ГАЛОГЕНИРОВАННЫЕ АМИДНЫЕ БИОЦИДНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ И СПОСОБЫ ОБРАБОТКИ ВОДНЫХ СИСТЕМ ПРИ ОТ ПОЧТИ НЕЙТРАЛЬНЫХ ДО ВЫСОКИХ ВЕЛИЧИНАХ pH Российский патент 2015 года по МПК C07C255/27 A01N37/30 A01N37/34 B01D61/02 B01D61/14 B01D65/02 C02F1/50 C02F1/42 C02F1/44 

Перекрестная ссылка на связанные заявки

По данной заявке испрашивается приоритет по предварительной заявке на патент США с порядковым номером 61/179157, зарегистрированной 18 мая 2009 года, включенной в настоящий документ в качестве ссылки в полном объеме.

Область изобретения

Изобретение относится к биоцидным соединениям и способам применения для борьбы с микроорганизмами в водных системах, которые имеют величину pH 5 или более.

Уровень техники изобретения

Водные системы предоставляют способствующие размножению очаги для водорослей, бактерий, вирусов, грибов и других болезнетворных микроорганизмов. Бактериальное заражение может создать множество проблем, включающих в себя эстетически неприятные события, такие как склизкая зеленая вода, серьезный риск для здоровья, такой как грибковые, бактериальные или вирусные инфекции, и засорение или коррозию оборудования.

С биозагрязнением водных систем, подверженных бактериальному заражению, как правило, борются при помощи биоцидных средств. Например, 2,2-дибром-3-нитрилпропионамид («DBNPA») представляет собой коммерчески доступный биоцид, который является особенно подходящим, поскольку он является быстродействующим дешевым веществом, которое обладает эффективностью против широкого спектра микроорганизмов.

Тем не менее, известно, что различные физические и/или химические условия в водной системе могут приводить к преждевременной дезактивации биоцида, таким образом, переводя биоцид в фактически неэффективное состояние прежде, чем достигается необходимое подавление микроорганизмов. В качестве примера, хотя DBNPA устойчив в кислых условиях, он подвергается быстрому гидролитическому расщеплению в нейтральном и вплоть до щелочного растворе. Его скорость исчезновения увеличивается под влиянием фактора до 450, начиная от величины pH 6, по существу нейтральной, до величины pH 8,9, немного щелочной. См. Exner et al., J. Agr. Food. Chem., 1973, 21(5), 838-842 («Exner»). При величине pH 8, период полураспада DBNPA составляет 2 часа (Exner, таблица 1). При величине pH 11,3 его период полураспада составляет только 25 сек, фактически мгновенная деградация (Exner, страница 839, левая колонка). DBNPA, следовательно, не является привлекательным биоцидом для применения в некислых водных системах.

Было бы значительным прогрессом в данной области предложить биоциды для обработки водных систем, которые являются быстродействующими, с продолжительным действием и которые стабильны, когда подвергаются дезактивирующим условиям в водной системе, таким как повышенное значение pH.

КРАТКАЯ СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном из аспектов изобретение относится к способу борьбы с микроорганизмами в водной системе, имеющей величину pH 5 или более. Способ включает обработку водной системы эффективным количеством соединения формулы I:

где X, R и R¹ являются такими, как определено в настоящем документе.

В другом аспекте изобретение относится к биоцидным соединениям. Соединения представлены формулой (II):

где X и R² являются такими, как определено в настоящем документе.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг.1 проиллюстрирована биоцидная активность соединения по изобретению в акриловой полимерной эмульсии.

На фиг.2 сравнивается биоцидная активность соединения по изобретению с коммерческими соединениями в акриловой полимерной эмульсии.

На фиг.3 и 4 проиллюстрирована биоцидная активность соединения по изобретению в каолинах.

На фиг.5 проиллюстрирована биоцидная активность соединения по изобретению в взвеси карбоната кальция.

На фиг.6 и 7 сравнивается биоцидная активность соединения по изобретению с коммерческими соединениями в взвеси карбоната кальция.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Как указано выше, в одном из аспектов изобретение относится к способам борьбы с микроорганизмами в водных системах, имеющих величину pH 5 или более. Способ включает в себя обработку такой водной системы эффективным количеством соединения формулы (I). Авторы изобретения неожиданно обнаружили, что соединения формулы (I) более устойчивы к гидролизу при величинах pH от почти нейтральных до щелочных, чем другие биоциды, включающие в себя коммерческое соединение DBNPA. Например, ниже в примерах продемонстрировано, что при величине pH 6,9 (и температуре 30°C) 2,2-диброммалонамид (DBMAL), иллюстративное соединение по изобретению, значительно более устойчиво, чем DBNPA (сравнительный биоцид). Никакого уменьшения DBMAL не обнаруживают через 96 часов, тогда как DBNPA уменьшается на 84% за данный такой же период времени при идентичных условиях.

Соединения формулы (I) обладают следующей ниже химической структурой:

где X представляет собой галоген; и R и R¹ представляют собой, соответственно, гидроксиалкил и цианорадикал (-C≡N), или R и R¹ представляют собой, соответственно, водород и амидорадикал формулы:

Предпочтительно, X в соединениях формулы I представляет собой бром, хлор или йод, более предпочтительно, он представляет собой бром.

Предпочтительное соединение формулы (I) представляет собой 2,2-дибром-2-циано-N-(3-гидроксипропил)ацетамид.

Дополнительное предпочтительное соединение формулы (I) представляет собой 2,2-диброммалонамид. Термин «2,2-диброммалонамид» обозначает соединение следующей ниже формулы:

Соединения формулы (I) могут получить специалисты в данной области, применяя хорошо известные в литературе методики.

Соединения формулы I применимы для борьбы с микроорганизмами в водных системах, имеющих величину pH 5 или больше. Такие водные системы включают в себя в качестве неограничивающих примеров воду, охлаждаемую в градирне, технологические масла, воду или жидкости для заводнения или гидроразрыва пород на месторождении нефти и газа или воду или жидкости, добытые вместе с нефтью, буровые растворы на водной основе на месторождении нефти и газа, технологическую воду с бумажного и целлюлозного комбината, систему эксплуатации месторождения нефти и газа, систему транспортировки с месторождений нефти и газа, системы разделения и хранения на месторождении нефти и газа, водные фильтры для воздуха, кипящую воду, сточные воды, водяной балласт, системы фильтрации, краски, полимерные эмульсии, покрытия, взвеси на водной основе и диспергируемые пигменты, связывающие вещества, чернила, соединения склейки, бытовую химию и средства личной гигиены или жидкости на водной основе, используемые в областях применения дубления кожи. Предпочтительными водными системами являются технологические масла, вода, охлаждаемая в градирне, технологическая вода с бумажного и целлюлозного комбината, системы фильтрации на основе мембран, полимерные эмульсии и минеральные взвеси на водной основе, такие как каолин, и взвеси карбоната кальция.

Типичные системы фильтрации на основе мембран включают в себя системы фильтрации, содержащие одну или несколько полупроницаемых мембран, включая в качестве неограничивающих примеров: мембраны для микрофильтрации, ультрафильтрации, нанофильтрации, обратного осмоса и ионообменные мембраны. Применимые системы включают в себя системы, содержащие один тип мембраны (например, для микрофильтрации), и системы, содержащие множество типов мембран (например, для ультрафильтрации и обратного осмоса). Например, система фильтрации на основе мембран может включать в себя мембрану для восходящей микрофильтрации или ультрафильтрации и мембрану для нисходящей нанофильтрации или обратного осмоса.

Рассматриваемые биоцидные соединения можно добавлять в подаваемый раствор до фильтрации (например, в резервуар для хранения или отстойный резервуар, содержащий подаваемый раствор, который необходимо обработать) или во время фильтрации (например, вносить определенными дозами в находящийся под давлением подаваемый раствор во время фильтрации). Кроме того, рассматриваемые биоцидные соединения можно добавлять в растворы для очистки или хранения, которые контактируют с мембраной. Применительно к данному описанию, любой водный раствор (например, необработанная подаваемая вода, очищающий раствор, раствор для хранения мембраны и так далее), контактирующий с мембраной системы, обозначается как «подаваемый раствор».

Когда применяются в системе, содержащей мембраны как для микро- или ультрафильтрации, так и для нанофильтрации или обратного осмоса, рассматриваемые биоцидные соединения оказывают биоцидный эффект на каждую мембрану (например, как на мембраны в восходящем направлении, так и на мембраны в нисходящем направлении). Мембраны и условия эксплуатации можно выбрать для того, чтобы позволить большинству рассматриваемых биоцидных соединений проникать (то есть проходить) через мембраны для микрофильтрации и ультрафильтрации и задерживаться (то есть концентрироваться) мембранами для нанофильтрации и обратного осмоса.

В некоторых применениях, таких как при получении питьевой воды, может быть выгодно, что мембраны и условия эксплуатации выбираются, чтобы пропустить менее чем 5%, более предпочтительно, менее чем 1%, рассматриваемых биоцидных соединений в раствор фильтрата.

Часть биоцидного соединения, задерживаемого мембраной(ами), можно восстановить из потока концентрата и повторно использовать для применения в последующих обработках (например, направить обратно в резервуар для хранения или вносить определенными дозами во входящий подаваемый раствор). Повторное использование биоцидных соединений может являться частью периодического или непрерывного процесса. Когда рассматриваемые биоцидные соединения добавляют к очищающему раствору, мембраны внутри системы могут статично замачиваться в растворе или раствор может протекать через мембрану. В последнем случае раствор предпочтительно повторно используют в резервуаре для хранения. В любом случае периодический процесс по очистке предпочтительно длится менее чем 24 часа.

Во множестве систем фильтрации на основе мембран, величина pH подаваемого раствора составляет, по меньшей мере, 7, часто, по меньшей мере, 8, и в некоторых вариантах осуществления величина pH подаваемого раствора увеличивается, по меньшей мере, до 9 и в других вариантах осуществления, по меньшей мере, до 10. Примеры таких систем на основе мембран описаны в US 6537456 и US 7442309. Кроме того, мембраны множества систем обычно чистятся или хранятся в подаваемых растворах, имеющих pH, значения которых были увеличены, по меньшей мере, до 11 и в некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере, до 12. В отличие от DBNPA (как описано в WO2008/091453), рассматриваемые биоцидные соединения остаются эффективными при таких нейтральных и щелочных условиях. Как следствие, рассматриваемые биоцидные соединения можно добавлять к более широкому диапазону подаваемых растворов (например, величина pH, доведенная в соответствии с водными подаваемыми растворами, водными очищающими растворами, водными растворами для хранения), используемых в связи с системами фильтрации на основе мембран.

Модули, содержащие полупроницаемую мембрану, могут также храниться более недели в присутствии водного раствора, содержащего одно из рассматриваемых биоцидных соединений. Модули и биоцидный раствор могут содержаться в мягких контейнерах или резервуарах. Альтернативно, во время, когда система фильтрации не используется, модули можно хранить в системе фильтрации в контакте с рассматриваемыми биоцидными соединениями.

Типы мембран, применяемых в таких системах, особым образом не ограничены и включают в себя плоский лист, пустотелое и пористое волокно. Один предпочтительный класс мембран включает в себя тонкопленочные композиционные полиамидные мембраны, широко используемые в области применения нанофильтрации и обратного осмоса, как в целом описано в US4277344; US2007/0251883 и US2008/0185332. Такие мембраны для нанофильтрации и/или обратного осмоса обычно предлагаются в качестве плоских листов с конфигурацией спиральной навивки. Неограничивающие примеры мембран для микрофильтрации и ультрафильтрации включают в себя пористые мембраны, изготовленные из различных материалов, включающих в себя полисульфоны, полиэфирсульфоны, полиамиды, полипропилен и поливинилиденфторид. Такие мембраны для микро- и ультрафильтрации обычно предлагаются в виде пористых волокон.

Как отмечено, величина pH водных систем, в которых применяют соединение по изобретению, составляет 5 или выше. В некоторых вариантах осуществления величина pH составляет 6 или выше. В некоторых вариантах осуществления величина pH составляет 7 или выше. В других вариантах осуществления величина pH составляет 8 или выше.

Специалист в данной области может легко определить без излишнего экспериментирования эффективное количество соединения формулы I, которое следует использовать в любом конкретном применении. Например, количество в диапазоне от 1 до 1000 м.д., или от 5 до 500 м.д., или от 5 до 100 м.д. по массе является, как правило, достаточным. В виде дополнительной иллюстрации для воды, охлаждаемой в градирне, типичная активная дозировка биоцидного соединения составляет от 5 м.д. до 50 м.д. или от 10 м.д. до 25 м.д. два раза в неделю или по мере необходимости, в зависимости, например, от состояний воды, включающих в себя биологическое загрязнение, добавки химически связанной воды, величину pH, температуру, соленость и тому подобное. В виде дополнительной иллюстрации для технологических масел, типичная активная дозировка для биоцидного соединения находится в диапазоне от 20 м.д. до 100 м.д. или в диапазоне от 30 м.д. до 50 м.д. и частота введения - дважды в неделю или по мере необходимости, в зависимости от степени биологического загрязнения.

Соединения формулы I можно использовать в водной системе с другими добавками в качестве неограничивающих примеров, таких как поверхностно-активные вещества, ионные/неионные полимеры и солевые отложения и ингибиторы коррозии, поглотители кислорода и/или дополнительные биоциды.

Соединения формулы I применимы для борьбы с широким разнообразием микроорганизмов. В одном из вариантов осуществления микроорганизмы представляют собой вид Legionella бактерий, включая Legionella, находящихся в амебах. Предпочтительный биоцид для данного варианта осуществления в отношении Legionella представляет собой 2,2-диброммалонамид.

Legionella была причислена в качестве причины возникновения к болезни легионеров и понтиакской лихорадке, совместно известных как легионеллез. Множество вспышек легионеллеза было приписано испарительным системам охлаждения, обеспечивающим появление инфекционных доз. Legionella демонстрирует сравнительно уникальную выживаемость при паразитировании и нахождении внутри амебы, в конечном счете, лизируя их клетки-хозяева, чтобы появиться в качестве зрелых инфекционных форм. Данный механизм был предложен в качестве основного способа увеличения количества Legionella в естественных и созданных человеком водных системах и их повышенной вирулентности. Биоцид, который может эффективно бороться с Legionella, включая формы видов Legionella, приведенные к более вирулентному состоянию при распространении через амебу, очень необходим. Как продемонстрировано примерами, соединения формулы I, такие как 2,2-диброммалонамид, эффективны для такого бактериологического контроля.

Во втором аспекте, изобретение относится к новым соединениям, которые применимы в качестве биоцидов для борьбы с микроорганизмами. Соединения представлены формулой II:

где X представляет собой галоген и R² представляет собой гидроксиалкил.

В одном из вариантов осуществления X в соединении формулы (II) представляет собой бром.

В одном из вариантов осуществления R² представляет собой гидроксипропил.

В одном из вариантов осуществления соединение представляет собой 2,2-дибром-2-циано-N-(3-гидроксипропил)ацетамид.

Соединения, описываемые в настоящем документе, на удивление устойчивы к гидролизу при величинах pH от близких к нейтральным до щелочных по сравнению с другими биоцидами, включая коммерческое соединение DBNPA. Соединения, таким образом, применимы для борьбы с микроорганизмами в более широком диапазоне водных систем, чем известные в настоящее время биоциды и, следовательно, представляют собой значительное усовершенствование в промышленности.

Применительно к данному описанию «микроорганизм» обозначает бактерии, морские водоросли и вирусы. Слова «контроль» и «борьба с», как следует широко интерпретировать, включают в их значения, и не ограничиваясь этим, ингибирование роста или размножения микроорганизмов, уничтожение микроорганизмов, дезинфекцию и/или предохранение от порчи.

«Гидроксиалкилом» обозначают алкильную группу (то есть алифатическую группу с неразветвленной и разветвленной цепью), которая содержит от 1 до 6 атомов углерода и замещена гидроксильной группой. Примеры включают в качестве неограничивающих примеров гидроксиметил, гидроксиэтил, 2-гидроксипропил, 3-гидроксипропил и тому подобное.

«Галоген» относится к фтору, хлору, брому или йоду.

Если не указано иначе, соотношения, процентные соотношения, части и тому подобное, используемые в настоящем документе, представлены по массе.

Следующие ниже примеры иллюстративны для изобретения, но не предназначены для ограничения его объема.

ПРИМЕРЫ

В примерах оценивают следующие ниже композиции:

2,2-дибром-3-нитрилпропионамид («DBNPA») получают в The Dow Chemical Company.

2,2-диброммалонамид («DBMAL») получают в Johnson Mathey.

2,2-дибром-2-циано-N-(3-гидроксипропил)ацетамид («DBCHA») получают, как показано в примере 1.

CMIT/MIT (5-хлор-2-метил-4-изотиазолин-3-он и 2-метил-4-изотиазолин-3-он) получают в The Dow Chemical Company.

Глутаральдегид получают в The Dow Chemical Company.

Диоктилдиметиламмония хлорид и дидецилдиметиламмония хлорид получают в Lonza Inc.

1-бром-3-хлор-5,5-диметилгидантоин («BCDMH») получают в Lonza Inc.

Триазин (1,3,5-триэтилгексагидро-1,3,5-триазин) получают в Clariant Corporation.

Пример 1

Получение 2,2-дибром-2-циано-N-(3-гидроксипропил)ацетамида (DBCHA)

0,1 моль 3-амино-1-пропанола (7,51 грамм) добавляют к раствору 0,1 моль метилцианоацетата (10,1 грамм) в метаноле (40 грамм). Смесь перемешивают и нагревают до 60°C в течение 30 минут. Растворитель метанол удаляют вакуумом из продукта реакции. Продукт реакции, без необходимости в какой-либо дополнительной очистке, растворяют в воде и подвергают реакции с 0,1 моль брома (16,0 грамм) и 0,03 моль бромата натрия (5,0 грамм). Температуру при реакции поддерживают ниже 30°C. После того как завершают добавление брома и бромата натрия, реакционную смесь оставляют перемешиваться в течение 30 минут до нейтрализации величины pH от 3 до 4 при разбавлении гидроксидом натрия. Выход составляет 0,09 моль 2,2-дибром-2-циано-N-(3-гидроксипропил)ацетамида (28 грамм).

Пример 2

Устойчивость к гидролизу: сравнение DBMAL и DBNPA

Разбавленные растворы (менее чем 0,5% масс.) DBMAL и DBNPA получают при трех различных величинах pH. Величину pH устанавливают и поддерживают, используя стандартные буферные растворы, при pH 6,9, 8,0 и 9,0. Данные растворы затем поддерживают при постоянной температуре либо -1°C, либо 30°C. Периодически аликвоты анализируют ВЭЖХ, чтобы определить остающийся уровень DBMAL или DBNPA. Результаты показаны в таблице 1.

Таблица 1 три образца DBNPA три образца DBMAL Часы pH 9,
T=-1°C pH 8,
T=-1°C pH 6,9
T=30°C pH 9,
T=-1°C pH 8,
T=-1°C pH 6,9
T=30°C 0 3842 4068 3991 4576 3866 3746 2 2818 3998 4155 4022 4031 4612 24 1256 3506 2557 3891 4191 3857 48 659 3578 1361 3603 4187 3935 72 363 3149 918 4018 4290 3966 96 239 3070 658 3456 3883 4212   Часы Рассчитанное снижение процентного содержания активного
ингредиента в разное время 48 83 12 66 21 0 0 72 91 23 77 12 0 0 96 94 25 84 24 0 0

В таблице 1 показано, что даже при близких к нейтральным условиях (pH=6,9) и температуре 30°C, DBMAL значительно более устойчив, чем DBNPA (биоцид сравнения). Никакого уменьшения DBMAL не обнаруживается через 96 часов, тогда как 84% DBNPA уменьшается в данный такой же период времени при идентичных условиях.

Пример 3

Эффективность в воде, охлаждаемой в градирне: сравнение DBMAL и DBNPA

DBMAL и DBNPA добавляют к 50 мл образца воды, охлаждаемой в градирне (при величине pH приблизительно 8,3), в колбу объемом 125 мл, содержащую приблизительно 10⁷ КОЕ/мл бактерий, в конечной активной концентрации 50 м.д., 25 м.д. и 12,5 м.д. Такой же образец зараженной воды, охлаждаемой в градирне без биоцида, используют в качестве контроля. Смесь инкубируют при 30°C при перемешивании (175 об/мин) в течение 96 ч. Через 1 ч, 3 ч, 24 ч, 48 ч, 72 ч и 96 ч после добавления биоцида жизнеспособные бактерии в смесях подсчитывают, используя способ серийного разведения. Начиная с 24 ч после отбора образцов, смеси повторно инокулируют приблизительно 10⁶ КОЕ/мл бактерий, выделенных из образца охлаждающей воды. В таблице 2 показана эффективность DBMAL и DBNPA в различные моменты времени, выраженная как снижение количества бактерий. Представленные количества являются логарифмическим преобразованием (основание 10) количества бактерий.

Таблица 2 Сравнение биоцидной эффективности DBMAL и DBNPA в отношении
бактерий в воде, охлаждаемой в градирне Биоцид Снижение log₁₀ количества бактерий в различные моменты времени после добавления биоцида 1 ч 2 ч 24 ч 48 ч 72 ч 96 ч Активная концентрация Химическое вещество 50 м.д. DBMAL >=5,3 5,5 >=6,3 >=6,3 3,8 4,2 DBNPA* >=5,3 >=5,7 >=6,3 6,1 1,0 0,8 25 м.д. DBMAL 4,3 >=5,7 >=6,3 6,0 3,0 3,2 DBNPA* 5,2 >=5,7 >=6,3 4,2 1,0 0,7 12,5 м.д. DBMAL 1,2 5,5 >=6,3 5,2 1,2 0,8 DBNPA* 5,3 >=5,7 >=6,3 1,5 0,7 0,3 * сравнительный пример

Как указано в таблице 2, DBMAL проявляет сравнительно более медленное уничтожающее действие, чем сравнительное соединение DBNPA, однако эффективность DBMAL (>3 log₁₀ уничтожения) сохраняется на два дня дольше, чем эффективность DBNPA, при такой же активной концентрации 50 м.д. и 25 м.д. и сохраняется на один день дольше, чем эффективность DBNPA, при такой же активной концентрации 12,5 м.д.

Пример 4

Эффективность в воде, охлаждаемой в градирне: сравнение DBMAL и других биоцидов

Стерильную искусственно получаемую воду, охлаждаемую в градирне (0,2203 г CaCl₂, 0,1847 г MgSO₄ и 0,2033 г NaHCO₃ в 1 л воды, величина pH приблизительно 8,5) заражают выделяемыми в данной среде бактериями в концентрации приблизительно 10⁷ КОЕ/мл. Аликвоты зараженной воды затем обрабатывают восемью уровнями дозировок DBMAL и пяти других общеупотребительных биоцидов в применениях с охлаждающей водой. Такой же образец зараженной воды без биоцида используют в качестве контроля. После инкубации при 30°C в течение 1 ч, 3 ч, 24 ч, 48 ч, 72 ч и 96 ч, жизнеспособные бактерии в аликвотах подсчитывают, используя способ серийного разведения. Начиная с 24 ч после отбора образцов, все образцы воды повторно инокулируют приблизительно 10⁶ КОЕ/мл бактерий. В таблице 3 сравнивается эффективность шести биоцидов в разные моменты времени, выраженная посредством снижения log₁₀ количества бактерий. DBMAL показал высокую и продолжительную эффективность в данном сравнительном исследовании.

Таблица 3 Сравнение биоцидной эффективности шести биоцидов в отношении бактерий,
выделенных из воды, охлаждаемой в градирне Биоциды Минимальная дозировка биоцида (м.д., активная), необходимая для снижения количества бактерий, по меньшей мере, на 3 log₁₀ 1 ч 3 ч 24 ч 48 ч 72 ч 96 ч CMIT/MIT* 7 5,0 3,0 2,0 2,0 2,0 Глутаральдегид 36,0 26,0 26,0 51,0 51,0 71,0 Диоктилдиметиламмония хлорид 29,0 29,0 56,0 56,0 79,0 >79,0 BCDMH (1-бром-3-хлор-5,5-диметилгидантоин, активные м.д. измеряют по доступному брому и хлору) 7,0 26,0 >70,0 >70,0 >70,0 >70,0 DBNPA* 8,0 8,0 11,0 15,0 15,0 21,0 DBMAL 15,0 11,0 5,0 5,0 5,0 15,0 * сравнительный пример

Пример 5

Эффективность в технологическом масле: сравнение DBMAL и других биоцидов

Полусинтетическое технологическое масло (MWF) (55,35% деионизованной воды, 20,00% масла, 15% сульфоната натрия, 4% ALKATERGE™ T-IV (поверхностно-активное вещество), 3% олеиновой кислоты, 2% гликолевого эфира, 0,65% AMP™-95 (нейтрализующего амина)) заражают выделяемыми в данной среде бактериями в концентрации приблизительно 10⁶ КОЕ/мл. Аликвоты данного зараженного MWF обрабатывают четырьмя биоцидами при 8 уровнях дозировки. Такой же образец зараженного MWF без биоцида используют в качестве контроля. После инкубации при комнатной температуре в течение 2 ч, 4 ч, 24 ч, 48 ч, 72 ч и 96 ч жизнеспособные бактерии в аликвотах подсчитывают, используя способ серийного разведения. В таблице 4 показана эффективность DBMAL и трех других биоцидов в отношении бактерий в MWF. И вновь DBMAL показал высокую и продолжительную эффективность в данном исследовании. Никакой повторной инокуляции полевыми изолятами не проводят в данном примере.

Таблица 4 Сравнение биоцидной эффективности четырех биоцидов в отношении
бактерий, выделяемых из данной среды Биоциды Минимальная дозировка (м.д., активная), необходимая для снижения
количества бактерий, по меньшей мере, на 3 log₁₀ 2 ч 4 ч 24 ч 48 ч 72 ч 96 ч CMIT/MIT* 19 14 14 11 11 8 Триазин 1934 1487 1144 1144 1144 1144 DBNPA* 42 32 42 55 55 55 DBMAL 57 44 44 34 26 34 * сравнительный пример

Пример 6

Бактериальная эффективность: DBMAL и DBCHA по сравнению с DBNPA

Стерильную синтетическую рассольную воду готовят и инокулируют Pseudomonas aeruginosa ATCC 10145 приблизительно при 10⁷ КОЕ/мл. Синтетическую воду готовят, чтобы она содержала (в 1 литре деионизованной воды) следующее ниже: CaCl₂, 0,2203 г; MgSO₄, 0,1847 г; и NaHCO₃, 0,2033 г. Конечную величину pH синтетической охлаждающей воды доводят до 8,5. Аликвоты клеточной суспензии затем обрабатывают биоцидами при выбранных уровнях дозировки. Такой же образец зараженной воды без биоцида используют в качестве контроля. После инкубации при 37°C в течение различных временных интервалов подсчитывают количество выживших бактерий, используя способ серийного разведения. После инкубации в течение 24 ч все клеточные суспензии повторно инокулируют Pseudomonas aeruginosa ATCC 10145 при ~10⁶ КОЕ/мл.

Результаты по эффективности для DBMAL (по изобретению), DBCHA (по изобретению) и DBNPA (сравнительный) показаны в таблице 5. Данные выражены в виде дозировки, необходимой для того, чтобы достичь снижения количества бактерий на 3 log₁₀ в образцах воды после каждого инкубационного периода.

Таблица 5 Бактерицидная эффективность группы 3 производных DBMAL в отношении P. aeruginosa ATCC 10145 при различных интервалах времени воздействия Биоциды Дозировка, необходимая для снижения количества
бактерий на 3 log₁₀ (м.д., активная) 1 ч 3 ч 24 ч 48 ч DBMAL 14,8 6,6 6,6 6,6 DBCHA 4,4 4,4 9,9 33,3 DBNPA* 2,9 2,9 4,4 50,0 * сравнительный пример

Бактерицидная эффективность DBMAL проявляется немного позднее, чем бактерицидная эффективность DBNPA, тем не менее, его эффективность со временем возрастает, и она выше, чем для DBNPA, через 48 часов инкубации и когда повторно заражают клетками P.aeruginosa. DBCHA также показывает лучшую продолжительную эффективность, чем DBNPA.

Пример 7

Борьба с Legionella, развивающимися в амебах

Поскольку Legionella развивается в природных и созданных человеком системах, таких как градирни, при переходе через амебу, уничтожение такой амебы, дающей питательные вещества Legionella, является более важным и уместным. В данном примере при оценке приемлемых биоцидов используют амебу (Acanthamoeba polypohaga), дающую питательные вещества для Legionella pneumophila (AfLp).

Legionella дают возможность инфицировать амебу и вырасти внутри амебы, начиная с низкой множественности заражения (1 Legionella на 100 клеток амебы). Такой пассаж повторяют еще раз, позволяя образоваться более вирулентной форме относительно их доминантной физиологии до того, как подвергнуть воздействию различными концентрациями биоцидов. Оценку проводят через два и двадцать четыре часа после воздействия. Соответствующую нейтрализацию биоцидов выполняют перед подсчитыванием оставшихся в живых организмов. Ниже в таблице 6 сравнивают эффективность различных биоцидов в отношении как AfLp, так и свободно растущих в нормальных условиях клеток Legionella.

Таблица 6 Биоциды Активная концентрация (м.д.), необходимая для полного
уничтожения (снижение на 6 log) свободные Legionella Амеба, дающая питательные вещества для Legionella 2 ч 24 ч 2 ч 24 ч DBNPA 12,5 3,12 50 25 DBMAL 6,25 1,56 12,5 3,12 CMIT 16 1 >64 16 Глутаральдегид 10 5 20 15 Глутаральдегид+
DDAC 2,5 1,25 20 10 DDAC 20 15 60 40 DDAC = дидецилдиметиламмония хлорид

Данные показывают, что для каждого исследуемого биоцида количество, необходимое для уничтожения AfLp больше, чем количество, необходимое для уничтожения свободных Legionella. Тем не менее, количества DBMAL, необходимые для борьбы с Legionella, гораздо ниже, чем количества, необходимые для других исследуемых биоцидов, включая DBNPA. Это является неожиданным и удивительным открытием. Уровни DBMAL, необходимые для обеспечения уничтожения на 6 log, только приблизительно удвоены от уровней, необходимых для борьбы со свободными клетками в соответствующие моменты времени. DBMAL предоставляет средства для борьбы с более вирулентной формой AfLp при низкой дозировке по сравнению с другими общеупотребительными биоцидами.

Пример 8

Предохранение от порчи полимерных эмульсий

Образцы типичной акриловой полимерной эмульсии (49,9% [масс./об.] твердых веществ, pH 8,2) заражают приблизительно равным количеством (ca. 1×10⁶ на мл) клеток Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella pneumoniae, Bacillus subtilis и Staphylococcus aureus. Клеточный инокулят равномерно распределяют в образцах эмульсии при энергичном перемешивании. Затем образцы отбирают для измерения исходного объема инокулята. Акриловые полимерные эмульсии затем дополняют выбранными концентрациями DBMAL (от 2,5 до 500 м.д. [или мг/л]). Обработанные биоцидом эмульсии инкубируют при комнатной температуре (ca. 23°C) на платформе качалки, чтобы обеспечить аккуратное перемешивание. Образцы для подсчета выживших бактерий собирают через 2, 24 и 48 ч инкубации, серийно разводят в фосфатно-солевом буфере и помещают на плашки с триптическим соевым агаром (TSA).

Эксперимент 1

Результаты. Как проиллюстрировано на фиг.1, для образцов, собранных через 2 ч времени воздействия, показано сравнительно неизменившееся количество бактерий в присутствии всех, кроме 500 м.д. DBMAL. Определение количества микроорганизмов на чашках Петри, полученных через 24 ч времени воздействия, показало явную зависимость доза - ответ. Для образцов при 48 ч времени воздействия проиллюстрировано, что биоцид продолжал ингибировать исследуемые организмы во время всего исследования. Почти линейное снижение количества выживших бактерий в образцах, обработанных вплоть до 200 м.д., показало, что DBMAL был стабилен в эмульсии.

Эксперимент 2

В данном исследовании ряд образцов акриловой полимерной эмульсии получают, как описано выше, и обрабатывают DBMAL (от 0 до 50 м.д.) и второй ряд обрабатывают DBNPA (от 0 до 50 м.д.). Через 48 ч времени воздействия образцы собирают для определения количества микроорганизмов на чашках Петри.

Результаты. Как проиллюстрировано на фиг.2, обработки как DBMAL, так и DBNPA вызывают снижение количества бактерий; при определении количества микроорганизмов на чашках Петри снижение положительно коррелирует с концентрацией добавленного биоцида. При всех исследуемых концентрациях DBMAL является более эффективным, чем DBNPA.

Пример 9

Предохранение от порчи минеральных взвесей

Эксперимент 1: эффективность DBMAL в каолине.

Два образца взвесей каолина (Kaolux HS [размер частиц меньше чем 2 микрона, 83,4%; 64,9% твердых веществ; pH 6,6] и Kaogloss [размер частиц меньше чем 2 микрона, 90,7%; 70,1% твердых веществ; pH 6,3]) получают в Thiele Kaolin Company, Сандервиль, Джорджия.

Образцы двух взвесей инокулируют четырьмя бактериальными видами (описанными в примере 8), отбирают, чтобы подтвердить первоначальный размер сообщества бактерий, и обрабатывают выбранными концентрациями DBMAL. Образцы для пересчета количества бактерий собирают через периоды 24 ч и 48 ч инкубации.

Результаты. Бактерии, инокулированные в образцы Kaolux, обработанные DBMAL, чувствительны к наличию биоцидной активности, и ответ зависит от концентрации. Например, как проиллюстрировано на фиг.3, в отсутствие DBMAL имеет место увеличение приблизительно на один порядок величины в течение 48 часов исследования. Однако в взвесях, обработанных от 100 м.д. до 150 м.д., количество жизнеспособных бактерий немного уменьшается через 48 ч времени воздействия. Концентрация DBMAL 175 м.д. вызывает снижение приблизительно на один порядок величины. Более высокие концентрации DBMAL вызывают снижение, по меньшей мере, на пять порядков величины.

Kaogloss. Образцы Kaogloss обрабатывают DBMAL, как описано выше, и отбирают через 24 ч и 48 ч времени воздействия. Результаты (см. фиг.4) схожи с результатами, полученными для Kaolux, за исключением того, что воздействие биоцида на размер бактериальных популяций через 24 ч времени воздействия меньше.

Предохранение от порчи взвеси карбоната кальция

Эксперимент 1. 10% CaCO ₃

Суспензии карбоната кальция аналитической степени чистоты (Sigma-Aldrich) получают, используя деионизованную воду. Величину pH суспензий доводят до 7,0, 8,0 и 9,0 при помощи растворов HCl или NaOH, при необходимости, непосредственно перед тем, как добавляют группу смешанных видов бактерий (см. выше для получения более подробной информации). Каждую суспензию энергично перемешивают и отбирают образец, для того чтобы определить первоначальное количество бактерий. После отбора образца для подсчета бактерий суспензии обрабатывают 10 м.д. DBMAL, перемешивают, чтобы гарантировать надлежащее смешивание биоцида, и помещают на платформу качалки, чтобы обеспечить постоянное перемешивание. Образцы для подсчета бактерий (посредством определения количества микроорганизмов на чашках Петри) собирают через 2 ч и 24 ч времени воздействия.

Результаты. Как проиллюстрировано на фиг.5, количество бактерий через 2 ч демонстрирует увеличенное ингибирование бактерий при pH 9,0 по сравнению с pH 7,0 и 8,0. Через 24 ч воздействия количества всех бактерий находятся на пределе детектирования (например, log₁₀ значение 1,0).

Эксперимент 2. Hydrocarb 90-76,6% твердых веществ, pH 8,7

Аликвоты образца коммерчески доступной взвеси карбоната кальция, Hydrocarb 90 (Omya), инокулируют группой бактерий, как описано ранее.

После перемешивания, для того чтобы распределить инокулят, образцы дополняют 5 м.д. и 10 м.д. DBNPA или DBMAL. Образцы инкубируют на платформе качалки, чтобы обеспечить постоянное перемешивание и отбирают через 24 ч, чтобы определить количество бактерий. Первоначальные концентрации бактерий выше, чем в предыдущих примерах, из-за количества бактерий, присутствующих в образце до того, как добавляют группу смешанных видов.

Результаты. Популяции бактерий в образцах, обработанных 5 м.д. DBNPA или DBMAL, снижаются сравнительно немного в течение 24 ч воздействия (фиг.6). Однако количество бактерий в образцах, обработанных 10 м.д. DBMAL, снижается более чем на 2,5 порядка величины, в то время как количество бактерий в взвеси, обработанной 10 м.д. DBNPA, снижается приблизительно на 0,5 порядка величины. Таким образом, DBMAL значительно более эффективен, чем DBNPA.

Эксперимент 3

Данное исследование проводят, как описано ранее, за исключением того, что эффективность DBMAL сравнивают с эффективностью DBNPA и CMIT/MIT. Для данного исследования эффективности действия сравнивают, используя однократную дозу, что является типичной обработкой однократной дозой для продуктов в условиях эксплуатации.

Результаты. Результаты (фиг.7) демонстрируют, что после времени воздействия 24 ч однократная доза 20 м.д. DBMAL также эффективна, как 50 м.д. DBNPA или 16 м.д. CMIT. Различие в количествах бактерий при 20 м.д. DBMAL приблизительно на одну четверть порядка величины больше, чем количество бактерий в образцах, которые получали более чем в два раза больше DBNPA. Похожее различие определяется между DBMAL обработанными образцами и образцами, которые получали 16 м.д. CMIT.

В то время как изобретение было описано выше согласно его предпочтительным вариантам осуществления, его можно менять в рамках духа и объема данного описания. Данная заявка, следовательно, предназначена охватить любые изменения, применения или адаптации по изобретению, используя общие принципы, описываемые в настоящем документе. Дополнительно, заявка предназначена для того, чтобы охватить такие отступления от настоящего описания, как подпадает под известную или общепринятую практику в данной области, к которой относится данное изобретение, которые попадают в границы следующей ниже формулы изобретения.

Изобретение относится к способу борьбы с микроорганизмами в водной системе. Способ включает обработку водной системы эффективным количеством соединения формулы I, где водная система имеет величину pH 6,9 или выше. В формуле I X представляет собой галоген; R и R¹ представляют собой, соответственно, гидроксиалкил и цианорадикал (-C≡N), или R и R¹ представляют собой, соответственно, водород и амидорадикал формулы . Способ позволяет эффективно бороться с микроорганизмами в водных системах с повышенными значениями pH. 7 з.п. ф-лы, 7 ил., 6 табл., 9 пр.

1. Способ борьбы с микроорганизмами в водной системе, где способ включает обработку водной системы эффективным количеством соединения формулы I
,
где X представляет собой галоген; и
R и R¹ представляют собой, соответственно, гидроксиалкил и цианорадикал (-C≡N), или
R и R¹ представляют собой, соответственно, водород и амидорадикал формулы
,
где водная система имеет величину pH 6,9 или выше.

2. Способ по п.1, в котором соединение формулы (I) представляет собой 2,2-дибром-2-циано-N-(3-гидроксипропил)ацетамид, 2,2-диброммалонамид или их смеси.

3. Способ по любому из пп.1, 2, в котором водная система имеет величину pH 7 или больше.

4. Способ по п.1, в котором водная система представляет собой воду, охлаждаемую в градирне, технологические масла, воду или жидкости для заводнения или гидроразрыва пород на месторождении нефти и газа или воду или жидкости, добытые вместе с нефтью, буровые растворы на водной основе на месторождении нефти и газа, технологическую воду с бумажного и целлюлозного комбината, систему эксплуатации месторождения нефти и газа, систему транспортировки с месторождений нефти и газа, системы разделения и хранения на месторождении нефти и газа, водные фильтры для воздуха, кипящую воду, сточные воды, водяной балласт, системы фильтрации, краски, полимерные эмульсии, покрытия, взвеси на водной основе и диспергируемые пигменты, связывающие вещества, чернила, соединения склейки, бытовую химию и средства личной гигиены или жидкости на водной основе, используемые в областях применения дубления кожи.

5. Способ по п.1, в котором водная система содержит систему фильтрации на основе мембран, содержащую, по меньшей мере, одну полупроницаемую мембрану, выбранную, по меньшей мере, из одной из: мембран для микрофильтрации, ультрафильтрации, нанофильтрации, обратного осмоса и ионообменных мембран; где способ включает добавление соединения формулы I к подаваемому раствору, после чего следует взаимодействие подаваемого раствора с полупроницаемой мембраной.

6. Способ по п.5, в котором система фильтрации на основе мембран содержит, по меньшей мере, i) одну мембрану для микрофильтрации или ультрафильтрации и ii) по меньшей мере, одну мембрану для нанофильтрации или обратного осмоса.

7. Способ по п.1, в котором микроорганизмы представляют собой бактерии.

8. Способ по п.1, в котором микроорганизм представляет собой вид Legionella, который размножился внутри живой амебы.