DE2354635A1

DE2354635A1 - Amide und ihre verwendung als ultraviolettlicht-absorber

Info

Publication number: DE2354635A1
Application number: DE19732354635
Authority: DE
Inventors: Shinichi Inazuka; Sadayoshi Ninagawa
Original assignee: Ajinomoto Co Inc
Current assignee: Ajinomoto Co Inc
Priority date: 1972-11-01
Filing date: 1973-10-31
Publication date: 1974-05-09
Also published as: GB1425597A; JPS5123507B2; FR2204628A1; US3929819A; JPS4969666A; FR2204628B1

Description

Priorität: 1. November 1972, Nr. 109665/1972, Japan

Die Erfindung betrifft Lichtschutzmittel, die Ultraviolettlicht absorbieren und insbesondere ultraviolett-absorbierende Derivate der Urocansäure.

Urocansäure absorbiert einen Anteil· des Ultraviolettspektrums des Sonnenlichts und wurde bereits als Bestandteil kosmetischer Zubereitungen vorgeschlagen, um den menschlichen Körper vor Sonnenbrand zu schützen. Ihre Anwendung war durch die Tatsache beschränkt, daß,sie praktisch unlöslich in Wasser, Ölen, Fetten und organischen Lösungsmitteln ist, sowie durch ihre Instabilität in alkalischen Medien und ihre wachstumsfördernde Wirkung gegenüber Schimmelbildung in kosmetischen Zubereitungen.

Die Alkalimetallsalze von Urocansäure sind wasserlöslich, sie sind jedoch in wäßriger Lösung nicht stabil und verursachen eine Verfärbung der Lösungen. Es wurde versucht, Lösungen von Urocansäure durch Zugabe von Triäthanolamin oder Aluminiumchlorid zu stabilisieren (ausgelegte japanische Patentanmeldungen 38633/1970 und 38711/1970), die Stabilisatoren reizen jedoch die Haut oder

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beeinträchtigen das Emulgieren der kosmetischen Produkte, welche diese Kittel enthalten.

Es wurde nun gefunden, daß Amide der Urocansäure und die Säureadditionssalze dieser Amide frei von den Nachteilen der Urocansäure und ihrer bekannten Derivate sind und darüber hinaus günstigere Absorptionscharakteristiken gegenüber Ultraviolettlicht zeigen. Es hat sich gezeigt, daß Urocansäureamide, in denen der Amidstickstoff gegebenenfalls Substituenten tragen kann, Ultra— violettlicht größerer Wellenlänge als die freie Säure absorbieren und dadurch wirksamer zum Schützen empfindlicher Materialien, einschließlich des menschlichen Körpers, gegenüber dem chemisch wirksamsten Anteil des Ultraviolettspektrums des Sonnenlichts sind. Diese Amide sind leichter wasserlöslich als die freie Säure und stabiler als die löslichen Salze der Säure.

Gegenstand der Erfindung sind somit Amide der Formel

= C - CH = CH - CO - JJ - R,

R-N-

= N- R,

in der R ein Wasserstoffatom, eine Alkylgruppe mit 1 bis 22 Kohlenstoffatomen oder eine Alkanoylgruppe mit 2 bis 22 Kohlenstoffatomen, R- und R2 Wasserstoffatome, Alkyl-, Alkenyl-, Aminoalkyl-, Hydroxyalkyl- oder Guanylgruppen bedeuten oder R- und Rp gemeinsam mit. dem Amid-Stickstoffatom einen heterocyclischen 3- bis 6-gliedrigen Ring bilden und die in den Resten R- und Rp vorliegenden Alkyl- oder Alkenylgruppen bis 18 Kohlenstoffatome aufweisen können.

Urocansäuredodecylamid, eine der bevorzugten erfindungsgemäßen typischen Verbindungen,ist gut löslich in Wasser, selbst bei einem pH-Wert von 6 bis 8, Methanol, Äthanol und Chloroform, löslich in Benzol, Aceton, Glycerin, Propylenglykol, Polyäthylengly-

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kol (Molekulargewicht 400), Silikonöl, Olivenöl, Rizinusöl, Tsubakiöl, Erdnußöl, Baumwollsamenöl und Petrolatum und etwas löslich in Äthyläther und" n-Hexan„ Die anderen erfindungsgemäßen Amide zeigen ähnliche Löslichkeit. Die benutzte Löslichkeitsskala entspricht der im "Handbook of Chemistry and Physics (The Chemical Rubber Co., Cleveland_s Ohio) angegebenen Löslichkeitsskala und Urocansäure selbst ist entsprechend dieser Skala in allen angegebenen Lösungsmitteln unlöslich»

Die erfindungsgemäßen Amide und ihre Salze absorbieren das Ultraviolettlicht der Sonne in dem physiologisch und ehemisch am stärksten aktiven Wellenlängenbereich von etwa 270 bis 320 Millimikron, während Urocansäure nur in dem unteren Teil dieses Bereiches wirksam ist und ein scharfes Absorptionsmaximum bei der relativ unwichtigen Wellenlänge von 270 Millimikron aufweist.

Die Absorptionsdaten in Prozent sind für 0,001 ?£-ige Lösungen in Äthanol von Urocansäure (UA) und Urocansäure-dodecylamid (UAD) bei Wellenlängen von 260 bis 330 Millimikron nachstehend gegenübergestellt. Sie wurden unter identischen Bedingungen bestimmt.

Wellenlänge mu 260 270 280 290 300 310 320 330 UA₉ % . 72 80 51 20 3 0 0 0 UAD, f 21 36 48 52 46 31 10 1

Mit den vorstehend angegebenen Ergebnissen vergleichbare Ergebnisse werden mit den anderen erfindungsgemäßen Amiden und den Salzen dieser Amide erhalten.

Bei den Wellenlängen, deren Absorption zur Verhütung des Sonnenbrandes am wichtigsten ist, absorbiert eine 0,02 $-ige Lösung von Urocansäuredcdecylamid in Äthanol die Ultraviolettstrahlung ' des Sonnenlichts 5- bis 6-mal so stark wie eine entsprechende Lösung von p-Aminobenzoesäure. In einer 0,02 Jfa-igen wäßrigen Lösung hat die Absorption des Amids den 100-fachen Wert der Absorption von p-Aminobenzoesäure, die üblicherweise in Sonnenschutzmitteln verwendet wird. ■

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Die erfindungsgemäßen Amide und· Amidsalze fördern darüber hinaus nicht das Wachstum von Schimmel, sondern hemmen tatsächlich das Wachstum zahlreicher Mikroorganismen. Sie sind Antioxydationsmittel, haben insektizide Wirkungen und verhindern die Korrosion einiger Metalle. Sie sind chemisch und thermisch weit stabiler als Urocansäure. Die Amide und ihre Salze können daher offensichtlich einem breiten Anwendungsbereich zugeführt werden, der nicht nur auf kosmetischem Gebiet liegt. Diese Verbindungen können auch als Stabilisatoren für Kunststoffe, Druckfarben und Materialien zur Textilausrüstung verwendet .werden, die während des normalen Gebrauchs dem Sonnenlicht ausgesetzt sind.

Die erfindungsgemäßen Amide lassen sich in einfacher Weise aus

1 den niederen Alkylestern von Urocansäure und deren N -Derivaten und Aminen herstellen, die mindestens ein verfügbares Wasserstoffatom am Aminstickstoff aufweisen. Die Ester wiederum werden ohne Schwierigkeit aus den freien Säuren durch Veresterung mit niederen Alkanolen in Gegenwart von Säurekatalysatoren hergestellt.

1 1

Die W -Alkyl- und IT -Alkanoylderivate von urocansäure werden in üblicher Weise durch Umsetzen von Urocansäure mit Alky!halogeniden mit 1 bis 22 Kohlenstoffatomen und Alkanoylhalogeniden mit 2 bis 22 Kohlenstoffatomen erhalten.

Die Ester von Urocansäure und ihre Ή -Derivate mit niederen Alkanolen können als solche mit Ammoniak, primären oder sekundären Aminen, oder in Form ihrer Säureadditionssalze mit anorganischen' oder organischen Säuren umgesetzt werden. Dabei sind alkalische Katalysatoren von Nutzen, jedoch nicht absolut erforderlich. Tertiäre Amine sind wirksame Katalysatoren und Iriäthylamin ist der zu diesem Zweck am günstigsten zugängliche Katalysator.

Zu Aminen, die mit den Estern von Urocansäure und ihren N -Derivaten sofort reagieren, gehören Methylamin, Dimethylamin, Äthylamin, Diäthylamin, die entsprechenden Propyl-, Butyl-, Pentyl-, Hexyl-, Heptyl-, Octyl-, Decyl-, Dodecyl-, Tetradecyl-, Hexadecyl-,

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Heptadecyl- und Octadecylamine, außerdem Hydroxyalkylamine, wie Äthanolaniin, Diäthanοlamin, ß-Hydroxydodecylamin, Alkenylamine, wie Pentenylamin, Deöenylamin, cyclische Amine mit 3 bis 6 Ringgliedern, wie Morpholin, Imidazol, Imdidazolin, Ä'thylenimin, Pyrrol und Pyrrolidin, Polyamine, wie ^ethylendiamin, Äthylendiamin, Propylendiamin, Hexylendiamin, Guanidin; sowie Ammoniak. Die geeigneten Amine sind jedoch nicht auf die vorstehend aufgezählten Verbindungen "beschränkt.

Die Reaktion wird vorzugsweise in Gegenwart eines Lösungsmittels durchgeführt, das den Reaktanten und'dem erhaltenen Produkt gegenüber inert ist, wie Methanol, Äthanol, Propanol, Butanol, Benzol, Toluol, Xylol, Tetrachlorkohlenstoff, Dimethylformamid oder η-Hexan, die Verwendung eines Lösungsmittels ist Jedoch nicht erforderlich. Die Reaktionstemperatur wird im Bereich zwischen 10° und etwa 100 C gewählt, um eine Verfärbung des Reaktionsprodukts zu vermeiden und trotzdem eine geeignete Reaktionsgeschwindigkeit zu erzielen. Die Reaktionszone kann der Atmosphäre gegenüber offen sein.

Die Säureadditionssalze können direkt in dem Reaktionsgemisch gebildet werden oder das Amid kann isoliert und danach durch Umsetzung mit der gewünschten Menge einer Säure in einer an sich bekannten V/eise in das Salz übergeführt werden.

Säureadditionssalze von erfindungsgemäßen Amiden, welche ausgezeichnete ¥a"sserlöslichkeit mit den wünschenswerten Eigenschaften der freien Amide verbinden, lassen sich in einfacher Weise aus einer großen Vielfalt von Säuren herstellen, zu denen alle üblichen anorganischen Säuren gehören, wie Chlorwasserstoffsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Kieselsäure und Borsäure, sowie organische Säuren, wie aliphatische Monocarbonsäuren mit bis 17 Kohlenstoffatomen in gesättigten oder ungesättigten Kohlenwasserstoff ketten, Pyrrolidoncarbonsäureρ gesättigte aliphatische Dicarbonsäuren _s wie Oxalsäure und Bernsteinsäure, Hydroxycarbon-

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säuren, wie Apfelsäure, Weinsäure, Ascorbinsäure und Zitronensäure, aromatische Carbonsäuren einschließlich relativ komplexer Säuren, wie Gallussäure und Ferulasäure, und aromatische Sulfonsäuren, wie p-Toluolsulfonsäure und Benzolsulfonsäure. Diese Liste kann offensichtlich wahlweise noch auf zahlreiche andere Säuren erweitert werden, deren Additionssalze mit den erfindungsgemäßen Amiden wasserlöslich sind. Me Säureeinheit in den Säureadditionssalzen gemäß der Erfindung ist daher in Abhängigkeit von dem gewünschten Anwendungszweck frei wählbar, wobei hauptsächlich die bequeme Anwendungsweise und die Wirtschaftlichkeit der Salze in Betracht zu ziehen sind.

Die folgenden Beispiele verdeutlichen die Herstellung von erfindungsgemäßen ultraviolett-absorbierenden Verbindungen.

Beispiel 1

20 g TJrocansäuremethylester-hydrochlorid tind 12 g Triäthylamin wurden in 100 ml Äthanol gelöst und 20 g Dodecylamin wurden der lösung unter Rühren zugesetzt. Das Gemisch wurde eine Stunde gerückflüßt und danach abkühlen gelassen, wobei Triäthylamin-hydrochlorid ausgefällt wurde. Der Niederschlag wurde durch Filtration entfernt und das Piltrat wurde im Vakuum teilweise eingedampft, um weiteres Triäthylamin und Äthanol zu entfernen. Dem Rückstand wurde Petroläther zugesetzt, wonach Urocansäuredodecylamid auskristallisierte. Nach Uinkristallisation aus Benzol wurden 30,8 g des reinen Produkts mit einem Schmelzpunkt von 118° bis 120
ziert wurde:

118° bis 120⁰G erhalten, das durch Elementaranalyse identifi-

berechnet für gefunden

70,8 5	10,	2	H,
13,7 5
70,7 ?	10,	3	H,
13,5 J
S C,
6 Ν
ζ C,
ζ N"

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Beispiel 2

10 g Urocansäuredodecylamid -wurden in Methanol gelöst und gasförmiger Chlorwasserstoff wurde durch die Lösung geleitet, bis keine weitere Absorption "beobachtet werden konnte. Das Methanol und überschüssiger Chlorwasserstoff wurden abdestilliert, der Rückstand wurde mit Petroläther gewaschen, um die Kristallisation einzuleiten, und danach aus Benzol umkristallisiert. Das gereinigte Material bestand aus Urocansäuredodecylamid-hydrochlorid in einer Menge von 11,3g und schmolz bei 221 bis 223⁰C Es wurde durch Elementaranalyse identifiziert:

berechnet für C₁₈H₅₂N₅OCl: 63,3 # C; 9,4 96 H,- 12,3 # N» .

, 10,4 fo Cl; '. ·

gefunden : 63,2 $ C; 9,4 1° H; 12,1 56 R;

11,0 96-Cl.

Beispiel 3

20 g Urocansäuremethylester-hydroehlorid und 12 g Triäthylamin wurden in 100 ml Methanol gelöst. 11,2 g Diäthanolamin wurden unter Rühren zugesetzt und das resultierende Gemisch wurde eine Stunde gerückflußt, Nach dem Abkühlen wurde Triäthylamin-hydrochlorid abfiltriert und das Piltrat wurde im Vakuum teilweise eingedampft. Der Rückstand wurde in Methanol gelöst und die Lösung wurde mit gasförmigem Chlorwasserstoff gesättigt. Sie wurde dann eingedampft, um das Lösungsmittel und überschüssigen Chlorwasserstoff zu entfernen. Der Rückstand wurde mit Petroläther gewaschen und aus Benzol umkristallisiert.

Die gewünschte Substanz hatte ein Gewicht von 27,7 g und schmolz bei 212 bis 216⁰C." Sie wurde als das reine Chlorwasserstoffsäure-Additionssalz von TJrocansäurediäthanolamid durch Elementaranalyse identifiziert:

berechnet für C₁₀H₁₅IT₅O^HCl: 50,0 <fo C; 6,5 Io H; 16,1 $ N; gefunden : 49,8 ^ C; 6,4 ^ H; 15,9 ^ N.

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Beispiel 4

Äquimolare Mengen an Urocansäuredodecylamid und Pyrrolidoncar-r bonsäure wurden in lösung in Methanol vermischt und das lösungsmittel wurde verdampft, um das kristalline Pyrrolidoncarbonsäure-Additionssalz von Urocansäuredodecylamid zu "bilden. Das Salz schmolz "bei 122 bis 125°C und wurde durch Elementaranalyse identifiziert:

berechnet für C₂₅H₅₈N₄O. : 63,5 ^C; 9,1 1< > H; 12,9 % N; gefunden : 63,3 ^C; 9,1 ^H; 12,7 $ N

Beispiel 5

Die in Beispiel 1 "beschriebene Verfahrensweise wurde wiederholt, wobei jedoch das unsubstituierte Estersalz durch die äquimolare Menge an N-Methylurocansäuremethylester-hydrochlorid ersetzt wurde. Dabei wurde N-Methylurocansäuredodecylamid in vergleichbarer Ausbeute erhalten, dessen Schmelzpunkt zu 119 bis 121⁰C bestimmt wurde. Es wurde durch Elementaranalyse identifiziert:

berechnet für C₁₉H₃₅N₅O: 71,5 % C; 10,3 fo H; 13,2 % N; gefunden : 71,3 i C; 10,4 f H; 13,1 $ N.

Beispiel 6

Wenn in Beispiel 1 N-Acetylurocansäuremethylester-hydrochlorid anstelle der äquiiaolaren Menge des Urocansäureestersalzes verwendet wurde, wurde N-Acetylurocansäuredodecylamid in Form eines bei 188 bis 189°C schmelzenden kristallinen Materials erhalten. Es wurde durch Elementaranaylse identifiziert:

berechnet für C₂₀H₅₅N₅O; 69.2 % C; 9,5 $ H; 12,1 $ N; gefunden : 69,1 # C; 9,5 ^ H; 12,1 $ N;

Nach den gleichen Methoden lassen sich in einfacher Weise Homolge und Analoge der in Beispielen 1 bis 6 beschriebenen Verbindungen herstellen.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

li_t Amide der Pormel

= C - CH = CH - CO - N

R-N

= N

oder deren wasserlösliche Säureadditionssalze, worin R ein Wasserstoffatom, eine Alkylgruppe mit 1 bis 22 Kohlenstoffatomen oder eine Alkanoylgruppe mit 2 bis 22.Kohlenstoffatomen, R- und Rp Wasserstoffatome, Alkyl-, Alkenyl-, Hydroxyalkyl-, Aminoalkylgruppen mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen in den Alkylresten und 2 bis 18 Kohlenstoffatomen in den Alkenylresten oder Guanylgruppen bedeuten oder b.eide Reste R^ und Rp gemeinsam mit dem Stickstoffatom, an das sie gebunden sind, einen 3- bis 6-gliedrigen Ring bilden.
2. Amide nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Pormel R^ ein Wasserstoffatom und Rp eine Dodecylgruppe bedeutet.
3. Amide nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß R ein Wasserstoffatom, eine Methyl--oder Acetylgruppe bedeutet, oder deren Chlorwasserstoffsäure-Additionssalze.

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4. Amide nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß R₁ und R_? Hydroxyäthylgruppen darstellen.
5. Chlorwasserstoffsäure-Additionssalz eines Amids gemäß Anspruch 4» in welchem R ein Wasserstoffatom bedeutet.
6. Amide nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß sie als Pyrrolidoncarbonsäure-Additionssalz vorliegen.
7. Amide nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß R und R. Wasserstoffatome und Rp eine Dodecylgruppe !bedeuten.
8. Verwendung von Amiden nach Anspruch 1 bis 7 als Ultraviolettlichtabsorber oder Lichtschutzmittel.

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