Tensioactivos catiónicos que contienen en su molécula un grupo disulfuro. Su procedimiento de obtención.

Campo de la técnica

Composiciones a base esencialmente de compuestos tensioactivos; utilización de estos compuestos como detergente (C11D1). Compuestos cationicos (C11D1/38) Disulfuros

Introducción

La aplicación de compuestos tensioactivos como productos auxiliares en los procesos de acabado de materiales fibrosos queratinicos tales como pelo, lana, etc., los cules poseen entre otras características, puentes de cistina inter e intracadena, ha sido extensamente estudiado. Las ventajas de utilizar estos compuestos están asociadas con su actividad superficial y micelización, propiedades causantes de los fenómenos de adsorción y solubilización respectivamente. Es bien conocido que las moléculas tensioactivas, pueden ser adsorbidas sobre substratos queratinicos a través de un complejo proceso en el cual tienen lugar interacciones iónicas e hidrofóbicas entre los grupos iónicos e hidrofóbicos de la proteina y los grupos de la misma naturaleza del tensioactivo. Esta adsorción se refleja en un cambio de las propiedades fisicoquímicas de la fibra, como por ejemplo humectación y suavidad al tacto, entre otras. Desde un punto de vista comercial puede ser deseable que estas propiedades sean duraderas lo que implicarla que la adsorción de los tensioactivos fuera irreversible. Sin embargo en la gran mayoria de los casos la fijación del tensioactivo en la fibra no es permanente y puede tener lugar una desorción debido principalmente a sucesivos tratamientos o lavados a los cuales inevitablemente se someten a las fibras.

Para superar estos inconvenientes es necesario la utilización de tensioactivos que contengan en su molécula un

grupo reactivo capaz de reaccionar químicamente con la fibra queratínica, quedándose fijados a la misma irreversiblemente.

La presente invención se refiere particularmente a dos nuevos ensoactivos catiónicos derivados de cistina y cistamina, que en lo sucesivo denominaremos LABC y LABK respectivamente, y a otros análogos a ellos cuya fórmula estructural es [I] los cuales están diseñados de tal manera que se fijarían permanentemente a las fibras queratínicas a través de la formación de puentes disulfuros asimétricos y de enlaces iónicos e hidrofóbicos.

Estructuralmente estas moléculas son simétricas y ambas contienen 2 cadenas hidrocarbonadas saturadas o insaturadas de 6 a 20 átomos de carbono como parte hidrófoba y dos grupos amonio cuaternario unidos a través de un puente disulfuro, como parte hidrofílica. Podrían considerarse como bis (haluros de amonio cuaternario) recientemente descritos (1). Estas moléculas por ser anfifílicas -tenderán a adsorberse en la superficie de la fibra, por ser catiónicas tendrán una específica sustantividad por la fibra a la vez que serán solubles en agua, y por contener un enlace disulfuro podrán reaccionar con la fibra queratínica quedando ^' fijadas covalentemente a través de un enlace disulfuro asimétrico entre la cisteina de la fibra y la forma reducida de la molécula sintetizada. Este enlace disulfuro constituye un grupo reactivo potencial capaz de reaccionar a través de una reacción de intercambio tiol/disulfuro con los grupos tiol (- SH), en nuestro caso, de fibras de lana o cabello reducido.

Estado de la técnica

Aunque en la bibliografía se hallan descritas cientos de estructuras anfifílicas con propiedades tensioactivas, dada ^' la aplicación especifica de las moléculas objeto de la presente patente, no se encuentran en la literatura descritas moléculas análogas a las de la Fórmula I es decir, que reúnan simultáneamente los tres requisitos estructurales mencionados anteriormente. Sin embargo se encuentran descritos tensioacti¬ vos derivados de la acilación de cisteina, cisteamina, cistina, cistamina y ácido palmítico (2), con objeto de funcionalizar liposomas vía residuos tiol y así unir moléculas activas a la superficie del liposoma por enlace disulfuro. En esta misma linea Leserman y col. emplearon liposomas preparados con N-3- ( piridil-2- itio ) - propionilfosfatidiletanolamine (3). Mas tarde Goundal ar et al. (4) prepararon liposomas con N-3-(piridil-2- ditio)propionilestearilamina y los acoplaron, via puentes disulfuro, con los residuos disulfuro de anticuerpos. En cuanto a tensioactivos de aplicación cosmética sólo se encuentran los derivados de NαNα'-diacil cistina de longitud de cadena grasa, descritos como compuestos insolubles en agua. Se obtienen a partir de los cloruros de ácido graso y el ami¬ noácido. Su aplicación más importante se encuentra en el campo cosmético. La parte hidrofílica de los compuestos que nos ocupa en este trabajo, LABC y LABK, difiere sustancialmente de la estructura de aquellos derivados de cistina insolubles en agua, debido a la presencia de grupos de amonio cuaternario, los cuales son el factor estructural responsable de su solubilidad en agua y de su sustantividad frente a la fibra. Estas dos propiedades son esenciales para nuestras aplicaciones específicas en el campo textil y cosmético.

Breve descripción de la invención

La síntesis de LABC y LABK ha tenido lugar por una reacción de condensación entre N-lauril-N,N dimetil amino betaina (LAB) y el ester metílico de la cistina (C) o la cistamina (K) respectivamente, (ver Esquema I). Esta reacción de condensación se ha llevado a cabo a través del conocido

método del anhídrido mixto, el cual es ampliamente utilizado en el campo de la síntesis de péptidos (5).

Descripción detallada de la invención La presente invención comprende la síntesis y utilización de compuestos tensioactivos específicamente diseñados para que tras su aplicación én fibras queratínicas queden fijados irreversiblemente a la misma fibra a la que confieren nuevas propiedades de forma persistente. En este sentido la invención se refiere a unas nuevas moléculas cuyas características estructurales son:

Poseer 'en la misma molécula una cadena alifática grasa, un grupo catiónico del tipo sal de amonio cuaternario y un puente disulfuro. Estas moléculas por ser anfifilicas tenderán a adsorberse en la superficie de la fibra, por ser catiónicas tendrán una específica sustantividad por la fibra a la vez que serán solubles en agua, y por contener un enlace disulfuro podrán reaccionar con la fibra queratínica quedando fijadas covalentemente a través de un enlace disulfuro asimétrico entre la cisteina de la fibra y la forma reducida de la molécula.

Al incorporarcovalentemente estos compuestos anfifílicos a la fibra se producirá una modificación química en su estructura. Los enlaces disulfuro y su entorno hidrofóbico cambiarán, resultando una nueva fibra con nuevas propiedades químicas y fisicoquímicas permanentes.

Síntesis

Ya que la cuaternización directa de compuestos del tipo diamino alquil disulfuros con agentes metilantes usuales destruye la naturaleza química de los S-S la síntesis de los compuestos de Formula I se ha llevado a cabo condensando una molécula de n-alquil, NN dimetil amino betaina a los grupos amino terminales de compuestos diamino alquil disulfuros, tales como el diclorhidrato del ester dimetilico de la Cistina o el diclorhidrato de la Cistamina según el Esquema I

H-CH ₂ -0-COCl

N ^A -Lauril-dimetil amino betaina (LAB) Iεobutil Clorof orroia

CH, CH,

/

CH ₃ -(CH ₂ ), ₀ -CH ₂ - N ⁺ -CH ₂ -CO COO-CH,-CH

/ \

CH, O CH,

[-S-ÍCHjJj-NH _j [NH ₂ -CH-CH,-S] _a Ciεtamina (K) C IOOCH ₃

Cistina metil ester (C

[CH ₃ -(CH ₂ ) ₁₀ -CH ₂ -

LABC

Esquema I

en donde

R _X =H o COOR ₅ (R ₅ =H o radical alquílico)

^R ₂ Y ^R ₃ ^=H ° radical alquílico pudiendo ser R ₂ y R ₃ iguales o distintos aunque es preferible que se trate de grupos metilo iguales.

R ₄ = cadena hidrocarbonada de hasta 20 átomos de carbono pudiendo contener sustituyentes OH.

Los materiales de partida pueden ser o bien betainas grasas comerciales o bien betainas grasas sintetizadas según procedimientos ya patentados. Por otro lado es deseable que la molécula que contiene el enlace disulfuro sea una molécula simétrica preferentemente de Cistina o Cistamina. El procedimiento objeto de la presente invención tiene como particularidad que la formación del compuesto (I) se realiza en un solo paso de síntesis en el cual tiene lugar la condensación del grupo carboxilo de la betaina con los grupos amino del disulfuro a temperaturas bajas y en un disolvente orgánico polar, utilizando un método de condensación para lá formación del enlace peptidico tal como el método del anhídrido mixto. En estas condiciones el enlace disulfuro se mantiene estable a lo largo de todo el proceso. La purificación de los productos finales se lleva a cabo por extracciones y cromatografía en columna. Los compuestos sintetizados son tensioactivos catiónicos de elevada pureza solubles en agua y estables en medio acuoso a valores de pH menores o iguales a 8 y a temperaturas hasta 502C.

Estabilidad química

La estabilidad química se determinó en función del pH y la temperatura. Soluciones acuosas de molaridad uno que contenían LABC y LABK, se ajustaron a pH: 5.0, 6.0, 7.0, 8.0 y 9.0 y se mantuvieron a temperatura 25QC y 50ΩC durante 24 h. La estabilidad de los compuestos se controló comprobando la homogeneidad de las soluciones por CCF.

Propiedades físicas

Los dos compuestos objeto de la presente invención son sólidos blanquecinos y muy higroscópicos. LABC es ópticamente activo mientras que LABK es inactivo como corresponde a la ausencia del carbón asimétrico. Ambos compuestos son solubles en agua, alcohol, cloroformo e insolubles en éter etílico.

Propiedades tensioactivas

En la figura 1 se representa para ambos compuestos la tensión superficial de su solución frente a la concentración a escala semilogarítmica.

El examen microscópico del sistema agua/LABC y agua/LABK han mostrado que forman estructuras de cristal líquido hexagonal para ambos y estructura de cristal líquido lamellar solo para el sistema de LABK.

Dadas las características estructurales de estos compuestos y su fuerte actividad tensioactiva en las interfases, estos compuestos son idóneos para modificar química y físicamente la superficie de las fibras de lana o cabello.

Ejemplo

Síntesis del di clorhidrato del diester metílico de NN ^' didauril alquil amino betaina) cistina. (LABC)

Cantidades equimoleculares de cloruro de lauril dimetil amino betaina (6.49 mmols) y N-metil morfolina (NMM) se disuelven en 35 mi de dimetilformamida (DMF) seca. Una vez ha sido enfriada la disolución, se añade una cantidad equimolecular de isobutil cloroformiato (6.49 mmols) (IBCLF). La mezcla resultante se agita durante 10 min e inmediatamente después se le añade una solución de DMF-H ₂ 0 (30 mi 2:1 en volumen) que contiene cloruro de dimetil ester de la L-Cistina (3.25 mmols) y NMM (6.49 mmols). Esta mezcla de reacción así preparada se mantiene en agitación lh a una temperatura cercana a 0SC y luego unas cuantas horas más a temperatura ambiente. Transcurrido este tiempo el solvente se evapora, el residuo resultante se disuelve en cloroformo y la disolución

se lava sucesivas veces con una solución acuosa de cítrico al

10% y agua. El rendimiento de la reacción fue de un 70%, [α] ^D D 20 = -28.8

BIBLIOGRAFÍA

1. P. Zana, M. Benrraou and R. Rueff Langmuir 1991, 7, 1072-1075

2. H. Schótt, R. Seeling, H. Hengartner and R.A. Sch endener

Biochimica et Biophysica Acta 940, 127-135 (1988)

3. L.D. Leserman, J. Barbet and F. Kourilsky. Nature 228, 602-604 (1980)

4. A. Goundalkar, T. Ghose and M. Mezel

J. Pharm.. Pharmacol. 36./ 456-466 (1984)

5. J. Meienhofer The Peptides, Vol. 1, Chap. 6 Academic Press Inc. 1979