Compuestos de colina biológicamente compatibles y su uso como tensioactivos.

Compuesto de colina de fórmula

R-A-SO3

- [(H3C)3N-CH2-CH2-OH]+

en la que A significa un átomo de oxígeno o un grupo de fórmula -[O-B]n-O-,

representando B un grupo alquilenocon de 2 a 4 átomos de carbono y significando n un número de 1-20;

y R significa un grupo alquilo lineal o ramificado, saturado o insaturado, con de 8 a 30 átomos de carbono,exceptuando dodecilsulfato de β-hidroxietiltrimetilamonio.

COMPUESTOS DE COLINA BIOLÓGICAMENTE COMPATIBLES Y SU USO COMO TENSIOACTIVOS

Los jabones o tensioactivos están muy extendidos en el día a día, por ejemplo como emulsionantes no sólo en productos de limpieza domésticos y productos para el cuidado corporal, sino también en productos alimenticios. Los jabones más comunes, conocidos desde hace más de 1000 años, son las sales de sodio y de potasio de los ácidos grasos. La ventaja de estos jabones de carboxilato clásicos son sus bajos costes de producción así como su compatibilidad biológica. Como desventaja puede mencionarse la solubilidad en agua limitada, que en el caso de un valor de pH inferior a aproximadamente 9 o también en presencia de sales tales como NaCl se reduce adicionalmente.

La sensibilidad a las sales puede cuantificarse mediante el aumento de la temperatura de solubilidad (temperatura de Krafft) en función de la concentración de sal. En particular, la solubilidad de los jabones de carboxilato se reduce en presencia de sales de cationes divalentes tales como calcio o magnesio (formadores de dureza) . Para evitar que los jabones no funcionen, por regla general deben añadirse ablandadores de agua, que a su vez a menudo son perjudiciales para el medio ambiente.

Los alquilsulfatos y alquilsulfonatos de sodio representan una alternativa eficaz a los jabones de ácidos grasos. Son menos sensibles a las sales, son muy biodegradables y pueden obtenerse a partir de materiales renovables. El representante más conocido y más estudiado de esta clase de tensioactivos es el dodecilsulfato de sodio (SDS) , que se utiliza con frecuencia en la formulación de, por ejemplo, productos para el cuidado corporal tales como champús o geles de ducha. El SDS puro se disuelve en agua normalmente a temperaturas superiores a desde 12ºC hasta 25ºC. Aunque es menos sensible a las sales que los jabones de ácidos grasos clásicos, no obstante en el caso de añadir sal la temperatura de solubilidad del SDS supera rápidamente los 25ºC. Además, el uso de los homólogos de cadena más larga más tensioactivos del SDS, tal como por ejemplo tetradecilsulfato de sodio, está limitado debido a la solubilidad en agua reducida.

Por este motivo en la práctica a menudo se sustituyen los alquilsulfatos por alquiletersulfatos. La incorporación de grupos oxietileno en las cadenas de alquilo mejora la solubilidad en agua y reduce considerablemente la sensibilidad a las sales. Además, en el caso de los tensioactivos de alquiletersulfato la irritación de la piel es menor en comparación con los alquilsulfatos sencillos. Por consiguiente los alquiletersulfatos se encuentran con frecuencia en formulaciones líquidas, especialmente en productos cosméticos tales como lociones, cremas, champús y geles de ducha, pero también en lavavajillas y productos de limpieza domésticos líquidos. Representantes habituales en el comercio de los tensioactivos de alquiletersulfato son las sales de sodio de sulfatos de alcoholes de aceite de coco etoxiladdos (12-14 átomos de C) con un grado de etoxilación típico de 2-3. A este respecto, el más importante es el lauriletersulfato de sodio (LES) , que se produce a escala industrial y tiene una amplia aplicación en diversas formulaciones.

Una desventaja principal de los alquiletersulfatos radica en los costes de producción claramente aumentados en comparación con los alquilsulfatos sencillos. Además, para la síntesis de alquiletersulfatos se utilizan etilen o polietilenglicoles, cuya producción se basa a su vez en el gas óxido de etileno tóxico y altamente inflamable, y que pueden contener trazas del 1, 4-dioxano carcinógeno.

Además, se conoce que la solubilidad de tensioactivos aniónicos tales como carboxilatos o dado el caso tensioactivos de alquilsulfato o alquilsulfonato alcoxilados se ve influida por el contraión. Así, los puntos de Krafft de los tensioactivos de sulfato o de sulfonato aumentan a medida que aumenta el tamaño del contraión en la serie Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+, mientras que en los carboxilatos se observa la tendencia contraria (M. J. Rosen, Surfactants and Interfacial Phenomena, 2ª Ed., John Wiley & Sons Ltd., EE.UU., 1989, págs. 216 - 217) . Por tanto, los cationes pequeños, muy solvatados, conducen a un aumento de la solubilidad de los tensioactivos de sulfato o de sulfonato. En el caso de iones más grandes puede esperarse una menor solubilidad en agua.

Sin embargo, sorprendentemente también se encontraron determinados cationes más grandes, tal como tetrametilamonio, que pueden aumentar la solubilidad de los tensioactivos de sulfato o de sulfonato. Así pudo mostrarse, por ejemplo, que el dodecilsulfato de tetrametilamonio es soluble en agua hasta por debajo de los 0ºC, siendo al mismo tiempo la sensibilidad frente a la adición de, por ejemplo, cloruro de sodio menos marcada (Yu et al., J. Phys. Chem. 1990, 94, 3675; Mukerjee et al., J. Phys. Chem. 1958, 62 (11) , 1400; Berr et al.

J. Phys. Chem. 1986 90 (24) , 6492; Berrau et al. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 13432) . Sin embargo, la utilización práctica de tetrametilamonio en lugar de iones alcalinos está muy limitada, dado que los iones de tetraalquilamonio individuales son tóxicos. Su toxicidad se basa entre otros en que pueden actuar como catalizadores de transferencia de fase o en la capacidad para bloquear canales iónicos celulares.

Como medida para aumentar la solubilidad en agua de los jabones de carboxilato clásicos en R. Klein, D. Touraud, W. Kunz, Green Chemistr y , 2008, 10, 433 se propone utilizar como contraión colina ( (2hidroxietil) trimetilamonio) en lugar de sodio o potasio, que no es tóxica y que reduce la temperatura de Krafft, es decir la temperatura a partir de la que el tensioactivo puede formar micelas en disolución acuosa, en comparación con el sodio en de 30 a 45ºC. A diferencia de los sulfatos o sulfonatos, en el caso de los carboxilatos la solubilidad aumenta a medida que aumenta el tamaño del catión, de modo que este resultado no resulta sorprendente.

Sin embargo, los carboxilatos de colina tienen la desventaja de que la sensibilidad a las sales, y en particular la sensibilidad frente a una mayor dureza del agua, es mayor que, por ejemplo, en el caso del SDS. Una desventaja adicional es la alta sensibilidad con respecto al valor de pH. No es posible preparar tensioactivos de carboxilato, que aún sean solubles a un valor de pH neutro para la piel de 5, lo que se debe a que los ácidos grasos a diferencia de los ácidos alquilsulfónicos o alquilsulfúricos son sólo ácidos muy débiles. Por consiguiente, las disoluciones de jabones de carboxilato puras tienen un valor de pH de 10 -12. Por tanto, a menudo los ácidos grasos sólo se neutralizan parcialmente, para alcanzar un valor de pH de 8 - 9 y con ello garantizar la compatibilidad con la piel. Sin embargo, con la reducción del valor de pH aumentan mucho las temperaturas de Krafft, dado que los ácidos grasos neutralizados puros son completamente insolubles en agua. No obstante, incluso un valor de pH de 8 - 9 todavía irrita y reseca la piel.

Finalmente, los carboxilatos de colina son también muy higroscópicos, lo que hace necesario una conservación y un procesamiento en una atmósfera libre de agua. En el caso de almacenarse al aire absorben la humedad del aire y pasan a este respecto a fases liótropas, líquidas cristalinas, que desde el punto de vista de la consistencia son de tipo gel y pegajosas.

El dodecilsulfato de º-hidroxietiltrimetilamonio se conocía para su uso como regulador del crecimiento para aumentar el rendimiento del trigo en el sector de la agricultura (base de datos CA, Chemical Abstract Service, Columbus, Ohio, EE.UU.; Li, Duxin et al.: “Study on Synthesis and application of betahydroxyethyltrimethylammoniumdodecyl sulfate”, Stn, XP02675706, n.º de registro en la base de datos 1997:234979) .

El documento WO 99/43775 A1 da a conocer sales cuaternarias de ésteres de trietanolamina de ácidos grasos para su uso como tensioactivos.

Por tanto, la presente invención se basa en el planteamiento de proporcionar un tensioactivo que evite las desventajas de los tensioactivos conocidos del estado de la técnica y que presente una alta solubilidad y resistencia a las sales y sea muy compatible con la piel.

Según la invención, este objetivo se soluciona mediante compuestos de colina de la siguiente fórmula:

-

R-A-SO3 [ (H3C) 3N-CH2-CH2-OH]+,

en la que A significa un átomo de oxígeno o un grupo de fórmula -[O-B]n-O-, representando B un grupo alquileno con de 2 a 4 átomos de carbono y significando n un número de 1-20; y R significa un grupo alquilo lineal

o ramificado, saturado o insaturado, con de 8 a 30 átomos de carbono, excluyéndose dodecilsulfato de... [Seguir leyendo]

1. Compuesto de colina de fórmula

-

R-A-SO3 [ (H3C) 3N-CH2-CH2-OH]+ 5 en la que A significa un átomo de oxígeno o un grupo de fórmula -[O-B]n-O-, representando B un grupo alquileno con de 2 a 4 átomos de carbono y significando n un número de 1-20; y R significa un grupo alquilo lineal o ramificado, saturado o insaturado, con de 8 a 30 átomos de carbono, 10 exceptuando dodecilsulfato de º-hidroxietiltrimetilamonio.

2. Compuesto de colina según la reivindicación 1, en el que R significa un grupo alquilo lineal o ramificado, saturado o insaturado, con de 8 a 24 átomos de carbono.

3. Compuesto de colina según la reivindicación 2, en el que R significa un grupo alquilo lineal o ramificado, saturado o insaturado, con de 8 a 20 átomos de carbono.

4. Compuesto de colina según la reivindicación 3, en el que R significa un grupo alquilo lineal, saturado o monoinsaturado, con de 12 a 18 átomos de carbono.

5. Compuesto de colina según la reivindicación 4, en el que R se selecciona de n-dodecilo o n20 tetradecilo.

6. Compuesto de colina según la reivindicación 2, en el que R significa un grupo alquilo lineal, saturado o monoinsaturado, con de 14 a 24 átomos de carbono.

7. Compuesto de colina según una de las reivindicaciones 1-6, en el que A es un átomo de oxígeno.

8. Compuesto de colina según una de las reivindicaciones 1-6, en el que A significa el grupo de

fórmula -[O-B]n-O- y B es un grupo etileno -CH2-CH2-, un grupo 2-propileno -CH (CH3) -CH2- o una mezcla de los mismos.

9. Uso del compuesto de colina de fórmula

-

R-A-SO3