Brevet FR2531314A1 — publié le 19840210

La présente invention concerne l'utilisation de certains esters à substituant hydroxy d'acides thiol- sulfoniques pour inhiber le développementdans des systèmes aqueux 1 de Legionella pneumophila, bactéries responsables de la Maladie des Légionnaires o Plus particulièrement 1 les composés appelés méthanethiolsulfonate de 2-hydroxy- éthyle et méthanethiolsulfonate de 2-hydroxypropyle sont utiles comme bactéricides pour inhiber le développement de Legionella pneumophila dans des systèmes d'eau de refr oi- dissement commerciaux et industriels, des tours de refroi- dissement, des-condenseurs de vapeurs, des systèmes de lavage d'air et d'autres systèmes aqueux dans lesquels cet organisme pathogène est susceptible de se développer o La Maladie des Légionnaires est une maladie respiratoire ressemblant à la pneumonie, qui est grave et parfois mortelle, L Iorganisme responsable de cette maladie a été identifié après une manifestation de cette dernière parmi -les gens qui participaient à la Convention de la Légion Américaine de Juillet 1976 à lhôtel BellevueStratford de Philadelphie o Cette épidémie a provoqué la mort de 29 des182 personnes qui sont tombées malades o Apres l'épidémie qui s'est déclarée en 1976 parmi les légion- naires qui étaient venus à Philadelphie 1 i U o S o Public Health Service Center for Disease Control (CDC) d'Atlanta, Georgie, a pris l'initiative d'efforts intensifs en vue de déterminer la cause de cette maladie respiratoire qui est connue depuis lors sous le-nom de "Maladie des Légion= naires" Plus tard 1 le CDC a identifié l'organisme respon- sable sous la forme d'une bactérie Gram-négative à laquelle il a donné le nom de Legionella pneumophila Des recherches subséquentes effectuées par le CDC ont montré que L pneumos phila n'était pas nouveau 1 mais pouvait être associé à des maladies qui remontaient jusqu'aux dernières années 1940. Pour de plus amples détails sur l'épidémiologie de cette maladie, on renvoie à Eickhoff D "'Epidemiology bof Legionnai- res Disease", Ann Inter Med o volume 90, pages 499-502 ( 1979). Au cours des investigations du CDC, L pneumo- philaa été recueilli dans l'eau contenue dans des tours de refroidissement et des condenseurs à vapeurs de cir- cuits de conditionnement d'air ou de circuits d'eau de refroidissement d'imaeubies ou d'installations en rapport avec des manifestations de la 2 maladie des Légionnaires. Voir, par exemple, Eickhoff, loc cit Les données épi- démiologiques ont indiqué que linfection pouvait avoir été la conséquence de l'inhalation d'aérosols d'eau con- taminée provenant de ces sources -Bien qle la voie exacte d'infection n'ait pas encore été définie avec certitude, le CDC juge prudent de prendre des mesures pour combattre ou prévenir le développement de cet organisme pathogène dans l'eau de circuits d'eau de refroidissement, de tours de refroidissement, de condenseurs de vapeurs, de circuits de lavage d'air et d'autres systèmes aqueux susceptibles d'engendrer des aérosols qui peuvent être accidentellement inhalés par des personnes au voisinage de ces systèmes. Il est bien connu que des bactéries et d'autres micro-organismes se développent dans les tours de refroi- dissement et dans d'autres systèmes aqueux en provoquant la formation d'un mucilage, un encrassement de l'appareil lage, une corrosion, des odeurs et d'autres problèmes Par conséquent, il est courant d'utiliser des traitements chi- miques ou d'autres techniques en vue de combattre le dé- veloppement de ces organismes gênants Toutefois, ces méthodes de lutte n'ont habituellement pas été conçues pour la destruction totale des organismes, mais seulement pour maintenir la croissance microbienne à un niveau tolérable pour lequel les problèmes de formation de mucilage et les autres problèmes sont minimes En revanche, dans le cas d'organismes pathogènes tels que L pneumophila, il est désirable de disposer de substances chimiques-et de métho- des de traitement qui permettent de supprimer totalement ces organismes tout en pouvant être utilisées de façon économique et sûre Depuis la découverte du fait que la Maladie des Légionnaires était associée à la présence de L pneumo- 3 2531314 phila dans des circuits d'eau de refroidissement et d'autres systèmes aqueux susceptibles d'engendrer des aérosols, des études ont été entreprises afin de déterminer l'efficacité de divers bactéricides du commerce couramment utilisés pour combattre d'autres micro-organismes dans des circuits de ce type renfermant de l'eau Toutefois, bien que ces pro- duits aient été,en général,suffisants pour le degré d'inhi- bition que nécessitent les organismes gênants, mais ordinai- rement non pathogènes,qui provoquent la formation d'un mucilage et engendrent des problèmes de fqnctionnement, la plupart des produits testés ne peuvent pas donner, à des taux d'utilisation sûrs et économiques, le degré d'inhibi- tion nécessaire pour supprimer L pneumophila qui constitue un risque dans l'eau Pour la plupart des produits utilisés couramment, la concentration de l'agent chimique nécessaire pour supprimer totalement L pneumophila en des périodes de contact raisonnables a été plusieurs fois celle qui est nécessaire pour combattre d'autres organismes, et le coût du traitement à ces concentrations a été prohibitif du point de vue économique D'autres produits qui pourraient inhiber le développement de cet organisme à des concentra- -tions raisonnables ont eu d'autres inconvénients tels que des toxicités relativement fortes envers les poissons et d'autres organismes aquatiques ou de fortes tendances au moussage Ces dernières propriétés les rendent dangereux pour l'environnement ou engendrent des problèmes dans la conduite des circuits de refroidissement. Par exemple, le produit appelé polyv oxyéthylène- (diméthyliminio)éthylène(diméthyliminio)éthylène-dichlorure 7 est utile pour combattre le développement d'algues et de bactéries dans des circuits dleauxindustrielles Voir, par exemple, le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 3 771 989, dans lequel il est mentionné que 2,0 parties par million de ce bactéricide inhibent complètement le développement de plusieurs espèces d'algues et de cyanobactéries couram- ment rencontrées dans des circuits d'eau de refroidissement. Toutefois, il faut 120 parties par million de ce bactéricide pour obtenir une inhibition totale ou la destruction totale 4 2531314 de L pneumophila dans des essais normalisés in vitro, avec une durée de contact de 2 heures (voir Hollis et collaborateurs, "Resistance of Legionella pneumophila to Microbicides", Dev Ind Microbiol, volume 21, pages 265- 271 ( 1980)). Des amides halogénés tels que le 2,2-dibromo- 3-nitrilopropionamide (DBNPA) sont également utiles comme agents antimicrobiens dans des circuits d'eau de refroi- dissement et d'autres systèmes aqueux Voir, par exemple, le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 3 647 610 et Wolf et collaborateurs, " 2,2Dibromo-3-nitrilopropionamide, a Compound with Slimicidal Activity", Appl Microbiol, volume 24, N 4, pages 581-584 ( 1972) Le DBNPA a montré un plus haut degré d'efficacité que de nombreux autres bactéricides dans l'inhibition du développement de L. pneumophila, attendu qu'une quantité de 4 parties par million de ce composé a permis une destruction totale en une durée de contact de 2 heures Voir Hollis et colla- borateurs, loc cit Toutefois, le coût de ce composé, qui est ordinairement fabriqué et vendu par la firme The Dow Chemical Co, de Midland, Michigan sous les noms commerciaux de DOW Antimicrobial 7287 ( 20 % de DBNPA actif) et DOW Antimicrobial 8536 ( 5 % de DBNPA actif), rend son utilisation onéreuse même à cette concentration. En outre, ce composé,comme de nombreux autres utilisés pour-le traitement d'eau de refroidissement,a un degré de toxicité relativement élevé envers les poissons. Il a été démontré que L pneumophila était très sensible au chlore libre Voir, par exemple, Skaliy et collaborateurs, "Laboratory Studies of Disinfectants Against Legionella pneumophila", Appl Envir Microbiol, volume 40, N 4, pages 697-700 ( 1980) Ces chercheurs ont trouvé que 3,3 parties par million de chlore prove- nant d'hypochlorite de calcium permettaient une destruc- tion à 100 % de L pneumophila Toutefois, comme ils l'ont montré, le chlore est particulièrement instable en pré- sence de matière organique, et ses effets peuvent être rapidement neutralisés pour cette raison Pour obtenir- 2531314 les taux de chlore libre nécessaires à 1 inhibition de L pneumophila dans des conditions réelles d'utilisations des quantités excessives d'hypochlorite de calcium seraient nécessaires 1 et il en résulterait une situation gravement corrosive en ce qui concerne les matériaux de construction utilisés dans le circuit d'eau de refroidissement De même, des effluents à fortes teneurs en chlore résiduel pourraient être nuisibles pour l'environnemento Un autre bactéricide dont on a rapporté l'effi- cacité dans la lutte contre L pneumophila résulte de l'association entre un chlorure de N-alkyldiméthylbenzyl= ammonium ( 12,5 %) et l'oxyde de bis-(tri-n-butylétain) ( 2,25 %) Voir, par exemple, Grace et collaborateurs, "Susceptibility of Legionella pneumophila to Three Cooling Tower Microbicidesu, Appl Environ Microbiolo volume 41, N O 1, pages 233-236 ( 1981), o il est indiqué que 2 par- ties par million de cette association permettent une des- truction totale de L pneumophila dans un milieu aqueux, pendant une durée de contact de 3 heureso Toutefois, des composés d'ammonium quaternaire da c ty Fr sont tensio-actifs et aigendrent des problèmes de moussage dans des circuits de recyclage d'eau de refroidissement de même que dans de nombreux autres circuits aqueux En outres des composés d'ammonium quaternaire ont en général une grande toxicité envers les poissons, et les composés de métaux lourds tels- que le composé organique d'étain présent dans cette asso- ciation ne sont pas toujours acceptables dans des effluents déversés dans des lacs, des cours d'eau ou d'autres eaux d'intérêt public. Grace et collaborateurs, loc cito, ont égale- ment éprouvé un autre composé qui est largement utilisé comme biocide dans des tours de refroidissement, 4 savoir le bis-(thiocyanate) de méthylèneo Ils ont trouvé que la concentration léthale minimale de ce composé contre L. pneumophila était de 62 parties par million après une durée de contact de 3 heures, ce qui rend l'utilisation de ce composé prohibitive du point de vue économique pour la lutte contre ce micro-organisme. 6 2; 531314 En plus des inconrvénients mentionnés ci-dessus à propos des bactéricides de l'art antérieur, ces produits ont également des degrés de toxicité relativement élevés envers les poissons Par exemple, le DBNPA qui, comde indiqué dans ce qui précède, inhibe avec une efficacité relativement bonne le développement de L pneutophila a des valeurs CL 50 à 96 heures, vis-à-vis de la truite arc-en-ciel et de Lepomis machrochirus, dans la plage de 0,9 à 1,8 partie par million du composé selon les indi- cations données dans 'Technical Handbook for DOW Anti- microbial 7287 and DOW Antimicrobial 8536 ", publié par The Dow Chemical Co ( 1980) Cela signifie que des con- centrations du composé dans cette plage provoquent une destruction de 50 % de ces espèces de poissons avec une durée d'exposition de 96 heures dans des tests statiques de toxicité chez les poissons Naturellement, attendu que ce composé est rapidement dégradé et ne persiste pas dans des systèmes aqueux, il n'engendre généralement aucun problème de destruction de poissons lors de son utilisa- tion réelle Toutefois, lorsque les effluents de tours de refroidissement par l'eau s'écoulent, par exemple, directement dans des lacs ou des cours d'eau peuplés de poissons sans passer par une installation de traitement des résidus, des destructions de poissons risquent d'appa- raltre, notamment lorsque ce bactéricide ou d'autres pré- sentant des toxicités d'un niveau similaire envers les poissons, doivent être utilisés aux concentrations élevées nécessaires pour la lutte contre L pneumophila. La présente invention a par conséquent pour objet de trouver un procédé pour combattre le développe- ment de L pneumophila dans des systèmes aqueux, qui remédie aux inconvénients des procédés de l'art antérieur. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre et qui illustre, à titre non limitatif, certaines formes de réalisation de l'invention. En bref, on a découvert que les buts exposés ci-dessus étaient atteints, avec leurs avantages, par 7 2531314 l'utilisation comme bactéricides du méthanethiolsulfonate de 2hydroxyéthyle (HEMTS) ou du méthanethiolsulfonate de 2-hydroxypropyle (HPMTS), seuls ou associés l'un à l'autre au avec d'autres bactéricides Lorsque ces composés sont utilisés pour traiter des systèmes aqueux, la quantité biocide offrant une inhibition totale (destruction à 100 %) de la bactérie Legionella pneumophila est bien plus faible que laquantité d'autres bactéricides utilisée dans les procédés de l'art antérieur pour combattre cet organisme. De plus, l Vune au moins de ces deux substances s'est montrée relativement non toxique-envers les poissons De plus, ces composés ne sont pas corrosifs envers les matériaux de construction lorsqu'ils sont utilisés aux faibles concen- trations nécessaires pour la lutte contre L pneumophila. Les bactéricides de la présente invention sont des composés d'un type que l'on peut définir comme repré- sentant des esters de 2-hydroxyalkyle d'acides thiolsulfo- niques Un procédé de préparation de ces composés est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 3 859 322. Le procédé de préparation consiste à faire réagir un sel de métal alcalin d'un acide thiolsulfonique en présence d'un acide organique avec un 1,2époxyde Les composés préférés de la présente invention peuvent être préparés conformément aux enseignements de ce brevet par réaction de méthanethiolsulfonate de sodium avec l'oxyde d'éthylène ou l'oxyde de propylène en présence d'acide acétique Ces composés peuvent en outre être nommés, respectivement, méthanethiolsulfonate de 2-hydroxyéthyle et méthanethiol- sulfonate de 2-hydroxypropyle et répondent aux formules suivantes O OH Il I CH 3-S-S-CH CH 2 -O méthanethiolsulfonate de 2-hydroxyéthyle O OH Il I CH 3-S-S-CH 2 CH CH 3 Il méthanethiolsulfonate de 2-hydroxypropyle 8 2531314 Lorsque ces composés sont utilisés pour inhiber le développement de Legionella pneumophila conformément aux enseignements de la présente invention, des quantités convenables varient de 0,1 à 25 parties par million de parties d'eau Des quantités appréciées varient de 0,25 à 10 parties par million de parties d'eau Naturellement, il y a lieu de remarquer que de plus grandes quantités des composés peuvent être utilisées sans inconvénient, mais ces quantités plus grandes élèvent le coût de l'opé- ration en limitant le bénéfice matériel Ces deux composés sont hydrosolubles et sont compatibles avec de nombreux autres bactéricides solubles dans l'eau couramment utilisés pour le traitement de systèmes aqueux tels que des circuits de recyclage d'eau de refroidissement Ainsi, on peut aisé- ment les formuler avec d'autres bactéricides, algicides ou fongicides compatibles pour permettre un large-spectre de lutte contre des microorganismes avec un seul produit formulé. L'un de ces composés, à savoir le méthanethiol- sulfonate de 2-hydroxypropyle, s'est montré relativement non toxique envers les poissons Une solution contenant % de méthanethiolsulfonate de 2-hydroxypropyle, par exemple, a eu une valeur CL 50 à 96 heures de 78 parties par million vis-à-vis de Lepomis machrochirus et une valeur CL 50 à 96 heures de plus de 56 parties par million pour la truite arc-en-ciel Ces concentrations sont beau- coup plus grandes que celles qui sont nécessaires pour effectuer l'inhibition totale de L pneumophila Ainsi, l'utilisation de ce composé pour le traitement de systèmes aqueux présente un très faible danger pour l'environnement aquatique comparativement au danger que présentent d'autres bactéricides couramment utilisés pour traiter de tels systèmes. Les exemples suivants sont donnés pour mieux définir la nature de la présente invention Toutefois, il y a lieu de remarquer que l'invention n'est pas limitée aux conditions ou aux détails particuliers donnés dans ces exemples. -9 EXEMPLE 1 L'efficacité du méthanethiolsulfonate de 2- hydroxyéthyle dans l'inhibition de la croissance de la bactéri Legionella pneumophila a été testée d'après le protocole d'essai suivanto La bactérie Legionella pneumo- phila (souche Philadelphie, sérogroupe 1), fournie par le Center for Disease Control d'Atlanta, Georgie, au Methodist Hospital de Memphis O Tennessee, o la présente étude a été effectuée a été cultivée initialement et maintenue sur gélose de Mueller-Hinton additionnée de 1 % de "Iso Vitalex:' (BBL) et de 1 % d'hémoglobine, puis sur gélose FG à 35 C, à p H 6 e 9 e sous atmosphère à 205 % de C 02 o Pour la préparation d'un inoculum destiné aux essaise 1 organisme a été cultivé sur des boîtes de gélose FG pendant 72 heures et remis en suspension dans une solu- 1.5 tion de sel à 0,85 % dans de l'eau distillée à p H 6,90 La concentration des cellules a été ajustée à 6 x 108/mlo Une solution-mère diluée de méthanethiolsulfonate de 2- hlydro-yéthyle a été préparée à l'état frais immédiatement avant les essais par pesée d'une quantité suffisante pour preparer une solutionmère dans une solution stérile de sel à 085 % contenant 1000 mg/ml du-composé O La solution- mère a été ajoutée à une solution stérile à 0,85 % de sel de manière que lorsqu'un volume de 1 e O ml-de l'inoculum a été ajouté à la bouteille de contact, elle contiente un total de 100 ml Des essais ont été effectués pendant des durées de contact de 2 et de 8 heures à une tempéra- ture de contact de 240 Co Ensuite, des prélèvements effec- tués avec des anses de 4 mm dans chaque bouteille de con- tact ont été inoculés en stries sur des boîtes de gélose FG que l'on a fait ensuite incuber à 35 C pendant 10 jours sous atmosphère contenant 2, 5 % de C 02 o A la fin de la période d'incubation, on a compté les colonies sur chaque boite Les résultats sont reproduits sur le tableau I et on peut les interpréter d'après la clé suivante: 4 = plus de 300 colonies sur la botte de repiquage 3 = 151 à 300 colonies 2 = 51 à 150 colonies 1 = 1 à 50 colonies 0 = développement nul TABLEï%U I Inhibition de L pneumophila par le méthanethiiol- sulfonate de 2-hydroxyéthyle Concentration, Durée de contact parties par 2 heures 8 heures million o O 0,25 0,5 1,0 o o 2,0 O O Ces résultats montrent que l'addition de 0,25 partie par million de méthanethiolsulfonate de 2-hydroxy- éthyle offre à elle seule un haut degré d'inhibition de L neumophila et que l' addition de 0 ff 5 partie par million du composé donne une inhibition totale même avec une durée de contact de 2 heures seulement O EXEMPLE 2 On a évalué l'efficacité du méthanethiolsul- fonate de 2-hydroxypropyle dans la lutte contre le déve- loppement de L pneumophila en utilisant le même mode opé- ratoire que celui qui a été décrit dans l'exemple 1 Les résultats sont reproduits sur le tableau II La clé per- mettant d'interpréter le degré d'inhibition est la m&me que celle qui a été utilisée pour le tableau Io TABLEAU II Inhibition de L pneumophila par le méthanethiol- sulfonate de 2-hydroxypropyle Concentration, Durée de contact parties par -2 heures 8 heures million 0 4 4 0,5 1,0 2,0 6,0 o O o 1 1 2 2531314 Les résultats de ces essais montrent qu'une concentration de 0,5 partie par million de méthanethiol- sulfonate de 2-hydroxypropyle a offert à elle seule un haut degré d'inhibition du développement de L pneumophila avec une durée de contact de 2 heures seulement et une inhibition totale avec une durée de contact de 8 heures. Une concentration de 1,0 partie par million de méthane- thiolsulfonate de 2-hydroxypropyle a permis une destruc- tion à 100 % de L pneumophila avec une durée de contact de 2 heures seulement. EXEMPLE 3 Les composés ou mélanges de composés suivants qui sont couramment utilisés dans le traitement d'eau de refroidissement ont été évalués par le même mode opératoire que celui qui a été décrit dans l'exemple 1 Les concentra-. tions inhibitrices minimaies de chaque composé qui ont été nécessaires pour détruire Legionella pneumophila avec une durée de contact de 2 heures seulement sont reproduites sur le tableau III Les résultats obtenus pour les composés de l'invention, à savoir méthanethiolsulfonate de 2-hydroxy- éthyle (HEMTS) et méthanethiolsulfonate de 2-hydroxypropyle (HPMTS) sont inclus sur le même tableau à des fins de comparaison. Bactéricide A: Nméthyldithiocarbamate de potassium, 14,7 parties cyanodithioimidocar- bonate disodique 20,3 parties Bactéricide B: diméthyldithiocarbamate de potassium Bactéricide C: 2,2-dibromo-3-nitrilo- propionamide Bactéricide D: poly/_oxyéthylène- (diméthyliminio)- éthylène(diméthyliminio)- éthylène-dichlorure 7 TABLEAU III Concentrations inhibitrices minimales de bactéricides pour l'eau de refroidissement nécessaires pour détruire L pneumophila en une durée de contact de 2 heures Bactéricide Concentration inhibitrice ___ ___ __ minimale Parties par million A 70 B 100 C 4,0 D 120 HEMTS 0,5 HPMTS 1,0 ces essais démontrent clairement la grande supériorité du méthanethiolsulfonate de 2-hydroxypropyle et du méthanethiolsulfonate de 2-hydroxyéthyle sur d'autres bactéricides couramment utilisés dans la lutte contre le développement de Legionella pneumophila dans des milieux aqueux. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif, et qu'on peut y apporter de nombreuses modifications sans sortir de son cadre. 13 2531314 REVENDICATIONS 1 Procédé pour inhiber le développement et la prolifération de la bactérie Legionella pneumophila dans un milieu aqueux, qui consiste à faire entrer les- dites bactéries en contact avec un ester choisi entre le méthanethiolsulfonate de 2-hydroxyéthyle et le méthane- thiolsulfonate de 2-hydroxypropyle en une quantité suffi- sante pour inhiber le développement et la prolifération desdites bactéries. 2 Procédé pour inhiber le développement et la prolifération de la bactérie Legionella pneumophila dans des circuits commerciaux et industriels d'eau de refroidissement, caractérisé en ce qu'il consiste à ajouter à l'eau contenue dans lesdits circuits un ester,tel que défini dans la revendication 1 ien une quantité suffisante pour inhiber le développement et la prolifération de ladite bactérie. 3 Procédé pour inhiber le développement et la prolifération de la bactérie Legionella pneumophilàa dans des circuits de lavage d'air, caractérisé en ce qu'il consiste à ajouter b l'eau circulant dans lesdits circuits un ester, tel que défini dans la revendication 1 en une quantité suffisante pour inhiber le développement et la prolifération de ladite bactérie. 4 Procédé pour inhiber le développement et la prolifération de la bactérie Legionella pneumophila dans des condenseurs à vapeurs de circuits de refroidis- sement et de conditionnement d'air, caractérisé en ce qu'il consiste à ajouter à l'eau contenue dans lesdits circuits un ester, tel que défini dans la revendication 1, en une quantité suffisante pour inhiber le développe- ment et la prolifération de ladite bactérie. Procédé suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 4, caractérisé en ce que l'ester est le méthanethiolsulfonate de 2-hydroxyéthyle. 6 Procédé suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 4, caractérisé en ce que l'ester est le méthanethiolsulfonate de 2-hydroxypropyle.