NO180431B - Polymere kvaternære ammoniumtrihalogenider og anvendelse derav for å hemme mikrobevekst i en vandig væske og på overflater - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår polymere kvaternære ammoniumforbindelser, nærmere bestemt trihalogenider, spesielt trijodider, og deres anvendelse som generelle mikrobicider, dvs. som algicider, baktericider og fungicider, for å hemme vekst derav i vandige systemer og for desinfeksjon av overflater, spesielt harde overflater.

Polymere kvaternære ammoniumforbindelser (også kjent som iononpolymerer eller polymer kvat) inneholdende klorider og bromider som anioner, har vist seg å være vandige baktericider og algicider (US-patentene 3 874 870, 3 931 319, 4 027 202 og 4 581 058). F.eks. blir Busan 77 polymer, som er en ionen-klorid, solgt som et algicid og baktericid for forskjellige vandige systemer, såsom vannkjølingsanordninger, svømme-bassenger og tanker for ferskvann. Disse polymere forbindelsene har imidlertid enkelte ulemper. Spesielt ville det være av betydning å kunne utvikle polymer kvat som er bedre som fungicider, og som også vil drepe bakteriene raskere.

Foreliggende oppfinnelse medfører en slik forbedring og beskriver forbindelser som er nye og som inneholder et trihalogenid som motion til de kvaternære nitrogenatomer i polymerkjeden, og som kan brukes som vandige mikrobicider, desinfeksjonsmidler for hud og overflatedesinfeksjonsmidler og som sanitærmidler. Representative trihalogenider som kan brukes i foreliggende oppfinnelse innbefatter Br3-, I3-, Brl2-, C1I2-, ClBr2- og Br2I-. I3- er det foretruke trihalogenid.

US-patentene nr. 3 778 476 og 3 989 336 beskriver fremstillingen av enkelte av disse forbindelsene. Forbindelsene i de to patentene er der foreslått å kunne brukes for å belegge substrater slik at man får f.eks. et anti-bakterielt lag på kirurgiske tråder. Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for å bruke ionentrihalogenider for å desinfisere eller på annen måte behandle overflater og derved tilveiebringe en kontrollmekanisme for mikroorganismer i vandige systemer, og oppfinnelsen innbefatter også enkelte nye trihalogenidforbindelser.

For å hemme veksten av mikroorganismer i vandige systemer hvor slike mikroorganismer lett kan vokse og for å desinfisere eller overflatebehandle harde overflater, anvender man ifølge oppfinnelsen ionentrihalogenider, da spesielt ionentrijodider, som kan hindre en formering av mikroorganismer såsom bakterier, sopp og alger i forskjellige systemer hvor det forefinnes vann.

Spesielt har man funnet at ionentrihalogenidene dreper bakterier og sopp meget raskt og kan på en ypperlig måte funksjonere som desinfeksjonsmidler for harde overflater av den typen man finner i sykehus, storkjøkken og lignende. Ionentrihalogenidene kan spesielt brukes som sanitærmidler i toiletter samt for å desinfisere menneskehud eller huden hos andre dyr.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer også en forbindelse som er en polymer kvaternær ammoniumforbindelse med følgende formel:

hvor Xlf X2 og X3 hver er et halogenatom og kan være de samme eller forskjellige, og hvor R<1> og R2 som kan være like eller forskjellige, velges fra gruppen bestående av alkylgrupper med fra 1-20 karbonatomer og som har enten ingen eller 1 hydroksylsubstituent, en benzylgruppe, en benzylgruppe som på benzengruppen har en alkylgruppe med fra 2-20 karbonatomer,- A er valgt fra gruppen bestående av divalente hydrokarbon-radikaler med fra 1-10 karbonatomer, fortrinnsvis et alkylenradikal, og et divalent hydrokarbonradikal med fra 1-10 karbonatomer og som dessuten inneholder et oksygenatom som en etergruppe; B er et divalent hydrokarbonradikal med fra 1-10 karbonatomer, fortrinnsvis et alkylen, aryl, arylalkylen eller alkylenarylalkylenradikal, og hvor hydrokarbonradikalet er

substituert med minst én hydroksylgruppe; n er et helt tall fra 2-30, under den forutsetning at hvis A og B er identiske, så er n et helt tall fra 1-15; og hvor polymeren er festet på én eller begge ender med en kvaternær ammoniumgruppe

hvor X1; X2 og X3 er som definert ovenfor, og hvor R<3>, R4 og R<5>, som kan være like eller forskjellige, er alkylgrupper med fra 1-20 karbonatomer og som har enten ingen eller 1 hydroksylsubstituent, eller R<3> og R<4> kan sammen med det nitrogenatom til hvilket de er knyttet, danne en mettet heterocyklisk ring med fra 5-7 ringatomer.

Substituent A kan være substituert eller usubstituert. Det er foretrukket at A er substituert med minst én hydroksylgruppe.

Foretrukne substituenter for A og B som kan være like eller forskjellige, innbefatter CnH2r0H, hvor n varierer fra 1 til 10, mer foretrukket CH2OH, foruten hydroksyaryl, mest foretrukket hydroksyfenyl.

Ionenpolymerer er velkjente forbindelser, og fremgangs-måter for deres fremstilling er blant annet beskrevet i US-patentene nr. 3 874 870, 3 931 319, 4 025 627, 4 027 020 og 4 506 081. Trihalogenidene av ionenene, f.eks. trijodidene spesielt, kan fremstilles ved å erstatte halogenatomene, fortrinnsvis klorid eller bromid med trihalogenidanion, f.eks. slik det er beskrevet i US-patent nr. 3 778 476.

F.eks. kan man fremstille en trijodidoppløsning ved å blande jod og et alkalimetalljodid, fortrinnsvis kalium eller natriumjodid i vann. Hvis man tilsetter en oppløsning av et polymert kvatérnært ammoniumklorid eller bromid til denne trijodidoppløsningen, vil man få utfelt et mørkt faststoff. Etter avhelling av det vandige laget får man trijodid-forbindelsen. Denne kan brukes i fast form eller oppløses i aceton eller et annet egnet polart organisk oppløsningsmiddel eller kombinasjon av oppløsningsmidler, hvorved man får en effektiv oppløsning.

Preparater inneholdende ionentrihalogenid, og spesielt ionentrijodid, kan tilsettes forskjellige vannsystemer for å regulere veksten av uønskete mikroorganismer, og heri inngår sopp. Den effektivitet som kan oppnås mot sopp er overraskende på bakgrunn av den manglende effekt man finner med vanlige ionener, f.eks. de som inneholder enkle halogenioner som motioner til de positive ladninger.

Ionentrihalogenider, såsom trijodider, kan også brukes for å desinfisere eller sanitærbehandle overflater. Det tidsrom som er nødvendig for fullstendig å drepe bakterier på harde overflater er langt mindre for trihalogenidsaltet enn for vanlige kjente halogenidsalter.

Den faste formen av trijodid kan tilsettes vannsystemet, såsom kjøletårn eller svømmebassenger, hvorved man får et langsomtfrigjørende middel for kontroll av mikroorganismer.

Ionentrihalogenidene ifølge foreliggende oppfinnelse er nye og skiller seg fra de som er beskrevet tidligere, f.eks. i US-patentene 3 778 476 og 3 898 336, fordi B-substituenten som er beskrevet ovenfor inneholder minst én tilfestet hydroksylgruppe, dvs. minst én hydroksylgruppe-substituent knyttet direkte til hovedpolymerkjeden (det divalente hydrokarbonradikalet), og hvor substituenten er knyttet direkte til det divalente hydrokarbonradikalet. Denne forskjellen gir en bedret oppløselighet i vann og gir en fordel når nevnte forbindelser brukes i vandige systemer.

Foretrukne trihalogenider er poly[(dimetylimino)-2-hydroksypropylentrijodid] med følgende formel

hvor A og B er identiske, og n varierer fra 1 til 15; poly[oksyetylen(dimetylimino)hydroksypropylen(dimetyl-imino)etylendi(trijodid)] med formelen hvor n er fra 2-30; og poly [2-hydroksyetylen(dimetylimino)-etylen(dimetylimino)metylendi(trijodid)] med formelen

hvor n er fra 2-30.

De følgende eksempler illustrerer oppfinnelse.

Eksempel 1

Fremstilling av poly[oksyetylen(dimetylimino)etylen(dimetyl-imino) etylendi (trijodid) ] (forbindelse 1)

En oppløsning a-^ 12,7 g (0,05 mol) jod og 20,0 g (0,12 mol) kaliumjodid i 1 liter vann ble fremstilt. Oppløsningen ble kraftig rørt og dråpevis tilsatt 21,6 g (0,05 molar ekvivalenter av kloridioner) av poly[oksyetylen(dimetyl-imino) etylen (dimetylimino) etylendiklorid] (60% vandig oppløsning tilgjengelig kommersielt som Busan<®>77 polymer). Under tilsetningen ble det dannet et mørkt fast stoff, og mengden av produktet økte med økende tilsetninger av polymerdikloridet. Etter tilsetningen ble blandingen rørt ved romtemperatur i 2 timer. Mesteparten av det vandige laget ble helt av og bunnfallet frafiltrert og oppsamlet. Man fikk et utbytte på 73,7% (35,0 g) av det mørke produktet. En elementæranalyse (i to paralleller av produktet) viste at det var poly[oksyetylen(dimetylimino)etylen(dimetylimino)etylen-di (trijodid) ] . Resultatene av analysen er angitt i tabell 1.

Oppløseligheten av denne forbindelsen ble bestemt ved at 1 g ble utrørt i 1 liter deionisert vann i 2 timer. Supernatanten ble analysert for kvaternære ammoniumsalter ved å bruke bromfenol blått titreringsmetoden og for innhold av jod ved å bruke en selektiv ioneelektrode. Mengden av oppløst polymert kvaternært ammoniumtrijodid var 183 ppm, noe som er godt over det effektive nivået i vann, slik dette er vist i de etterfølgende eksempler. Forbindelsen kan opparbeides som en 5% oppløsning i N-metylpyrolidon ved å bruke Atlox 3409 overflateaktivt middel.

Eksempel 2

Fremstilling av poly[(dimetylimino)-2-hydroksypropylen-trijodid] (forbindelse 2)

Man brukte samme fremgangsmåte som i eksempel 1 ved å anvende poly[(dimetylimino)-2-hydroksypropylenklorid], et produkt som er kommersielt tilgjengelig som en Busan<®> 1055 polymer.

Elementæranalyse av produktet ga uventede resultater, og de er vist i tabell 2.

Eksempel 3

Effekten av forbindelse 1 og 2 mot bakterier

Effekten av forbindelsen 1 og 2 fremstilt som beskrevet i eksemplene 1 og 2 ble bestemt mot Enterobacter aerogenes ved pH 8,0 ved å bruke den fremgangsmåte som er beskrevet i US-patent nr. 2 881 070 med den modifikasjon som er angitt i eksempel 22 i US-patent nr. 4 054 542. Effekten av hver polymer ble bestemt ved forskjellige kontakttider. Resultatene er angitt i tabell 3.

Ved sammenligning av disse resultater med det diklorid som ble brukt som utgangsmateriale i eksempel 1, nemlig Busan<® >77 polymer, så har denne en MIC (minimumshemmende konsentrasjon) på 10 ppm ved 8 timers kontakttid og 20 ppm ved 4 timers kontakttid.

Eksempel 4

Desinfiserende effekt av forbindelse 1 og 2.

I dette eksempel bestemte man effekten av forbindelsene fremstilt som beskrevet i eksempel 1 og 2 mot Staphylococcus aureus og Salmonella choleraesuis ved å bruke A.O.A.C.-bruks-fortynningsprøven som er beskrevet i Official Methods of Analysis (1984) 14. utgave, AOAC, Washington, DC, seksjon 4.007-4.011. Resultatene er angitt i tabell 4.

Eksempel 5

Soneinhiberingsundersøkelse med forbindelsen 1 og 2

De hemmende egenskaper for de to ionentrijodider fremstilt som beskrevet i eksemplene 1 og 2 ble undersøkt mot Enterobacter aerogenes og Staphylococcus aureus ved å bruke en sonehemmingsteknikk. I denne prøven blir næringsagar inokulert

med E. aerogenes og helt over i sterile petriskåler. Når

agaren er stivnet, blir en målt skive av den faste prøve-forbindelsen plassert på overflaten av den inokulerte agaren. Etter inkubering kan man måle en klar sone omkring den utmålte skiven. Denne fremgangsmåten ble gjentatt med S. aureus. Inokulerte agarplater hvor man ikke hadde noen prøve-forbindelse ble brukt som kontroller. Resultatene er vist i tabell 5.

Eksempel 6

Effekten av forbindelsen l og 2 mot sopp

Effekten av forbindelsene fremstilt som beskrevet i eksemplene 1 og 2 mot soppen Aspergillus niger ble bestemt i et mineralsaltmedium. Mediet var sammensatt på følgende måte:

40 grams porsjoner av dette mediet ble tilsatt 250 ml's Erlenmeyer-kolber utstyrt med løse metallkorker, og så ble disse sterilisert. Deretter ble følgende forbindelser tilsatt i den angitte rekkefølge: 1. Steril mineralsaltoppløsning etter behov i hvert tilfelle, slik at vekten av innholdet i hver kolbe var 50 g etter hensyntaken til de etterfølgende tilsetninger, og heri inngår også en inokulering med en vandig suspensjon av sporer. 2. Oppløsning av det giftstoff som skulle bedømmes i individuelle volumer, slik at man fikk den forønskete konsentrasjon, idet delene ble beregnet i deler pr. million. Man anvendte doble kontroller uten tilsatt giftstoff. 3. Inokulum bestående av 1 ml av en vandig suspensjon av sporer og/eller mycelfragmenter av prøveorganismen.

Etter at inokulumet var tilsatt, ble kolbene inkubert ved 30 ± 1°C i et tilstrekkelig langt tidsrom til at man fikk vekst i kontrollkolbene. Den vanlige observasjonsperioden var ca. 14 dager. Veksten ble bedømt 7 og 14 dager etter inokuleringen basert på følgende nøkkel:

4 = utmerket vekst

3 = god

2 = dårlig

1 = meget dårlig, tvilsom

0 = ingen vekst

Man anså giftstoffet som et effektivt fungicid hvis man fikk 0 (ingen vekst) ved den anbefalte konsentrasjonsdosen i 14 døgns-perioden. Resultatene av prøven med forbindelsen 1 og

2 er gitt i tabell 6. Som en sammenlikning kan man angi at kloridanalogen av forbindelse 1, dvs. Busan® 77 polymer, ikke vil kontrollere A. niger ved 1000 ppm, som var den høyeste konsentrasj onen som ble undersøkt.

Eksempel 7

Effekten av forbindelsen 1 og 2 mot alger

Den veksthemmende aktiviteten for forbindelser fremstilt som beskrevet i eksemplene 1 og 2 ble bedømt i et Difco algemedium, hvis innhold var som følger:

40 grams porsjoner av algemediet ble tilsatt 250 ml's Erlenmeyer-kolber utstyrt med løse metallkorker, og kolbene ble så sterilisert. Hver av de følgende stoffer ble så tilsatt kolben i den angitte rekkefølge: 1. Sterilt algemedium etter behov, slik at den totale vekt i kolbene ble 50 g etter hensyntaken til de etterfølgende tilsetninger. 2. Oppløsningen av giftstoffet eller kontrollmiddelet som skulle bedømmes, slik at man fikk den forønskete konsentrasjon, i deler pr. million pr. vekt. 3. Chlorella pyrenoidosa og Phormidium inundatum i mengder som var tilstrekkelig til å gi utmerket vekst i kontroilkolbene etter 14 dager. Dette ble oppnådd ved å tilsette 1 ml av en 2 ukers gammel kultur med kraftig vekst. Chlorella pyrenoidosa-kulturen fikk man fra American Type Culture Collection nr. 7516; mens Phormidium inundatum, Wisconsin nr. 1093 fikk man fra universitetet i Washington.

Etter at algeinokulumet var tilsatt, ble kolbene inkubert ved 28 ± 2°C under fluorescerende belysning med en intensitet på 250 foot-candle (8 timers lys, 16 timers mørke) i tilstrekkelig lang periode til at man fikk vekst i kontrollkolbene (disse inneholdt medium uten giftstoff).

Observasjon av vekst ble gjort hver 7. dag på basis av følgende nøkkel:

4 = utmerket vekst

3 = god

2 = dårlig

1 = meget dårlig, tvilsom

0 = ingen vekst

Resultatene er angitt i tabell 7.

Claims (23)

1. Polymer kvaternær ammoniumforbindelse, karakterisert ved følgende formel: hvor Xx, X2 og X3 hver er et halogenatom og kan være de samme eller forskjellige, og hvor R<1> og R<2> som er like eller forskjellige, velges fra gruppen bestående av alkylgrupper med fra 1-20 karbonatomer som eventuelt er substituert med 1 hydroksylsubstituent, en benzylgruppe som eventuelt bærer en alkylgruppe med fra 2-20 karbonatomer på benzengruppen; A er valgt fra gruppen bestående av et divalent hydrokarbonradikal med fra 1-10 karbonatomer som eventuelt inneholder et oksygenatom som en eterbinding; B er et divalent hydrokarbonradikal med fra 1-10 karbonatomer som eventuelt er substituert med minst én hydroksylgruppe; n er et helt tall fra 2-30, under den forutsetning at hvis A og B er identiske, så er n et helt tall fra 1-15; og hvor polymeren i én eller begge ender kan være avsluttet med en kvaternær ammoniumgruppe hvor Xlf X2 og X3 er som definert ovenfor, og hvor R<3>, R4 og Rs, som er like eller forskjellige, er alkylgrupper med 1-20 karbonatomer som eventuelt inneholder 1 hydroksylsubstituent.

2. Polymer kvaternær ammoniumforbindelse ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte divalente hydrokarbonradikal A er substituert med minst én hydroksylgruppe .

3. Polymer kvaternær ammoniumforbindelse ifølge krav 1, karakterisert ved atX1,X2ogX3 alle er jod.

4. Polymer kvartær ammoniumforbindelse ifølge krav 3, karakterisert ved at A er et alkylenradikal og B er et hydrokarbonradikal valgt fra gruppen bestående av alkylen, aryl, arylalkylen og alkylenarylalkylen, og hvor nevnte hydrokarbonradikal B er substituert med minst én hydroksylgruppe knyttet direkte til nevnte hydrokarbonradikal.

5. Kvartær ammoniumf orbindelse ifølge krav 4, karakterisert ved at minst én av radikalene A og B er substituert med minst én substituent valgt fra gruppen -CnH2n0H, hvor n er fra 1 til 10, og hydroksyaryl.

6. Kvaternær ammoniumforbindelse ifølge krav 5, karakterisert ved at minst ett av radikalene A og B er substituert med minst én substituent valgt fra gruppen bestående av -CH20H og hydroksyfenyl.

7. Forbindelse ifølge krav 1, karakterisert ved at den er poly[dimetyl-imino) -2-hydroksypropylentrijodid].

8. Forbindelse ifølge krav 1, karakterisert ved at den er poly[oksyetylen-(dimetylimino)hydroksypropylen(dimetylimino)etylen-di(trijodid) ] .

9. Forbindelse ifølge krav 1, karakterisert ved at den er poly[2-hydroksy-etylen (dimetylimino) etylen(dimetylimino)metylendi(trijodid)].

10. Anvendelse av et ionentrihalogenid ifølge krav 1-9 for å hemme veksten av mikroorganismer i en vandig væske.

11. Anvendelse ifølge krav 10, hvori nevnte effektive mengde er fra 0,1 til 100 deler pr. million av nevnte vandige væske.

12. Anvendelse ifølge krav 11, hvori nevnte effektive mengde er fra 0,3 til 25 deler pr. million av nevnte vandige væske.

13. Anvendelse ifølge krav 10-12, hvori nevnte mikro-organisme er en bakterie.

14. Anvendelse ifølge krav 13, hvori nevnte bakterie er valgt fra gruppen bestående av Enterobacter aerogenes, Staphylococcus aureus og Salmonella choleraesuis.

15. Anvendelse ifølge krav 10-12, hvori nevnte mikro-organisme er en sopp.

16. Anvendelse ifølge krav 15, hvori nevnte sopp er Aspergillus niger.

17. Anvendelse ifølge krav 10-12, hvori nevnte mikro-organisme er en alge.

18. Anvendelse ifølge krav 17, hvori nevnte alge er valgt fra gruppen bestående av Chlorella pyrenoidosa og Phormidium inundatum.

19. Anvendelse ifølge krav 10, hvori nevnte vandige væske forefinnes i et badekar valgt fra gruppen bestående av svømme-bassenger og vanlige badekar.

20. Anvendelse ifølge krav 10, hvori nevnte vandige væske forefinnes i en vannavkjølingsanordning.

21. Anvendelse ifølge krav 10, hvori nevnte vandige væske er vann som brukes for sanitære formål.

22. Anvendelse ifølge krav 10, hvori nevnte vann forefinnes i et toilett.

23. Anvendelse av et ionentrihalogenid ifølge krav 1 - 9 i en effektiv mengde for desinfisering av en overflate.