KR20220005067A - 합성 스쿠알렌 및 스쿠알렌 유도체를 생성하는 방법 - Google Patents

합성 스쿠알렌 및 스쿠알렌 유도체를 생성하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 출원은 천연 생성물로부터 추출되는 스쿠알렌에 대한 대안으로서 스쿠알렌 및 스쿠알렌 유도체를 합성하는 방법을 제공한다. 특히, 본 출원은 화장품, 퍼스널 케어 또는 약학적 조성물을 생성하는 방법을 제공하며, 상기 방법은 (a) Cn-지방산 및 Cm-지방산을 용매와 조합하여, 전기분해 반응 혼합물을 형성하고, 여기서, n + m의 합계는 32이며; 전기분해 반응 혼합물 상에서 콜베(Kolbe) 전기분해를 수행하는 단계; (b) 단계 (a)의 생성물을 하이드로이성질화(hydroisomerization) 반응을 받게 하여, C30 포화된, 분지형 탄화수소, 또는 C30 포화된, 분지형 탄화수소들의 혼합물을 생성하는 단계; 및 (c) C30 포화된, 분지형 탄화수소를 하나 이상의 성분으로 제형화하여, 화장품, 퍼스널 케어 또는 약학적 조성물을 생성하는 단계를 포함한다. 또한, 이 방법에 의해 생성되는 스쿠알렌 및/또는 스쿠알렌 유도체를 포함하는 화장품, 퍼스널 케어 또는 약학적 조성물이 제공된다.

Description

합성 스쿠알렌 및 스쿠알렌 유도체를 생성하는 방법
관련 출원에 대한 교차-참조
본 출원은 2019년 5월 2일에 출원된 미국 가특허 출원 62/842,128호로부터의 우선권을 주장하며, 이는 그 전체내용이 본원에 포함된다.
기술분야
본 출원은 장쇄 탄화수소의 합성 방법의 분야에 관한 것이다. 더욱 특히, 본 출원은 화장품(cosmetic) 및 약학적 제형, 및 이로 인해 제조되는 제형에 사용하기 위한 장쇄 탄화수소의 합성 방법에 관한 것이다.
스쿠알렌은 퍼스널 케어 제품, 특히 화장품에서 종종 발견되는 고급 보습제이다. 스쿠알렌은 피부 관리 제품의 제조에서 윤활제로서 작용하고, 피부 관리 제품에 혼입될 때 스쿠알렌은 피부에 매끄럽고 부드러운 외양을 제공한다. 스쿠알렌은 또한, 헤어 컨디셔닝 제품에 사용된다. 퍼스널 케어 제품에 더하여, 스쿠알렌은 또한 백신 제조에 이용된다.
스쿠알렌은 분자식 C30H62를 갖고 하기 제시된 화학 구조를 갖는다.
Figure pct00001
상업적으로 입수 가능한 스쿠알렌은 올리브 오일 또는 상어 간으로부터 추출되거나, 이는 사탕수수로부터 합성된다. 약 1 톤의 스쿠알렌을 생성하기 위해, 대략 3,000 마리의 상어로부터의 간을 사용해야 한다. 매해 거의 2,500 톤의 스쿠알렌에 대한 현재의 세계적인 수요를 고려하면, 이는 매해 대략 6 백만 마리의 심해 상어의 죽임으로 번역된다. 스쿠알렌의 생성에 사용되는 상어 종 중 몇몇은 위험에 처해 있으며, 결과적으로 바다 상어 수확(sea shark harvesting)은 현재 세계 대부분에서 금지되어 있다. 더욱이, Unilever 및 L'Oreal과 같은 회사는 이들이 더 이상 이들의 화장품 제품을 위해 상어 간 스쿠알렌을 확보하지 않을 것이며 대신에 스쿠알렌에 대한 식물계 공급원을 사용하고 있음을 선언하였다. 상어 간은 스쿠알렌의 두번째로 가장 큰 공급원(올리브 오일 다음으로)이었기 때문에, 이들 변화는 스쿠알렌의 공급에 있어서 유의한 감소를 초래하고 있다.
올리브 오일계 스쿠알렌은 2015년에 스쿠알렌 시장의 주된 부분(segment)이었다. 올리브 오일계 스쿠알렌은 올리브 오일로부터 추출되는 스쿠알렌의 수소화로부터 만들어진다. 조성을 고려하면, 제1 추출로부터의 올리브 오일은 100 g당 대략 400 mg 내지 450 mg의 스쿠알렌을 갖고 있는 한편, 정제된(refined) 올리브 오일은 약 25% 더 적게 함유한다. 우량 올리브 오일은 100 g당 거의 700 mg의 스쿠알렌의 농도를 함유할 수 있다.
올리브 오일로부터의 스쿠알렌에 대한 세계적인 수요를 해결하는 것은 500 내지 600,000 톤의 올리브 오일을 필요로 하며, 이는 세계 생산량의 약 20% 내지 25%에 상응한다. 그러나, 최근 자일렐라 파스티디오사(xylella fastidiosa) 박테리아는 병든 나무의 파괴를 제외하고는 임의의 기지의(known) 치유가 없이 이탈리아 올리브 오일 생산을 대대적으로 파괴해 왔다. 자일렐라는 최근 심지어 더 큰 스페인 올리브 산업까지 퍼져 나갔고, 그리스 그루브(groove)를 위협하여 세계 올리브 오일 생산에서 전반적인 감소를 초래하고 있다. 이는 올리브 오일로부터 스쿠알렌을 수득하는 것을 더욱 힘들게 만들고 있으며, 비용이 덜 드는 대안이 모색되고 있다.
대안적인 접근법의 일례는 아미리스(Amyris)에 의해 얻어지고 있으며, 이는 사탕수수로부터 유래되는 분자인 파네신(farnesene)의 이량체화/수소화를 통해 스쿠알렌을 만든다.
스쿠알렌의 상업적인 적용은 일관되지 않은 공급으로 인해 가격 변동성(price volatility)에 의해 제약을 받고 있다.
상어 간 또는 올리브 오일의 사용에 의존하지 않는 스쿠알렌을 생성하기 위한 비용-효과적인 대안에 대한 필요성이 남아 있다.
상기 정보는, 기지의 정보가 본 발명과 관련성이 있는 것으로 출원인에 의해 여겨지게 하는 목적을 위해 제공된다. 임의의 선행 정보가 본 발명에 대한 선행 기술을 구성한다는 인정이 본질적으로 의도되지 않으며, 그렇게 여겨져서도 안 된다.
본 출원의 목적은 스쿠알렌 및 스쿠알렌 유도체를 합성하는 방법을 제공하는 것이다. 본 출원의 일 양태에 따르면, 화장품, 퍼스널 케어(personal care) 또는 약학적 조성물을 생성하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 (a) Cn-지방산 및 Cm-지방산을 용매와 조합하여, 전기분해 반응 혼합물을 형성하고, 여기서, n + m의 합계는 32이며; 전기분해 반응 혼합물 상에서 콜베(Kolbe) 전기분해를 수행하는 단계; (b) 상기 단계 (a)의 생성물을 하이드로이성질화(hydroisomerization) 반응을 받게 하여, C30 포화된, 분지형 탄화수소, 또는 C30 포화된, 분지형 탄화수소들의 혼합물을 생성하는 단계; 및 (c) C30 포화된, 분지형 탄화수소를 하나 이상의 성분으로 제형화하여, 화장품, 퍼스널 케어 또는 약학적 조성물을 생성하는 단계를 포함한다.
또 다른 양태에 따르면, 화장품, 퍼스널 케어 또는 약학적 조성물을 생성하는 방법에 의해 생성되는 화장품, 퍼스널 케어 또는 약학적 조성물이 제공되며, 상기 방법은 (a) Cn-지방산 및 Cm-지방산을 용매와 조합하여, 전기분해 반응 혼합물을 형성하고, 여기서, n + m의 합계는 32이며; 전기분해 반응 혼합물 상에서 콜베 전기분해를 수행하는 단계; (b) 상기 단계 (a)의 생성물을 하이드로이성질화 반응을 받게 하여, C30 포화된, 분지형 탄화수소, 또는 C30 포화된, 분지형 탄화수소들의 혼합물을 생성하는 단계; 및 (c) C30 포화된, 분지형 탄화수소를 하나 이상의 성분으로 제형화하여, 화장품, 퍼스널 케어 또는 약학적 조성물을 생성하는 단계를 포함한다.
본원에 기재된 바와 같은 출원, 뿐만 아니라 이의 다른 양태와 추가 특질의 더 양호한 이해를 위해, 첨부된 도면과 함께 사용되는 하기 설명을 참조하며, 여기서:
도 1은 C30 알칸 배합물(팔미틱 지방산 단독으로부터 생성됨), C30-C34 배합물(팔미틱 지방산과 스테릭(steric) 지방산의 조합으로부터 생성되는 중질(heavier) 연화제(emollient)), 및 상업적으로 입수 가능한 올리브 스쿠알렌의 오버레이드(overlaid) 가스 크로마토그램을 도시하고;
도 2는 감각 특징 시험의 결과를 요약하는 스파이더 다이어그램을 도시한다.
정의
다르게 정의되지 않는 한, 본원에 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업계의 당업자에 의해 보편적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다.
명세서 및 청구항에서 사용된 바와 같이, 단수형("a", "an" 및 "the")은 문맥상 분명하게 다르게 나타내지 않는 한 복수형을 포함한다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "포함하는"은, 하기 목록이 비-배제적이고 임의의 다른 적합한 항목, 예를 들어 하나 이상의 추가 특질(들), 구성요소(들) 및/또는 성분(들)을 적절하다면 포함할 수 있거나 포함할 수 없음을 의미하는 것으로 이해할 것이다.
본 발명자들은, 스쿠알렌, 스쿠알렌 유도체 및 이들의 혼합물이 콜베 전기분해 단계 및 후속적인 하이드로이성질화 단계를 포함하는 방법을 사용하여 생성될 수 있음을 발견하였다. 본원에 사용된 바와 같이, 용어 "스쿠알렌 유도체"는 C30 분지형 알칸을 지칭한다. 그 후에, 스쿠알렌 또는 스쿠알렌 유도체, 또는 이들의 조합은 화장품, 퍼스널 케어 또는 약학적 생성물로 제형화된다.
본 출원의 방법은 콜베 전기분해에 의한 2개의 지방산의 탈카르복실화적 이량체화에 의해 알칸 또는 알켄인 C30 탄화수소를 형성하는 단계를 포함한다. 그 후에, C30 탄화수소는 하이드로이성질화 단계를 받아, 포화된, 및 분지형 C30 탄화수소를 생성한다.
C16(팔미틱) 지방산이 출발 물질로서 사용되었던 일례에서, C30 알칸(트리아콘탄)의 순수한 스트림이 생성된다. C30 알칸의 후속적인 하이드로이성질화는 스쿠알렌과 같은 분지형, 포화된 탄화수소를 생성한다. 스쿠알렌처럼 정확히 입체-화학적 입체배좌(conformation)가 아닌 한편, 이 생성물의 감각 경험은 유사할 것이다. 팔미틱 지방산은 함유-화학(oleo-chemical) 공급업체로부터 쉽게 구매될 수 있다.
콜베 전기분해
콜베 전기분해 반응(H. Kolbe, Liebigs Ann. Chem. 1849, 69, 257-294)은 탄화수소를 만드는 방법에서 카르복실산의 탈카르복실화를 위한 화학적 반응 공정이다. 이 반응은 카르복실산을 전기화학적으로 산화시켜, 알칸, 알켄, 알칸-함유 생성물, 알켄-함유 생성물(즉, 콜베 전기분해 반응으로부터 발생되는 알칸 및 알켄, 예컨대 치환된 알칸 및 치환된 알켄을 각각 포함하는 화합물) 및 이들의 혼합물을 생성하는 데 사용될 수 있다. 반응은 라디칼 중간산물을 통해 진행되어, 이들 라디칼의 이량체화에 기초한 생성물을 산출하며, 따라서 Cn-산은 Cm-산과 조합하여, 2개의 이산화탄소 분자 및 1개의 수소 분자와 더불어 m + n - 2개의 탄소를 포함하는 알칸 및/또는 알켄을 형성할 것이다. 라디칼 중간산물은 또한, 불균화 반응(disproportionation)에 의해 더 짧은 알칸 및/또는 알켄 생성물을 유발할 수 있다. 콜베 전기분해에서, 단지 카르복실기만 반응에 참여하고, 지방산 사슬에 존재할 수 있는 임의의 불포화는 반응 생성물에서 보존된다.
콜베 전기분해 반응 공정은 단일 카르복실산(Cn-지방산 및 Cm-지방산이 동일한 경우) 또는 카르복실산들의 혼합물(Cn-지방산 및 Cm-지방산이 서로 상이한 경우)을 사용할 수 있다. 카르복실산들의 혼합물이 사용될 때, 상기 혼합물은 Cn-지방산 및 Cm-지방산을 포함하고, 여기서, n + m의 합계는 32이다.
본 출원의 방법의 일 구현예에서, 콜베 전기분해 단계는 Cn-지방산 및 Cm-지방산을 용매와 조합하여 전기분해 반응 혼합물을 형성하며, 여기서, n + m의 합계는 32이고; 전기분해 반응 혼합물 상에서 콜베 전기분해를 수행하는 단계를 포함한다.
본 출원의 방법에 유용한 지방산은 포화될 수 있거나(즉, 임의의 이중 결함을 함유하지 않음) 또는 불포화될 수 있다(즉, 지방산 사슬을 따라 하나 이상의 알케닐 작용기를 함유함). 적합한 포화된 지방산의 보편적인 예는
- 부티릭(부타노산): CH3(CH2)2COOH 또는 C4:0;
- 카프로익(헥사노산): CH3(CH2)4COOH 또는 C6:0;
- 카프릴릭(옥타노산): CH3(CH2)6COOH 또는 C8:0;
- 카프릭(데칸산): CH3(CH2)8COOH 또는 C10:0;
- 라우릭(도데칸산): CH3(CH2)10COOH 또는 C12:0;
- 미리스틱(테트라데칸산): CH3(CH2)12COOH 또는 C14:0;
- 팔미틱(헥사데칸산): CH3(CH2)14COOH 또는 C16:0;
- 스테아릭(옥타데칸산): CH3(CH2)16COOH 또는 C18:0;
- 아라키딕(에이코사노산): CH3(CH2)18COOH 또는 C20:0; 및
- 베헤닉(도코사노산): CH3(CH2)20COOH 또는 C22:0
이다.
적합한 불포화된 지방산의 보편적인 예는
- 올레산: CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH 또는 cis-△9 C18:1
- 리놀레산: CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH 또는 C18:2
- 알파-리놀렌산: CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH 또는 C18:3
- 아라키돈산: CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)3COOH 또는 C20:4
- 에이코사펜타엔산 또는 C20:5
- 도코사헥사에노산 또는 C22:6
- 에루스산: CH3(CH2)7CH=CH(CH2)11COOH 또는 C22:1
이다.
본원에 사용된 바와 같이 명명법 "Cx:y"는 지방산 내의 탄소 원자의 수의 측면에서 지방산을 정의하는 데 사용되며; 여기서, x는 지방산 사슬 내의 탄소 원자의 수이고 y는 이중 결합의 수이다. y가 0일 때, 지방산은 포화된 지방산이다. 용어 "Cx"는 본원에서, 지방산 사슬 내에 x개의 탄소 원자를 갖는 포화된 지방산과 불포화된 지방산 둘 다를 지칭하는 데 사용된다.
비제한적인 예로서, 콜베 전기분해는 C4 지방산과 C28 지방산, C5 지방산과 C27 지방산, C6 지방산과 C26 지방산, C7 지방산과 C25 지방산, C8 지방산과 C24 지방산, C9 지방산과 C23 지방산, C10 지방산과 C22 지방산의 혼합물, 또는 C11 지방산과 C21 지방산, C12 지방산과 C20 지방산, C13 지방산과 C19 지방산, C14 지방산과 C18 지방산, 또는 a C15 지방산과 C17 지방산의 혼합물을 사용하여 수행될 수 있다. 이들 지방산은 포화된 또는 불포화된, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다.
본 출원의 방법의 또 다른 구현예에서, 콜베 전기분해는 C16 지방산을 사용하여 수행된다. C16 지방산은 포화된 또는 불포화된 지방산일 수 있거나, 또는 C16 지방산은 C16 지방산들의 혼합물일 수 있다.
임의의 공급원료로부터의 지방산은, 필요한 지방산이 공급원료에 존재하는 다른 지방산으로부터 추출되도록 증류된다. 예를 들어, 고수율의 C16 지방산에 대해, 야자과 나무 및 야자 올레인은 양호한 공급원이다. 그러나, 다른 공급원료 물질로부터의 C16이 또한 사용될 수 있다. C16의 콜베 전기분해의 주요 생성물은 C30 분자이다.
지방산의 유의한 재생 가능한 공급원은 식물 오일 및 동물 오일의 트리글리세라이드의 가수분해로부터 나온다. 다양한 식물 오일 및 동물 지방으로부터의 지방산의 공칭(nominal) 조성은 표 1에 주어져 있다.
Figure pct00002
콜베 전기분해에 유용한 지방산은 또한, 트리글리세라이드 가수분해, 예컨대 산-촉매화된 또는 염기-촉매화된 또는 효소-촉매화된 가수분해로부터 생성될 수 있다. 콜베 전기분해 반응 용액에 존재할 수 있는 가수분해 반응의 생성물은 공급원료에 따라 일부 미반응된 트리글리세라이드, 디글리세라이드, 모노글리세라이드, 또는 글리세롤을 포함할 수 있다. 본 발명에서, 바람직하게는 가수분해 반응은 유의한 수성상을 포함하고, 모든 공급원료 지방 및 오일이 수-불용성 유리(free) 지방산 상(phase)으로 가수분해되도록 설계되며, 상기 상은 수성상의 상부(top) 상에 부유한다. 바람직하게는 가수분해 반응의 글리세롤 부산물은 수성상 내로 완전히 용해된다. 가수분해 반응, 예를 들어 콜베 전기분해 반응으로부터 용매 및/또는 염기를 보유하거나 회수하는 것이 유리할 수 있다.
콜베 전기분해에 적합한 용매는 예를 들어, C1-C3 알코올을 포함한다. 예를 들어, 콜베 전기분해 반응에 이용되는 용매는 메탄올 또는 에탄올 또는 C1-C3 알코올들의 혼합물이다. 콜베 전기분해 반응은 물의 존재에 대해 관용적(tolerant)이며, 물은 이 반응에 40 부피% 이하의 양으로 존재할 수 있다. 소정의 구현예에서, 반응 구성요소의 용액 및 전기분해 용액의 전기 전도도는 알코올과 물의 혼합물을 포함하는 용매 시스템에서 개선될 수 있다. 이에, 일부 구현예에서, 용매는 약 2 부피% 내지 약 50 부피%, 약 5 부피% 내지 약 45 부피%, 약 10 부피% 내지 약 40 부피%, 또는 약 20 부피% 내지 약 30 부피%(예를 들어, 에탄올 중 물) 양의 물을 포함한다.
콜베 전기분해 반응에 대한 초기 반응 혼합물은 주위 온도(22℃)에서 용액(공급원료 및 다른 구성요소가 용해되어 있음)이 아닐 수 있다. 콜베 전기분해 반응 동안, 중화된(즉, 염) 형태의 지방산은 용액에 있어야 한다. 유리 지방산은 별개의 상으로서 존재할 수 있다. 카르복실레이트 이온 형태의 지방산이 전기분해 동안 탄화수소로 전환되므로, 이 반응에서 형성되는 염기는 유리 지방산과 반응하여 염을 형성하여, 더 많은 지방산(이의 염 형태로)을 용액 내로 끌어들인다. 이는, 모든 지방산이 소모될 때까지 계속된다. 일 구현예에서, 지방산은 반응에 계속적으로 공급되고, 탄화수소 생성물은 계속 제거되며, 이는 일정한 반응 속도를 유지하고 콜베 전기분해를 정상(steady)-상태 모드에서 수행하는 것을 돕는다.
본 발명의 일부 구현예에서, 콜베 전기분해는 실온 미만 또는 초과의 온도에서 수행될 수 있다. 콜베 전기분해 반응은 약 0℃ 내지 약 100℃, 또는 약 0℃ 내지 약 80℃, 또는 약 15℃ 내지 약 80℃ 범위의 온도에서 수행된다. 대기압보다 더 높은 압력이 이용되어, 용매의 손실 또는 반응 혼합물에 걸친 비등(boiling)을 방지할 수 있다.
콜베 전기분해 반응에서, 전기분해를 겪는 콜베 반응을 개시하기 전에 또는 콜베 반응 동안 지방산의 카르복실산기를 카르복실레이트 염으로 부분적으로 전환시키기 위해 염기가 첨가될 수 있다. 일부 구현예에서, 지방산은 약 1% 내지 80%, 1% 내지 60%, 또는 1% 내지 25% 범위만큼 중화될 것이다. 이러한 경우, 백분율은, 총 카르복실산 몰 농도에 비해 몰 단위에서 중화된 지방산의 농도를 의미한다. 지방산의 중화에 적합한 염기는 나트륨 또는 칼륨의 하이드록사이드, 알콕사이드 또는 카르보네이트 염이다. 아민 염기가 또한 사용될 수 있다.
일부 구현예에서, 전해질은 콜베 반응 혼합물에 첨가되어, 콜베 반응 혼합물 전기 전도도를 증가시킬 수 있다. 적합하게는 콜베 반응 혼합물 전기 전도도를 개선하기 위한 전해질은 나트륨 또는 테트라알킬암모늄의 퍼클로레이트, p-톨루엔설포네이트 또는 테트라플루오로보레이트 염 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 이들 전해질로부터의 것 이외의 음이온, 또는 기질 카르복실산의 카르복실레이트 이외의 음이온은 간섭될 수 있고 존재하지 않아야 한다. 혼합물 전도도의 증가는 혼합물 저항(resistivity)의 저하에 상응한다.
콜베 전기분해에서 캐소드의 물질은 통상 스테인리스강, 니켈, 또는 흑연이지만, 백금 또는 금을 포함하여 다른 적합한 물질 또한 사용될 수 있다. 애노드의 물질은 전형적으로, 적어도 애노드의 반응 표면에서 백금이다. 애노드는 애노드 물질로 구성된 호일 또는 플레이트일 수 있거나, 애노드 물질은 티타늄, 니오븀, 흑연 또는 유리와 같은 지지체 물질 상에 플레이팅되거나 고정될 수 있으며, 바람직한 지지체 물질은 티타늄 또는 니오븀이다. 예를 들어, 1 마이크로미터의 백금으로 전기도금된 1 mm-두께의 티타늄 플레이트로 구성된 애노드는 콜베 전기분해에 사용되어, 백금 호일 애노드를 사용하여 발견된 것과 대략 동등한 생산성 값을 제공할 수 있다. 비-다공성 흑연, 금 또는 팔라듐을 포함하여 다른 물질이 또한 애노드로서 사용될 수 있다.
콜베 전기분해에 적용된 전극의 활성 표면적으로 나눈, 전극에 공급된 전류로서 정의된 전류 밀도는 약 10 내지 약 1000 mA/cm2의 범위일 수 있다.
본 발명의 일부 구현예에서, 불포화된 지방산이 지방산 혼합물의 파트일 때, 아세트산은 예를 들어 국제 PCT 출원 WO 2016/0080335에 기재된 바와 같이 콜베 전기분해에서 패시베이션 전압(passivation voltage)을 낮추기 위해 첨가된다. 아세트산의 양은 총 카르복실산의 약 0.2 중량% 내지 약 20 중량%이다.
콜베 전기분해의 탄화수소 생성물은 반응 생성물 분리기를 사용하여 반응 혼합물로부터 분리될 수 있으며, 여기서, 반응 생성물 분리기는 액체 또는 고체 반응 생성물을 액체 용액으로부터 분리할 수 있는 임의의 장치이다. 반응 생성물 분리기의 예는 원심분리 분리기, 사이클론, 중력-구동 분리기, 침강 탱크, 여과 시스템 및 증류 시스템을 포함하지만 이들로 제한되는 것은 아니다.
하이드로이성질화
방법의 다음 단계는, 탄화수소의 특성을 변형시키기 위해 콜베 전기분해 반응의 C30 탄화수소 생성물의 하이드로이성질화이며, 따라서 이는 화장품, 퍼스널 케어 또는 약학적 조성물에 사용하기에 더욱 적합하다.
하이드로이성질화 반응은 수소 가스, 및 금속 구성요소를 갖는 촉매의 존재 하에 수행되어, 골격 이성질화를 촉매화하여, 콜베 전기분해 단계의 출발 C30 탄화수소 생성물과 동일한 분자량을 갖는 포화된, 분지형 탄화수소를 산출한다. 생성된 탄화수소는 산화에 더욱 안정하고 더 낮은 온도에서 더욱 유동성이며, 이는 바람직한 특성이다.
하이드로이성질화 반응의 일례에서, 촉매는 함침된(impregnated) 백금 족 금속을 함유하는 실리카/알루미나계 제올라이트이며, 반응 온도는 약 250℃ 내지 약 400℃, 또는 약 275℃ 내지 약 400℃이며, 반응 압력은 약 10 bar 내지 약 400 bar, 또는 약 10 bar 내지 약 100 bar이고, 탄화수소에 대한 수소 가스의 비는 약 100 내지 약 1000, 또는 약 400 내지 약 1000이다.
하이드로이성질화 공정의 부반응은 탄화수소 분해(hydrocarbon cracking)이며, 이는 단쇄 탄화수소를 생성한다. 하이드로이성질화의 조(crude) 생성물은 스쿠알렌 및 스쿠알렌 유도체(장쇄 탄화수소)와 30 미만의 탄소수를 갖는 단쇄 탄화수소의 혼합물이다. 스쿠알렌 및 스쿠알렌 유도체는 당업계에 알려진 증류 또는 임의의 다른 분리 기법에 의해 단쇄 탄화수소로부터 분리되며, 따라서 최종 생성물은 스쿠알렌을 갖거나 갖지 않는 하나 이상의 스쿠알렌 유도체의 임의의 조합을 포함할 수 있는 C30 알칸의 배합물이다.
제형
하이드로이성질화 단계의 생성물은 후속적으로, 당업계에 알려진 일상적인 방법에 따라 화장품, 퍼스널 케어 또는 약학적 조성물에서 제형화된다. 화장품, 퍼스널 케어 또는 약학적 조성물은 조성물의 최종 용도에 기초하여 제형 방법에서의 숙련자에 의해 쉽게 결정될 바와 같이 하나 이상의 부형제, 희석제 또는 활성 성분을 포함할 수 있다.
본원에 기재된 본 발명의 더욱 양호한 이해를 얻기 위해, 하기 실시예가 나타나 있다. 이들 실시예는 단지 예시적인 목적을 위한 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 이들 실시예는 본 발명의 범위를 임의의 방식으로 제한해서는 안 된다.
실시예
실시예 1:
팔미트산 및 스테르산(steric acid)의 공급원료 배합물을 사용하여 콜베 전기분해를 수행하여, C30 - C34 탄화수소의 배합물을 생성하였다. 팔미트산의 공급원료 단독을 사용하여 제2 콜베 전기분해를 수행하여, C30 탄화수소의 배합물을 생성하였다. 생성된 탄화수소를 각각, 275℃ 내지 400℃의 반응 온도, 10 bar 내지 100 bar의 반응 압력에서 함침된 백금을 촉매로서 함유하는 실리카/알루미나계 제올라이트를 사용하여 하이드로이성질화를 받게 하였다. 각각의 경우 탄화수소에 대한 수소 가스의 비는 400 내지 1000이었다. 분해 부반응의 단쇄 탄화수소 생성물을 증류에 의해 제거함으로써 알칸 생성물을 정제하였다.
도 1은 C30 알칸 배합물(팔미틱 지방산 단독으로부터 생성됨), C30-C34 배합물(팔미틱 지방산과 스테릭 지방산의 조합으로부터 생성된 중질 연화제), 및 상업적으로 입수 가능한 올리브 스쿠알렌에 대한 가스 크로마토그램의 비교를 도시한다. 팔미트산 공급원료로부터 만들어진 배합물은, 팔미트산과 스테아르산의 조합으로부터 만들어진 배합물보다 스쿠알렌에 더욱 근접하게 매칭되었으며, 따라서 방법이 스쿠알렌에 근접하게 닮아 있는 알칸의 배합물을 발생시켰음을 확인시켜 주었다.
배합물 (i) C30-C34 알칸; 및 (ii) C30 알칸을 포함하는 하이드로이성질화된 물질의 감각 특징을 상업적으로 구매된 스쿠알렌과 비교하였다. 시험 방법은 하기 표에 주어져 있다.
Figure pct00003
이 시험의 결과는 도 2의 스파이더 다이어그램에서 정성적으로 도시되어 있다. 결과는, C30 배합물이 놀랍게도, 감각 특징에서, 배합물에서 좁은 크기 범위에 기초하여 더욱 유사한 특징을 갖는 것으로 예상되었을 C30 - C34 배합물보다 더 상업적인 스쿠알렌과 유사하였음을 실증한다. 이에, 본원에 기재된 방법에 따라 생성된 C30 배합물은 천연 공급원으로부터 추출된 스쿠알렌에 대한 합성 치환물로서 사용될 수 있다.
본 명세서에서 언급된 모든 공보, 특허 및 특허 출원은, 본 발명이 속하는 당업계의 당업자의 수준을 나타내고, 각각의 개별 공보, 특허 또는 특허 출원이 구체적으로 그리고 개별적으로 참조로서 포함되는 것으로 나타난 것과 동일한 규모까지 참조로서 본원에 포함된다.
따라서 발명이 기재된 바와 같이, 동일한 것은 많은 방식으로 달라질 수 있음이 명백할 것이다. 이러한 변형은 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나는 것으로 여겨지지 않아야 하고, 모든 이러한 변형은 당업자에게 명백할 바와 같이 하기 청구항의 범위 내에 포함되고자 한다.

Claims (11)

  1. 화장품, 퍼스널 케어 또는 약학적 조성물을 생성하는 방법으로서,
    상기 방법은
    (a) Cn-지방산 및 Cm-지방산을 용매와 조합하여, 전기분해 반응 혼합물을 형성하고, 여기서, n + m의 합계는 32이며; 전기분해 반응 혼합물 상에서 콜베(Kolbe) 전기분해를 수행하는 단계;
    (b) 단계 (a)의 생성물을 하이드로이성질화 반응하여, C30 포화된, 분지형 탄화수소, 또는 C30 포화된, 분지형 탄화수소들의 혼합물을 생성하는 단계; 및
    (c) C30 포화된, 분지형 탄화수소를 하나 이상의 성분으로 제형화하여, 화장품, 퍼스널 케어 또는 약학적 조성물을 생성하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 Cn-지방산과 Cm-지방산 둘 다는 C16 지방산인, 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 Cn-지방산은 C8 지방산이고 Cm-지방산은 C24 지방산이거나, Cn-지방산은 C9 지방산이고 Cm-지방산은 C23 지방산이거나, Cn-지방산은 C10 지방산이고 Cm-지방산은 C22 지방산이거나, Cn-지방산은 C11 지방산이고 Cm-지방산은 C21 지방산이거나, Cn-지방산은 C12 지방산이고 Cm-지방산은 C20 지방산이거나, Cn-지방산은 C13 지방산이고 Cm-지방산은 C19 지방산이거나, Cn-지방산은 C14 지방산이고 Cm-지방산은 C18 지방산이거나, 또는 Cn-지방산은 C15 지방산이고 Cm-지방산은 C17 지방산인, 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    단계 (a)에서, 1 내지 25 몰%의 지방산은 염기로 중화되는, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 (a)는 약 10 내지 약 1000 mA/cm2의 전류 밀도 및 약 0℃ 내지 약 80℃의 온도에서 수행되는, 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 (b)의 하이드로이성질화는 수소 가스 및 촉매의 존재 하에 수행되는, 방법.
  7. 제7항에 있어서,
    상기 촉매는 함침된 백금을 함유하는 실리카/알루미나계 제올라이트인, 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하이드로이성질화 반응 온도는 약 275℃ 내지 약 400℃인, 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하이드로이성질화 반응 압력은 약 10 bar 내지 약 100 bar인, 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하이드로이성질화 반응에서, 탄화수소에 대한 수소 가스의 비는 약 400 내지 약 1000인, 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 방법에 의해 생성되는 화장품, 퍼스널 케어 또는 약학적 조성물.
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