抗菌组合物及其使用方法

专利名称：抗菌组合物及其使用方法
概括地说本发明涉及抗菌组合物及其使用方法。一方面，本发明涉及到的抗菌组合物含有一种包括在水处理、纸浆和纸的制作及油田注水的各种应用中有用的高活性杀菌剂;另一方面，本发明揭示了一种含有2，2-二溴-2-硝基乙醇作为主要活性杀虫剂的抗菌组合物。
杀菌剂通常被用在各种工业产品及过程中微生物生长的控制，包括冷却水、造纸、油田注水、消费品等等。虽然现在已有许多杀菌剂，但没有一个在所有情况下是完全有效的，并且在加工、毒物学、活性谱、价格等方面可能还有不希望有的特性。
含有双卤化硝基部分的化学化合物是已知的杀细菌和杀真菌剂。已由W.R.Bowman和R.J.Stretton著的“一系列卤化硝基化合物的杀菌活性”(AntimicrobialAgentsandChemotherapy，2504-505(1972))，和N.G.Clark，B.Croshaw，B.E.Leggetter，和D.F.Spooner.合著的“脂肪族硝基化合物的合成和抗菌活性”(J.Med.Chem.，17977-981(1974))报导。
各种双卤化硝基化合物已经被合成，且进行了抗菌活性的试验。然而与这类化合物的其余部分相比，没有一个显示出突出的活性，已经找到的最有效的化合物是2-溴基-2-硝基-1，3-丙二醇。这个化合物以“溴硝丙二醇”的名字已被市售，并在需要抗菌剂的各个领域中广泛地应用。
如上所述，石油和天然气工业是抗菌剂特别有用的一个领域。例如，1987年6月10日公开的英国专利申请GB2，183，477A中，描述了被指明适用于油井或天然气井抗硫酸盐还原细菌的新型固体抗菌组合物，这些组合物被指出是固体硝基链烷醇，以2-溴-2-硝基丙烷-1，3-二醇为最好。
众所周知，由于伴随细菌菌落，特别是硫酸盐还原菌克隆的生长而产生酸，会使油井的管道被腐蚀。这些菌落能在有油存在的水中生长，因而能传染整个油井系统。
该申请中也指出，在收集天然气中会存在一个相同的问题。在天然气管道中会形成水滴，细菌菌落能在此生长，导致腐蚀的条件。
因此，在天然气的回收中和在采用注水作业的油井中，通常采用一种抗菌化合物来阻止或至少减少腐蚀，该文献进一步指出，使用抗菌组合物来抑止细菌生长的已知化合物和方法是不完全令人满意的，任何一种被使用的化合物必须对于例如Desulfovibriodesulfuricans这样的硫酸盐还原菌具有高度的抗菌活性。
公开在该文献的发明的新颖性看来在于应用了固体形式的硝基链烷醇，它可在水中溶解、崩解或分散，而在油中不能。硝基链烷醇能很快穿过井中的油层，并到停留细菌的密度更大的水层中去。
虽然该英国文献承认在文献中缺乏在这种特殊应用中作为抗菌剂是令人满意的已知化合物，并提议用硝基链烷醇克服上述缺陷，但没有指出已公开的其他化合物具有意外的性质，尽管溴硝丙二醇被认为是优选的化合物。因此发明人似乎将所公开的所有成员平等看待，因为对于打算达到目的，它们大体上是等同的。
1962年3月6日E.O.Bennett等人公布的美国专利3，024，192也公开了一种用于从含油的地下结构中回收油时注水方案的改进方法，该方法利用了一种卤化硝基链烷醇，例如2-溴-2-硝基-1，3-propandiol，2-氯-2-硝基-1-丁醇等等。
因此，实施本发明将实现下列的一个或多个目的。本发明的一个目的是提供一种杀菌组合物，它在低浓度的活性成份下就是有效的。本发明的另一个目的是提供一种快速有效、且能用于各种广泛用途的杀菌组合物。本发明还有一个目的是提供含有一种主要活性成份，2，2-二溴-2-硝基乙醇的杀菌组合物。另一个目的是提供用于杀死或抑制在工业冷却水系统中有机物生长的方法。本发明还有一个目的是提供一种用于杀死或抑制纸浆和纸生产过程中有机物生长的方法。本发明还有一个目的是提供在广泛的各种有机物的处理中利用上述新型组合物的方法。再一个目的是提供一种用于燃料防腐的杀菌剂。另一个目的是提供一种杀死或抑制在石油和天然气采集系统的金属部件中硫酸盐还原细菌生长的方法。这些和其他一些目的依靠以下给出的教导对于那些本领域的技术人员将变得显而易见。
广义地看，本发明涉及到一种其中含有活性成份2，2-二溴-2-硝基乙醇的抗菌组合物，本文下面也称之为“DBNE”。本发明还涉及到在各种应用领域对于上述组合物的使用，特别是用于在相当短的时间周期内要求具有高杀菌活性的油田注水操作和工业冷却水处理中。
如上所述，在现有技术中硝基链烷醇用作抗菌剂是已知的。然而，在这一类化合物中，在文献中没有指出任何一个除溴硝丙二醇以外的特定的硝基链烷醇的成员具有任何意想不到的或令人惊奇的性质。
因此，现已意外地和惊奇地发现2，2-二溴-2-硝基乙醇(DBNE)是一种高活性抗菌剂，并当它以抗菌组合物形式，甚至以单一的活性成份存在时，大大优于该文献公开的这一类型中的包括溴硝丙二醇在内的其他卤化硝基链烷醇。
在对溴硝丙二醇活性的研究中，发现粗等级的溴硝丙二醇实质上比高纯度溴硝丙二醇具有更大的杀菌活性。产品的色谱分析显示出存在一种低含量的杂质。在分离的基础上用化学和光谱的方法识别了这物质的特性，且被鉴定它是DBNE。进一步的研究揭示，特别是该杀菌剂与微生物简单地接触之后的测量显示该化合物表现出的杀菌活性远超过溴硝丙二醇。在一些实例中，如以下所要表明的那样，这个化合物能完全杀死某些生物，而溴硝丙二醇基本上无效。因此，在本发明之前，没有人认识到这个特定的卤化硝基链烷醇具有意外的抗菌活性。
所以，发现当DBNE作为主要抗菌剂被用于一个抗菌组合物中时，这些组合物就提供了超过现有技术的卤化硝基链烷醇的活性是令人惊奇的。
事实上，DBNE可以以单独一种杀菌剂的形式或与其他杀菌剂，包括其他的卤化硝基链烷醇在内的杀菌剂相组合物的形式被用在抗菌组合物中。因此，本发明的抗菌组合物包括(A).一种抗菌有效量的、从以下组中选择的至少一个杀菌剂(a).2，2-二溴-2-硝基乙醇，(b).2，2-二溴-2-硝基乙醇和至少一种其他的卤化硝基链烷醇杀菌剂，(c).2，2-二溴-2-硝基乙醇和至少一种其他的非卤化硝基链烷醇杀菌剂。
附加条件是，当使用杀菌剂(b)时，2，2-二溴-2-硝基乙醇在总活性杀菌剂中至少约占重量百分比的10%，和(B).一种从抗菌角度可接受的载体。
当该组合物主要由DBNE组成时，它能经约0.5%-99%的重量百分比(以该抗菌组合物的总重量为基础)的浓度存在。当与非卤化硝基链烷醇的其他杀菌剂一起使用时，DBNE的含量可从约1%～99%(重量百分比)，最好是总组合物重量百分比的约1～约10%。在上面指出的那些实例中，当DBNE与其他卤化硝基链烷醇(如溴硝丙二醇)一起使用时，它的含量至少是全部杀菌活性的卤化硝基链烷醇成份的约10%(重量百分比)，最好至少占50%(重量百分比)。
能与DBNE结合使用的其它杀菌活性成分包括诸如戊二醛，异噻唑啉、亚甲基-双(硫氰酸酯)，2，2-二溴-3-次氮基丙酰胺，季铵化合物等这样的化合物。
业已指出，本发明的抗菌组合物包括DBNE作为其中至少一个杀菌活性成份和一个杀菌可接受的载体。这种载体可以是无机的或有机的，可以是使DBNE在其中溶解或分散的固体或液体稀释剂。由于DBNE在水中可溶解高达6-8%，因此该杀菌组合物可以是水溶液的形式。对于其他浓度的DBNE，载体可以包括但不限于有机化合物如碳氢化合物、卤化碳、包括二氯化甲烷、醇、二元醇、醛类、酮类、高分子量二元醇等等和无机化合物如硅藻土，浮石等等。载体和杀菌活性成份的混合可以由该领域中已知技术使用方便的材料加工设备进行。
本发明使用的活性组份，2，2-二溴-2-硝基乙醇可以用文献公开的几种方法中的一种方便地制备。例如，在1973年1月16日对德国人R.Wessendorf公布的美国专利3，711，561中，公开了一个制备如下分子式的溴硝基乙醇的方法
其中R1是氢、甲基或卤代甲基，R2是氢、甲基和可以用诸如R1-CH2OH这样的至少一个氢氧基取代的乙基。
该被指出的分子式的 醇是由分子式为R1-CHO的一种醛、其中R1如上定义的，与一个分子式为R3-CH2NO的硝基链烷醇、其中R3是氢、甲基和乙基以及一种碱金属氢氧化物起反应而制备。然后上述硝基醇的金属碱盐的水溶液与溴起反应。
取决于所用的醛和硝基乙醇的比例关系，可以获得一羟基化合物或二醇。因此，例如靠硝基甲烷与1当量的甲醛起反应，随后是溴化作用，便可获得2，2-二溴-2-硝基乙醇。
一个用于生产二溴硝基化合物的方法，由M.Watanabe等人于1988年2月2日公布的美国专利4，723，044中公开，该专利转让给日本东京的PermachemAsia有限公司。其中公开的反应包括用甲醛或乙醛在有碱的情况下缩合硝基甲烷。碱的量至少是每摩尔的硝基甲烷1.5摩尔。随后，在不分离该产物的情况下，用溴来处理该反应混合物，回收该二硝基化合物。
如上所述，本发明的组合物对各种微生物有效。在实践中，以一个“抗菌有效量”来使用含有DBNE的组合物。本说明书和所附的权利要求中到处使用的这一术语是指这样一个量，与相似的但未经处理的系统相比，该量能有效地杀死至少90%的与之接触的微生物或抑制它们的生长。一般，组合物的这个量是变化的，取决于它是以固体、液体或被分散形式的哪种形式被应用。
实践中，抗菌组合物总是以在被处理的液体中该活性杀菌组分足以达到从约0.5至1000ppm，最好是从2至100ppm的浓度被使用，也可以采用高于或低于这些范围的量，并且，当然是取决于各自的具体情况。
本发明的抗菌组合物能有效地抑制一个广谱的微生物，包括革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌、酵母、真菌、霉菌和藻类。该组合物作用迅速，并且比溴硝丙二醇，现有技术中公开的最佳卤化硝基链烷醇有效几十至几百倍。
能用本发明抗菌组合物有效处理的示例微生物包括但不限于以下这些细菌(革兰氏阳性或革兰氏阴性)绿脓假单胞菌萤光假单胞菌金黄色酿脓葡萄球菌大肠杆菌脱磺弧菌Legionellapneumophila酵母白色念珠菌酿酒酵母真菌黑曲霉Cephalosporiumacremonium点青霉Aureobasidiumpullulans藻类普通小球藻EuglenagracilisSelenastrumcapricornutum该组合物在微生物与之接触后还在一个非常短的时间内有效。在杀菌剂与微生物之间的接触是相当短暂的工业过程中迅速地杀死微生物是特别重要的。这样一些过程的实例包括(1)冷却水和纸浆(包括白水)的处理，在这种处理当中，一部份水被周期性地去除而用新的水来补充使得杀菌剂在它加入后的几个小时内损失。(2)糖加工和油田注水，其中杀菌剂被用于一个“单向”系统中，相互接触的典型时间是15分钟至4小时，(3)硬表面消毒，其中消毒剂与该表面的接触少于约10分钟。
除了杀菌速度之外，在许少过程中，长时间接触情况下，杀菌的程度也是重要的。实例包括(1)燃料、颜料、软膏和消费品的防腐;(2)在反复循环的工业液体中微生物的控制，例如，金属加工液体和封闭管道中的冷却水系统。
在以下的实例中，通过与溴硝丙二醇和戊二醛的比较，证明了对各种各样微生物的有效性。
在这些实例中选择一些特定的菌株代表各种类型的微生物，这些菌株包括生物体类型绿脓假单胞菌革兰氏阴性细菌金黄色酿脓葡萄球菌革兰氏阳性细菌白色念珠菌酵母黑曲霉霉菌(无性)黑曲霉霉菌(孢子)Chlorellasp藻类去磺弧菌硫酸盐还原细菌实例1-10DBNE作用于细菌、酵母和真菌(无性繁殖型和孢子型)在这些实例中，微生物的一些纯的已知菌株被用于试验杀菌剂的一般有效性。
一小部分纯原种培养物在适当类型的营养琼脂上划痕(表Ⅰ)并使之生长。一个所得到的单一菌落通过血清学接种环在一个新的琼脂板上划痕。这个过程在杀菌剂实验中使用该微生物之前被再重复一次。
使上述最后的平板或肉汤培养物生长适当的时间周期(见表Ⅰ)，然后收获备用。
表Ⅰ生物体(ATCC＃号) 培养基★培养绿脓假单胞菌(15442)BHI琼脂24小时金黄色酿脓葡萄球菌(6538)BHI琼脂24小时黑曲霉，菌丝(16404)PD肉汤8天(振荡)黑曲霉，孢子(16404)PD琼脂8天白色念珠菌(10231)YM琼脂24小时＃美国典型培养物保藏中心★BHI＝脑心浸出液PD＝马铃薯葡萄糖YM＝酵母麦芽浸出液通过加10ml的灭菌盐水、轻轻地搅拌，并用一个灭菌注射器取出所得的细胞悬浮液来采集平板，该悬浮液用无菌盐水稀释，以得到含有大约108cfu/ml的这种悬浮液的接种物，在下述的实验中的每个试管内用上述悬浮液(0.1ml)接种。
除去将大约10μl的非离子型表面活化剂加到用于浸没平板的盐水中不同外，使用同样的方法来采集孢子平板。
霉菌菌丝(即无性繁殖细胞)用对肉汤培养物的匀浆被收获。然后得到的混合物不需要进一步处理便用作接种物。在下述实验中的每个试管中用上述悬浮液(500μl)接种。
杀菌剂在一些含有10ml、0.1M、PH7的磷酸盐缓冲液的试管中被逐次稀释。除此以外，一个试管中不含杀菌剂，以便对照。
适当剂量的接种物(与上述相同)加入到这个试管中，而且可以放在室温下。在1、3、7和24小时后，取出等分试样，并通过倾注一系列稀释液的覆盖层来测定。
最小杀死浓度(MCCs)定义为杀菌剂在一个给定接触时间下足以达到检测不到一种给定微生物的生长的最小浓度(以ppm为单位)，在1和24小时之后获得的这个结果分别列在下列表Ⅱ和表Ⅲ中。
表Ⅱ与溴硝丙二醇和戊二醛比较1小时的MCCs＊实例微生物DBNE溴硝丙二醇戊二醛1A4＞＞70502B＞32＞＞80＞503C32＞＞128＞＞1004D32＞＞512＞＞1005E64＞＞1024＞＞1024A-绿脓假单胞菌B-金黄色酿脓葡萄球菌C-白色念珠菌D-黑曲霉(营养体)E-黑曲霉(胞子)＊ppm a.i(活性组分)＞意指在试验的最高浓度条件下，没有达到完全杀死，但是微生物的总数至少减少99%。
＞＞意指在试验的最高浓度条件下，微生物的总数没有减少。
表Ⅲ与溴硝丙二醇和戊二醛的比较24小时的MCCs实例微生物DBNE溴硝丙二醇戊二醛6A28507B＜180-160108C＜4＜128＜1009D8＜512＞10010E1664500A-绿脓假单胞菌B-金黄色酿脓葡萄球菌C-白色念珠菌D-黑曲霉(营养体)E-黑曲霉(孢子)＞意指在试验的最高浓度条件下，没有达到完全杀死，但是微生物的总数至少减少99%。
＜意指在试验的最低浓度条件下实现了全部杀死。
实例11-16DBNE作用于硫酸盐还原细菌把Desulfovibrio desulfuricans Midcontinent A菌株被接种到SRB小瓶中，使之生长一星期，以便提供一个接种物。在杀菌剂灭菌的前两天，上述接种物的0.1ml等分试样被加入到一些新的试验小瓶中，这些小瓶在37℃下生长2天，以提供含有每毫升107-8细胞的混合物。在马上就要进行杀菌剂实验之前，上述这些试验小瓶用氩气鼓泡大约90秒以驱除多余的硫化氢。然后，加入杀菌剂，以提供1，5，10，25，50，100，250和500ppm浓度的活性组份。除此之外，一个小瓶不放杀菌剂以作对照。所有的试验均一式二份地进行。在1小时之后从每个小瓶中取出等分试样(0.1ml)。再传代培养进入新的SRB小瓶中，然后这些小瓶被放置到孵化箱中，48小时后观察其生长(测量小瓶的黑度)。被报导的最小杀死浓度是一个给定杀菌剂在相应的传代培养瓶中出现不生长的最小浓度。
下表Ⅳ中将列出这些结果表ⅣDBNE与商售杀菌剂的比较实例杀菌剂1小时MCC(ppm活性)11丙烯醛5012 Thiocarbamate＊50013Cocodiamineacetate10014DBNE515戊二醛5016 Quaternary ammonium＊＊50(ADBAC)试验的浓度1，5，10，25，50，100，250，500ppm。
试验生物体脱磺弧菌MidcontinentA菌株＊Thiocarbamate＝二甲基二硫代氨基甲酸钠(15%)+二(二硫代氨基甲酸)亚乙基二钠(15%)的混合物
＊＊Quaternary ammonium compound＝烷基(68%C-12，25%C-14，7%C-16)二甲基苄基铵氯化物。
实例17-19DBNE作用于藻类把Chlorellasp.培养物接种到在一个灭菌摇动长颈瓶中的50ml灭菌Bold基本介质(BBM)中，将该混合物封于瓶中，在陀螺旋转器中在人造阳光下于20℃生长6天。所得的培养物在以下的试验长颈瓶中作为接种物使用。
把适当剂量的杀菌剂加入到在一些灭菌试验长颈瓶中的45ml的BBM中，以提供如下每种杀菌剂的浓度溴硝丙二醇5，10，20，40和80ppm。
DBNE1，2，3，4和5ppm。
戊二醛10，20，40，80和160ppm。
然后将上述的接种物(1.0ml)加入每一个长颈瓶，并把这些长颈瓶放回到光照下的震荡器上5天。在那之后，观察长颈瓶中的生长(浊度)。在以下的表Ⅴ中报导的最小抑制浓度是杀菌剂阻止长颈瓶中生长的最小浓度。
表Ⅴ几种杀菌剂作用于藻类的比较实例化合物最小抑制浓度17DBNE4ppm18溴硝丙二醇80ppm19戊二醛80ppm该表中的数据表明，杀菌剂和微生物之间接触1小时之后，DBNE完全杀死除金黄色酿脓葡萄球菌(其总数减少大于99%)之外的所有微生物，而溴硝丙二醇对任何试验生物体上基本上没有作用。在接触24小时之后，DBNE比溴硝丙二醇效力大4倍到大于100倍，甚至完全杀死酿脓葡萄球菌。对于藻类，DBNE比溴硝丙二醇有效20倍以上。
虽然本发明已经用前面的一些实施例做了介绍，但不能介释为限制于这里所使用的材料。而应当是本发明涉及到以前面公开的同类的范围，在不脱离本发明要旨和范围的情况下，还能作出的各种改进和实施方案。
权利要求
1.一种用于在流体中抑制微生物生长的抗菌组合物，所述组合物包括(A).一种抗菌有效量的从以下构成的组中选择出的至少一种杀菌剂(a)2，2-二溴-2-硝基乙醇(b)2.2-二溴-2-硝基乙醇和至少一种其他的卤化硝基链烷醇杀菌剂，(c)2，2-二溴-2-硝基乙醇和至少一种其他的非卤化硝基链烷醇杀菌剂。条件是当使用杀菌剂(b)时，2，2-二溴-2-硝基乙醇至少占总活性杀菌剂的约10%重量百分比，和(B).一种杀菌可接受的载体。
2.权利要求1的抗菌组合物，其中所述杀菌剂是2，2-二溴-2-硝基乙醇。
3.权利要求1的抗菌组合物，其中2，2-二溴-2-硝基乙醇与至少一种其它杀菌剂结合使用。
4.权利要求1的抗菌组合物，其中所述的杀菌剂是2，2-二溴-2-硝基乙醇加上至少一种其它的卤化硝基链烷醇杀菌剂。
5.权利要求1的抗菌组合物，其中所述的杀菌剂是2，2-二溴-2-硝基乙醇加上至少一种其他的非卤化硝基链烷醇杀菌剂。
6.权利要求2的抗菌组合物，其中所述的杀菌剂在所述组合物的含量从约0.5%-约99%重量百分比。
7.权利要求5的抗菌组合物，其中所述的2，2-二溴-2-硝基乙醇杀菌剂在所述组合物中的含量从约1～约99%(重量百分比)。
8.权利要求5的抗菌组合物，其中所述的2，2-二溴-2-硝基乙醇杀菌剂在所述组合物中的含量从约1～约10%的重量百分比。
9.权利要求1的组合物，其中所述的载体是液体。
10.权利要求9的组合物，其中所述的液体从水、乙醇和惰性有机化合物中选择。
11.权利要求1的组合物，其中所述的载体是固体。
12.权利要求1的组合物，其中所述的固体从高分子量二元醇和硅藻土中选择。
13.用于杀死或抑制在流体中微生物生长的方法，它包括用抗菌有效量的一种组合物与所述流体接触，所述组合物由以下构成的组中选出的至少一种杀菌剂组成(a)2，2-二溴-2-硝基乙醇，(b)2，2-二溴-2-硝基乙醇和至少一种其他的卤化硝基链烷醇杀菌剂，(c)2，2-二溴-2-硝基乙醇和至少一种其他的非卤化硝基链烷醇杀菌剂。条件是当使用杀菌剂(b)时，2，2-二溴-2-硝基乙醇至少占总活性杀菌剂重量比的约10%。
14.权利要求13所述的方法，其中所述的杀菌剂是2，2-二溴-2-硝基乙醇。
15.权利要求13所述的方法，其中2，2-二溴-2-硝基乙醇至少与一种杀菌剂结合使用。
16.权利要求13所述的方法，其中上述杀菌剂是2，2-二溴-2-硝基乙醇加上至少一种其它非卤化硝基链烷醇杀菌剂。
17.权利要求13的方法，其中所述的杀菌剂与一种抗菌可接受的载体结合使用。
18.权利要求14的方法，其中所述的杀菌剂在上述组合物中的含量从约0.5-约99%的重量百分比。
19.权利要求14的方法，其中所述的微生物是从革兰氏阴性细菌、革兰氏阳性细菌、霉菌、真菌、病毒和藻类类型中选择。
20.如权利要求13所述的杀死或抑制微生物生长的方法，其中所述的流体是一种液体介质。
21.如权利要求13所述的杀死或抑制微生物生长的方法，其中所述的流体是冷却水系统。
22.如权利要求13所述的杀死或抑制微生物生长的方法，其中所述的流体是纸浆和纸生产中所使用的液体。
23.如权利要求13所述的杀死或抑制微生物生长的方法，其中所述的流体是在油井注水作业中所使用的液体。
全文摘要
含有2，2-二溴-2-硝基乙醇的抗菌组合物起作用快、且比其他卤化硝基链烷醇更为有效。而且在对工业冷却水、纸浆和纸的制造、以及对油气井的回收中抑制含硫还原细菌的生长特别有效。
文档编号A01N33/20GK1041512SQ8910836
公开日1990年4月25日 申请日期1989年9月30日 优先权日1988年9月30日
发明者乔纳森·莱德 申请人:联合碳化化学品及塑料有限公司