DE2459993A1

DE2459993A1 - Neue quaternaere ammoniumsalze der aepfelsaeure und ihre verwendung in der kosmetik

Info

Publication number: DE2459993A1
Application number: DE19742459993
Authority: DE
Inventors: Robert Grignard
Original assignee: Agence National de Valorisation de la Recherche ANVAR
Current assignee: Bpifrance Financement SA
Priority date: 1973-12-21
Filing date: 1974-12-18
Publication date: 1975-07-03
Also published as: BR7410679D0; US3954846A; JPS50111239A; NL7416215A; ES433206A1; GB1443639A; IT1026121B; CH597145A5; SE7416074L; FR2255282B1; BE823700A; FR2255282A1

Description

B e s c hr e,ib mt'g zu;der Patentanmeldung

AUVJlR

Agence Nationale de Valorisation de la Recherche 13, rue Madeleine Michelis» 92522 Neuilly sur Seine _:

Frankreich . ·-■■;.·.

. betreffend:

I'

Neue quaternäre Ammoniumsalze der Apfelsäure und ihre Verwendung in der Kosmetik

Gegenstand der Erfindung-sind;-neue quaternare Ammoniumsalze der Apfelsäure der allgemeinen Formel:.

O

R-N-R,

C - CHOH -

R-N-R.

(D

in der R ein einwertiger aliphatischen gesättigter oder ungesättigter Kohlenwasserstoffrest ist, der 8 bis 20, vorzugsweise 12 bis 18 Kohlenstoff atome enthält; R-j, R₂, R^ können gleich oder verschieden sein und bezeichnen einen niedrigen Alkylrest mit höchstens 4 Kohlenstoffatomen oder einen Arylrest.

— 2 —

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ORIGINAL INSPECTED

1A-45 836

Verwendung
Die Salze finden in der Kosmetik als für den energetischen _ Vorgang"des Zeilstqffwechsels notwendiger" Äpfelsäureionspender. Sie erlauben ein Kesseres intrazellulares Eindringen des Apfelsäureions und"erhöhen"die Stabilität von Cremes und anderen kosmetischen Emulsionen.

Der Rest R ist vorzugsweise ein Lauryl-, Mystryl-, Cetyl- oder Oleylrest und R^, R,, R-, bedeute.n*einen.Methyl-, Äthyl-, Propyl-, Isopropyl- oder Phenyl-_r oder Benzylrest. ... . ......

Man kann die quaternären ..Ammoniumsalze der Apfelsäure durch Umsetzung der Apfelsäure, mit dem entsprechenden Hydroxid des quaternären Ammoniumsalzes

R -

»3

OH"

in wässrigem Medium, in Anwesenheit von Äthanol oder Isopro-

panol herstellen. ^: ■ "^: '" ■

Das dem quaternären Ammoniumsalz entsprechende Hydroxid kann in situ durch Umsetzung des dem quaternären Ammoniumsalz· entsprechenden Halogenids mit vorzugsweise frisch hergestelltem Silberhydroxid im Überschuß bereitet werden, ^: -...;..

ι-

Die neuen quaternären Ammoniumsalze der Apfelsäur© gemäß der Erfindung sind vor allein in der Kosmetik von Nutzen. Es ist

bekannt, daß die Apfelsäure einer der grundlegenden Faktoren des Zellstoffwechsels und als solcher für die Kosmetik von Bedeutung ist, vor allem bei der Herstellung von. Hautpflegecremes„

Die Apfelsäure kann jedoch in freiem oder neutralisiertem Zustand nicht ohne gewisse Vorsichtsmaßnahmen verwendet werden, denn sie greift als Elektrolyt ein und kann, indem sie die Stabilität der Emulsionen beeinträchtigt, deren Zerfall herbeiführen. ¥enn nämlich die elektrische Leitfähigkeit der

^vorzugsweise 509827/0985

'NSPECTED

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wäßrigen Phase der Emulsion zunimmt, so werden die elektrostatischen Ladungen der.Partikel der suspendierten Fettphase kleiner; die abstoßenden Kräfte nehmen infolgedessen ab und können kleiner werden als die van der Waals'sehen Anziehungskräfte, was unvermeidlich zum Brechen der Emulsion führt.

Außerdem ist das intrazellulare Eindringungsvermogen der Apfelsäure, die wasserlöslich, aber in Ölen unlöslich ist, verhältnismäßig schwach.

In dem Bestreben Nachteilen abzuhelfen, wurde vorgeschlagen, anstelle der Apfelsäure fettlösliche Ester dieser Säure zu verwenden, um ein besseres Eindringen des Apfelsäureions in die Zellen zu erreichen. Diese Ester neigen jedoch dazu, in wässriger Lösung zu hydrolisieren, was der Stabilität der kosmetischen Emulsionen schadet. Dazu kommt noch, daß sie weder oberflächenaktiv sind, noch baktericid, noch fungicid.

Il

Die quaternären Ammoniumsalze der Apfelsäure gemäß der Erfindung sind von besonderem Interesse für die allgemeine Hautpflege und in der Kosmetik, insbesondere aus folgenden Gründen:

Sie stellen das für den energetischen Vorgang des Zellstoffwechsels notwendige Apfelsäureion zur Verfügung. Ii

Dieses Apfelsäureion dringt schnell durch den Talg in die Haut ein, dank dem lipophilen Ion des quaternären Ammoniums, an das es polar gebunden ist.

Diese Verbindungen sind, dank ihrem hydrophilen Anion und ihrem lipophilen Kation, hervorragende Tenside; daraus ergibt sich:

Sehr leichtes Auftragen *auf die Hautoberfläche und somit ein besseres Eindringen in die Zellen;

verbesserte Stabilität der Cremes, denen sie einverleibt werden, infolge der verringerten Grenzspannung Fett - Wasser und Abnahme des Volumens der Emulsionströpfchen.

*und Verteilen

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""" 2Λ59993

Diese Verbindungen sind als quaternäre Ammoniumverbindung stark baktericid und fungicid. Sie sind folglich v/irksame Selbstkonservierungsmittel.

Außerdem können sie, weil sie wasserlöslich sind, als wässrige Lösungen zum Beispiel in Haarwasser verwendet werden.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beispiele veranschaulicht.

Beispiel 1
Cetyltrimethylammoniummalat

0 0

CH

CH₃-(CH₂)₁₅-N -CH,

CH,

"0-C-CHOH-CH₂-C-O

CH

H₃C-N-(CH₂)₁₅-CH₃

CH

600 g Silbernitrat wurden in 2,5 1 gereinigtem Wasser gelöst, mit 400 g Natronlauge (d=1,33) versetzt und das Gemisch 30 min unter Lichtausschluß gerührt. Der Silberhydroxidniederschlag wurde abfiltriert, mit Wasser gewaschen und in 3,65 kg einer wässrigen 25 %-igen Cetyltrimethylammoniumchloridlösung suspendiert. Das Ganze wurde 16 h unter Lichtausschluß gerührt, darauf mit 20 1 absolutem Äthanol versetzt und weitere 2 min gerührt; das gebildete Silberchlorid und überschüssiges Silberhydroxid wurden abfiltriert und mit 300 ml absolutem Äthanol nachgewaschen.

Die Mutterlaugen wurden mit 50 g Aktivkohle versetzt, 15 min lang gerührt und dann filtriert und mit 200 ml absolutem Äthanol nachgewaschen.

hydroxid Das erhaltene Cetyltrimethylammonium wurde mit 191 g Äpfelsäure

versetzt und bis zur vollständigen Auflösung gerührt.

- 5 509827/0385

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Der pH-Wert einer wässrigen 1/5 Lösung muß in der Nähe von 6 liegen.

Die Lösung wurde durch Abdestillieren von Äthanol auf etwa 3 1 eingeengt, dann wurde im Vakuum zur Trockne eingedampft (60°C, 15 m Hg).

Cetyltrimethylammoniummalat wurde in Form einer weißen, wachsartigen Masse erhalten, die in Wasser und Alkohol löslich und in Petroläther, Benzol und Cyclohexan unlöslich ist.

Summenformel: C^ 2^I%8^3^N2
Molekulargewicht: 701,25

Zusammensetzung: Cetyltrimethylammonium: 81,17%

Apfelsäureion : 18,83 %

In diesem Beispiel wurde · frisch hergestelltesSilberhydroxid verwendet, um dessen Reaktionsfreudigkeit zu steigern.

Absolutes Äthanol wurde hinzugefügt, um die Schäume zu brechen, die die Konzentration verhindern wurden; man kann Äthanol durch geringere Mengen (etwa 1 1) Isopropanol ersetzen.

Gegebenenfalls kann man anstelle von Silberhydroxid Anionenaustauscher wie Polystyrol mit quaternärem Ammonium (z.B. Amberlit IR A 400), verwenden, um die Chloridionen zu fixieren. Unter diesen Bedingungen sind die Volumina größer und dementsprechend der Alkoholverbrauch höher.

Man kann auch statt vom Chlorid von Cetyltrimethylammoniumbromid ausgehen, wobei man sich einer analogen Herstellungsweise bedient.

Cetyltrimethylammoniummalat wird in der Kosmetik als wässrige 25 gew.-%ige Lösung eingesetzt.

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Die Lösung ist klar, farblos bis hellgelb, praktisch geruchslos, von sehr bittrem Geschmack und schäumt reichlich beim Schütteln.

Der pH-Wert der Lösung liegt bei etwa 6.

Reaktionen zur Identifizierung

1. Beim Versetzen mit Calciumnitrat bildet sich ein viskoses Gel:

1 ml einer 25 %-igen Mälatlösung wurde in einem Reagensglas mit 5 ml Wasser und 1 ml einer wässrigen 30 %-igen Calciumnitratlösung versetzt und darauf gerührt.

Es bildete sich ein viskoses Gel»

2. Die vorige Probe wurde zu starkem Kochen gebracht:

Ein ranziger, für Fettalkohole bezeichnender Geruch entwickelte sich.

Man trennte den obenauf schwimmenden Alkohol ab, Fp 49⁰C.

3. In Anwesenheit von Reagentien mit Kaliumjodbismutit erhält man einen orangefarbenen Niederschlag.

In· einem Reagensglas wurden zu 1 ml 25 %-iger Malatlösung 5 ml Wasser und einige Tropfen des Reagens mit Kaliumjodbismutit

(R) versetzt.

In eine geeichte Phiole von 1000 ml wurden der Reihe nach eingebracht:

20,8 g fein gepulvertes Wismut

38,1 g Jod

200 g Kaliumiodid (R)
600 ml Wasser.

Es wurde bis zum völligen Auflösen (ca. 30 min) gerührt und das Volumen bis zu 1000 ml mit Wasser aufgefüllt.

Ein orangefarbener Niederschlag und eine orangene Färbung traten

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4. In Gegenwart von VS Blau (CI 42045) erhält man Lösungen, deren blaue Farbe durch organische Lösungsmittel extrahierbar ist. ·

5 ml einer wässrigen 1/1000 Verdünnung der 25 %igen Cetyltrimethylammoniummalatlö.sung wurden in einem Reagensglas versetzt mit:

5 ml einer wässrigen Lösung, die 0>2 mg/ml VS-Blau enthielt. VS-Blau (CI 42045) ist das Natriumsalz von

/ÖC - (p-( dime thylamino) phenyl) -disulfobenzyliden-2,4 ~/ -4 cyclohexadien - 2,5-yliden-il - diäthylammonium

1 ml Salzsäure (R) 0,05 η
10 ml eines Gemisches aus

Benzol 65 Vol.-Teile
sek.Butanol . 35 Vol.-Teile

Man rührte und ließ absitzen.

Die obere Lösungsmittelschicht färbte sich türkisblau, während in einer kein Cetyltrimethylammoniummalat enthaltenden Vergleichsprobe sich keine Färbung einstellt.

5 09827/0985

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5. Beim Versetzen mit Ferrichlorid erh.ält man eine gelbe Färbung:

1 ml 25 %-ige Malatlösung wurde In einem Reagensglas mit 5 ml Wasser und 2 Tropfen einer 26 %-igen Ferrichloridlösung

(R) versetzt.

Eine gelbe Färbung wurde sichtbar.

6. Beim Versetzen mit dem sulfonaphtolischen Reagens erhielt man eine grüngelbliche Färbung, die dann in Gelb und bei Verdünnen mit Wasser in Orange übergeht.

1 ml 25 %-ige Malatlösung wurde in einem Reagensglas mit 2ml sulfonaphtolischen Reagens (1 g ß-Naphtol in 100 g konzentrierter Schwefelsäure (R) versetzt und langsam erwärmt. Eine grünlich-gelbe Färbung wurde sichtbar, die in Gelb überging und beim Verdünnen mit Wasser in Orange,

Man kann die Cetyltrimethylammoniummalatlösung durch Potentiometrie in wasserfreiem Eisessig wie folgt titrieren:

In einem 100 ml Becherglas wird etwa 1 g Malatlösung, bis auf 0,1 mg genau gewogen, vorgelegt, 80 ml wasserfreie Essigsäure - Eisessig - (R) hinzugefügt und bei Atmosphärendruck bis zu etwa 40 ml eingeengt, um das Wasser azeotrop abzutreiben.

Man titriert potentiometrisch unter Verwendung von 0,1 η Perchlorsäure in Eisessig-Medium gemäß der Gleichung:

Gehalt % = 100

P · 3C

in der:

η = Normalität der Perchlorsäure (0,1) V = Volumen in ml der verwendeten Perchlorsäure M = Molekulargewicht von Cetyltrimethylammoniummalat (701,25) P = Gewicht der Probe in mg

χ = Wertigkeit des Malations im ^etyltrimethylammoniummalat (2)

Gehalt % = ~ . 3 506,25

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Beispiel 2
Lauryltrimethylammoniummalat

H₃C-(CH₂)₁₁-N - CH₃ CH,

0 - C-CHOH-CH₂-C-O

CH-

Z)

Man verfuhr wie im Beispiel 1 beschrieben, wobei man 227,6 g Apfelsäure und 3576 g einer wässrigen 25 %-igen Lösung aus Lauryltrimethylammoniumchlorid verwendete.

Man erhielt Lauryltrimethylammoniummalat in Form einer weißen, wachsartigen, schmackhaften, weichen Masse, die in Wasser und in Äthanol löslich ist.

Summenformel: C₇^KU₂Ot-N₂ Molekulargewicht: 589,25

Zusammensetzung: Lauryltrimethylammoniumion 77,60 %

Apfelsäureion ' 22,40 %

Das Lauryltrimethylammoniummalat wurde in Form einer wässrigen 25 gew.-%igen Lösung eingesetzt.

Diese Lösung war klar, farblos bis hellgelb, praktisch geruchlos, von sehr bitterem Geschmack und schäumte reichlich beim Schütteln. Ihr pH-Wert betrug etwa 6.

Es wurden die gleichen Nachweisreaktionen durchgeführt wir für die Verbindung des Beispiels 1. Der bei der zweiten Reaktion abgetrennte, obenauf schwimmende Alkohol hatte einen Schmelzpunkt von 24⁰C.

- 10 -

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Beispiel 3
Cetyldimethylbenzylammoniurnmalat

CH₇,

H₃C-(CHg)₁5 -N-C₆H₅
CH,

0-C-CHOH-CH₂-C-O

CH-

H₅C₆-N-(CH₂

Man verfuhr wie im Beispiel 1, verwendete jedoch 162,5 g Apfelsäure und 3 696 g 25 ?£-ige wässrige Lösung von C etyl dimethylbenzylammoniumchlorid,

Das Cetyldimethylbenzylammoniummalat wurde in Form eines weißen Pulvers erhalten, das eine wachsartige Konsistenz besaß und in Wasser und Alkoholen löslich ist.

Summenformel:

C₅₂H₉₂O₅N₂

Molekulargewicht: 825,25

Zusammensetzung: Cetyldimethylbenzylammoniumion

Apfelsäureion

84,0 % 16,0 %

Das Cetyldimethylbenzylammoniummalat wurde in Form einer wäßrigen 25-gewoxigen Lösung eingesetzt. Die Lösung war klar, farblos bis hellgelb, praktisch geruchlos, hatte einen sehr bittren Geschmack und schäumte reichlich beim Schütteln. Der pH-Wert der Lösung betrug etwa 6.

Es wurden die gleichen Nachweisreaktionen durchgeführt wie bei der Verbindung des Beispiels 1 und zusätzlich folgende Reaktion:

In eine wässrige Cetyldimethylbenzylammoniummalat-Lösung wurde ein Reagenspapier mit Methylenblaujodquecksilber eingetaucht; man beobachtete eine Bewegung des Jodquecksilberanions und die blaue Färbung diffundierte in die Lösung.

- 11 -

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• - 11 -

Beispiel 4
Lauryldimethylbenzylammoniummalat

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CH₃

-(CH₂) _ΛΛ -N-

CH

0-C-CHOH-CH₂-C-O

CH,

^H5^C6"^N-^(CH2⁾11"^CH3

CH,

Man verfuhr wie im ersten Beispiel, setzte jedoch 188 g Apfelsäure und "3 646 g wässrige 25 ?6ige Lauryldimethylbenzylammoniumchloridlösung um.

Das Lauryldimethylbenzylammoniummalat wurde in Form einer weißen, wachsartigen Masse, die in Wasser und Alkoholen löslich ist, erhalten.

Sumraenformel:

Molekulargewicht: 713,25

Zusammensetzung: Lauryldimethylbenzylammoniumion

r,

'Apfelsäureion

18,52 % 81,48 %

Das Lauryldimethylbenzylammoniummalat wurde in Form einer wässrigen 25 %±gen Lösung eingesetzt. Diese Lösung war klar, farblos bis hellgelb, praktisch geruchlos, hat einen sehip bittren Geschmack und schäumte, reichlich beim Schütteln.'

Der pH-Wert betrug etwa 6.

Die Nachweisreaktionen waren die gleichen wie bei der Verbindung des Beispiels 2; zusätzlich wurde die Reaktion mit Methylenblaujodquecksilber gemäß Beispiel 3 durchgeführt. Die blaue Färbung diffundierte in die Lösung.

Die Verwendung der quaternären Ammoniumsalze der Apfelsäure in der Kosmetik, gemäß der Erfindung, wird nachstehend veranschaulicht. Die kosmetischen Präparate· enthalten etwa 0,5 bis 3 Gew.-% quaternäre Ammoniumsalze der Apfelsäure.

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Rezept für eine Hautpflegecreme

Gew.-Teile

Cetyltrimethylammoniummalat (25 %ige wäßrige Lösung) 40

Phytohormone 2

Natürliche oder künstliche Fettstoffe:

Avogadöl 80

Palmsäuremono- und diglyceride 60

Stearinsäuremono- und diglyceride 60

Isopropylmyristat 20

Octyl - 2-dodekanol 130

Monostearinsäureester des Glycerins 5

Nichtionogene Tenside:

Polyglykolether des Cetylalkohols 5

Polyglykolether des Stearylalkohols 5

Polyglykoläther des Oleinalkohols 10

Stabilisierungsmittel: Undecylen-diäthanolamid 2 Parfüm ' 3

Bidestilliertes Wasser 578

1

Rezept für ein Haarwasser

Gew.-Teile

Cetyltrimethylammoniummalat (25 %ige wäßrige Lösung)

Panthenol Parfüm Farbstoff Destilliertes Wasser q.s. für

Rezept für ein Haarwasser

Lauryltrimethylammonium (25 %ige wäßrige

Lösung)

Panthenol

Parfüm q,_£

Farbstoff

80	2
	S.
q.	S.
q.	Liter
1	-Teile
Gew.

q.s. Destilliertes Wasser ad 1 Liter

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1A-45

459993

Rezept für eins hydratisierende Creme

Cetyldimethylbenzylammoniummalat (25 %ige

wäßrige Lösung)

Hydratisierende Proteine

Natürliche oder künstliche Fettstoffe:

Ivorin

Mandelöl

Stearinsäurediglycerid

Isopropylmyristat

n-Dekanol

Nichtionogene Tenside:
Polyglykoläther des Oleinalkohols Polyglykoläther des Cetylalkohols Polyglykoläther des Stearylalkohols

Stabilisierungsmittel:' Undecylen-diäthanolamid 2 Gereinigtes Wasser · 586

Parfüm 2

Gew	.-Teile
	20
	10
	20
	60
1	20
	20
1	30
	10
	10
	10

1 000

Rezept für ein behandelndes Haarpflegeshampoo

Gev/.-Teile

Lauryldimethylbenzylammonium (25 ?£ige wäßrige

. Lösung) 20

Triäthanolaminlaurylsulfat (40 %±ge Lösung) 500

Laurinsäurediäthanolamid 200

Parfüm 2

Gereinigtes Wasser und Farbstoff 278

Patentansprüche:

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ORIGINAL INSPECTED

Claims

Patentansprüche

M./ Quaternäre Ammoniumsalze der Apfelsäure der allgemeinen Formel:

R-N-R,

R-N-R,

(D

in der:

R ein aliphatischer, einwertiger gesättigter oder ungesättigter Kohlenwasserstoffrest mit 8 bis 20, vorzugsweise 12 bis 18 Kohlenstoffatomen ist und R,,, Rp, R^ gleich oder verschieden sind und für einen niedrigen Alkylrest mit bis zu 4 Kohlenstoffatomen oder für einen Arylrest stehen.
2. Verbindungen nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ze i.c hn e t , daß in der Formel R der Lauryl-, Myristyl-, Cetyl- oder Oleylrest ist und R₁, R₂, R-, einen Methyl-, Äthyl-, Propyl-, Isopropyl-, Phenyl- oder Benzylrest bezeichnen.
3. Cetyltrimethylammoniummalat nach Anspruch 1.
4. Lauryltrimethylammoniummalat nach Anspruch 1.
5. Cetyldimethylbenzylammoniummalat nach Anspruch 1.
6. Lauryldimetliylbenzylammoniummalat nach Anspruch 1.
7. Verfahren zur Herstellung der Verbindungen nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet , daß man unter geeigneten

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Reaktionsbedingungen Apfelsäure mit dem dem quaternären Ammoniumsalz entsprechenden Hydroxid in wässrigem Medium und in Anwesenheit von Äthanol oder Isopropanol zur Umsetzung bringt und das gebildete Salz isoliert.
8. Kosmetisches Mittel, dadurch gekennzeichnet , daß es mindestens eine Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 als Wirkstoff enthält.
9. Mittel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es einen natürlichen oder synthetischen Fettstoff als Träger und den Wirkstoff in einer Menge von etwa 0,5 bis 3 Gew.-% enthält.

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ORIGINAL INSPECTE