DE60124694T2

DE60124694T2 - Verbesserte lipidzusammensetzungen und darin enthaltene derivate des 3-methoxybenzylthioharnstoffs

Info

Publication number: DE60124694T2
Application number: DE60124694T
Authority: DE
Inventors: Thomas P. Peoria Abbott; Alan Northbrook Wohlman
Original assignee: Fanning Corp Chicago; United States, Peoria; Fanning Corp; US Department of Agriculture USDA; Government of the United States of America
Current assignee: United States, Peoria Ill Us; Elementis Specialties Inc
Priority date: 2000-05-10
Filing date: 2001-04-23
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2021-04-24
Also published as: TR200201608T3; US6653505B2; CA2406533C; CA2406533A1; US20020094342A1; DE60128860D1; EP1155677B1; AU2001259801A1; EP1280495B1; DE60124694D1; EP1155677A3; US20040030188A1; US20030114532A1; EP1155677A2; US6545052B2; EP1280495A2; WO2001085681A2; JP2003532705A; DE1155677T1; ATE345768T1

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft neuartige 1-(3-Methoxybenzyl)-3-substituierte Thioharnstoffverbindungen und Lipid- und Ölzusammensetzungen, denen diese Verbindungen zugesetzt wurden, und die erhöhte Oxidationsstabilität besitzen.
Stand der Technik
Natürliche Lipide und Öle werden für pharmazeutische Zusammensetzungen, Lebensmittel, Kosmetika, und verschiedene industrielle Produkte wie Schmiermittel, Beschichtungen, Tinten, Anstriche, Kunststoffe und so weiter verwendet.
Derartige Lipide unterliegen einem oxidativen Abbau, der deren Farbe, Geruch, Viskosität und Schmiereigenschaften beeinträchtigen kann und wodurch die Qualität der kommerziellen Produkte, die derartige Lipide enthalten, negativ beeinträchtigt wird. Für die Lebensmittel-, Kosmetik- und pharmazeutische Industrie ist es zur Aufrechterhaltung einer hohen Farb- und Geruchsqualität der Öle und anderen Lipide von großer Bedeutung, eine oxidationsbedingte Ranzigkeit zu vermeiden, die durch Faktoren beeinflusst wird wie Sauerstoffkonzentration, Licht und Wärme sowie Anzahl der Mehrfachbindungen im Lipid oder Öl, und der Menge an natürlichen oder synthetischen Antioxidationsmitteln, die darin vorliegen. Für bioabbaubare Lipide, Öle und deren Derivate, die als Schmiermittel für Schneidwerkzeuge eingesetzt werden, wurde festgestellt, dass diese durch durch Wärme induzierte Oxidation beeinträchtigt werden.
Samen der Sumpfblume (Limnanthes alba) hat sich als äußerst stabil gegenüber Oxidation erwiesen. Obwohl die Identität der Verbindung(en), die für die außergewöhnliche Oxidationsstabilität von Sumpfblumenöl verantwortlich ist/sind, bisher unbekannt ist, erhöht das Zumischen von Sumpfblumenöl zu anderen Ölen die Oxidationsstabilität der erhaltenen Mischung. (Isbell, T.A., Abbott, T.A. und Charlson, K.D. 1999. Ind. Crops Prod. 9(2):115-123).
Es sind jedoch verschiedene Nebenbestandteile von Sumpfblumenöl bekannt, die entweder die Oxidationsstabilität verringern oder die Oxidationsstabilität von Sumpfblumenöl geringfügig erhöhen. (Abbott, T.P. und Isbell, T.A. 1998. Abstracts of the 89th American Oil Chemist's Societey Annual Meeting & Expo, Chicago, IL, May 10-13, 1998. pp 66).
Raffiniertes Sumpfblumenöl (und andere raffinierte Samenöle und Pflanzenöle) haben als Folge des Raffinationsprozesses eine verringerte Oxidationsstabilität. Es ist bekannt, dass Sumpfblumenöl 3-Methoxyphenylacetonitril, 3-Methoxybenzyl-isothiocyanat und 3-Methoxybenzaldehyd enthält. Werden diese Bestandteile raffiniertem Sumpfblumenöl in einem Anteil von etwa 0,1% bis 1,0% zugesetzt bewirken sie allenfalls geringfügige bis mäßige antioxidative Effekte.
Es konnte nachgewiesen werden, dass Thioharnstoff in Ölen eine antioxidative Aktivität aufweist (Kajimoto und Murakami Nippon Eiyo, Shokuryo Gakkaishi 51(4):207-212, 1998; Chemical Abstract 129:188538); jedoch ist Thioharnstoff in Ölen nicht sehr löslich. Es konnte gezeigt werden, dass die Oxidationsstabilität von synthetischen Schmiermitteln auf Esterbasis (das heißt keine Pflanzenöle), die mit Aminantioxidationsmitteln stabilisiert waren, mit bestimmten Thioharnstoffen erhöht werden konnte (Chao und Kjonaas Amer. Chem. Soc. Preprints, Div. Pet. Chem. 27(2):362-379, 1982). Camenzind und Rolf, Europäische Patentanmeldung EP 91-810474, Chemical Abstract 117:30273 zeigen, dass bestimmte acylierte Thioharnstoffe die Fähigkeit haben, die Oxidationsstabilität von Schmierstoffen und hydraulischen Fluiden zu erhöhen.
Mono- und di-substituierte Thioharnstoffverbindungen werden auch in den US-Patenten Nr. 2,154,341, 2,662,096, 3,852,348 und 3,991,008 beschrieben. Migirab et al. Phytochem. 16(11):1719-1721, (1977) beschreiben methoxysubstituierte aromatische Thioharnstoffe wie N,N'-bis[(4-Methoxyphenyl)methyl))-thioharnstoff (CAS #22313-70-8), der aus P. brazzeana isoliert wurde.
Es besteht ein Bedarf an Antioxidationsverbindungen und -zusammensetzungen, insbesondere an natürlichen Antioxidationsmitteln und deren Derivate, die in Lipiden und Ölen löslich sind und diesen Oxidationsstabilität verleihen können, wenn sie in niedrigen Konzentrationen zugesetzt werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Unerwarteter Weise haben wir nun entdeckt, dass durch Verbindungen der Formel I Lipiden und Ölen eine ausgezeichnete Oxidationsstabilität verliehen werden kann,
wobei R ein lineares oder verzweigtes C₁-C₂₀ Alkyl wie Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, Butyl, Isobutyl, tert-Butyl, Pentyl, Hexyl, Octyl, Decyl, Nonyl, Dodecyl und so weiter, C₅-C₇ Cycloalkyl wie Cyclopentyl, Cyclohexyl oder Cycloheptyl und so weiter, C₆-C₇ Aryl wie Phenyl oder Benzyl und so weiter, Hydroxy- oder Alkoxysubstituiertes C₆-C₇ Aryl wie Hydroxyphenyl, Methoxyphenyl, Ethoxyphenyl, Hydroxybenzyl, Methoxybenzyl, Ethoxybenzyl ist. Von diesen Verbindungen gemäß Formel I ist 1,3-Di(3-methoxybenzyl)harnstoff, das heißt eine Verbindung gemäß Formel I bei der R 3-Methoxybenzyl ist, eine derzeit bevorzugte Verbindung. Die Menge an Verbindung gemäß Formel I, die ausreicht, um einem Lipid oder Öl (oder Zusammensetzungen, die solche Lipide oder Öle enthalten) Oxidationsstabilität zu verleihen, beträgt etwa 0,01 Gewichtsprozent bis etwa 5,0 Gewichtsprozent bezogen auf das Gesamtgewicht des Lipids oder Öls.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch oxidationsstabile Lipidzusammensetzungen enthaltend etwa 95 Gewichtsprozent bis etwa 99,99 Gewichtsprozent an Lipid- oder Ölbasis und zwischen etwa 0,01 Gewichtsprozent und etwa 5,0 Gewichtsprozent, insbesondere zwischen etwa 0,05 Gewichtsprozent und 2,0 Gewichtsprozent und besonders bevorzugt zwischen etwa 0,1 Gewichtsprozent und 1,0 Gewichtsprozent einer Verbindung gemäß Formel I. Erfindungsgemäße Lipide oder Öle, die zwischen etwa 3 Gewichtsprozent und etwa 5 Gewichtsprozent oder mehr einer substituierten Thioharnstoffverbindung gemäß Formel I enthalten, bezogen auf das Gesamtgewicht der Lipid- oder Ölbasiszusammensetzung, können als „Konzentrate" benutzt werden und bei Bedarf in geeigneter Weise verarbeiteten Samenölen oder anderen Lipiden, die eine erhöhte Oxidationsstabilität benötigen, zugesetzt werden, um so eine Lipid- oder Ölzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung zu erhalten.
Die vorliegende Erfindung betrifft zudem eine Methode mit der einer Lipid- oder Ölbasiszusammensetzung, die eine erhöhte Oxidationsstabilität benötigt, Oxidationsstabilität verliehen wird, die die folgenden Schritte umfasst:
Zusatz einer Menge an Verbindung gemäß Formel I zu einer Lipid- oder Ölbasis, die ausreicht, um der Lipid- oder Ölbasis erhöhte Oxidationsstabilität zu verleihen.
Derzeit bevorzugte Verbindungen gemäß Formel I sind:
1,3-Di(3-methoxybenzyl)thioharnstoff, 1-(3-Methoxybenzyl)-3-ethyl-2-thioharnstoff, 1-(3-Methoxybenzyl)-3-propyl-2-thioharnstoff, 1-(3-Methoxybenzyl)-3-hexyl-2-thioharnstoff, 1-(3-Methoxybenzyl)-3-dodecyl-2-thioharnstoff, 1-(3-Methoxybenzyl)-3-(4-hydroxyphenyl)-2-thioharnstoff und 1-(3-Methoxybenzyl)-3-(3-methoxyphenyl)-2-thioharnstoff. 1,3-Di(3-methoxybenzyl)harnstoff, den die Erfinder als ein bedeutendes natürliches Antioxidationsmittel in Sumpfblumensamenöl identifiziert haben, ist eine erfindungsgemäß besonders bevorzugte Verbindung.
Ebenso wurde überraschenderweise festgestellt, dass Verbindungen der Formel I in Kombination mit einer Benzylaminverbindung wie N-substituierten Benzylaminen einen synergistischen oxidationsstabilisierenden Effekt in Lipiden und Ölen zeigen. Zahlreiche natürlich vorkommende Lipide und Öle wie Samenöle und Pflanzenöle enthalten Benzylaminverbindungen. In diesen Fällen kann der synergistische Effekt durch Zugabe einer Verbindung nach Formel I und, optional, einer exogen zugesetzten Benzylaminverbindung in einer Menge, die ausreicht, um eine weitere Verbesserung der Oxidationsstabilität zu erhalten, zu einer Lipidbasis oder Ölbasis erhalten werden. Damit betrifft ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung Lipidzusammensetzungen enthaltend (i) eine Verbindung der Formel I und (ii) ein Benzylamin oder N-substituierte Benzylaminverbindung, um erhöhte Oxidationsstabilität zu erlangen.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Einer der Aspekte der vorliegenden Erfindung betrifft eine Lipidzusammensetzung mit erhöhter Oxidationsstabilität enthaltend etwa 95 Gewichtsprozent bis etwa 99,99 Gewichtsprozent einer Lipidbasis und etwa 0,01 Gewichtsprozent bis etwa 5,0 Gewichtsprozent, insbesondere zwischen etwa 0,05 Gewichtsprozent und 2,0 Gewichtsprozent, und insbesondere bevorzugt etwa 0,1 Gewichtsprozent bis etwa 1,0 Gewichtsprozent einer 1-(3-Methoxybenzyl)-3-substituierten Thioharnstoffverbindung der Formel:
wobei R ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus linearen oder verzweigten C₁-C₂₀ Alkyl; C₅-C₇ Cycloalkyl; Hydroxy- oder Alkoxy-substituiertes C₅-C₇ Cycloalkyl; C₆-C₇-Aryl und Hydroxy- oder Alkoxy-substituiertes C₆-C₇ Aryl.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Erhöhung der Oxydationsstabilität umfassend den Schritt des Kombinierens eines Lipids mit einer oxidationsstabilitätserhöhenden Menge einer Verbindung der Formel I:
wobei R ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus linearen oder verzweigten C₁-C₂₀ Alkyl; C₅-C₇ Cycloalkyl; Hydroxy- oder Alkoxy-substituierten C₅-C₇ Cycloalkyl; C₆-C₇ Aryl und Hydroxy- oder Alkoxy-substituierten C₆-C₇ Aryl.
Die erfindungsgemäßen Verbindungen können im Wesentlichen jedem beliebigen Lipid zugesetzt werden, in dem die erfindungsgemäßen Verbindungen löslich sind, um die Oxidationsstabilität des Lipids zu erhöhen. Der Ausdruck „Lipid" wie er hier verwendet wird, umfasst Pflanzenöle, Samenöle, Triglyceride, Triglyceridwachse und Phospholipide. Zu den Lipiden, die mit einer Menge der erfindungsgemäßen Verbindung zur Erhöhung der Oxidationsstabilität versetzt werden können, zählen Pflanzenöl, Erdnussöl, Maisöl, Baumwollsamenöl, Färberdistelöl, Sojabohnenöl, Rapsöl (Canola), Palmöl und Olivenöl, Jojobawachsester und Lecithin. Die hier verwendete Phrase „Lipidbasis", „Ölbasis" oder äquivalente Phrasen bedeuten ein Lipid oder Öl, dem keine Verbindung gemäß Formel I exogen zugesetzt worden ist.
Für die vorliegende Erfindung soll „lineares oder verzweigtes C₁-C₂₀ Alkyl" Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, Butyl, Isobutyl, t-Butyl, Pentyl, 2-Methylpentyl, 3-Methylpentyl, Hexyl, Octyl, Decyl, Dodecyl und so weiter miteinschließen. Der Ausdruck „C₅-C₇ Cycloalkyl" soll Cyclopentyl, Cyclohexyl und Cycloheptyl miteinschließen. Der Ausdruck „Hydroxy- oder Alkoxy-substituiertes C₅-C₇ Cycloalkyl" soll Cyclopentyl, Cyclohexyl und Cycloheptylreste miteinschließen, die mit einer Hydroxyl-, Methoxy-, Ethoxy- oder Propoxygruppe und so weiter substituiert sind. Der Ausdruck „C₆-C₇ Aryl" soll Phenyl und Benzyl mit einschließen. Der Ausdruck „Hydroxy- oder Alkoxy-substituiertes C₆-C₇ Aryl" soll Phenyl- und Benzylreste miteinschließen, die mit einer Hydroxyl-, Methoxy-, Ethoxy- oder Propoxygruppe und so weiter substituiert sind.
Die hier verwendete Phrase „erhöhte Oxidationsstabilität", „verstärkte Oxidationsstabilität" oder dazu äquivalente Phrasen bedeuten, dass eine erfindungsgemäße Lipidzusammensetzung im Vergleich zu der Lipid- oder Ölbasis (das heißt einem Öl oder Lipid, dem nicht exogen eine Verbindung der Formel I zugesetzt ist) eine erhöhte Fähigkeit aufweist, der Oxidation zu widerstehen, wie sie durch den hier beschriebenen Oxidationsstabilitätsindex (OSI) ausgedrückt wird. Derzeit hat eine erfindungsgemäße Lipidzusammensetzung oder Ölzusammensetzung vorzugsweise einen OSI-Wert, der wenigstens 10%, insbesondere wenigstens 100% und besonders bevorzugt wenigstens etwa 200% oder mehr größer ist als der OSI-Wert der Lipidbasiszusammensetzung oder Ölbasiszusammensetzung mit der sie verglichen wird, wobei der OSI-Test bei einer Temperatur zwischen etwa 110°C und etwa 130°C ausgeführt wird.
Verbindungen der Formel I können durch Umsetzung von 3-Methoxybenzylamin und einer geeignet ausgewählten Isothiocyanatverbindung der Formel II S=C=N-R hergestellt werden, wobei R wie für die Verbindungen gemäß Formel I definiert ist. Die Reaktion kann durch langsames Zugeben des Isothiocyanats zu einer wässrigen Lösung von 3-Methoxybenzylamin, vorzugsweise unter Stickstoffatmosphäre, durchgeführt werden. Das Thioharnstoffprodukt der Reaktion, das eine Verbindung gemäß Formel I ist, kann gewonnen und gereinigt werden, indem die Reaktionsprodukte mit einem Lösungsmittel vermischt werden, das nicht mischbar mit Wasser ist, aber ein Lösungsmittel für den Thioharnstoff darstellt wie Methylenchlorid, Chloroform, Toluol oder Diethylether. Die Wasserschicht kann angesäuert werden oder auch nicht, um die Abtrennung und Gewinnung der Thioharnstoffverbindung gemäß der Erfindung zu verbessern. Der Thioharnstoff, der in der Lösungsmittelschicht gelöst ist, kann von der Wasserschicht abgetrennt werden, getrocknet und der erhaltene Rohthioharnstoff durch Umkristallisation in einem geeigneten Lösungsmitel wie Ethanol gereinigt werden. Siehe Beispiel 1. Zudem wird im Allgemeinen auf das Verfahren von Moore und Crossley, Organic Synthesis 2 617-618 (Anmerkung 4) verwiesen.
Die Reaktionspartner, 3-Methoxybenzylamin und eine geeignete Isothiocyanatverbindung wie sie vorstehend definiert ist, können kommerziell bezogen werden oder mit allgemein bekannten Routineverfahren synthetisiert werden. Ebenso können die erhaltenen Produktverbindungen gemäß Formel I ohne Weiteres mit Fachleuten allgemein bekannten Routineverfahren isoliert werden. Geeignete Isothiocyanatreaktionspartner zur Herstellung der erfindungsgemäßen Verbindungen können wie allgemein bekannt ist, durch den Abbau von Glucosinolaten, die in Samenölen oder anderen Lipiden vorkommen, erhalten werden. In einer wässrigen Lösung, die das Enzym Thioglucosidase enthält, werden Glucosinulatverbindungen zu Isothiocyanaten und anderen Abbauprodukten abgebaut. Siehe Vaughn, et al., J. Chem. Ecol. 22, 1939-49 (1996); und C. VanEtten und H. Tookey, (1983) Glucosinolates, pp. 15-30 in M. Rechcigl (ed.) "Naturally Occurring Food Toxicants," CRC Press, Boca Raton, FL. Die Isothiocyanatfraktion der Abbauproduke von Glucosinolat kann dann isoliert und mit 3-Methoxybenzylamin wie vorstehend beschrieben, umgesetzt werden, um Verbindungen der vorliegenden Erfindung zu erhalten.
Es wurden annähernd 100 Glucosinolatverbindungen in Pflanzen aus 11 verschiedenen Pflanzenfamilien identifiziert, einschließlich Senf, Raps, Kohl, Knoblauchrauke und Krambe (cramb) (S.F. Vaughn, 1999. Glucosinolates as Natural Pesticides in Biologically Active Natural Products: Agrochemicals, H. G. Cutler and S.J. Cutler, Eds, CRC Press, Boac Raton, FL) Öle, die aus Pflanzen isoliert werden, die Glucosinolat enthalten, werden üblicherweise mittels Dampfbesprühung desodoriert um flüchtige Verbindungen einschließlich Isothiocyanaten und Aminen zu entfernen. Damit kann eine Vielzahl an Isothiocyanatverbindungen und Benzylaminverbindungen aus dem Abfallprodukt der Destillation bei der Reinigung solcher Öle erhalten werden, und als Reaktionspartner bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Verbindungen eingesetzt werden.
3-Methoxybenzylamin kann kommerziell bezogen werden oder kann aus Sumpfblumenöl isoliert werden, indem es in eine nicht mischbare angesäuerte wässrige Schicht extrahiert wird, die von dem Öl abgetrennt wird, mit einem unpolaren Lösungsmittel gewaschen wird, mit einer Base zur Verringerung des pH behandelt wird und das Amin mit einem nicht mischbaren Lösungsmittel extrahiert wird.
Die 3-Methoxybenzylaminverbindung kann zudem weiter durch Kristallisation aus Ethanol oder einem ähnlichen Lösungsmittel und/oder mittels Reversphasen HPLC mit einer C18-Säule gereinigt werden, wobei mit einem Gradienten von 100% Methanol zu Beginn und fortschreitender Änderung auf etwa 80% Methanol:20% Chlorophorm eluierf wird. Der Peak, der 3-Methoxybenzylamin enthält, kann anhand der Retentionszeit auf der HPLC-Säule im Vergleich zu der Retentionszeit einer bekannten Standardprobe für 3-Methoxybenzylamin, identifiziert werden. Andere natürliche Amine können kommerziell bezogen werden oder können auf ähnliche Weise aus natürlichen Quellen extrahiert und mittels Vergleich mit bekannten Standardproben gereinigt und/oder mit üblichen chemischen Verfahren zur Identifizierung von Aminen (zum Beispiel Chromatographie, Infrarotspektroskopie, Massenspektroskopie, Elementaranalyse, Kernspinresonanz und so weiter) identifziert werden.
Die Oxidationsstabilität eines Lipides mit oder ohne Zusatz einer Verbindung gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch Verfahren bestimmt werden, die in der Literatur beschrieben sind. Siehe zum Beispiel K. Tian und P. Dasgupta, Anal. Chem. 71, 1692-98 (1999). Ein zurzeit bevorzugtes Verfahren zur Bestimmung der Oxidationsstabilität von Lipiden und Ölen erfolgt anhand des Oxidationsstabilitätsindex (OSI), wonach die Oxidationsstabilität eines Öls bestimmt wird, indem Luft durch eine Probe unter strikter Temperaturkontrolle geleitet wird. (Firestone, Oxidative Stability Index (OSI): Official Methods of Recommended Practices of the American Oil Chemists' Society, 4th Ed. American Oil Chemists Society, Champaign IL Cd 126-92.). Gemäß diesen Verfahren wird ein Luftstrom durch die Ölprobe geleitet, der den schnellen Abbau der Triglyceride zu flüchtigen organischen Säuren beschleunigt. Durch den Luftstrom werden die flüchtigen Säuren aus dem Öl in eine Leitfähigkeitszelle geblasen, die Wasser enthält, und in der die Säuren gelöst werden. Diese Säuren dissoziieren in Ionen sobald sie in der Wasserlösung gelöst sind, sodass sich die Leitfähigkeit des Wasser ändert. Daher kann durch kontinuierliche Messung der Leitfähigkeit der Zelle mittels Computer festgestellt werden, wenn ein plötzlicher Anstieg der Leitfähigkeit auftritt, der dem Induktionspunkt, dem oxidativen Abbau der Probe entspricht. Die Zeit bis zu diesem Induktionspunkt ist die OSI-Zeit. Es wurde vor kurzem eine AOCS-Standardmethode entwickelt und ebenso wurde eine Gemeinschaftsstudie veröffentlicht (Jebe et al., J. Am. Oil Chem. Soc. 70, 1055-61 (1993)), die belegen, dass die OSI-Methode für Proben und Laboratorien gute Reproduzierbarkeit aufweist. Methylester von gesättigten Fettsäuren (FAME) als Standards können kommerziell von Alltech Associates (Deerfield, IL) bezogen werden und zur Kalibrierung der OSI-Bestimmungen eingesetzt werden.
Die OSI-Bestimmungen können mit einem Gerät zur Bestimmung der Oxidationsstabilität, das von Omnion (Rockland, MA) hergestellt wird, durchgeführt werden, wobei die AOCS-Methode wie sie in der vorstehend genannten Firestone-Literaturstelle beschrieben ist, eingesetzt werden kann. Lipid- oder Ölproben können bei 110°C untersucht werden und FAMEs könen bei 90°C getestet werden mit einem Luftstrom bei 35 kPa und einer resultierenden Geschwindigkeit von etwa 140 ml/min. Ein derzeit bevorzugtes Verfahren zur Bestimmung der OSI-Werte wird von T.A. Isbell et al., in Industrial Crops and Products 9, 115-123 (1999) beschrieben.
Verbindungen der Formel I können üblicherweise mit einem geeigneten Lipid oder Öl vermischt und in einer Konzentration bis zu 3,0%-5,0% oder mehr gelöst werden. Derzeit werden Konzentrationen an einer Verbindung gemäß Formel I zwischen etwa 0,1% und 1,0% als ausreichend angesehen, um eine Erhöhung der Oxidationsstabiltät einer Lipids- oder Ölbasis, die einer Erhöhung der Oxidationsstabilität bedarf, um das etwa 2-fache bis 10-fache zu erzielen. Jedoch sind erfindungsgemäße Lipide oder Öle, die bis zu 3,0% bis 5,0% Verbindung gemäß Formel I enthalten, nützlich als „Konzentrate", die üblicherweise um das 30- bis 50-fache oder mehr mit einer Lipidbasis verdünnt werden können, deren Oxidationsstabilität erhöht werden soll. Die Basiszusammensetzung eines solchen Konzentrats kann selbst ein Lipid oder Öl wie ein Samenöl oder Pflanzenöl oder ein Lebensmittel echtes Lösungsmittel sein. Zudem kann die Verbindung gemäß Formel I, gegebenenfalls in Kombination mit einer Aminverbindung wie 3-Methoxybenzylamin, in einer Öl in Wasseremulsion oder einer Wasser-in-Ölemulsion und so weiter vorliegen. Zurzeit werden derartige Emulsionen als besonders nützlich als Additive für bioabbaubare Schmiermittel für Schneidwerkzeuge wie Canolaöl, Sojabohnenöl, Pflanzenölestolyt oder andere Schmiermittel für Schneidwerkzeuge zur Erhöhung der Oxidationsstabilität dieser Schmiermittel angesehen.
Gemäß einer derzeit bevorzugten Ausführungsform der Lipid- oder Ölzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung wird der Lipid- oder Ölbasis eine wirksame Menge einer Verbindung gemäß Formel I, zum Beispiel in einer Konzentration zwischen etwa 0,1% und 1,0%, sowie eine Benzylaminverbindung in einer Menge zugesetzt, die ausreicht, die durch die Verbindung gemäß Formel I verbesserte Oxidationsstabilität, zu erhöhen.
Die Menge an Benzylaminverbindung, die einer Lipid- oder Ölzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung zugesetzt werden soll, kann bestimmt werden, indem der Anstieg des OSI-Wertes in Abhängigkeit der Menge an zugesetzter Benzylaminverbindung beobachtet wird. Zwar kann eine Lipid- oder Ölbasis inhärent eine Aminverbindung enthalten, jedoch können zusätzlich Aminverbindungen, vorzugsweise 3-Methoxybenzylamin, zu einem Lipid oder Öl gegeben werden, dem eine Verbindung gemäß Formel I zugesetzt worden ist, um die Oxidationsstabilität einer solchen Lipid- oder Ölzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung zu erhöhen. Die Menge an Aminverbindungen, die einer Lipid- oder Ölzusammensetzung gemäß der Erfindung zuzusetzen ist, um einen synergistischen Antioxidationseffekt zu erhalten, kann empirisch bestimmt werden, indem vorher festgelegte Mengen an Aminverbindung Proben der Lipid- oder Ölzusammensetzung, die eine Verbindung gemäß Formel I enthält, zugesetzt werden und der Anstieg des erhaltenen OSI-Wertes gemessen wird.
Anhand der folgenden nicht einschränkenden Beispiele wird die Herstellung der erfindungsgemäßen Verbindungen weiter beschrieben. Soweit nicht anders angegeben, beziehen sich Prozentangaben auf Gewichtsprozent (Gew%).
Beispiel 1
Mit diesem Beispiel wird die Herstellung von 1,3-Di(3-methoxybenzyl)thioharnstoff demonstriert. Einem 100 ml Dreihalskolben, der mit einem Rückflusskühler, einem Spritzenseptum aus Gummi und einem Stickstoffeinlass ausgerüstet war, wurde 20 ml Wasser und 3,6 g (25,8 mmol) 3-Methoxybenzylamin zugegeben. Das Reaktionsgefäß wurde mit Stickstoff gespült und es wurde mit einem teflonbeschichteten Rührfisch gerührt. 3-Methoxybenzylisothiocyanat 2,59 ml (3,0 g, 16,7 mmol) wurde tropfenweise (∼1 Tropfen/5-10 s) mittels einer Glasspritze zugegeben. Es bildet sich eine separate Schicht und die Mischung wurde 1 h bei Raumtemperatur gerührt. Die Wasserschicht wurde mit 1 M HCl (etwa 10 ml) auf pH 5,5 angesäuert. Methylenchlorid (15 ml) wurde zugegeben und die zwei Schichten in einen Scheidetrichter gegeben. Die untere Schicht (Methylenchlorid) wurde entfernt. Die Wasserschicht wurde mit Methylenchlorid, dann zwei weitere Male mit 10 ml Methylenchlorid gewaschen und die kombinierten CHCl₂-Lösungen wurden mit 0,1 M HCl und dann mit Wasser gewaschen. Die CHCl₂-Lösung wurde über einem 3A-Molekularsieb getrocknet und dann in einem Rotationsverdampfer zur Trockne eingedampft. Die erhaltene viskose Flüssigkeit wurde mit 20 ml Ethanol aufgenommen, das auf 35°C erwärmt worden war und das Produkt durch Kühlung in einem Kühlschrank zweimal aus Ethanol als weiße Kristalle rekristallisiert, bei Raumtemperatur im Vakuum getrocknet und gewogen. Mit der Mutterlauge wurde eine zweite Rekristallisation durchgeführt, um zusätzliches Produkt zu erhalten, wobei die Ausbeute des ersten Kristallisationsansatzes 79,8% und die der kombinierten Kristallisationsansätze 83,2% betrug. Die Analyse des Produkts mit NMR, Massenspektroskopie und Elementaranalyse ergab, dass das Produkt 1,3-Di(3-methoxybenzyl)thioharnstoff war.
Beispiel 2
Jojobaöl (aus Jojobasamen mit Hexan extrahiert) ist ein Wachsester, wobei einfach ungesättigte C20- und C22-Säuren und Alkohole verestert sind. Jojobaöl (20 g) wurde mit 20 mg (0,1%) 1,3-Di(3-methoxybenzyl)thioharnstoff, der nach Beispiel 1 erhalten worden war, vermischt. Ein Oxidationsstabilitätstest bei 110°C mit 5 g Proben der Mischung (3 mal) ergab eine OSI-Zeit von 64,2 h, was eine Verbesserung um 30% im Vergleich zu der OSI-Zeit von 49,2 h für reines Jojobaöl darstellt. Die OSI-Zeit ist die Zeit, die Sauerstoff mit konstanter Geschwindigkeit durch das Öl geleitet wird, bis das Öl abgebaut ist und nachweisbare Oxidationsprodukte erhalten werden. Wird das 1,3-Di(3-methoxybenzyl)thioharnstoffprodukt gemäß Beispiel 1 in einem Anteil von 1% zugesetzt, erhöhte sich die OSI-Zeit auf 168 h, was einer Verbesserung um 241% im Vergleich zu reinem Jojobaöl entspricht.
Beispiel 3
Raffiniertes Sumpfblumenöl ist ein Pflanzenöl mit einem hohen Anteil an einfach ungesättigten Fettsäuren, dessen Oxidationsstabilität durch den Raffinationsprozess verringert wird. Sumpfblumenöl (20 g, Lot #C-9773, The Fanning Corp) wurde mit 20 mg (0,1%) 1,3-Di(3-methoxybenzyl)thioharnstoff gemäß Beispiel 1 vermischt. Ein Oxidationsstabilitätstest bei 110°C mit 5 g Proben der Mischung (3-fach) ergab eine OSI-Zeit von 76,4 h, was einer Verbesserung um 15% im Vergleich zu der OSI-Zeit von 66,3 h für das reine Sumpfblumenöl entspricht. Wird das 1,3-Di(3-methoxybenzyl)thioharnstoffprodukt gemäß Beispiel 1 in einem Anteil von 1% zugesetzt, erhöhte sich die OSI-Zeit auf 211 h, was einer Verbesserung um 218% entspricht.
Beispiel 4
1,3-Di(3-methoxybenzyl)thioharnstoff gemäß Beispiel 1 wurde jeweils mit 0,1%, 0,5% beziehungsweise 1,0% raffiniertem Sumpfblumenöl (Lot #CW-4551, The Fanning Corp) vermischt und die Oxidationsstabilität der Mischungen wurde bei 130°C mit der von raffiniertem Sumpfblumenöl verglichen. Die OSI-Zeiten waren 49,8 h, 159 h beziehungsweise 172 h für die Mischungen, die den Thioharnstoff enthielten, im Vergleich zu einer OSI-Zeit von 14,9 h für die Charge raffinierten Sumpfblumenöls ohne Additive.
Entsprechend ergab ein Zusatz von 0,1%, 0,5% und 1,0% 1,3-Di(3-methoxybenzyl)thioharnstoff zu dem raffinierten Sumpfblumenöl eine Steigerung der OSI-Zeit um 234%, 967% beziehungsweise 1054%.
Beispiel 5
An Ölsäure reiches Sonnenblumenöl ist ein Pflanzenöl, das reich an einfach ungesättigten Verbindungen ist. An Ölsäure reiches Sonnenblumenöl (20 g, Florasun Brand, Florotech, Gilbert, AZ) wurde mit 200 mg (1,0%) 1,3-Di(3-methoxybenzyl)thioharnstoff gemäß Beispiel 1 vermischt. Ein Oxidationsstabilitätstest bei 130°C mit 5 g Proben der Mischung (3 mal) ergab eine OSI-Zeit von 157 h, was einer Verbesserung um 1720% im Vergleich zu der OSI-Zeit von 9,13 h von reinem Sonnenblumenöl entspricht.
Beispiel 6
Disubstituierte Thioharnstoffe, die kommerziell erhältlich sind und die keinen 3-Methoxybenzylrest aufweisen, zeigen einen geringeren Oxidationsschutz von einfach ungesättigten Ölen. 1,3-Bis(2-methoxyphenyl)-2-thioharnstoff (Aldrich Chem Co.), das raffiniertem Sumpfblumenöl in einem Anteil von 0,1% zugesetzt wurde, ergab eine OSI-Zeit von 37,1 h bei 130°C, was einem um 24% niedrigeren Wert entsprach als der der für Thioharnstoff erhalten wurde, der gemäß Beispiel 1 hergestellt wurde.
Ebenso ergab 1,3-Bis(3-methoxyphenyl)-2-thioharnstoff, der in einem Anteil von 0,1% raffiniertem Sumpfblumenöl zugesetzt wurde, eine OSI-Zeit von 27,0 h, was einen um 84% niedrigeren Wert entsprach, als der der für Thioharnstoff gemäß Beispiel 1 erhalten wurde.
Beispiel 7
Sojabohnenöl ist ein Pflanzenöl, das reich an mehrfach ungesättigten Fettsäuren ist. Sojabohnenöl (20 g) wurde mit 200 mg (1,0%) 1,3-Di(3-methoxybenzyl)thioharnstoff gemäß Beispiel 1 vermischt. Ein Oxidationsstabilitätstest bei 130°C mit 5 g Proben der Mischung (3-fach) ergab eine OSI-Zeit von 6,4 h, was einer Verbesserung um 831% im Vergleich zu der OSI-Zeit von 0,77 h von reinem Sojabohnenöl entsprach.
Beispiel 8
Schwalbenwurzgewächsöl ist ein Pflanzenöl, das reich an mehrfach ungesättigten Fettsäuren ist. Schwalbenwurzgewächsöl (20 g, mit Hexan aus dem Samen extrahiert) wurde mit 200 mg (1,0%) Thioharnstoff gemäß Beispiel 1 vermischt. Ein Oxidationsstabilitätstest bei 130°C mit 5 g Proben der Mischung (3-fach) ergab eine OSI-Zeit von 2,78 h, was einer Verbesserung um 654% im Vergleich zu der OSI-Zeit von 0,42 h von reinem Schwalbenwurzgewächsöl entsprach.
Beispiel 9
Bei der Analyse des rohen und raffinierten Sumpfblumenöls mittels Hochleistungs-flüssigchromatographie (HPLC) wurde für das rohe Öl ein Peak bei einer Retentionszeit von 9,5 Minuten erhalten, der für das raffinierte Öl nicht gefunden wurde. Die Retentionszeit für die Verbindung, die nach Beispiel 1 hergestellt worden war, betrug 9,575 bis 9,613 für verschiedene Konzentrationen. Es wurde auch ein Extrakt des rohen Sumpfblumenöls mit Acetonitril als Lösungsmittel mittels HPLC in seine Bestandteile aufgetrennt und ein Bestandteil wurde mittels Massenspektroskopie, NMR und Elementaranalyse als 1,3-Di(3-methoxybenzyl)-harnstoff identifiziert, der eine oxidierte Form des Thioharnstoffs gemäß Anspruch 1 ist. Entsprechend konnte gezeigt werden, dass 1,3-Di(3-methoxybenzyl)thioharnstoff ein natürlicher Bestandteil von rohem Sumpfblumenöl ist, das aus dem Samen extrahiert und nicht raffiniert wurde.

Claims

Zusammensetzung enthaltend eine Lipid- oder Ölbasis, die mit einer die Oxidationsstabilität erhöhenden Menge einer Verbindung der Formel
ergänzt ist, wobei R ein lineares oder verzweigtes C₁-C₂₀ Alkyl, ein C₅-C₇ Cycloalkyl, ein alkoxysubstituiertes C₅-C₇ Cycloalkyl, ein hydroxylsubstituiertes C₅-C₇ Cycloalkyl, ein C₆-C₇ Aryl, ein hydroxylsubstituiertes C₆-C₇ Aryl oder ein alkoxysubstitutiertes C₆-C₇ Aryl ist, und wobei die Oxidationsstabilität der Zusammensetzung größer als die Oxidationsstabilität der Lipid- oder Ölbasis vor Zugabe der Verbindung ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei R ein lineares oder verzweigtes C₁-C₂₀ Alkyl ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei R ein C₅-C₇ Cycloalkyl, ein alkoxysubstituiertes C₅-C₇ Cycloalkyl oder ein hydroxylsubstituiertes C₅-C₇ Cycloalkyl ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei R ein C₆-C₇ Aryl, ein hydroxylsubstituiertes C₆-C₇ Aryl oder ein alkoxysubstituiertes C₆-C₇ Aryl ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der Lipid- oder Ölbasis, bezogen auf das Gesamtgewicht der Lipid- oder Ölbasis, von etwa 0,01 Gew.% bis etwa 5,0 Gew.% der Verbindung zugesetzt ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 5, wobei der Lipid- oder Ölbasis von etwa 0,05 Gew.% bis etwa 2,0 Gew.% der Verbindung zugesetzt ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 6, wobei der Lipid- oder Ölbasis von etwa 0,1% bis etwa 1,0 Gew.% der Verbindung zugesetzt ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 4, wobei die Verbindung 1,3-Di(3-methoxybenzyl)thioharnstoff, 1-(3-Methoxybenzyl)-3-ethyl-2-thioharnstoff, 1-(3-Methoxybenzyl)-3-propyl-2-thioharnstoff, 1-(3-Methoxybenzyl)-3-hexyl-2-thioharnstoff, 1-(3-Methoxybenzyl)-3-dodecyl-2-thioharnstoff, 1-(3-Methoxybenzyl)-3-(4-hydroxyphenyl)-2-thioharnstoff oder 1-(3-Methoxybenzyl)-3-(3-methoxyphenyl)-2-thioharnstoff ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 8, wobei die Verbindung 1,3-Di(3-methoxybenzyl)thioharnstoff ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Lipid- oder Ölbasis ein Saatöl oder Pflanzenöl ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Lipid- oder Ölbasis ein Sumpfblumenöl, Erdnussöl, Maisöl, Baumwollsamenöl, Färberdistelöl, Sojabohnenöl, Sonnenblumenöl mit hohem Gehalt an Ölsäure, Schwalbenwurzgewächsöl, Rapsöl, Palmöl, Jojobawachsester, Jojobaöl, Lecithin oder ein anderes Pflanzenöl ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 11, wobei die Lipid- oder Ölbasis Jojobaöl, Sumpfblumenöl, Sonnenblumenöl mit hohem Gehalt an Ölsäure, Sojabohnenöl oder Schwalbenwurzgewächsöl ist, und wobei die Lipid- oder Ölbasis mit von etwa 0,1 Gew.% bis etwa 1,0 Gew.% der Verbindung ergänzt ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Lipid- oder Ölbasis ein oder mehrere Benzylamine von N-substituierten Benzylaminverbindungen enthält.
Zusammensetzung nach Anspruch 13, wobei die Lipid- oder Ölbasis Sumpfölblumenöl ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Lipid- oder Ölbasis zusätzlich mit einer die Oxidationsstabilität erhöhenden Menge einer oder mehrerer Benzylaminverbindungen oder N-substituierten Benzylaminverbindungen ergänzt ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Zusammensetzung in einem Oxidationsstabilitätsindextest bei einer Temperatur zwischen etwa 110°C und etwa 130°C einen Oxidationsstabilitätsindex aufweist, der wenigstens etwa 10% größer ist als der Oxidationsstabilitätsindex der Lipid- oder Ölbasis vor Zusatz der Verbindung.
Zusammensetzung nach Anspruch 16, wobei die Zusammensetzung einen Oxidationsstabilitätsindex aufweist, der wenigstens etwa 100% größer ist als der Oxidationsstabilitätsindex der Lipid- oder Ölbasis.
Zusammensetzung nach Anspruch 17, wobei die Zusammensetzung einen Oxidationsstabilitätsindex aufweist, der wenigstens etwa 200% größer ist als der Oxidationsstabilitätsindex der Lipid- oder Ölbasis.
Zusammensetzung nach Anspruch 18, wobei die Zusammensetzung einen Oxidationsstabilitätsindex aufweist, der wenigstens etwa 500% größer ist als der Oxidationsstabilitätsindex der Lipid- oder Ölbasis.
Zusammensetzung nach Anspruch 19, wobei die Zusammensetzung einen Oxidationsstabilitätsindex aufweist, der wenigstens etwa 800% größer ist als der Oxidationsstabilitätsindex der Lipid- oder Ölbasis.
Zusammensetzung nach Anspruch 20, wobei die Zusammensetzung einen Oxidationsstabilitätsindex aufweist, der wenigstens etwa 1000% größer ist als der Oxidationsstabilitätsindex der Lipid- oder Ölbasis.
Zusammensetzung nach Anspruch 20, wobei die Zusammensetzung einen Oxidationsstabilitätsindex aufweist, der wenigstens etwa 1500% größer ist als der Oxidationsstabilitätsindex der Lipid- oder Ölbasis.
Verfahren zur Erhöhung der Oxidationsstabilität einer Lipid- oder Ölbasis enthaltend die Stufe des Kombinierens der Lipid- oder Ölbasis mit einer die Oxidationsstabilität erhöhenden Menge einer Verbindung der Formel
wobei R ein lineares oder verzweigtes C₁-C₂₀ Alkyl, ein C₅-C₇ Cycloalkyl, ein alkoxysubstituiertes C₅-C₇ Cycloalkyl, ein hydroxylsubstituiertes C₅-C₇ Cycloalkyl, ein C₆-C₇ Aryl, ein hydroxylsubstituiertes C₈-C₇ Aryl oder ein alkoxysubstituiertes C₆-C₇ Aryl ist.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei die Lipid- oder Ölbasis mit von etwa 0,05 Gew.% bis etwa 2,0 Gew.% der Verbindung kombiniert wird.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei die Verbindung 1,3-Di(3-methoxybenzyl)thioharnstoff, 1-(3-Methoxybenzyl)-3-ethyl-2-thioharnstoff, 1-(3-Methoxybenzyl)-3-propyl-2-thioharnstoff, 1-(3-Methoxybenzyl)-3-hexyl-2-thioharnstoff, 1-(3-Methoxybenzyl)-3-dodecyl-2-thioharnstoff, 1-(3-Methoxybenzyl)-3-(4-hydroxyphenyl)-2-thioharnstoff oder 1-(3-Methoxybenzyl)-3-(3-methoxyphenyl)-2-thioharnstoff ist.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei die Verbindung 1,3-Di(3-methoxybenzyl)thioharnstoff ist.