Verfahren zur Herstellung von ungesättigten alpha, omega Dicarbonsäuren und/oder ungesättigten alpha, omega Dicarbonsäurediestern
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von ungesättigten alpha, omega Dicarbonsäuren, sowie alpha, omega Dicarbonsäurediestern, die eine verbesserte Absorption im UV-Bereich, insbesondere im UV-B Bereich aufweisen.
Bei Zubereitungen zum Sonnenschutz besteht der fortwährende Bedarf, die UV-Absorption und somit den UV-Schutz von Haut und Haaren zu verbessern. Hierbei ist insbesondere die Absorption von kurzwelliger, energiereicher UV-B Strahlung (280-320 nm) von Bedeutung, da diese nicht zur zu Lichterythremen, Sonnenbrand und Hautnekrosen führen kann, sondern auch zu Hautkrebs (Melanomen). Klassische UV-Lichtschutzfiltersubstanzen stellen den Fachmann jedoch formulierungstechnisch vor Herausforderungen, weiterhin sind auch Hautunverträglichkeiten von UV-Lichtschutzfiltersubstanzen bekannt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung hat darin bestanden Substanzen zu Verfügung zu stellen, die eine verbesserte Absorption im UV-Bereich, insbesondere im UV-B Bereich aufweisen und anstelle von oder in Ergänzung zu bekannten UV-Lichtschutzfiltersubstanzen eingesetzt werden können. Diese Substanzen sollten mit den üblichen kosmetischen Inhaltsstoffen formuliert werden können.
Weiterhin war es von Interesse möglichst wenig gefärbte Substanzen zu erhalten, die sich zur Einarbeitung in farblosen oder transparenten kosmetischen Zubereitungen eignen.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ungesättigte alpha,omega Dicarbonsäuren sowie alpha,omega Dicarbonsäurediester erhalten werden, die eine erhöhte Absorption im UV-Bereich, insbesondere im UV-B Bereich aufweisen. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene ungesättigte alpha,omega Dicarbonsäuren und/oder alpha,omega Dicarbonsäurediester eignen sich daher insbesondere in kosmetischen Zubereitungen zum Sonnenschutz.
Verfahren zur Herstellung von ungesättigten alpha,omega Dicarbonsäurediestern ausgehend von ungesättigten Carbonsäuren sind im Stand der Technik beschrieben: Ngo et al. (JAOCS, VoI 83, No. 7, S. 629-634, 2006) beschreibt die Metathese von ungesättigten Carbonsäuren
mit Hilfe der sogenannten Grubbs-Katalysatoren der ersten und zweiten Generation. Das Verfahren mit Grubbs-Katalysatoren der ersten Generation ist in US 5,750,815 beschrieben. Auch J. Mol (Topics in Catalysis, Vo. 27, Nos. 1-4, S. 97-104, Feb. 2004) sowie A. Rybak et al (Green Chem. 2007, 9, 1356-1361) beschreiben solche Verfahren.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von ungesättigten alpha, omega Dicarbonsäuren sowie alpha,omega Dicarbonsäurediestern, bei dem man ungesättigte Carbonsäuren und/oder Ester ungesättigter Carbonsäuren in Gegenwart des Katalysators (1) und/oder (2)
(1)
(2)
umsetzt.
Edukte
Als Edukte für das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich einfach oder mehrfach ungesättigte Carbonsäuren mit 14 bis 24 Kohlenstoffatomen, die gegebenenfalls verzweigt sein können. Die Doppelbindungen der Carbonsäuren können dabei sowohl in eis als auch in trans Konfiguration vorliegen.
Geeignet als Carbonsäuren sind die Verbindungen der folgenden Formel R1-COOH, wobei R1 einen einfach oder mehrfach ungesättigten Alkylrest mit 13 bis 23 Kohlenstoffatomen darstellt. Als mehrfach ungesättigten Alkylrest seinen beispielsweise zweifach, dreifach, vierfach, fünffach oder sechsfach ungesättigte Alkylreste genannt.
Der R1 Rest kann cyclisch oder aeyclisch sein, vorzugsweise ist der Rest R1 aeyclisch. Der R1 Rest kann verzweigt oder unverzweigt sein, bevorzugt sind Carbonsäuren mit einen unverzweigten Rest R1. Insbesondere bevorzugt sind Carbonsäuren mit einem nichtzyklischen Rest R1.
Die folgende Kurzschreibweise wird zur Beschreibung der ungesättigten Carbonsäuren verwendet: die erste Zahl beschreibt die Gesamtzahl der C Atome der Carbonsäuren, die zweite Zahl die Anzahl der Doppelbindungen, und die Zahl in Klammern die Position der Doppelbindung im Verhältnis zur Carbonsäuregruppe. Somit ist die Kurzschreibweise für Ölsäure 18:1 (9). Sofern die Doppelbindung in trans-Konfiguration vorliegt, ist dies durch das Kürzel „tr" gekennzeichnet. Somit ist die Kurzschreibweise für Elaidinsäure 18:1 (tr9).
Geeignete einfach ungesättigte Carbonsäuren sind beispielsweise Myristoleinsäuren [14:1 (9), (9Z)- Tetradeca-9-ensäure], Palmitoleinsäure [16:1 (9); (9Z)- Hexadeca-9-ensäure], Petroselinsäure [(6Z)- Octadeca-6-ensäure], Ölsäure [18:1 (9); (9Z)-Octadeca-9-ensäure], Elaidinsäure [18:1 (tr9); (9£)-Octadeca-9-ensäure)], Vaccensäure [18:1 (trl l); (UE)- Octadeca-11-ensäure], Gadoleinsäure [20:1 (9); (9Z)- Eicosa-9-ensäure], Icosensäure (=Gondosäure) [20:1 (11); (HZ)- Eicosa- 11-ensäure], Cetoleinsäuren [22:1 (11); (HZ)- Docosa-11-ensäure], Erucasäure [22:1 (13); (13Z)- Docosa-13-ensäure], Nervonsäure [24:1 (15); (15Z)-Tetracosa-15-ensäure].
Geeignete mehrfach ungesättigte Carbonsäuren sind beispielsweise Linolsäure [18:2 (9,12); (9Z,12Z)- Octadeca-9,12-diensäure], alpha-Linolensäure [18:3 (9,12,15); (9Z,12Z,15Z)-
Octadeca-9,12,15-triensäure], gamma-Linolensäure [18:3 (6,9,12); (6Z,9Z,12Z)-Octadeca- 6,9,12-triensäure], Calendulasäure [18:3 (8,10,12); (8£,10£,12Z)-Octadeca-8,10,12- triensäure], Punicinsäure [18:3 (9,11,13); (9Z,l l£,13Z)-Octadeca-9,l l,13-triensäure], alpha-Eleostearinsäure [18:3 (9,11,13); (9Z,l l£,13£)-Octadeca-9,l l,13-triensäure], Arachidonsäure [20:4 (5,8,11,14), (5Z,8Z,l lZ,14Z)-Eicosa-5,8,l l,14-tetraensäure], Timnodonsäure [20:5 (5,8,11,14,17), (5Z,8Z,11Z,14Z,17Z)-Eicosa-5,8,11,14,17- pentaensäure], Clupandodonsäure [22:5 (7,10,13,16,19), (7Z,10Z,13Z,16Z,19Z)-Docosa- 7,10,13,16,19-pentaensäure], Cervonsäure [22:6 (4,7,10,13,16,19), (4Z,7Z,10Z,13Z,16Z, 19Z) -Docosa- 4,7,10,13,16,19-hexaensäure].
Als Edukte eignen sich weiterhin Ester der genannten einfach oder mehrfach ungesättigten Carbonsäuren. Als Ester eignen sich insbesondere Ester dieser Carbonsäuren mit Alkoholen R2-OH, wobei R2 ein Alkylrest mit 1 bis 8 C-Atomen darstellt. Als geeignete Reste R2 seien beispielsweise genannt: Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Isopropyl-, Butyl-, 2-Methylpropyl-, Pentyl- , 2,2-Dimethylpropyl-, 2-Methylbutyl-, 3-Methylbutyl-, Hexyl-, 1-Methylpentyl-, 2- Methylpentyl-, 3-Methylpentyl-, 4-Methylpentyl-, 1-Ethylbutyl-, 2-Ethylbutyl-, Heptyl-, und Octyl-Reste.
Als Edukte eignen sich weiterhin Ester der genannten einfach oder mehrfach ungesättigten Carbonsäuren mit Glycerin (= Glycerinester). Dabei eignen sich sowohl Glycerinmonoester (= Monoglyceride, Monoacylglycerol), Glycerindiester (=Diglyceride, Diacylglycerol) als auch Glycerintriester (Triglyceride, Triacylglycerol) als auch Mischungen dieser verschiedenen Glycerinester.
Die ungesättigten Carbonsäuren bzw. die Ester der ungesättigten Carbonsäuren können sowohl einzeln als auch in Mischungen untereinander vorliegen. Wird ausschließlich eine ungesättigte Carbonsäuren bzw. der Ester nur einer ungesättigten Carbonsäuren eingesetzt, so findet eine als Selbstmetathese bezeichnete Reaktion statt. Werden verschiedene ungesättigte Carbonsäuren bzw. Ester verschiedener ungesättigte Carbonsäuren eingesetzt, findet eine als Kreuz-Metathese bezeichnete Reaktion statt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden einfach ungesättigte Carbonsäuren und/oder Ester einfach ungesättigter Carbonsäuren und/oder Mischungen der
einfach ungesättigten Carbonsäuren oder Mischungen der Ester einfach ungesättigter Carbonsäuren eingesetzt.
Katalysator
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in Gegenwart der Katalysatoren (1) und/oder (2) durchgeführt.
Katalysator (1) ist die Verbindung der folgenden Strukturformel:
Die chemische Bezeichnung für diesen Katalysator ist Dichloro-[l,3-bis(mesityl)-2- imidazolidinylidene]-(3-phenyl- 1 H-inden- 1 -ylidene)(tricyclohexylphosphine) ruthenium(II), CAS Nr. 536724-67-1. Er ist kommerziell beispielsweise erhältlich unter der Bezeichnung Neolyst™M2 der Fa. Umicore.
Katalysator (2) ist die Verbindung der folgenden Strukturformel:
Die chemische Bezeichnung für diesen Katalysator ist [l,3-Bis(2,4,6-trimethylphenyl)-2- imidazolidinylidene] - [2-[[(4-methylphenyl)imino]methyl] -4-nitrophenolyl] - [3 -phenyl- 1 H- inden-l-ylidene]ruthenium(II) chloride, CAS Nr. 934538-04-2. Er ist kommerziell beispielsweise erhältlich unter der Bezeichnung Neolyst™M41 der Fa. Umicore.
Der erfindungsgemäße Katalysator wird vorzugsweise in Konzentrationen kleiner gleich 1000 ppm, insbesondere im Bereich von 10 bis 1000 ppm, vorzugsweise 20 bis 200 ppm eingesetzt.
Reaktionsbedingungen
Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei Temperaturen von 0 bis 100°C, vorzugsweise bei
20 bis 90°C, insbesondere bei 40 bis 80°C durchgeführt werden.
Das Verfahren kann in üblichen Lösungsmitteln, in denen sich die Edukte sowie der Katalysator lösen, wie beispielsweise seien genannt: Kohlenwasserstoffe oder Alkohole. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann das Verfahren lösungsmittelfrei durchgeführt werden.
Aufreinigung
Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden ungesättigte alpha, omega Dicarbonsäuren sowie ungesättigte alpha, omega Dicarbonsäurediester erhalten sowie die entsprechenden ungesättigten Kohlenwasserstoffe. Eine Trennung des Stoffgemisches kann z.B. destillativ, durch fraktionierte Kristallisation oder durch Extraktion erfolgen.
Gegebenenfalls können die so erhaltenen Produkte einer Hydrierung unterzogen werden.
Verwendung
Überraschenderweise wurde gefunden, dass die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten ungesättigte alpha, omega Dicarbonsäuren sowie ungesättigte alpha, omega Dicarbonsäurediester sich eigen in kosmetischen Zubereitungen eingesetzt zu werden. Aufgrund ihrer UV-B Absorption eignen sie sich insbesondere in kosmetischen Zubereitungen zum Sonnenschutz.
Beispiele
Beispiel Ia)
50 ml einer Methylester-Mischung (bestehend aus 92,0 % Methyloleat und 2,9 % Methyllinoleat, Prozentangaben beziehen sich auf eine nicht-kalibrierte Flächen-Prozent-GC- Methode) wurden 1,4 h bei 50°C in Gegenwart von 200 ppm des Katalysators (1) [CAS Nr. 536724-67-1] umgesetzt. Nach Beendigung der Reaktion wurden 23,1 % Dimethyldiesters sowie 20,2 % 9-Octadecen erhalten.
Beispiel Ib)
Beispiel Ia) wurde wiederholt, allerdings wurde die Reaktion bei 40°C für 4 h durchgeführt.
Die Ausbeute war identisch zu Beispiel Ia).
Beispiel Ic)
Beispiel Ia) wurde wiederholt, allerdings wurde die Reaktion bei 30°C für 7 h durchgeführt,
Die Ausbeute war identisch zu Beispiel Ia).
Beispiel 2)
50 ml einer Methylester-Mischung (bestehend aus 92,0 % Methyloleat und 2,9 % Methyllinoleat) wurden 8 h bei 80 °C in Gegenwart von 200 ppm des Katalysators (2) [CAS Nr. 934538-04-2] umgesetzt. Nach Beendigung der Reaktion wurden 23,3 % Dimethyldiester sowie 20,6 % 9-Octadecen erhalten.
Beispiel 3)
10 g High Oleic Sonnenblumen-Methylester (mit einem Gehalt von 75 bis 93 % Ölsäuremethylester) wurden in einen 50 ml 2-Hals Rundkolben eingewogen und mit 0,2g des Ruthenium Katalysator Neolyt™ M2 der Fa. Umicore [CAS Nr.: 536724-67-1] (= Katalysator (I)) versetzt. Dann wurde der Kolben unter Stickstoffabdeckung in eine, auf einem Magnetrührer stehende, mit Wasser gefüllte Petrischale gestellt und es wurde 60 min. bei 35- 4O0C gerührt. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur wurde der Katalysatorfeststoff über eine mit Kieselgel 60 gefüllte Säule filtriert. Man erhielt eine rotbraune Flüssigkeit.
Beispiel 4) Vergleichsbeispiel:
10 g High Oleic Sonnenblumen-Methylester (mit einem Gehalt von 75 bis 93 % Ölsäuremethylester) wurden in einen 50 ml 2-Hals Rundkolben eingewogen und mit 0,2g des Ruthenium Katalysator Dichloro(3-methyl-2-butenylidene)bis(tricyclohexylphosphine) ruthenium(II) [kommerziell erhältlich von der Fa. Aldrich, Katalog Nummer 576881, CAS Nr. 194659-03-5] versetzt. Dann wurde der Kolben unter Stickstoffabdeckung in eine, auf einem Magnetrührer stehende, mit Wasser gefüllte Petrischale gestellt und es wurde 60 min. bei 35-40°C gerührt. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur wurde der Katalysatorfeststoff über eine mit Kieselgel 60 gefüllte Säule filtriert. Man erhielt eine rotbraune Flüssigkeit.
UV- Absorption:
Die UV-B Absorption des nach Beispiel 3 erhaltenen Produkts sowie des nach Beispiel 4 erhaltenen Produktes wurde gemessen. Überraschenderweise zeigte das nach Beispiel 3 erhaltende Produkte eine höhere Absorption im Bereich von 240 bis 280 nm im Vergleich zu dem nach dem Stand der Technik hergestellten Produkt (Beispiel 4).