およびアミンによっても不活性化されうる。これら条件は油田インフラ（井戸、パイプラインなど）および微生物汚損を受けやすい構造に残っている場合がある。

改良された熱および化学物質安定性を提供する新たな抗微生物システムが開発されるならば、それは当該技術分野における進歩であろう。

本発明は、少なくとも４０℃の温度を有する水性または水含有システムにおいて微生物を抑制するための方法を提供する。本方法は、水性または水含有システムを、本明細書に記載されるような保護された抗微生物化合物と接触させることを含む。
本発明はまた、少なくとも４０℃の温度を有する水性または水含有システムにおいて微生物を抑制するのに有用である保護された抗微生物化合物を提供する。

上述のように、本発明は、化合物、および水性または水含有システム、例えば、石油およびガス操業において認められるものなどにおける微生物の抑制のためにその化合物を使用する方法を提供する。本発明は、熱活性化される場合に、ホルムアルデヒド、グリオキサールまたはグルタルアルデヒドを放出する保護された抗微生物化合物を使用する。しかし、遊離のアルデヒドとは異なり、この保護された化合物は高温でより安定であり、よって、微生物汚損の長期間の抑制を可能にする。さらに、この保護された化合物は、遊離のアルデヒドを分解するであろう他の化学物質種、例えば、亜硫酸水素塩およびアミンなどの存在下で改良された安定性を示すことができる。

本発明の方法に使用するための保護された抗微生物化合物 は、式Ｉ

（式中、Ｒ^３はＣ_１−Ｃ_６アルキルであり；およびＲ^４はＨであるか、または式

の基であり、ここでＬは結合であるか、またはｎ−プロピレンである）
で表されうる。

式Ｉの保護された抗微生物化合物は、本発明の方法に従ってホルムアルデヒド、グリオキサールまたはグルタルアルデヒドを放出するのに適する。

式Ｉの好ましい化合物には式Ｉ−ｌの化合物が挙げられ、これはＲ^４がＨである式Ｉの化合物である。

式Ｉの好ましい化合物には式Ｉ−２の化合物が挙げられ、これはＲ^４が

（式中、Ｌは結合であるか、またはｎ−プロピレンである）
である式Ｉの化合物である。

式Ｉ−２の好ましい化合物には式Ｉ−３の化合物が挙げられ、これはＬが結合である式Ｉ−２の化合物である。

式Ｉ−２の好ましい化合物には式Ｉ−４の化合物も挙げられ、これはＬがｎ−プロピレン（−ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２−）である式Ｉ−２の化合物である。

式Ｉ、Ｉ−ｌ、Ｉ−２、Ｉ−３、およびＩ−４の好ましい化合物には、式Ｉ−５の化合物が挙げられ、これは各出現におけるＲ^３がＣ_１−Ｃ_４アルキルである式Ｉ、Ｉ−ｌ、Ｉ−２、Ｉ−３、またはＩ−４の化合物である。ある実施形態においては、各出現におけるＲ^３がメチルである。ある実施形態においては、各出現におけるＲ^３がエチルである。ある実施形態においては、各出現におけるＲ^３がイソプロピルである。ある実施形態においては、各出現におけるＲ^３がｎ−プロピルである。ある実施形態においては、各出現におけるＲ^３がｔｅｒｔ−ブチルである。

式Ｉの典型的な化合物には以下のものが挙げられる：

ある実施形態においては、式Ｉの保護された抗微生物化合物は、Ν，Ν’−（ペンタン−ｌ，５−ジイリデン）ビス（プロパン−２−アミンオキシド）である。

式Iの化合物は、例えば、スキーム１に描かれるように製造されうる。典型的には、関心のある抗微生物アルデヒド(ホルムアルデヒド、グリオキサールまたはグルタルアルデヒド)がヒドロキシルアミン化合物Ｂと適切な溶媒、例えば、水中で混合される。この混合物は、この反応が起こりかつ式Ｉの所望の化合物が形成するのを可能にするのに充分な時間にわたって攪拌され、継続されうる。この生成物はそのままで使用されうるか、または場合によっては、当業者に周知の技術、例えば、結晶化、クロマトグラフィ、蒸留などを用いてさらに精製されうる。

本発明において適切に使用されうるヒドロキシルアミン化合物Ｂの例には、これに限定されないが、Ｎ−メチルヒドロキシルアミン、Ｎ−エチルヒドロキシルアミン、Ｎ−プロピルヒドロキシルアミン、Ｎ−イソプロピルヒドロキシルアミン、およびＮ−ｔｅｒｔブチルヒドロキシルアミンが挙げられる。

式Ｉの保護された抗微生物化合物のいくつかのものは新規である。よって、さらなる実施形態においては、本発明は式Ｉの新規化合物を提供する。ある実施形態においては、この化合物はＮ−メチレンメタンアミンオキシドである。ある実施形態においては、この化合物はＮ，Ｎ’−（ペンタン−ｌ，５−ジイリデン）ビス（メタンアミンオキシド）である。ある実施形態においては、この化合物はＮ，Ｎ’−（ペンタン−ｌ，５−ジイリデン）ビス（エタンアミンオキシド）である。ある実施形態においては、この化合物はＮ，Ｎ’−（ペンタン−ｌ，５−ジイリデン）ビス（プロピルアミンオキシド）である。ある実施形態においては、この化合物はＮ，Ｎ’−（ペンタン−ｌ，５−ジイリデン）ビス（プロパン−２−アミンオキシド）である。ある実施形態においては、この化合物はＮ，Ｎ’−（ペンタン−ｌ，５−ジイリデン）ビス（２−メチルプロパン−２−アミンオキシド）である。ある実施形態においては、この化合物はΝ，Ν’−（エタン−１，２−ジイリデン）ビス（エタンアミンオキシド）である。ある実施形態においては、この化合物はΝ，Ν’−（エタン−１，２−ジイリデン）ビス（プロパン−２−アミンオキシド）である。ある実施形態においては、この化合物はΝ，Ν’−（エタン−１，２−ジイリデン）ビス（２−メチルプロパン−２−アミンオキシド）である。

本明細書に記載される保護された抗微生物化合物は、熱活性化される場合に、抗微生物アルデヒド(ホルムアルデヒド、グリオキサールまたはグルタルアルデヒド)を放出する。しかし、遊離のアルデヒドとは異なり、この保護された化合物は高温でより安定であり、よって微生物汚損の長期間の抑制を可能にする。さらに、この保護化合物は、遊離アルデヒドを分解するであろう他の化学物質種、例えば、亜硫酸水素塩およびアミンなどの存在下で向上した安定性を示すことができる。

その安定性および熱活性化特性のせいで、本発明の保護された抗微生物化合物は、高温である水性または水含有システム、例えば、石油または天然ガス用途、抄紙機白水、産業用循環水、デンプン溶液、ラテックスエマルション、高温回転機械加工液、または産業用食器洗浄もしくは洗濯液に存在しまたは使用されうるものなどにおいて長期間にわたって微生物を抑制するのに有用である。ある実施形態においては、水性または水含有システムは石油または天然ガス用途において存在しまたは使用されうる。このようなシステムの例には、これに限定されないが、破砕流体、掘削流体、水攻システムおよび油田水が挙げられる。

ある実施形態においては、水性または水含有システムは、４０℃以上、あるいは５５℃以上、あるいは６０℃以上、あるいは７０℃以上、あるいは８０℃以上で活性化されうる温度であり得る。

その熱安定性に加えて、この化合物は、不活性化剤、例えば、亜硫酸水素イオン源またはアミンなどがそのシステム中に存在する場合にさらに有効であり得る。

当業者は過度の実験を行うことなしに、任意の特定の用途に使用されるべき保護された抗微生物化合物の濃度を容易に決定することができる。実例として、この保護された化合物によって放出される可能性のある（１００％放出と仮定した）抗微生物アルデヒドの当量に基づいた適切な濃度は、典型的には、少なくとも約１ｐｐｍ、あるいは少なくとも約５ｐｐｍ、あるいは少なくとも約５０ｐｐｍ、あるいは少なくとも約１００ｐｐｍ（重量基準）である。ある実施形態においては、この濃度は、２５００ｐｐｍ以下、あるいは１５００ｐｐｍ以下、あるいは１０００ｐｐｍ以下である。ある実施形態においては、このアルデヒド当量濃度は約１００ｐｐｍである。

保護された抗微生物化合物は他の添加剤、例えば、これに限定されないが、界面活性剤、イオン性／非イオン性ポリマー、並びにスケールおよび腐蝕抑制剤、酸素スカベンジャー、硝酸塩もしくは亜硝酸塩、並びに／または追加の抗微生物化合物などと共にこのシステム中で使用されうる。

本明細書の目的のためには、「微生物」の意味には、これに限定されないが、バクテリア、真菌、藻類およびウイルスが挙げられる。用語「抑制」および「抑制する」は、その意味の中に、これに限定されないが、微生物の成長もしくは増殖を阻止すること、微生物を殺すこと、消毒、および／または微生物再成長に対する予防を含むと広く解釈されるべきである。ある実施形態においては、微生物はバクテリアである。ある実施形態においては、微生物は好気性バクテリアである。ある実施形態においては、微生物は嫌気性バクテリアである。ある実施形態においては、微生物は硫酸還元バクテリア（ＳＲＢ）である。

本明細書において使用される場合、「アルキル」は、示された数の炭素原子を有する直鎖および分岐鎖脂肪族基を包含する。典型的なアルキル基には、限定されないが、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、ｓｅｃ−ブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ペンチル、およびヘキシルが挙げられる。

以下の実施例は本発明の実例であるが、その範囲を限定することを意図していない。他に示されない限りは、ここで使用される比率、パーセンテージ、部などは重量基準である。

実施例１
Ｎ，Ｎ’−（ペンタン−ｌ，５−ジイリデン）ビス（プロパン−２−アミンオキシド）の製造（ＩＰＨＡ付加物）
窒素入口、磁気攪拌装置、および添加漏斗を備えた２５０ｍｌの丸底フラスコ（ＲＢＦ）に、１９．６重量％のイソプロピルヒドロキシルアミンの水溶液（ＩＰＨＡ、５６．１ｇ、１１．０ｇ活性物質、０．１４７モル）を入れる。これは、ドライアイス浴によって冷却され（３℃）、白色スラリーを提供する。５０％グルタルアルデヒド水溶液（１３．３ｇ、６．６６ｇ活性物質、０．０６６モル、０．４５当量）が添加漏斗によって添加される。グルタルアルデヒド添加が完了した直後に、グルタルアルデヒドが消費されたことを確認するために、サンプルが採取され、ＧＣによって分析される。

所望の場合には、例えば、ＥｔＯＡｃでの抽出（１：１比）によって粗ＩＰＨＡ−Ｇｌｕｔ付加物水溶液が精製され、残留ＩＰＨＡの濃度を低減させることができる。次いで、ＥｔＯＡｃ（１：１比）が添加され、そして還流加熱され、その後で、水性相からデカントで分離された。このＥｔＯＡｃ相が冷却され、真空下で濃縮されて、流体の黄色粘稠固体（１４．２ｇ、９９．５％収率）を提供する。これが高温エーテル（１５０ｍｌ）に溶解させられ、真空濾過されて、少しのペンタンで希釈されかつ黄色の粘稠固体がシードとされている橙色溶液（７５ｍｌ）を提供する。これは結果的にオイル状になった生成物を生じさせるので、固化させるためにこのエーテル／ペンタン溶液が−７８℃まで（ドライアイス浴）冷却される。これは結果的に固化して２種類の別個の固体（明黄色および橙色）を生じさせ、これらは窒素下で真空濾過され、これが室温で明黄色固体のみを提供する。

この明黄色固体は、溶媒および過剰のＩＰＨＡを除去するために、高真空（０．３トル）下で数時間にわたって分離されそして乾燥させられる。得られる非晶質の明黄色固体（４．０ｇ、２８％収率、９８．６％純度）が窒素下で貯蔵され、そしてこれは７８．５℃（湿潤）の融点を有しており、８１．０−８５．０℃溶融物。この母液が一緒にされそして濃縮されて、橙色オイル（１０．３ｇ、７２％収率、９２．４％純度）を提供する。スペクトル分析は、所望の化合物の存在を確認する。ＧＣ／ＭＳ（ＣＩモード）分析は、［ＭＨ］^＋ｍ／ｚ １５８を示す。^１Ｈ ＮＭＲ（ＣＤ_３ＯＤ，ｐｐｍ）：１．３５７−１．３９０（ｍ）、１．７９７（ｍ）、２．４８４（ｍ）、４．１８４（ｍ）、７．２５８（ｔ）。^１３Ｃ ＮＭＲ（ＣＤ_３ＯＤ，ｐｐｍ）：３０．８０８、３２．２６６、３７．２５１、７７．１７９、１５２．２８２。

実施例２
グルタルアルデヒド放出の分析
ＩＰＨＡ−付加物のサンプルがグルタルアルデヒド含有量について分析される。サンプルは、滅菌脱イオン水中で、２０００ｐｐｍグルタルアルデヒドのモル当量で調製される。標準の５００ｐｐｍグルタルアルデヒドも調製される。当初測定はサンプル調製の直後に行われる。次いで、サンプルは５５℃で、２時間または２４時間にわたって熱老化させられ、そして再び分析される。グルタルアルデヒド濃度は直接にＧＣによって、およびプレカラム誘導体化の後にＨＰＬＣによって測定される。ＧＣによってグルタルアルデヒドは検出されない。ＨＰＬＣは低レベルのグルタルアルデヒドを示す。これら結果は、反応生成物が高温に対して安定であるが、誘導体化およびＨＰＬＣ分析に必要な酸性条件の存在下でわずかに分解することに一致する。

実施例３
殺生物有効性のアッセイ
室温での好気性生物のプールに対する、および４０℃での硫酸還元バクテリア（ＳＲＢ）に対する殺生物活性について、実施例１からの精製された付加物、付加物反応混合物（粗付加物）、および保護成分のみ（ＩＰＨＡ）が試験される。試験は以下のように行われる：
ａ．好気性バクテリア．
リン酸塩緩衝生理食塩水中で約５×１０^６ＣＦＵ／ｍＬの６種類のバクテリアの混合プールが９６−ウェルプレート（１ｍＬ／ウェル）に導入される。各ウェルは独立した化学物質処理（すなわち、様々な濃度での付加物、保護成分、グルタルアルデヒドなど）を受ける。次いで、各セルにおける残存細胞密度が、所定の時点で、指示薬としてレサズリン染料を含む媒体中で消滅までの希釈によって測定される。
これら付加物または保護基のいずれもグルタルアルデヒド３００ｐｐｍ（重量）までに相当する濃度で殺生物性ではないことが見いだされる。

ｂ．好熱バクテリア．
Ｔ．サーモフィラス（ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ）の４８−７２時間の経過した培養物が２０００ｇでの遠心分離によってペレットにされ、そしてそのペレットは、培養物容積の１０倍の緩衝液（ＰＢＳまたは炭酸塩−緩衝合成淡水）に再懸濁される。この懸濁物はスクリューキャップガラスチューブに１０ｍＬアリコートで分配された。次いで、それぞれのチューブはグルタルアルデヒドまたは付加物で処理され、そして７０℃でインキュベートされた。サンプルを逐次希釈するおよび固体培地上でのプレート希釈による消滅までの希釈によって、示された時点での各チューブにおける細胞密度が測定される。

結果：（１）付加物またはグルタルアルデヒドへの２４時間曝露の後に、１００ｐｐｍグルタルアルデヒド相当で処理されたサンプルは未処理のサンプルよりも、５−ｌｏｇを超えるＣＦＵ／ｍＬ低減を示す。より多くのバクテリアを添加することによる、その後の殺生物剤の再投与も、２４時間曝露後の、５−ｌｏｇを超えるＣＦＵ／ｍＬ低減を示す。５日後には、グルタルアルデヒドはバクテリアレベルを抑制することができない。これに対して、ＩＰＨＡ−付加物は、１８日の期間にわたって、５−ｌｏｇを超えるＣＦＵ／ｍＬ低減を維持し、５週間にわたって、２から３−ｌｏｇの低減を維持する。

その好ましい実施形態に従って本発明が上で説明されたが、本発明は本開示の意図および範囲内で変更されうる。よって、本出願は、本明細書に開示された一般的な本質を用いた本発明の任意のバリエーション、使用、または適応を包含することを意図する。さらに、本出願は、本発明が関連する技術分野における既知のまたは習慣的なやり方の範囲内でおこり、かつ請求項の限定の範囲内にある、本開示からのそのような発展を包含することを意図する。

Claims (5)

1. 少なくとも４０℃の温度を有する水性または水含有システムにおいて微生物を抑制するための方法であって、
   前記水性または水含有システムを、式Ｉ
   

   

   （式中、Ｒ^３はＣ_１−Ｃ_６アルキルであり；およびＲ^４は式
   

   

   の基であり、ここでＬはｎ−プロピレンである）
   の保護された抗微生物化合物と接触させることを含む方法。
2. 各出現におけるＲ^３がＣ_１−Ｃ_４アルキルである請求項１の方法。
3. 前記式Ｉの化合物が、Ｎ，Ｎ’−（ペンタン−ｌ，５−ジイリデン）ビス（メタンアミンオキシド）、Ｎ，Ｎ’−（ペンタン−ｌ，５−ジイリデン）ビス（エタンアミンオキシド）、Ｎ，Ｎ’−（ペンタン−ｌ，５−ジイリデン）ビス（プロピルアミンオキシド）、Ｎ，Ｎ’−（ペンタン−ｌ，５−ジイリデン）ビス（プロパン−２−アミンオキシド）、Ｎ，Ｎ’−（ペンタン−ｌ，５−ジイリデン）ビス（２−メチルプロパン−２−アミンオキシド）、またはこれらの２種以上の混合物である、請求項１の方法。
4. 前記水性または水含有システムが、油田またはガス田流体、抄紙機白水、産業用循環水、デンプン溶液、ラテックスエマルション、高温回転機械加工液、または産業用食器洗浄もしくは洗濯液である請求項１の方法。
5. 前記水性または水含有システムが、破砕流体、掘削流体、水攻システムまたは油田水である請求項１の方法。