Brevet FR2407914A1 — publié le 19790601

La présente invention concerne des biocides et plus particulièrement des biocides dérivant du,2-bromo-2-nitropropane- 1,3-diol Le 2-bromo-2-nitropropane-l,3-diol a une activité antibactérienne et antifongique connue, par exemple comme décrit dans le brevet anglais n 1.057.131 La Demanderesse a découvert à présent que certains dérivés du 2-bromo-2-nitropropane1,3-diol ont aussi une activité biocide et offrent sur le diol lui-même l'avantage d'avoir une plus grande stabilité et une faible toxicité et aussi celui qu'il est possible d'adapter spé cifiquementle propriétés des dérivés en fonction des applications envisagées L'invention a pour objet des composés de formule générale où chaque Y représente soit une liaison directe soit un radical -NH- et R représente un radical alkyle en chaîne droite ou ramifiée non substitué de 2 à 18 atomes de carbone, un radical alkyle en chaîne droite ou ramifiée substitué de 1 à 18 atomes de carbone ou un radical alkényle, cycloalkyle, araîkyle, alkaryle ou aryle éventuellement substitué. Des exemples de substituants que peut porter le radical R sont les atomes de chlore et de brome et les radicaux hydroxyle, cyano, alkoxy inférieur, nitro et-acyloxy. Aux fins de l'invention, on qualifie d'inférieur un radical alkoxy de 1 à 4 atomes de carbone Des exemples spécifiques des radicaux représentés par R sont les radicaux éthyle, n-propyle, isopropyle, n-butyle, hexyle, octyle, dodécyle, stéaryle, allyle, cyclohexyle, benzyle, 2-phényléthyle, phényle, o-, m- ou p-tolyle, o-, m- ou p-chlorophényle, c-, m- ou p-bromophényle, o-, n- ou p-nitrophényle et ct- ou p-naphtyle. Suivant une autre particularité, l'invention a pour objet un procédé de préparation des composés définis ci-dessus dans la formule desquel chaque Y représente un radical -NH-, suivant lequel on fait réagir 1 proportion moléculaire de 2-bromo-2 nitropropane-l,3-diol et environ 2 proportions moléculaires d'un monoisocyanate de formule R.NCO où R a la significatio-l qui lui a été donnée ci-dessus. La réaction est exécutée suivant les techniques classiques dans le domaine des polyuréthannes et il est préférable de prendre le monoisocyanate en faible excès sur le diol pour que le produit ne contienne pas de radicaux hydroxyle libres. Des exemples de monoisocyanates appropriés sont l'isocya- natoéthane, 1 'isocyanato-n-propane, 1 1isocyanatoisopropane, l'iso- cyanatododécane, l'isocyanatooctadécane, le 3-isocyanatopropène, l'isocyanatocyclohexane, l'&alpha;-isocyanatotolunène, l'isocyanatoben- zène, l'o-, m- oup-isocyanatotoluène et l'a-isocyanatonaphtalène. Des mélanges d'isocyanates peuvent être utilisés aussi, auquel cas les radicaux R des composés de l'invention peuvent ne pas être identiques. La réaction avec le 2-bromo-2-nitropropane-l,3-diol est de préférence effectuée dans un solvant qui est inerte à l'égard des radicaux isocyanate. Des solvants appropriés sont les esters, les cétones, les hydrocarbures, les hydrocarbures halogénés et les amides essentiellement anhydres, par exemple les qualités pour uréthannes de l'acétate d'éthyle, de l'acétate de butyle, de la méthyléthylcétone, de la méthylisobutylcétone, de la 4-méthoxy-4-méthylpentane-2-one, du toluène, du xylène, du trichloréthylène, du diméthylformamide et du diméthylacétamide. La réaction peut être exécutée à la température ambiante ou à une température modérément élevée, par exemple atteignant 900C ou même davantage. La réaction entre le 2-bromo-2-nitropropane-l,3-diol et le monoisocyanate est de préférence effectuée en présence d'un catalyseur du genre qui accélère la réaction entre un radical isocyanate et un radical hydroxyle. Des exemples de ces catalyseurs sont les composés basiques organiques et inorganiques et les composés organiques solubles de certains métaux, par exemple des métaux de transition, comme l'acétylacétonate de fer ou de manganèse, ainsi que d'étain et d'antimoine, comme l'octoate stanneux et le dilaurate de dibutylétain, outre certains composés du plomb, comme l'acétate de plomb, l'acétate basique de plomb et le 2-éthylhexoate de plomb.Les amines tertiaires conviennent comme catalyseurs organiques basiques et il en est particulièrement ainsi de la 4-diméthylaminopyridine, de la triéthylènediamine, de la diméthylbenzylamine et de la diméthylcyclohexylamine. Des mélanges de catalyseurs et spécialement des mélanges de catalyseurs aminés et métallifères conviennent aussi. Le produit de réaction du 2-bromo-2-nitropropane-l,3 diol et du monoisocyanate de formule R.NCO peut être isolé du mélange. de réaction de manière classique, c'est-à-dire par filtration si le produit se sépare après achevement de la réaction, ou par élimination du solvant, par exemple par évaporation ou de préférence distillation, si la chose est désirée sous pression réduite, puis par collecte du produit résiduel, qui peut être davantage purifié par lavage avec un liquide dans lequel sa solubilité est faible ou nulle ou bien par cristallisation dans un solvant approprié. Suivant une autre particularité, l'invention a pour objet un procédé de préparation des composés définis ci-dessus dans la formule desquels chaque Y représente une liaison directe, suivant lequel on estérifie 1 proportion moléculaire de 2-bromo 2-nitropropane-l,3-diol avec environ 2 proportions moléculaires d'un acide monocarboxylique de formule R.COOH où R a la si- guification qui lui a été donnée ci-dessus. Des exemples d'acides monocarboxyliques appropriés sont l'acide monochloroacétique, l'acide dichloroacétique, l'acide trichloroacétique, l'acide monobromoacétique, l'acide glycolique, l'acide propionique, l'acide n-butyrique, l'acide.n-hexanoique, l'acide n-octanoique, l'acide décanoique, l'acide dodécanoque, l'acide hexadécanoique, l'acide stéarique, l'acide cyclohexanecarboxylique, l'acide phénylacétique, l'acide benzoïque, l'acide o-, m- ou p-toluique et l'acide Cette réaction est exécutée suivant des techniques classiques, par exemple le 2-bromo-2-nitropropane-1,3-diol et l'acide monocarboxylique sont chauffés ensemble en présence d'une quantité catalytique d'un acide fort, comme l'acide sulfurique ou l'acide p-toluèn.esulfonique, dans des conditions telles que l'eau qui se forme pendant la réaction s 'échappe par distillation du mélange de réaction. Si la chose est désirée, la réaction peut être exécutée dans un solvant pour le diol et l'acide monocarboxylique, l'eau produite au cours de la réaction étant chassée par distillation azéotropique avec une partie du solvant. L'ester qui se forme est isolé du mélange de réaction suivant des techniques classiques, par exemple analogues à celles indiquées ci-dessus à propos des uréthannes correspondants. Suivant une variante de la préparation des composés de l'invention dans la.formule desquels Y représente une liaison di recte, on transestérifie un ester alkylique inférieur d'un acide carboxylique de formule R. COOH, où R a la signification qui lui a été donnée ci-dessus,avec le 2-bromo-2-nitropropane-l,3-diol. La réaction de transestérification est exécutée de préférence dans des conditions telles que l'alkanol inférieur qui se forme aussi s'échappe par distillation du mélange de réaction. Aux fins de l'invention, on qualifie d'inférieurs les radicaux alkyle de 1 à 4 atomes de carbone. Les esters méthyliques sont préférés. Ta réaction est de préférence catalysée par un acide fort, comme indiqué précédemment. Les composés de l'invention peuvent aussi être obtenus par réaction du 2-bromo-2-nitropropane-l,3-diol avec un halogénure d'acide ou un anhydride d'acide carboxylique de formule R.COOH,où R a la signification qui lui a été donnée ci-dessus, ou bien avec une lactone, comme la Y-butyrolactone, ou encore un hydroxyacide, comme l'acide p-hydroxybenzoïque, ces réactions étant exécutées suivant les techniques classiques. Les composés de l'invention sont d'intéressants biocides et suivant une autre particularité, l'invention a pour objet un procédé pour protéger un milieu qui est susceptible d'une attaque par des micro-organismes contre une telle attaque et pour réprimer ou prévenir la prolifération de micro-organismes dans un milieu qui en est déåå infecté, suivant lequel on ajoute à ce milieu une quantité biocide d'un composé de formule générale où R et Y ont les significations qui leur ont été données ci-des susO Dans la définition ci-dessus, par"prévention de la prolifération des micro-organismes," il convient d'entendre que la multiplication des micro-organismes ne peut se poursuivre, le nombre des micro-organismes n'étant pas nécessairement en substance altéré.La répression de la prolifération signifie que l'allure de multiplication des micro-organismes est ralentie ou rendue négative (c'est-à-dire qu'il y a réduction du nombre des micro-organismes, y compris le cas de l'éradication complète). Ces biocides sont particulièrement utiles pour le traitement des milieux aqueux, par exemple les eaux de refroidissement industrielles, les circuits d'eau des papeteries, les émul sions aqueuses d'huiles, comme les liquides pour le travail des métaux, les peintures a' base aqueuse (c'est-à-dire les peintures en émulsion) et les adhésifs à base aqueuse, mais ils trouvent leur application aussi comme fongicides dans les couches de peinture, de même que pour la prévention de l'attaque fongique et/ou bactérienne du bois et du cuir et sont de plus actifs contre les algues et levures. La quantité de biocide utilisée. dépend du milieu qui est traité, mais pour les milieux aqueux une quantité de 1 à 1.000 parties par million en poids, sur base du poids du milieu, est généralement efficace. Lorsqu'il est utilisé comme fongicide pour une couche de peinture, -le biocide polymère est généralement pris en quantité établissant une concentration dans la peinture, avant l'application sur un substrat, de 500 à 10.000 parties par million, sur base pondérale. L'invention est illustrée sans être limitée par les exemples dans lesquels les parties et pourcentages sont en poids. EXEMPLE 1. Préparation du produit de réaction du 2-bromo-2-nitropropane-1,3diol et de l'isocyanatoisopropane On met 11,7 parties de 2-bromo-2-nitropropane-1,3-diol en suspension dans 86 parties de toluène sec. On ajoute à la suspension 0,5 partie de dilaurate de dibutylétain et 0,4 partie de triéthylamine en solution dans 5 parties de toluène et on ajoute peu à peu, sous agitation constante,10 parties d'isocyanatoisopropane au mélange de réaction. Peu après la fin de l'addition de l'isocyanate, ia température du mélange de réaction s'élève depuis 22 jusqu'à 30 C On agite le mélange de réaction pendant encore 10 minutes pour assurer l'achèvement de la réaction exothermique.On porte alors la température du mélange de réaction à 60 C et on la maintient à cette valeur pendant 90 minutes, au terme desquelles on laisse refroidir le mélange jusqu'à la température ambiante. On filtre la solution limpide résultante pour éliminer quelques traces d'insolubles,puis on l'évapore à siccité pour obtenir un liquide visqueux qui cristallise finalement en un solide brun j aune. Par recristallisation du solide dans le système acétate d'éthyle/cyclohexane, on obtient,en quantité de 7,5 parties, un produit ayant un point de fusion de 100 - 102 C. Le spectre infrarouge comprend une bande intense et large à 1700 cm 1 due au radical carbonyle et une bande aiguë à 3290 cml due au radical NH. Analyse pour C11H20BrN306 Calculé : C, 35,6, H, 5,4, N, 11,3, Br, 21,6% Trouvé : C, 36,0, H, 5,8, N, 11,3, Br, 22,5%. EXEMPLE 2. Essai de l'activité antibactérienne et antifongique du produit de l'exemple On incorpore le produit obtenu comme décrit dans l'exem- ple 1 à de la gélose nutritive fondue et à de la gélose au malt fondue pour établir des concentrations finales de 100 parties par million en poids dans chaque cas. On verse la gélose contenant le biocide dans des boites de Petri et on l'y laisse se solidifier. On coule en triple exemplaire les plaques de gélose contenant chaque biocide. Pour inoculer les plaques de gélose, on utilise un inoculateur automatique microtitreur AM 80. On inocule les plaques de gélose nutritive au moyen de différentes bactéries, à savoir Pseudomonas aeruginosa (Ps. aerug), Escherichia coli (E. coli) et Staphylococcus aureus (S. aureus) et les plaques de gélose pour malt au moyen de différents champignons, à savoir Pullularia pullulans (P. pullulans), Aspergillus niger (Asp. nig), Cladospo- rium sphaerospermum (Clad. sphaer), Alternana tenuis (Alt. ten) et Chaetomium globosum (Chaet. glob). On met les plaques de gélose nutritive à incuber à 370C pendant 24 heures et les plaques de gélose au malt à incuber à 2500 pendant 48 heures, puis on examine les plaques de gélose pour apprécier la présence ou l'absence de croissance microbienne. Les résultats obtenus sont les suivants. Biocide Croissance de (100 ppm) Ps. E. S. P. Asp. Clad. Alt. Chaet aerug. coli aureus pullulans nig. sphaer. ten. glob. Composé de ltexem- ple 1 + * + - - - - Dans le tableau ci-dessus, le signe + indique qu'il y a croissance microbienne et le signe - indique qu'il n'y a pas de croissance microbienne Ces résultats indiquent que le composé de l'exemple 1 a une haute activité antifongique. EXEMPLE 3. Préparation du bis(chloroacétate) du 2-bromo-2-nitropropane-1,3- diol (a) On met en suspension dans 129 parties de toluène sec 11,7 parties de 2-bromo-2-nitropropane-1,3-diol, 10,96 parties d'acide monochloroacétique et 0,5 partie d'acide p-toluènesulfonique. On chauffe le mélange au reflux et on recueille dans un appareil de Dean et Stark l'eau qui se forme au cours de l'estérification. Au terme du dégagement d'eau, on refroidit la solution, on la. filtre et on chasse le toluène du filtrat à l'évapo- rateur rotatif pour obtenir le produit sous la forme d'une huile foncée en quantité de 19,3 parties. Les spectre infrarouge comprend une bande d'absortion intense à 1750 cm-1 due au radical carbonyle. En remplaçant dans la préparation ci-dessus l'acide monochloroacétique par une quantité équimolaire (b) d'acide dichloroacétique, (c) d'acide trichloroacétique, (d) d'acide monobromoacétique ou (e) d'acide glycolique, on obtient des produits analogues. Les détails relatifs à la forme physique des produits, les rendements et les spectrg infrarouges sont donnés ci-après. (b) Huile obtenue en quantité de 23,5 parties. Bande d'absorption intense due au radical carbonyle à 1770 cm 1. (c) Huile visqueuse obtenue en quantité de 15,7 parties. Bande d'absorption due au radical carbonyle à 1790 cm1. (d) Huile obtenue en quantité de 11,45 parties. Bande d'absorption intense due au radical carbonyle à 1745 cm-1. (e) Ruile obtenue en quantité de 10,52 parties. Bande d'absorption intense due au radical carbonyle à 1740 cml et bande d'absorption intense due au radical hydroxyle à 3350 cm1. Analyse élémentaire pour C7H10BrNO8 Calculé : C, 26,6, H, 3,2, N, 4,4, Br, 25,3 % Trouvé : C, 26,6, H, 3,5, N, 3,5, Br, 25,5%. EXEMPLE 4. On répète les opérations de l'exemple limais en rempla chant les 10 parties d'isocyanatoisopropane par 14 parties d'isocyanatobenzène. On obtient ainsi 12,97 parties- d'un produit fon- dant à 123 - 12'4oC. Le spectre infrarouge comprend une bande d'absorption intense due au radical carbonyle à 1735 cm-1 et une bande d'absorption due au radical NH à 3400 cm1. EXEMPLE 5. Essais de l'activité antibactérienne et antifongique des produits des exemples 3 et 4 On exécute les essais exactement comme décrit dans l'exemple 2. Les'résultats obtenus sont les suivants Biocide Croissance de (100 ppm) Ps. E. S. P. Asp. Clad. Alt. Chaet aerug. coli aureus pullulans nig. sphaer. ten. glob. Exemple 3(a) - - - + + + NT + Exemple 3(b) - - - + + + NT + Exemple 3(c) - - - + + + NT + Exemple 3(d) - - - + + + NT + Exemple 3(e)| - | - | - + + + NU + Exemple 4 + + + - - - + + Dans le tableau ci-dessus, le signe + indique une croissance microbienne,et le signe - indique l'absence de croissance microbienne, tandis que NT indique que le composé n'a pas été essayé à l'égard des micro-organismes. Ces résultats indiquent que les esters des exemples 3(a) 3(e) inclusivement sont actifs contre toutes les bactéries et que le bisuréthanne de exemple 4 est actif contre certains des champignons. EXEMPLE 6. Essais de l'activité antibactérienne des produits des exemples 3(a), 3(b), 3(c) et 3(e) dans des liauides pour le travail des métaux On prépare une émulsion huile-dans-eau à 5% en ajoutant du produit vendu sous le nom de Prosol 44 par la Société Mobil à de lteau de distribution, puis on introduit des volumes de 100 ml de l'émulsion dans des fioles coniques stériles de 250 ml. On prépare des solutions à 1% des polymères à examiner dans du diméthylformamide et on en ajoute aux émulsions jusqu a établir des concentrations finales de 100 et de 200 ppm en agent actif. Le témoin est une émulsion exempte de biocide mais contenant le volume équivalent de diméthylformamide nécessaire pour apporter 200 ppm de biocide. On inocule les volumes de 100 mi d'émulsion au moyen de 0,5 ml d'un bouillon de culture âgé de 24 heures de Ps. aeruginosa une fois par semaine pendant 2 semaines. On met les émulsions inoculées à incuber à 300C dans un agitateur rotatif (animé d'une vitesse de 80 tours par minute) et chaque semaine pendant 2 semaines, on prélève 24 heures et 3 jours après l'inoculation des prises de 1 ml dans lesquelles on détermine le nombre de bactéries survivantes sur gélose nutritive suivant la technique habituelle de dilution décimale. Les résultats obtenus sont les suivants. Organismes survivants (cellules/ml d'émul sion) Traitement Semaine 1 Semaine 2 Jour 1 Jour 3 Jour 1 Jour 3 Exemple 3(a), 200 ppm 10 2,0x10 100 ppm > 3,0x105 5,0x104 Exemple 3(b), 200 ppm Ç10 10 100 ppm > 3,0x105 > 3,0x105 Exemple 3(c), 200 ppm 1,0x10 1,0x10 100 ppm Exemple 3(e), 200 ppm 410 100 ppm > 3,0x105 > 3,0x105 Témoin 8,4x106 2,6x106 > 3,0x107 > 3,0x107 Ces résultats prouvent que les polymères essayés ont une haute activité comme biocidesdans les liquides pour le travail des métaux. EXEMPLE 7.comme agents de conservation pour des peintures en voltes. On ajoute des solutions à 1% des biocides dans du diméthylformamide à des aliquotes de 50 g d'une peinture en émulsion à base de styrène et de monomère acrylique jusqu a des concentrations finales en biocide de 100 et de 200 ppm. Les témoins sont des peintures exemptes de biocidesmais contenant la quantité équivalente de diméthylformamide nécessaire pour apporter 200 ppm de biocide. Une fois par semaine pendant 2 semaines successives, on inocule les peintures contenant le biocide au moyen de 1 ml d'un mélange de Ps. aeruginosa, d'E. coli et d'Enterobacter cloacae. On met les peintures inoculées à incuber à 300C et chaque semaine on détermine 1 jour et 3 jours après l'inoculation le nombre de bactéries survivantes dans les prises suivant la technique habi- - tuelle de dilution décimale. Les résultats sont les suivants Organismes survivants cellules/g de pein- ture) Traitement Semaine 1 Semaine 2 Jour 1 Jour 3 Jour 1 Jour 3 emple 3(b), 200 ppm 2,0x10 100 ppm 2,0x104 1,5x104 6,0x105 3,0x105 Exemple 3(c), 200 ppm 100 ppm 1,0x10 Exemple 3(e), 200ppm 1,2x10 100 ppm 4,0x104 3,0x104 3,0x105 > 3,0x105 Témoin 2,0x107 8,0x106 3,0x107 > 3,0x107 Ces résultats prouvent que tous les composés essayés ont une haute activité comme agents de conservation des peintures en boites. REVENDICATIONS 1.- Composés de formule générale où chaque Y représente soit une liaison directe soit un radical -NH- et R représente un radical alkyle en chaîne droite ou ramifiée non substitué de 2 à 18 atomes de carbone, un radical alkyle en chaîne droite ou ramifiée substitué de 1 à 18 atomes de carbone ou un radical alkényle, cycloalkyle, araikyle, alkaryle ou aryle éventuellement substitué. 2.- Procédé de préparation des composés suivant la revendication 1 dans la formule desquels chaque Y représente un radical -NH-, caractérisé en ce qu'on fait réagir 1 proportion moléculaire de 2-bromo-2-nitropropane-1,3-diol avec environ 2 proportions moléculaires d'un monoisocyanate de formule R.NCO, où R a la signification qui lui a été donnée dans la revendication 1. 3.- Procédé de préparation des composés suivant la revendication 1 dans la formule desquels chaque Y représente une liaison directe, caractérisé en ce qu'on estérifie 1 proportion moléculaire de 2-bromo-2-nitropropane-1,3-diol avec environ 2 proportions moléculaires d'un acide monocarboxylique de formule R.COOH,où R a la signification qui lui a été donnée dans la revendication 1. +.- Procédé de préparation des composés suivant la revendication 1 dans la formule desquels chaque Y représente une liaison directe, caractérisé en ce qu'on transestérifie un ester alkylique inférieur d'un acide monocarboxylique de formule R.COOH,où R a la signification qui lui a été donnée dans la revendication 1, avec le 2-bromo-2-nitropropane-1,3-diol. 5.- Procédé de préparation des composés suivant la revendication 1 dans la formule desquels chaque Y représente une liaison directe, caractérisé en ce qu'on fait réagir le 2-bromo-2-nitropropane-1,3-diol avec un halogénure d'acide ou anhydride d'acide carboxylique de formule R.COOH, où R a la signification qui lui a été donnée dans la revendication 1, avec une lactone ou un hydroxyacide. 6.- Procédé pour protéger un milieu qui est susceptible d'une attaque par des micro-organismes contre une telle attaque et pour réprimer ou prévenir la prolifération de micro-organismes dans un milieu qui en est déjà infesté, céractérisé en ce qu'on ajoute à ce milieu une quantité biocide d'un composé suivant la revendication 1. 7.- Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le milieu est un milieu aqueux et on utilise le composé en quantité de 1 à 1.000 parties par million en poids, sur la base du poids du milieu aqueux. 8.- Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le milieu est une couche de peinture et on utilise le composé en quantité de 500 à 10.000 parties par million en poids, sur la base du poids de la peinture avant son application sur un substrat. à 9.- Ni lieu susceptible d'attaque par des micro-organismes, protégé contre une telle attaque par un procédé suivant l'une quelconque des revendications 6 à 8.