MXPA02011193A - Procedimiento para la preparacion de agentes tensioactivos cationicos. - Google Patents

Abstract

La invencion se refiere a la preparacion de derivados de agentes tensioactivos cationicos procedentes de la condensacion de un acido, preferiblemente un acido graso o un hidroxiacido con un numero de atomos de carbono de entre 8 y 14 con aminoacidos esterificados, preferiblemente aminoacidos de tipo basico, y mas preferiblemente (L)-arginina; el metodo consta de una primera fase en la cual se realiza la esterificacion del aminoacido con un alcohol y una segunda fase para la condensacion con un cloruro de acido, preferiblemente un cloruro de acilo de un acido graso o un hidroxiacido, en que esta segunda fase se realiza en medio acuoso y con un valor de pH entre 6 y 7, preferiblemente entre 6.7 y 6.9.

Description

PROCEDIMIENTO PARA LA PREPARACIÓN DE AGENTES TENSIOACTIVOS CATIONICOS INTRODUCCIÓN La presente invención se refiere a un nuevo procedimiento para la preparación de productos tensioactivos catiónicos, cuya parte hidrofílica está compuesta por un aminoácido esterificado, preferiblemente un aminoácido esterificado de tipo básico, y la parte hidrofóbica de los mismos por un ácido, preferiblemente un ácido graso o hidroxiácido ligado al grupo amino del aminoácido mediante un enlace con amida.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los compuestos tensioactivos catiónicos son muy conocidos por su capacidad de inhibir la formación de colonias baterianas. Esta actividad antimicrobiana se describe con detalle en el documento EP-A-0 749 960. Se comprobó la eficacia del producto lauramida de monoclorhidrato de éster etílico de L-arginina contra más microorganismos: Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, Candida albicans y Aspergillus niger. También se sabe que el producto es eficaz contra las bacterias Alcaligenes faecalis, Bordetella bronchiseptica, Citrobacter freundii, Enterobacter aerogenes, Klebsiella pneumoniae spp. pneumoniae, Proteus mirabilis, Salmonelly thyphimuríum, Serratia marcescens, Bacillus subtilus, Bacillus cereus spp. mycoide, Micrococcus luteus, Arthrobacter oxydans, Mycobacterium phlei y Listeria monocytogenes, contra las levaduras Rhodotorula rubra, Saccharomyces cerevisiae y Zygosaccharomyces rouxii y contra los hongos Mucor rouxii, Aureobasidum pullulans, Chaetonium globosum, Gliocadium virens, Penicilloium chyrysogenum y Penicillium funiculosum. La ventaja específica del producto es su excelente eficacia contra estas cepas de microorganismos y su buena tolerancia por parte de los animales y los seres humanos. Por este motivo, este producto es muy adecuado para cualquier uso que comporte un contacto directo con el cuerpo humano como, por ejemplo, en preparaciones de cosméticos y en la industria alimentaria. La preparación de compuestos tensioactivos catiónicos con actividad antimicrobiana ha sido extensamente estudiada. El método descrito en el documento ES-A-512643 hace referencia al primer paso de la preparación de un éster a partir del aminoácido de tipo básico y un alcohol. En el segundo paso, se efectúa una condensación del éster con un ácido graso para obtener el producto final. Inicialmente, se prepara una solución del catalizador cloruro de tionilo en el alcohol y a esta solución se le añade el aminoácido. Es necesario calentar la solución y se necesitan como mínimo 16 horas para que finalice la reacción. El segundo paso de la condensación se lleva a cabo añadiendo a la solución el ácido graso como ácido libre en presencia de un reactivo de acoplamiento como diciciohexilcarbodiimida (DCDD). En el documento EP-A-0 749 960, se describe un método mejorado que difiere del anterior ya que, en el primer paso, proporciona una dispersión del aminoácido básico en alcohol a la cual se le añade un catalizador como el cloruro de tionilo gota a gota. La adición gota a gota es la principal ventaja de esta adaptación del método ya que permite un excelente control de la reacción sin necesidad de utilizar una fuente de calor externa para iniciar la reacción. Este método también difiere del anterior en el segundo paso en la que se utiliza un haluro de ácido graso. Esta adaptación del método permite realizar la reacción en un medio acuoso, lo que representa una gran ventaja cuando el producto final se utiliza en la industria alimentaria. Cuando se añade el cloruro de tionilo, se solubiliza la arginina para la formación de diclorhidrato de éster etílico de arginina. El método descrito en el documento EP-A-0 749 960 también se caracteriza por el hecho de que el segundo paso de la condensación del aminoácido esterificado se realiza en un medio alcalino. En el documento EP-A-0 749 960, se describe la necesidad de realizar la condensación con un pH alcalino, preferiblemente un pH comprendido entre 8 y 10. Evidentemente, la razón de utilizar un medio alcalino es la convicción de que este tipo de reacción, una reacción Schotten-Baumann, requiere un medio alcalino. En el documento GB-A-1 352 420, se describe una reacción similar, la de la arginina con un haluro de acilo alifático superior, también en un medio acuoso alcalino.

En este documento anterior, se expone un ejemplo específico en el que se utiliza un valor pH de 11.5-12.0 ajustado con hidróxido de sodio. El procedimiento descrito en el documento EP-A-0 749 960 permite una preparación relativamente rápida y eficaz de los agentes tensioactivos catiónicos deseados que se utilizarán como productos antimicrobianos. No obstante, los autores de la presente invención se han comprometido a mejorar el método de preparación para poder producir los productos en el ámbito industrial con la calidad requerida y de un modo económico. Finalmente, esta evaluación continua de las mejoras del método ha conducido a la elaboración de la presente invención.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención describe un nuevo método para la preparación de agentes tensioactivos catiónicos adecuados para uso antimicrobiano en preparaciones de cosméticos y alimentos. El método inventivo puede utilizarse para la preparación de compuestos preparados a partir de cualquier tipo de aminoácidos. Los agentes tensioactivos catiónicos preferidos preparados de acuerdo con el método de la presente invención se derivan de aminoácidos de tipo básico, tales como la (L)-lisina y (L)-arginina, prefiriéndose particularmente el aminoácido (L)-arginina. En el primer paso del método, se provoca la reacción del aminoácido, preferentemente un aminoácido (L)-arginina, en un alcohol para formar el éster correspondiente. El tipo del alcohol no es un factor esencial en este método. No obstante, se recomienda utilizar un alcohol que contenga de 1 a 12 átomos de carbono, pudiendo ser el alcohol lineal o ramificado. A continuación, se exponen ejemplos de este tipo de alcoholes: metanol, etanol, propanol, isopropanol, 1 -butanol, 2-butanol, ter-butanol, pentanol, hexanol, heptanol, octanol, octanol, nonanol, decanol, undecanol y dodecanol. Se recomienda principalmente el etanol, un alcohol que además de ser particularmente adecuado para el método de la invención, es el más apropiado para la preparación de agentes tensioactivos catiónicos utilizados en la industria alimentaria ya que su tolerancia es buena y, esencialmente, no presenta efectos secundarios tóxicos. En el método de la invención, la manera más adecuada de preparar un éster a partir del aminoácido y el alcohol en el primer paso es la que corresponde al método expuesto en EP-A-0 749 960. En el primer paso, se prepara una solución o dispersión del aminoácido en el alcohol y, de acuerdo con el método más recomendado, una dispersión del aminoácido de tipo básico en etanol. Normalmente, los aminoácidos, incluidos los aminoácidos de tipo básico, son solubles en alcohol. Sin embargo, el aminoácido monoclorhidrato de (L)-arginina no es soluble en etanol. Por este motivo, se prepara una dispersión de este aminoácido específico en etanol que será la preparación inicial de la reacción. A esta solución o dispersión del aminoácido en el alcohol se añade, de manera controlada, un catalizador convencional como, por ejemplo, el cloruro de azufre, el cloruro de hidrógeno, el tricloruro de fósforo. Se han comprobado que el compuesto cloruro de tionilo es particularmente adecuado como catalizador. Se añade el catalizador, por ejemplo, el cloruro de tionilo, durante un periodo de dos horas. La cantidad total del catalizador depende de las condiciones específicas de la reacción. Según lo establecido en el método descrito en EP-A-0 749 960, se añade una cantidad total de 1 ,3 equivalentes de cloruro de tionilo a 1 equivalente de (L)-arginina dispersa. Ahora, se ha descubierto que con una cantidad específica de 1 ,27 equivalentes de cloruro de tionilo se obtiene una preparación óptima del éster, cuando éste está formado a partir de arginina con etanol. Actualmente, no se conoce a ciencia cierta la razón por la cual esta cantidad específica conduce da un resultado final óptimo. En el entorno industrial, el catalizador cloruro de tionilo se añade a una proporción de 140 kg/h a 164 kg/h para obtener una cantidad final de diclorhidrato de éster etílico de L-arginina de 2100 kg de producto crudo fina. Normalmente, la pureza de este producto crudo oscila entre un 90 y un 95%. La adición controlada de cloruro de tionilo conduce a una generación térmica regular en la reacción exotérmica, que permite realizar la reacción sin necesidad de utilizar una fuente de calor externa. Esta manera de llevar a cabo el método supone una ventaja económica muy importante, especialmente en la producción industrial. La duración de la reacción de esterificación depende de un gran número de factores, especialmente, de los componentes utilizados como constituyentes para la preparación del éster. En esta parte de la preparación, las condiciones del método permiten una preparación muy rápida del éster. Habitualmente, se requieren entre 3 y 6 horas para finalizar la reacción. Una vez acabada la reacción de esterificación, se obtiene un producto final normalmente, un clorhidrato o en el caso de los aminoácidos de tipo básico un diclorhidrato. El producto es un crudo que contiene varios constituyentes adicionales como, por ejemplo, cierta cantidad del aminoácido que no ha reaccionado. La presencia de dichas impurezas no tiene especial importancia. Puede realizarse un procedimiento de purificación aunque, en realidad, no es necesario. Además, el rendimiento de la reacción de esterificación es excelente. Cuando se prepara el éster a partir del aminoácido arginina y de etanol, el rendimiento suele ser superior al 90%. Se observan, de manera regular, rendimientos del 96%. El producto obtenido en el primer paso de la preparación, en forma más o menos purificada, es un producto oleoso. En la reacción de esterificación, se utiliza el alcohol como disolvente. Dicho solvente se elimina cuidadosamente para evitar efectos no deseados durante el segundo paso de la reacción. Cualquier método convencional para eliminar el disolvente es adecuado sin recomendarse ninguno en especial. El método más comúnmente utilizado es la evaporación del disolvente bajo presión reducida, en laboratorio y en condiciones industriales. Por lo general, la pureza del producto obtenido en el primer paso oscila entre un 90 y 95% del compuesto diclorhidrato de éster etílico de arginina.

En el segundo paso del método, se provoca la reacción del compuesto esterificado con un cloruro de ácido carboxílico para obtener la amida correspondiente del aminoácido esterificado. Básicamente, puede utilizarse cualquier tipo de cloruro de ácido en este método. No obstante, son preferibles los cloruros de ácidos grasos o cloruros de hidroxiácido con un número total de átomos de carbono de entre 8 y 14, e incluso más adecuados los cloruros de ácidos grasos de cadena lineal y cloruros de hidroxiácido con un total de 8 a 14 átomos de carbono. A continuación, se detallan ejemplos de estos ácidos grasos; ácido láurico, ácido caprílico, ácido caproico, ácido mirístico y ácido plamítico. Se recomienda especialmente el cloruro de lauroílo, no sólo por su excelente función en la relación, sino también por su excelencia historia toxicológica. Una de las características del método de la invención es que este segundo paso de la reacción se efectúa en un medio acuoso sin la presencia de ningún disolvente orgánico. Son numerosos los usos que puede darse al producto final aunque presente una pequeña cantidad de disolvente orgánico. No obstante, tal y como se ha mencionado anteriormente en varias ocasiones, uno de los usos específicos al que están destinados los productos preparados según este método es en la industria alimentaria. En este caso, la presencia de componentes orgánicos es inadmisible bajo cualquier circunstancia. Puede prepararse la solución acuosa agitando el éster del aminoácido en una cantidad adecuada de agua. Puede utilizarse agua desmineralizada normal, agua desionizada y agua destilada. Se recomienda el uso de agua desionizada. Uno de los efectos específicos del método de la invención es que el valor de pH durante el segundo paso de la reacción no se mantiene e el intervalo de pH alcalino, como sucedía en el modo convencional de preparar el producto, sino que se mantiene en un intervalo de pH prácticamente neutro de 6.7-6.9. Los autores de la invención han llevado a cabo numerosas invenciones que les ha permitido que, en este intervalo de pH, se observan los valores óptimos de rendimiento de la reacción superior al 90%, lo que representa una mejora importante respecto al obtenido bajo las condiciones de reacción convencionales. Es obvio que, con el método de la invención, la cantidad de impurezas detectadas bajo estas condiciones sea menor que la cantidad detectada en condiciones de reacción convencionales. La disolución del producto obtenida en el primer paso de la reacción lleva a una solución acuosa del carácter ácido. De acuerdo con el procedimiento de la invención, es necesario que el valor de pH se sitúe en 6.7-6.9, intervalo de pH óptimo para llevar a cabo la reacción de condensación. Este ajuste del valor de pH puede realizarse con cualquier producto básico, en solución, o alternativamente añadiendo un compuesto básico sólido. El método más sencillo y fácil para obtener un valor de pH preciso y exacto bajo condiciones industriales es añadir una solución. El producto básico utilizado para ajustar el valor de pH en el intervalo deseado no reviste especial importancia. Puede utilizarse cualquier clase de producto básico. En la práctica habitual, se utilizan preferiblemente hidróxidos de metal alcalino, tales como el hidróxido de sodio o de potasio, especialmente, el de sodio. Tras ajustar el valor de pH en el nivel deseado, en particular entre 6.7 y 6.9, la temperatura de la mezcla de la reacción se ajusta a un nivel adecuado para que se produzca la reacción. En los estudios anteriores, obviamente la temperatura no se consideraba como uno de los parámetros clave. La única indicación que encontramos es que la temperatura debe situarse en un nivel inferior a 20°C y no se consideraba importante una definición más precisa. Uno de los resultados no esperados que han obtenido los autores gracias a la presente invención es el importante papel que juega la temperatura en la determinación del resultado final de la reacción. Dichos autores han descubierto que, para la reacción, lo idóneo es que la temperatura oscile entre los 10 y 15°C ya que en este intervalo la amida final obtenida resulta tener el nivel más alto de pureza. Esta temperatura óptima de entre 10 y 15°C se mantiene durante toda el segundo paso de la reacción. La reacción de amidación se inicia con la adición del cloruro del ácido graso o del hidroxiácido. La cantidad total del cloruro del ácido graso o del hidroxiácido es de 0.96 equivalente (por 1 equivalente del aminoácido esterificado) en lugar de 1.1 equivalente tal y como se realizaba anteriormente. La duración de la reacción de amidación suele oscilar entre las 5 y las 10 horas. Lo más habitual es que ia reacción dure 6 horas. Cuando se produce la condensación, se recupera el producto final mediante centrifugación del producto precipitado. En el método de preparación convencional, el pH tenía que ajustarse a un valor de entre 6 y 7 al final de la preparación. Ahora, ya no es necesario efectuar este ajuste adicional. La preparación final del producto se lleva a cabo con los métodos habituales.

EJEMPLO El método para la preparación del agente tensioactivo catiónico de acuerdo con la invención presenta varias similitudes con el método descrito en EP-A-0 749 960.

Primer paso Preparación del diclorhidrato de éster etílico de L-arqinlna En un reactor de vidrio con una capa de dos litros y una tapa de cinco tomas, provisto de un agitador mecánico, de un condensador de reflujo, una entrada de gas nitrógeno, un embudo de decantación que permita la adición controlada de líquidos y un termómetro, se realiza una suspensión de 1 equivalente de clorhidrato de L-arginina en 200 ml de alcohol etílico anhidro a temperatura ambiente. A continuación, se agita. Se añade gota a gota una cantidad total de 1.27 equivalentes de catalizador cloruro de tionilo durante un periodo de dos horas. Se mantienen las condiciones del reflujo mediante calor adicional. Cuando la mezcla alcanza el punto de ebullición, se agita durante tres horas más. Transcurrido dicho periodo, se ha completado la reacción. Se elimina el disolvente por evaporación a presión reducida, con adiciones intermedias de etanol seco.

Segundo paso Preparación de la lauramida de monoclorhidrato de éster etílico de L-arainina El producto crudo obtenido en la primera fase se disuelve en agua y el pH de la solución se ajusta a un valor específico añadiendo hidróxido de sodio acuoso. Se estudian las condiciones de la reacción teniendo en cuenta que el pH final de la solución oscila entre 4.5 y 12 (inclusive). El pH de la reacción debe mantenerse constante en este valor hasta que finalice la reacción. A la solución se añade gota a gota, 0.96 equivalentes de cloruro lauroílo. La temperatura de la mezcla se mantiene entre los 10 y los 15°C mediante un baño de enfriamiento apropiado que contiene etilenglicol. Una vez finalizada la reacción, se agita durante dos horas más.

Transcurrido este tiempo, el pH de la solución se ajusta a un valor final de 6-7 con ácido clorhídrico o hidróxido de sodio. Finalmente, se filtra el producto del crudo de reacción. Tras esta operación, se obtiene una composición sólida blanca con aspecto perlado.

Se analiza el producto obtenido con procedimientos cromatográficos estándar para obtener la cantidad de producto final, así como las cantidades y tipos de impurezas presentes en el producto final. Se calcula el rendimiento de la reacción. En la tabla 1 , se muestran los resultados obtenidos.

CUADRO 1 Explicación de las abreviaturas LAE éster etílico de monoclorhidrato de Na-lauroil-L-arginina LAS Na-lauroil-L-arginina p/p peso/peso RESUMEN DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a la preparación de derivados de agentes tensioactivos catiónicos procedentes de la condensación de un ácido, preferiblemente un ácido graso o un hidroxiácido con un número de átomos de carbono de entre 8 y 14 con aminoácidos esterificados, preferiblemente aminoácidos de tipo básico, y más preferiblemente (L)-arginina; el método consta de una primera fase en la cual se realiza la esterificación del aminoácido con un alcohol y una segunda fase para la condensación con un cloruro de ácido, preferiblemente un cloruro de acilo de un ácido graso o un hidroxiácido, en que esta segunda fase se realiza en medio acuoso y con un valor de pH entre 6 y 7, preferiblemente entre 6.7 y 6.9.

GILLE/1A/aom*mmf*agp*flu*tpr P02/1690F

Claims (6)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un método para la preparación de agentes tensioactivos catiónicos, derivados de la condensación de un ácido con un aminoácido esterificado, que comprende la esterificación del aminoácido con un alcohol en un primer paso y en un segundo paso realizar la condensación con un cloruro de un ácido en una solución acuosa, caracterizado porque se realiza el segundo paso con un valor de pH de entre 6 y 6.9.

2.- El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque se mantiene la temperatura en el segundo paso del método a 10-15°C.

3.- El método de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado además porque el aminoácido es un aminoácido de tipo básico.

4.- El método de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque el aminoácido es (L)-arginina.

5.- El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque el ácido es un ácido graso o un hidroxiácido con un número de átomos de carbono de 8-14.

6.- El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque el valor de pH es de entre 6.7 y 6.9.