BR0015879B1

BR0015879B1 - processo para preparação de tensoativos catiÈnicos.

Info

Publication number: BR0015879B1
Application number: BRPI0015879-8A
Authority: BR
Inventors: Mestres Agustin Contijoch; Martinez Francisco J Rodriguez; Bonaventura Joan Seguer
Priority date: 2000-06-03
Filing date: 2000-06-03
Publication date: 2012-02-22
Also published as: CA2412344C; EP1294678B1; AU2000255283A1; DE60026525T2; ATE319679T1; EP1294678A1; CA2412344A1; BR0015879A; DE60026525D1; US7087769B1; DK1294678T3; ES2256017T3; MXPA02011193A; WO2001094292A1; PT1294678E

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSO PARA PREPARAÇÃO DE TENSOATIVOS CATIÔNICOS".

A presente invenção refere-se a um processo para preparação de produtos tensoativos catiônicos, cuja porção hidrofílica consiste em um aminoácido esterificado, preferencialmente um aminoácido esterificado do tipo básico e uma porção hidrofóbica do mesmo consiste em um ácido, pre- ferencialmente um ácido graxo ou um hidroxiácido, ligado ao grupo amino do aminoácido através de uma ligação amino.

Fundamentos da Invenção

Os compostos tensoativos catiônicos são bem conhecidos na técnica por sua capacidade em inibir a formação de colônias bacterianas.

Essa atividade antimicrobiana é descrita em detalhes no docu- mento de patente EP-A-0.749.960. A eficácia do produto de Iauramida do monocloridrato do éster de etil L-arginina foi provada ainda contra os se- guintes microorganismos: Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Pseu- domonas aeruginosa, Candida albicans e Aspergillus niger. O produto é ain- da conhecido como sendo eficaz contra a bactéria Alcaligenes faecalis, Bor- detella bronchiseptica, Citrobacter freundii, Enterobacter aerogenes, Klebsie- Ila pneumoniae spp. pneumoniae, Proteus mirabilis, Salmonelly Thyphimu- rium, Serratia mareeseens, Bacillus subtilus, Bacillus eereus spp. myeoide, Mierococeus luteus, Arthrobaeter oxydans, Myeobaeterium phlei e Listeria monoeytogenes, contra as leveduras Rhodotorula rubra, Saccharomyees eerevisiae e Zygosaceharomyees rouxii e contra o fungo Mueor rouxii, Aure- obasidium pullulans, Chaetonium globosum, Glioeadium virens, Penieillium Chrysogenum e Penieillium funieulosum. Constitui uma particular vantagem do produto o fato do mesmo mostrar uma excelente eficácia contra essas linhagens de microorganismos e ser bem tolerado por animais e seres hu- manos. Esse positivo aspecto de segurança torna o produto altamente ade- quado para qualquer uso que leve a um contato direto com o corpo humano, como nas preparações cosméticas e na indústria de alimentos.

A preparação de compostos tensoativos catiônicos com ativida- de antimicrobiana é descrita no estado da técnica. O método descrito no documento de patente ES-A-512.643 é relativo a uma primeira etapa de preparação de um éster de aminoácido do tipo básico e um álcool e, na segunda etapa, a realização de uma condensa- ção do éster através de um ácido graxo, para obter o produto final. Constitui um típico aspecto do método, que, inicialmente, uma solução de catalisador de cloreto de tionila seja preparada em álcool e que o aminoácido seja adici- onado a essa solução. O aquecimento da solução é necessário e toma pelo menos 16 horas para finalizar a reação. A segunda etapa de condensação é executada mediante adição de ácido graxo como ácido livre à solução, na presença de um reagente de acoplamento, tal como diciclohexilcarbodiimida (DCDD).

Um método aperfeiçoado foi fornecido no documento de pa- tente EP-A-0.749.960, que é diferente do método anteriormente menciona- do, mediante fornecimento na primeira etapa de uma dispersão de aminoá- cido tipo básico em álcool e adição de um catalisador, como cloreto de tioni- la, a essa dispersão na forma de gotas. É vantajoso dessa adaptação do método, que essa adição na forma de gotas permite um excelente controle da reação, sem a necessidade de aplicação de calor externo para proces- samento da reação. Uma adicional diferença é o desempenho da segunda etapa, através do uso de um halogeneto de ácido graxo. Constitui uma parti- cular vantagem que essa adaptação permita o desempenho da reação em um ambiente aquoso, que é particularmente vantajoso, quando o uso do produto final é idealizado para a indústria de alimentos. Quando é adiciona- do o cloreto de tionila, então a arginina é solubilizada para a formação do dicloridrato do éster de etil arginina.

O método descrito no documento de patente EP-A-0.749.960 é ainda caracterizado pelo fato de que a segunda etapa da condensação do aminoácido esterificado é executada em um ambiente alcalino. O documento de patente EP-A-0.749.960 descreve a necessidade de realizar a condensa- ção em um pH alcalino, preferencialmente em um pH entre 8 e 10. A razão para utilização do ambiente alcalino é evidenciada pela convicção funda- mentada na técnica, de que esse tipo de reação, que é uma reação de Schotten-Baumann, necessita de um ambiente alcalino. Uma reação compa- rável é descrita no documento de patente GB-A-1.352.420, que descreve a reação da arginina com um halogeneto de acila alifático superior e do mes- mo modo indica a presença de um meio aquoso alcalino. Um exemplo espe- cífico contido nesse documento do estado da técnica indica um valor de pH de 11,5-12,0, ajustado com hidróxido de sódio.

O processo descrito no documento de patente EP-A-0.749.960 permite uma preparação relativamente rápida e eficiente dos tensoativos catiônicos desejados, a serem usados como produtos antimicrobianos, mas os presentes inventores estabeleceram para si próprios a tarefa de continu- amente aperfeiçoar o método de preparação, objetivando a possibilidade de produzir os produtos industrialmente na qualidade requerida, de um maneira econômica. Essa avaliação contínua dos aperfeiçoamentos do método, pro- porcionou, finalmente, à presente invenção.

Descrição da Invenção

A presente invenção é dirigida a um novo método para prepara- ção de tensoativos catiônicos adequados para uso antimicrobiano em cos- méticos e preparações alimentícias. O método da invenção pode ser usado para preparação de compostos preparados a partir de qualquer tipo de ami- noácido, sendo que os tensoativos catiônicos preferidos preparados de acordo com o método da invenção são derivados de aminoácidos do tipo básico, como (L)-Iisina e (L)-arginina, sendo particularmente preferido o ami- noácido de (L)-arginina.

O aminoácido, preferencialmente o aminoácido do tipo básico e ainda mais preferencialmente a (L)-arginina, é reagido em uma primeira eta- pa do método da invenção com um álcool, para formar o correspondente composto de éster. O tipo de álcool não é essencial para o método da inven- ção, mas o tipo de álcool preferido é um álcool contendo de 1 a 12 átomos de carbono, pelo que o álcool pode ser linear ou ramificado. Exemplos de tais álcoois incluem o metanol, etanol, propanol, isopropanol, 1-butanol, 2- butanol, terc-butanol, pentanol, hexanol, heptanol, octanol, nonanol, decanol, undecanol e dodecanol. O tipo preferido de álcool é etanol, que não é ape- nas particularmente adequado para o método da invenção, como também preferível para a preparação de tensoativos catiônicos a serem usados na indústria alimentícia, sendo bem tolerado e sendo essencialmente livre de efeitos colaterais tóxicos.

O modo preferido de preparação na primeira etapa de um éster a partir do aminoácido e do álcool conforme o método da invenção, corres- ponde ao método divulgado no documento de patente EP-A-0.749.960. Nes- sa primeira etapa de preparação, é preparada uma solução ou dispersão do aminoácido no álcool, e de acordo com o método preferido, uma dispersão do aminoácido tipo básico em etanol. Os aminoácidos incluindo os aminoá- cidos tipo básico são normalmente solúveis em álcoois. Entretanto, o mono- cloridrato do aminoácido de L-arginina não é solúvel em etanol e por essa razão, é preparada uma dispersão desse particular aminoácido em etanol, para ser a preparação inicial da reação da invenção.

A essa solução ou dispersão de aminoácido em álcool, é adicio- nado um adequado catalisador, de uma maneira altamente controlada. Qualquer tipo de catalisador convencional pode ser usado na etapa de este- rificação, como os catalisadores de cloreto de sulfurila, cloreto de hidrogênio, tricloreto de fósforo e pentacloreto de fósforo, mas o composto de cloreto de tionila se destacou como sendo particularmente adequado como catalisador. O catalisador, por exemplo, cloreto de tionila, é adicionado durante um perí- odo total de duas horas.

A quantidade total do catalisador depende das condições es- pecíficas da reação. No método descrito no documento de patente EP-A- 0.749.960 foi indicado que uma quantidade total de 1,3 equivalentes de clo- reto de tionila é adicionado a 1 equivalente de L-arginina dispersa, sendo agora descoberto que a quantidade altamente específica de 1,27 equivalen- tes de cloreto de tionila proporciona uma preparação ótima do éster, quando o éster é formado a partir de arginina com etanol. A razão pela qual essa específica quantidade relativa leva ao resultado ótimo final não está claro no presente momento. Foi confirmado que no ambiente industrial, o catalisador de cloreto de tionila é adicionado a uma taxa de 140 kg/h a 164 kg/h para se obter uma quantidade final de dicloridrato do éster de etil L-arginina de 2100 kg do produto final bruto, a pureza desse produto final bruto sendo normal- mente entre 90 e 95%.

A adição controlada de cloreto de tionila leva a uma regular ge- ração de calor na reação exotérmica que torna possível executar a reação sem aquecimento proveniente de uma fonte externa de calor. Em particular, na produção industrial, esse modo de execução do método é de grande vantagem econômica.

A duração da reação de esterificação depende de um determi- nado número de circunstâncias, em particular dos compostos usados como constituintes para preparação do éster. As condições do método para essa parte da preparação, permitem uma preparação bastante rápida do éster, em que é normal uma duração de 3 a 6 horas para acabar a reação.

Após completar a reação de esterificação, é obtido um produto final, que normalmente é um cloridrato, no caso de aminoácidos tipo básico, normalmente um dicloridrato. O produto é bruto, contendo um número de constituintes adicionais, tal como uma certa quantidade de aminoácido não- reagido. A presença de tais impurezas não é de particular preocupação, a purificação podendo ser executada, mas certamente não é necessário. Além disso, o rendimento dessa reação de esterificação é bastante satisfatório, no caso da preparação do éster a partir da arginina de aminoácido e etanol, o rendimento é normalmente muito superior a 90%, pelo que rendimentos es- pecíficos de 96% são regularmente observados.

O produto da primeira etapa de preparação, em uma forma mais ou menos purificada, é obtido como um produto oleoso. O solvente usado na reação de esterificação é o álcool, cujo solvente é removido cuidadosamente a fim de evitar quaisquer efeitos indesejáveis durante a segunda etapa da reação. Qualquer tipo de método convencional para a remoção do solvente é adequado, nenhum sendo particularmente preferido. O método mais regu- larmente usado é a evaporação do solvente sob pressão reduzida, sob con- dições de laboratório e condições industriais. A pureza do produto obtido na primeira etapa é normalmente entre 90 e 95% do composto de éster de di- cloridrato de etil arginina.

Na segunda etapa do método da invenção, o composto esterifi- cado é ainda reagido com um cloreto de ácido carboxílico, para obtenção da correspondente amida do aminoácido esterificado. Basicamente, qualquer tipo de cloreto de ácido pode ser usado no método da invenção, mas os clo- retos de ácido graxo ou cloretos de hidroxiácidos com um número total de átomos de carbono entre 8 e 14 são preferidos e ainda mais preferidos os cloretos de ácido graxo de cadeia linear e cloretos de hidroxiácidos com um número total de 8 a 14 átomos de carbono. Exemplos de tais ácidos graxos incluem o ácido láurico, ácido caprílico, ácido capróico, ácido mirístico e áci- do palmítico. Particularmente preferido é o cloreto de lauroíla, devido tam- bém a sua excelente história toxicológica.

Constitui uma das características do método da invenção, que essa segunda etapa da reação seja executada em um ambiente aquoso, sem a presença de qualquer solvente orgânico. Existem numerosos possí- veis usos do produto final, para o qual a presença de uma menor quantidade de um solvente orgânico não é de particular preocupação, mas, conforme repetidamente mencionado acima, um dos usos específicos idealizados para os produtos preparados de acordo com o método da invenção é a indústria de alimentos e qualquer presença de componentes orgânicos é indesejável, sob todas as circunstâncias. A preparação da solução aquosa pode ser exe- cutada mediante agitação do éster de aminoácido em uma adequada quan- tidade de água. Podem ser usadas água normal desmineralizada, água dei- onizada e água destilada, sendo preferido o uso de água deionizada.

Constitui um dos efeitos específicos do método da invenção que o valor de pH durante a segunda etapa da reação não seja mantido na faixa de pH alcalino, como foi o caso do modo convencional de preparação do produto, mas, preferencialmente, em uma faixa de pH praticamente neutra, variando de 6,7 a 6,9. Numerosas pesquisas foram executadas pelos inven- tores da presente invenção, nas quais foi confirmado que particularmente nessa faixa de pH, são observados os valores ótimos de rendimento da rea- ção. Um rendimento de reação maior que 90% pode facilmente ser obtido sob essas condições, que constitui um significativo aperfeiçoamento em re- lação ao rendimento obtido sob as condições de reação convencionais. Constitui ainda um aspecto lógico do método da invenção, que a quantidade de impurezas detectada sob essas condições é inferior à quantidade detec- tada sob condições convencionais.

A dissolução do produto de reação obtido na primeira etapa da reação, proporciona uma solução aquosa de característica acídica. De acor- do com o processo da invenção, é necessário trazer o valor de pH para um valor final de 6,7-6,9, como a faixa ótima de pH para executar a reação de condensação. Esse ajuste do valor de pH pode ser executado com qualquer produto básico, na forma de solução ou alternativamente mediante adição de um composto básico seco. A adição de uma solução é o método mais sim- ples e fácil de manipulação para obtenção de um valor de pH preciso e exato sob condições industriais.

O tipo de produto de grau básico usado para trazer o valor de pH dentro da faixa preferida não é de particular importância, podendo ser usado qualquer tipo de produto de grau básico. Na prática usual, o uso de hidróxi- dos de metal alcalino, como hidróxido de sódio ou potássio, é preferido, par- ticularmente de hidróxido de sódio.

Após ajuste do valor de pH ao nível desejado, particularmente ao nível de valor de pH entre 6,7 e 6,9, a temperatura da mistura reacional é trazida a um nível adequado para realização da reação com bom desempe- nho. De acordo com o estado da técnica, a temperatura não é evidente- mente considerada como sendo um dos parâmetros fundamentais, uma vez que, regularmente, a única indicação encontrada é a temperatura abaixo de um nível de 20°C, em que uma definição mais precisa da temperatura é apa- rentemente considerado como de nenhuma importância. Constitui ainda um inesperado resultado obtido pelos presentes inventores, que a temperatura desempenha um papel significativo na determinação do resultado final da reação. Uma temperatura entre 10 e 15°C confirmou ser particularmente adequada para um satisfatório desempenho da reação, uma vez que a ami- da final obtida conformou exibir a pureza mais alta de amida final obtida. Essa temperatura ótima de 10-15°C é mantida durante a integridade da se- gunda etapa da reação.

A reação de amidação é iniciada pela adição do cloreto de ácido graxo ou do hidroxiácido. A quantidade total de cloreto de ácido graxo ou de hidroxiácido é de G,96 equivalentes (por 1 equivalente de aminoácido esteri- ficado), ao invés de 1,1 equivalentes, como foi indicado no estado da técni- ca.

A duração da reação de amidação é de 5 a 10 horas, sendo usual uma duração de 6 horas. Quando é executada a condensação, o pro- duto final é recuperado por meio de centrifugação do produto precipitado. No método de preparação convencional, o pH tinha que ser ajustado no final da preparação para um pH entre 6 e 7, pelo que essa etapa de ajuste adicional não se faz mais necessário.

A preparação final do produto é realizada por meio de procedi- mentos usuais.

Exemplo

O método para preparação do tensoativo catiônico de acordo com a invenção exibe um determinado número de similaridades com o mé- todo descrito no documento de patente EP-A-0.749.960.

Primeira Etapa

Preparação do éster de dicloridrato de etil L-arginina

Em um reator de vidro com uma capacidade de 2 litros, com uma tampa de cinco bocas e fornecido com agitador mecânico, condensador de refluxo, entrada de gás nitrogênio, funil de gotejamento e termômetro, 1 equivalente de cloridrato de L-arginina é suspenso em 200 ml de álcool etíli- co essencialmente livre de água, à temperatura ambiente, sendo depois ini- ciada a agitação.

O catalisador de cloreto de tionila é adicionado na forma de go- tas em uma quantidade total de 1,27 equivalentes, durante um período de duas horas, as condições de refluxo sendo mantidas durante aquecimento adicional. Após a mistura reacional ter alcançado o ponto de ebulição, a agitação é continuada por mais três horas, após o que a reação é completa- da. O solvente é removido por evaporação sob pressão reduzida de forma repetida, com adições intermediárias de etanol seco.

Segunda Etapa

Preparação de Iaurimida do éster de monocloridrato de etil L-arginina

O produto reacional bruto obtido na primeira etapa é dissolvido em água e o pH da solução é trazido para um valor específico de pH, medi- ante adição de hidróxido de sódio aquoso. As condições de reação são pes- quisadas sob condições em que o pH final da solução reacional se situa en- tre 4,5 e 12 (inclusive). O pH da reação é cuidadosamente mantido cons- tante nesse valor até a reação de completar.

À solução, são adicionados 0,96 equivalente de cloreto de Iauro- íla na forma de gotas, pelo que a temperatura da mistura é mantida na tem- peratura de 10-15°C, por meio de um apropriado banho de resfriamento contendo etilenoglicol.

Após a reação ser completada, a agitação é mantida por mais duas horas, após o que o pH da solução é ajustado a um valor final de 6-7 com ácido clorídrico ou hidróxido de sódio. Finalmente, o produto reacional bruto é filtrado, obtendo-se uma composição sólida branca de aparência perolada.

O produto reacional obtido é analisado através de procedimen- tos padrão cromatográficos, a fim de se obter a quantidade de produto final e as quantidades e tipos de impurezas presentes no produto final. O rendi- mento da reação também é calculado. Os dados obtidos são apresentados, a seguir, na Tabela 1. Tabela 1.

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Explicação das Abreviaturas:

LAE: éster etílico de monocloridrato de Na-lauroil-L-arginina;

LAS: Na-lauroil-L-arginina

W/w: peso/peso

Claims

1. Processo para preparação de tensoativos catiônicos deriva- dos da condensação de um ácido com aminoácidos esterificados, compre- endendo a esterificação do aminoácido com um álcool em uma primeira eta- pa e, em uma segunda etapa, a realização da condensação com um cloreto de ácido em solução aquosa, caracterizado pelo fato de que a segunda eta- pa é realizada a um valor de pH entre 6 e 6,9.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a temperatura na segunda etapa do processo é mantida em 10 - -15°C.

3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o aminoácido é um aminoácido de grau básico.

4. Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o aminoácido é (L)-arginina.

5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a -4, caracterizado pelo fato de que o ácido é um ácido graxo ou um hidroxiáci- do com um número de 8 -14 átomos de carbono.

6.

Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o valor de pH se situa entre 6,7 e 6,9.