DE4226043A1 - Mittel mit physiologischem Kühleffekt und für diese Mittel geeignete wirksame Verbindungen - Google Patents

Mittel mit physiologischem Kühleffekt und für diese Mittel geeignete wirksame Verbindungen

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C69/00—Esters of carboxylic acids; Esters of carbonic or haloformic acids
    • C07C69/96—Esters of carbonic or haloformic acids

Description

Die Erfindung betrifft Mittel ohne störenden Eigengeruch und Eigengeschmack, die bei Aufbringen auf die Haut oder auf die Schleimhäute einen physiologischen Kühleffekt bewirken. Offenbar kommt die Wirkung, die der betrof­ fenen Person den Eindruck der Frische vermittelt, durch Stimulierung der entsprechenden Rezeptoren des mensch­ lischen Nervensystems zustande. Weiterhin betrifft die Erfindung neue Verbindungen, die diese Wirkung hervor­ rufen können.
Die bekannteste natürliche Verbindung mit physiologi­ scher Kühlwirkung ist zweifellos das im Pfefferminzöl (ex Mentha arvensis) vorkommende (-)-Menthol. Es wird beispielsweise für die Herstellung von Zahnreinigungs­ mitteln, Mundwässern, Nahrungsmitteln, Getränken und Kosmetika eingesetzt. Jedoch werden das typische inten­ sive Pfefferminz-Eigenaroma und der bitter-brennende Eigengeschmack oft als störend empfunden.
Der in der DE-OS 24 33 165 vorgeschlagenen N-Acetyl­ glycin-menthylester sowie die in der DE-OS 23 39 661 vorgeschlagenen Mentholester heterocyclischer Carbon­ säuren sind bitter, und die in der US-PS 3 830 930 vorgeschlagenen Menthylketoester sind z. T. anhaltend bitter und weisen nur eine schwache Kühlwirkung auf.
Aus der DE-OS 26 08 226 sind Mentholester natürlich vorkommender C2-C6-Hydroxycarbonsäuren (die gegebenen­ falls ihrerseits an der Hydroxygruppe mit C1-C4-Carbon­ säuren verestert sind) bekannt, die geruch- und ge­ schmacklos sind und eine langanhaltende Kühlwirkung auf­ weisen. Insbesondere das l-Menthyllactat hat sich in der Praxis bewährt. Allerdings ist das Produkt nicht basen­ stabil, so daß es nicht für alle Anwendungen (z. B. Sei­ fen) geeignet ist.
Auch andere Produkte werden bereits in der Praxis einge­ setzt, beispielsweise 3-l-Menthoxypropan-1,2-diol (EP-PS 80 148) und N-Ethyl-p-menthan-3-carboxamid (DE-OS 22 05 255 und 24 13 639).
In der DE-OS 20 22 369 wird l-Menthanylethylcarbonat als Kühlmittel vorgeschlagen. Diese Substanz weist einen deutlichen fruchtig-orangenartigen, etwas holzigen Ei­ gengerucht auf. Die Kühlwirkung ist im Vergleich zu l- Menthol sowohl in reiner Form, vor allen Dingen aber in Medien wie zum Beispiel Fondantmasse ganz erheblich schwächer. Es besteht jedoch ein stark zunehmender Be­ darf nach Mitteln, die bei fehlendem Eigengeruch und Eigengeschmack eine Kühlwirkung besitzen, die an Inten­ sität möglichst das Menthol erreicht oder übertrifft.
Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß gemischte Carbonate, die freie polare Gruppierungen besitzen, im Gegensatz zu solchen ohne diese freien polaren Gruppie­ rungen einen Kühleffekt besitzen, der teilweise höher als der des Menthols ist, und die gleichzeitig möglichst geschmacks- und geruchsneutral sind.
Gegenstand der Erfindung sind Mittel mit physiologischem Kühleffekt enthaltend mindestens eine Verbindung der Formel
worin
R1 C4-C20-Alkyl, C5-C20-Cycloalkyl oder -Hetero­ cycloalkyl oder C5-C20-Alkoxy, C6-C12-Aryl, C5-C10-Heteroaryl oder C7-C11-Aralkyl,
R2 einen m + w′n-wertigen aliphatischen C1-C8- Rest, cycloaliphatischen oder heterocyclo­ aliphatischen C3-C15-Rest, araliphatischen C7- C20-Rest, einen Alkoxy- oder Acyloxy-haltigen aliphatischen C3-C15-Rest,
Z und X unabhängig voneinander -O-, -S- oder -NH-,
Y Hydroxy, C1-C10-Alkoxy, C2-C6-Acyloxy, Amino, Mercapto oder -O-R3-O-,
R3 C1-C6-Alkylen,
w die Wertigkeit des Restes Y, vorzugsweise 1 oder 2, und
m und n unabhängig voneinander ganze Zahlen von 1 bis 8 bedeuten mit der Maßgabe, daß die Summe m + n maximal 12 ist.
Bevorzugte Reste R1 umfassen C1-C3-substituiertes Cyclo­ hexyl, vorzugsweise Menthan-3-yl, und verzweigte C3-C8- Alkylreste.
Bevorzugte Reste R2 umfassen beispielsweise Ethylen, Propylen, CH3-C(CH2-)3, CH3CH2C(CH2-)3, C(CH2-)4 und dreiwertige C6-Kohlenwasserstoffreste.
Bevorzugte Verbindungen I umfassen insbesondere die Verbindungen
Aus der US-PS 3 419 543 sind Verbindungen der Formel
bekannt,
worin n von der Art des Restes R abhängt und R den Rest eines Mono-, Di-, Tri- oder Polysaccharids oder eines Glykols (erhalten durch Abstraktion mindestens einer Hydroxylgruppe) bedeutet. Die Verbindungen werden als Tabakzusätze empfohlen und sollen sich in der Tabakglut zersetzen, so daß Menthol frei wird. Eine physiologische Kühlwirkung der unzersetzten Verbindungen selbst wird weder offenbart noch nahegelegt.
Die übrigen Verbindungen der Formel I sind neu. Weiterer Gegenstand der Erfindung sind also die Verbindungen I, ausgenommen die aus der US-PS 3 419 543 bekannten Ver­ bindungen.
Die Verbindungen I können durch basisch-gesteuerte Um­ setzung von Chlorameisensäureestern mit den entsprechen­ den Alkoholen, Aminen oder Thiolen oder durch gestaffel­ te Reaktion von Phosgen oder Triphosgen mit einem R1- Alkohol einerseits und den entsprechenden Alkoholen, Aminen oder Thiolen andererseits hergestellt werden. Man wird vorzugsweise in äquimolaren Verhältnissen, gegebe­ nenfalls aber auch mit einer Komponente im Überschuß arbeiten. Geeignete Basen zur Reaktion sind nicht pro­ tische organische Amine wie Pyridin oder Trialkylamine.
Die Verbindungen (I) weisen teilweise asymmetrische C- Atome auf; bei ihnen kann daher optische Isomerie auf­ treten. Je nach Ausgangsmaterial und den angewendeten Herstellungsmethoden können sie als Gemische der opti­ schen Isomeren oder als reine Isomere vorliegen. Die Kühlwirkung der Isomeren kann unterschiedlich sein, so daß das eine oder andere Isomere bevorzugt sein kann.
Die erfindungsgemäßen Mittel können neben den Verbin­ dungen I Träger und/oder Verdünnungsmittel enthalten.
Deren Art richtet sich nach dem vorgesehenen Zweck des Mittels.
Die erfindungsgemäßen Mittel können überall da ange­ wendet werden, wo eine physiologische Kühlwirkung er­ wünscht ist. Zusammensetzungen, in denen solche Kühl­ mittel gern verwendet werden, sind beispielsweise Genuß­ mittel wie Kaugummi, Kautabak, Zigaretten, Getränke, Eis, Konfekt, Waffelfettmasse, pharmazeutische Präpa­ rate, Körperpflegemittel oder kosmetische Präparate, wie Zahnreinigungsmittel, Mundwasser, Gurgelpräparate, Par­ füms, Puder, Lotionen, Salben, Öle, Cremes, Rasier­ schaum, Rasierwässer, Shampoos usw.
Die Endprodukte enthalten die Verbindungen I in einer Menge, die ausreicht, um das erwünschte Kälteempfinden hervorzurufen. In der Regel kommen 0,01 bis 3, vorzugs­ weise 0,05 bis 1, Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der Gesamtzusammensetzung, zur Anwendung.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Bei den Prozentangaben handelt es sich, sofern nichts anderes angegeben ist, um Gewichtsprozente.
Beispiele Beispiel 1
In einem 1000 ml-Dreihalskolben werden 62 g (1 mol) Ethylenglycol und 48 g (0,6 mol) Pyridin vorgelegt. Innerhalb von 2 Stunden werden 109 g (0,5 mol) Chlor­ ameisensäurementhylester zudosiert. Die Reaktion ist deutlich exotherm und erreicht zwischenzeitlich knapp 50°C. Das Gemisch wird 2 Stunden bei 60°C nachgerührt. Mit konz. Salzsäure wird auf pH = 2 angesäuert (ca. 70 g HCl), wobei die Reaktionstemperatur durch Kühlung bei ca. 30°C gehalten wird. Nach Phasentrennung wird die wäßrige Phase mit 50 ml Ether extrahiert, und die ver­ einigten organischen Phasen werden eingeengt. Der Rückstand wird mit 300 ml Hexan versetzt, wobei das Produkt zum größten Teil auskristallisiert (52 g). Die verblei­ bende Mutterlauge wird destilliert und ergibt bei einem Siedepunkt von 137-143°C (0,2 mbar) 27 g Destillat, das durch Waschen mit Hexan zur Kristallisation gebracht wird.
Das gereinigte Kristallisat hat einen Schmp. von 51,4 bis 51,5°C und einen Drehwert α = -67,20 (10%ig in Ethanol).
Beispiel 2
Verfahren analog Beispiel 1 aus 54,5 g (0,25 mol) Chlor­ ameisensäurementhylester und 92,1 g (1 mol) Glycerin. Das Reaktionsgemisch besteht zu 91,3% aus der gewünsch­ ten Verbindung und besitzt folgende Eigenschaften: D = 1,0750; n = 1,4720; α = -59,60° (10%ig in Ethanol), Ausbeute: 73,4% d.Theorie, bezogen auf Chlor­ ameisensäurementhylester.
Beispiel 3
Verfahren analog Beispiel 1 aus 109 g (0,5 mol) Chlor­ ameisensäurementhylester und 76,1 g (1 mol) Propandiol- 1,3; Isolierung durch Destillation.
D = 1,0218; n = 1,4615; α = -64,8° (10%ig in Ethanol); Ausbeute: 63,1% d.Theorie, bezogen auf Chlorameisensäurementhylester.
Beispiel 4
Verfahren analog Beispiel 1 aus 100 g (0,46 mol) Chlor­ ameisensäurementhylester und 49,6 g (0,55 mol) Butan­ diol-1,4; Isolierung durch Destillation.
D = 1,0111; n = 1,4621; α = -58,5° (10%ig in Ethanol); Ausbeute: 51,4% d.Theorie, bezogen auf Chlorameisensäurementhylester.
Beispiel 5
Verfahren analog Beispiel 1 aus 100 g (0,46 mol) Chlor­ ameisensäurementhylester und 42 g (0,55 mol) Propandiol- 1,2; Reinigung durch Destillation.
Das Destillat (130 g) besteht zu 89,1% aus der ge­ wünschten Verbindung und besitzt folgende Eigenschaf­ ten:
D = 1,0154; n = 1,4578; α = -62,2° (10%ig in Ethanol); Ausbeute: 82,1% d.Theorie, bezogen auf Chlorameisensäurementhylester.
Beispiel 6
In einem 1000 ml-Dreihalskolben werden 92 g (1,5 mol) Ethanolamin in 200 ml Methyl-tert.-butylether (MTBE) vorgelegt. Bei anfänglich Raumtemperatur werden ohne Kühlung 109 g (0,5 mol) Chlorameisensäurementhylester zudosiert, wobei deutliche Temperaturerhöhung eintritt und er wird 3 Stunden bei 55°C nachgerührt.
Zu dem zweiphasigen, kristallin-breiigen Reaktionsge­ misch werden 100 ml Wasser zugegeben, die Phasen ge­ trennt, die wäßrige Phase zweimal mit MTBE (je 100 ml) extrahiert und die vereinigten MTBE-Phasen am Rotations­ verdampfer eingeengt. Man erhält 124 g weißes Kristal­ lisat, das zu 97,5% rein ist. Eine Destillation (Sdp. 140°C/0,1 mbar) ergibt das reine Produkt; Fp. 77,8 bis 78,6°C; α = -66,30 (10%ig in Ethanol).
Beispiel 7
Verfahren analog Beispiel 6 aus 100 g (0,46 mol) Chlor­ ameisensäurementhylester und 82,6 g (1,1 mol) 2-Amino­ propanol-1. Ausbeute: 96,6% der Theorie, bezogen auf Chlorameisensäurementhylester.
Fp. 72-72,5°C; α = -63,3° (10%ig in Ethanol).
Beispiel 8
Verfahren analog Beispiel 1 aus 100 g (0,46 mol) Chlor­ ameisensäurementhylester und 43 g (0,55 mol) Monothio­ ethylenglykol. Durch Destillation (Sdp. 130,4-133,7°C/ 0,3 mbar) erhält man eine Mischung (49% d. Theorie, bezogen auf Chlorameisensäurementhylester) aus 2/3 der gewünschten Verbindung und 1/3 der Verbindung
D = 1,0483; n = 1,4870; α = -62,5° (10%ig in Ethanol).
Beispiel 9
Herstellung analog Beispiel 1 aus 100 g (0,46 mol) Chlorameisensäurementhylester und 42 g (0,55 mol) 2- Methoxyethanol; Isolierung durch Destillation (Sdp. 125 bis 130°C/0,2 mbar) ohne nachfolgende Hexankristalli­ sation. Man erhält eine Ausbeute von 93,4% d. Theorie, bezogen auf Chlorameisensäurementhylester.
D = 0,9949; n = 1,4499; α = -62,5° (10%ig in Ethanol).
Beispiel 10
Verfahren analog Beispiel 1 aus 100 g (0,46 mol) Chlor­ ameisensäurementhylester und 57,2 g (0,55 mol) Ethylen­ glykolmonoacetat. Durch Destillation (Sdp. 120-120,5°C/ 0,2 mbar) erhält man 80,1 g der gewünschten Verbindung.
D = 1,0411; n = 1,4530; α = -56,2° (10%ig in Ethanol).
Beispiel 11
Herstellung analog Beispiel 1 aus 109 g (0,5 mol) Chlor­ ameisensäurementhylester und 136 g (1 mol) Pentaerythrit in Gegenwart von 79,9 g (1,01 mol) Pyridin; man erhält ein Gemisch aus Mono-, Di- und Tricarbonat. Das Dicarbo­ nat besitzt die stärkste Kühlwirkung. Das Gemisch be­ sitzt folgende Eigenschaften:
n = 1,4739; α = -50° (10%ig in Ethanol).
Beispiel 12
Verfahren analog Beispiel 11 aus 109 g (0,5 mol) Chlor­ ameisensäurementhylester und 120 g (1 mol) 2,2,2-Tri­ methylolethan in Gegenwart von 79,9 g (1,01 mol) Pyridin; durch Destillation erhielt man 73% d. Theorie, bezogen auf Chlorameisensäurementhylester, des gewünsch­ ten Produkts.
n = 1,4742; α = -56,8° (10%ig in Ethanol).
Beispiel 13
Man legt 65 g (0,55 mol) Milchsäureethylester in 400 ml MTBE vor, gibt 43,5 g (0,55 mol) Pyridin zu und läßt 100 g (0,46 mol) Chlorameisensäurementhylester innerhalb von 2,5 h zutropfen und weitere 2 h bei Raumtemperatur nachreagieren.
Entstandenes Pyridinium-hydrochlorid wird in 100 ml Wasser gelöst. Die organische Phase wird je einmal mit 10%iger Salzsäure, konzentrierter wäßriger Natriumhy­ drogencarbonat-Lösung und mit Wasser gewaschen. Durch fraktionierte Destillation (Sdp. 130,4-135,7°C/1,5 mbar) erhält man 84,4% d. Theorie, bezogen auf Chlor­ ameisensäurementhylester, des gewünschten Produkts.
D = 1,0167; n = 1,4480; α = -71,5° (10%ig in Ethanol).
Beispiel 14
600 ml Hexan werden mit 119 g (0,4 mol) Triphosgen vor­ gelegt; 142 g (1 mol) 3,3,5-Trimethylcyclohexanol und 79 g (1 mol) Pyridin werden in 200 ml Hexan gelöst und bei Raumtemperatur in etwa 2 h zugetropft. Nach 12 Stun­ den Nachreaktionszeit wird ein Gemisch aus 62 g (1 mol) Ethylenglykol, 79 g (1 mol) Pyridin und 100 ml Hexan zu­ getropft, gefolgt von erneut 12 Stunden Nachreaktion. Der Ansatz wird zur Lösung des ausgefallenen Pyridinium­ hydrochlorids mit 250 ml Wasser gerührt, die Phasen ge­ trennt, die organische Phase 1× mit 100 ml 10%iger Salzsäure, 1× mit 100 ml 10%iger wäßriger NaHCO3-Lösung und 2× mit 100 ml Wasser gewaschen.
Die fraktionierte Destillation ergibt das Produkt im Siedebereich von 112-113°C bei 0,5 mbar.
D = 1,0463; n = 1,4578 Ausbeute: 46,3% der Theorie.

Claims (2)

1. Mittel mit physiologischem Kühleffekt enthaltend mindestens eine Verbindung der Formel worin
R1 C4-C20-Alkyl, C5-C20-Cycloalkyl oder -Heterocycloalkyl oder C5-C20-Alkoxy, C6-C12-Aryl oder C5-C10-Heteroaryl oder C7-C11-Aralkyl,
R2 einen m + w′n-wertigen aliphatischen C1- C8-Rest, cycloaliphatischen oder hetero­ cycloaliphatischen C3-C15-Rest, aralipha­ tischen C6-C20-Rest, einen Alkoxy- oder Acyloxy-haltigen aliphatischen C3-C15 Rest,
Z und X unabhängig voneinander -O-, -S- oder -NH-,
Y Hydroxy, C1-C10-Alkoxy, Amino, Mercapto oder -O-R3-O-,
R3 C1-C6-Alkylen,
w die Wertigkeit des Restes Y und
m und n unabhängig voneinander ganze Zahlen von 1 bis 8 bedeuten mit der Maßgabe, daß die Summe m + n maximal 12 ist.
2. Verbindungen der Formel I nach Anspruch 1, ausge­ nommen die aus der US-PS 3 419 543 bekannten Ver­ bindungen.
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