Brevet FR2696467A1 — publié le 19940408

La présente invention a pour objet un nouveau procédé de préparation de monoesters d'acides gras du D-fructose et leur utilisation dans différents domaines de l'industrie et en particulier dans les domaines cosmétique, bucco-dentaire, pharmaceutique et alimentaire. li a déjà été proposé dans l'article de Von E. Reinefeld et al., Zucker, n09, p.236-241, 1968, la préparation de monoesters d'acides gras du D-fructose par réaction d'un chlorure d'acide gras sur le D-fructose. Ce procédé présente l'inconvénient de conduire à des rendements relativement faibles en monoesters ( 39 % notamment dans le cas de l'ester décanoique), ne permettant pas de réaliser dans de bonnes conditions une purification par chromatographie sur plaque de gel de silice. Comme autre procédé de préparation d'esters d'acides gras du D-fructose, on peut également citer le procédé décrit dans le brevet français nO 74.29240 (2.270.321) par culture d'un microorganisme utilisant le fructose, appartenant aux genres Arthrobacter, Corynebacterium, Nocardia ou Mycobactérium, et capable de produire des esters d'acides gras de fructose dans un milieu contenant du fructose comme source de carbone, formant des esters d'acides gras du fructose par voie intra-cellulaire et la récupération des esters à partir des cellules microbiennes. Après diverses études, on a maintenant constaté de façon inattendue, qu'il était possible d'obtenir, avec de bons rendements ( > 60 %) des monoesters d'acides gras du D-fructose par l'intermédiaire de la méthode à l'anhydride mixte carboxylique-carbonique. La présente invention a donc pour objet un procédé de préparation de monoesters d'acides gras du D-fructose, celui-ci consistant en un premier temps à former dans un solvant organique, un anhydride mixte de formule (I): dans laquelle: R représente un radical allyle, linéaire ou ramifié, ou alcényle, ayant de 7 à 21 atomes de carbone ou R représente un mélange défini de tels radicaux allyle ou alcényle, et R' représente un radical allyle, linéaire ou ramifié ayant de 2 à 10 atomes de carbone, par réaction, en présence d'une première base, d'un acide R-COOH, R ayant la même signification que ci-dessus, et d'un chloroformiate d'alkyle ClCOOR', R' ayant la même signification que ci-dessus, et dans un deuxième temps, à faire réagir ledit anhydride mixte de formule (I) en solution dans ledit solvant organique, avec du D-fructose, éventuellement en présence d'une deuxième base. La première et deuxième base peuvent être identiques ou différentes. Comme solvant organique réactionnel, on peut utiliser selon l'invention le tétrahydrofuranne, le N,N-diméthylformamide, la pyridine, la N-méthylpyrrolidone, le N,N-diméthylacétamide ou un mélange de ces solvants. La base servant à l'activation de l'acide gras est de préférence une base organique choisie parmi la triéthylamine, la pyridine, la 4-diméthylaminopyridine, la tributylamine ou encore la N-méthylmorpholine. La deuxième étape, ou étape d'estérification, peut être éventuellement réalisée après essorage des sels formés lors de la première étape et le D-fructose est de préférence en solution dans la pyridine, ou éventuellement dans la N-méthylpyrrolidone, le N,N-diméthylformamide ou le N,N-diméthylacétamide. A la solution de D-fructose, on peut éventuellement ajouter une base choisie parmi la triéthylamine, la pyridine, la 4-diméthylaminopyridine, la tributylamine ou encore la N-méthylmorpholine. On utilise de préférence selon l'invention au moins trois équivalents de D-fructose par rapport à l'acide gras mis à réagir lors de la première étape. Selon l'invention, le chloroformiate d'alkyle est de préférence choisi parmi le chloroformiate d'éthyle et le chloroformiate d'isopropyle. Après la fin de la réaction, les solvants sont évaporés et le produit résultant peut être soit chromatographié sur colonne de gel de silice en utilisant de préférence un mélange de solvants à base de chlorure de méthylène et de méthanol, soit extrait à l'aide d'un mélange de solvants eau-acétate d'éthyle. La température de réaction du procédé selon l'invention est généralement comprise entre -25 et +400C et le temps de réaction entre 3 et 15 heures. L'acide gras R-COOH est de préférence choisi parmi l'acide octanoique, l'acide dodécanoSque, l'acide hexadécanoique et l'acide oléique. Les monoesters d'acides gras du D-fructose obtenus par le procédé selon l'invention peuvent être représentés par les formules suivantes: dans lesquelles: R1 représente un atome d'hydrogène ou le radical R représentant un radical allyle linéaire ou ramifié, ou alcényle ayant de 7 à 21 atomes de carbone, ou R représente un mélange défini de tels radicaux allyle ou alcényle, sous réserve que l'un et seulement l'un des radicaux R1 représente le radical Les monoesters d'acides gras du D-fructose sont obtenus par le procédé selon l'invention avec un rendement supérieur à 60 % après purification, opération par laquelle on élimine les produits de départ n'ayant pas réagi ainsi que les diesters ( La détermination des structures des produits obtenus a été réalisée par RMN13C dans le diméthylsulfoxyde (DMSO) deutérié et par spectroscopie de masse. Le procédé selon l'invention par rapport aux procédés connus tels que le procédé faisant intervenir un chlorure d'acide gras permet une activation très rapide de l'acide gras, et l'utilisation "in situ" de sa forme activée donnant un rendement élevé en monoesters du D-fructose. L'intérêt d'obtenir un rendement élevé en monoesters est tout à fait primordial pour la valorisation et l'utilisation de ces dérivés du D-fructose en tant qu'amphiphiles dans les domaines cosmétique, pharmaceutique, bucco-dentaire et alimentaire. Les monoesters d'acides gras du D-fructose tels que définis précédemment présentent de très intéressantes propriétés et trouvent notamment une application dans les domaines cosmétique, pharmaceutique et alimentaire. Parmi ces propriétés, on doit tout particulièrement mentionner la possibilité, notamment pour les monoesters du D-fructose dans lesquels R représente un radical allyle entre 11 et 21 atomes de carbone, de former à l'état hydraté et en association avec du cholestérol et du dicétylphosphate de sodium, des phases lamellaires dispersibles sous forme de vésicules. Les proportions respectives entre les monoesters du D-fructose, le cholestérol et le dicétylphosphate de sodium peuvent être par exemple de 47,5/47,5/5 ou de 62,5/32,5/5. Ces vésicules peuvent permettre notamment de véhiculer différentes matières actives connues dans les domaines cosmétique, pharmaceutique et alimentaire. Par ailleurs, certains monoesters du D-fructose tels que les monoesters octanoïques et décanoiques (R = C7 et Cg) peuvent être incorporés dans l'eau à une concentration de 1 à 5 % et ainsi former des solutions très moussantes offrant une compacité de mousse importante. Cette propriété est particulièrement recherchée dans le cadre d'application dans les domaines cosmétique et bucco-dentaire. Enfin, les monoesters d'acides gras du D-fructose tels que les monoesters octanoiques ont une activité de restauration de la barrière de perméabilité à l'eau (diminution de la perte insensible en eau de 18 %) sur un Stratum Corneum préalablement délipidé. Cette activité inattendue est primordiale notamment dans les domaines cosmétique et pharmaceutique dans la recherche de la réhydratation des peaux desséchées et abîmées. La présente invention a donc également pour objet une composition cosmétique, bucco-dentaire, pharmaceutique ou alimentaire contenant dans un véhicule approprié au moins un monoester d'acide gras du D-fructose tel qu'obtenu et défini ci-dessus. Dans les compositions selon l'invention, les monoesters d'acides gras du D-fructose sont généralement présents à une concentration comprise entre 0,01 et 30 % en poids par rapport au poids total de la composition, et de préférence entre 0,5 et 15 % en poids. Les compositions selon l'invention peuvent se présenter sous différentes formes, notamment sous forme de lotions, moussantes ou non moussantes, d'émulsions de consistance liquide ou semi-liquide telles que des laits obtenus par dispersion d'une phase grasse dans une phase aqueuse ou inversement, de suspensions ou d'émulsions de consistance molle du type crème ou pommade, de gels ou de préparations solides telles que des sticks, des pains de nettoyage, des tampons imprégnés ou encore sous forme de masques hydratants. Comme véhicule des compositions selon l'invention, on peut utiliser de l'eau, des solvants organiques compatibles avec une application topique tels que l'acétone, le glycérol, l'alcool isopropylique, l'alcool éthylique, les triglycérides d'acides gras en C6-C24, les éthers de glycol tels que les éthers d'alkyle inférieur de mono- ou diéthylèneglycol, dont le radical alkyle a de 2 à 4 atomes de carbone. On peut également utiliser comme solvant des esters de polyaucylèneglycol et d'acide à chaîne courte en Cl-C4 ou encore des silicones volatiles. Les compositions selon l'invention peuvent également contenir des corps gras tels que des huiles naturelles ou synthétiques. Les compositions selon l'invention peuvent également contenir des agents épaississants ou gélifiants tels que la cellulose ou des dérivés de cellulose. Les agents épaississants peuvent être également des polymères acryliques, des alginates, des gommes telles que la gomme de xanthane, de guar, de caroube ou la gomme arabique ou encore des polyéthylèneglycols, des bentonites et des montmorillonites. Les compositions selon l'invention peuvent également contenir des substances actives comme des agents hydratants ainsi que des adjuvants tels que des agents antioxydants, des agents conservateurs, des parfums ou des colorants. Les compositions selon l'invention peuvent également se présenter sous forme de solutions ou de dispersions contenant les monoesters d'acides gras du D-fructose sous forme vésiculaire, les vésicules pouvant alors servir d'agent d'encapsulation pour des ingrédients actifs lipophiles ou hydrophiles. PROCEDE GENERAL DE PREPARATION DES MONOESTERS D'ACIDES GRAS DU D-FRUCTOSE L'acide carboxylique R-COOH est mis en solution dans un solvant organique tel que le tétrahydrofuranne à 25 go (P/V). A cette solution, on ajoute 1,05 éq. de triéthylamine et le milieu est agité à température ambiante pendant une heure. La solution du sel de triéthylamine obtenue est alors ajoutée à une solution de chloroformiate d'alkyle ClCOOR', de préférence le chloroformiate d'isopropyle (1 eq.) dans le tétrahydrofuranne (10 % P/V) refroidi à -200C avec un bain alcool/carboglace. Après addition, le milieu est laissé sous agitation au minimum trois heures. Le D-fructose (3 eq.) est parallèlement mis en solution dans un solvant basique tel que par exemple la pyridine anhydre (8 g pour 100 ml) et le milieu précédent, éventuellement filtré, est additionné à la solution de D-fructose à température ambiante pendant au moins 3 heures. Après évaporation des solvants, le produit est soit chromatographié sur colonne de gel de silice à l'aide d'un mélange de solvants à base de chlorure de méthylène et de méthanol, soit extrait à l'aide d'un mélange de solvants à base d'eau et d'acétate d'éthyle. Selon ce procédé général, on a préparé les monoesters d'acides gras du D-fructose suivants EXEMPLE 1: Monoesters octanoigues du D-fructose Rendement 80 % (pâte ambrée) Analyse élémentaire: C14H2607; M = 306,4 C% Calc. 54,89 8,55 Tr. 54,85 8,64 Les spectres de RMN du 13C et de spectrométrie de masse sont en accord avec la structure attendue. EXEMPLE 2: Monoesters dodécanoïques du D-fructose Rendement = 95 % (pâte ambrée) Analyse élémentaire: Cl8H3407; M = 362,5 C% Calc. 59,65 9,45 Tr. 59,72 9,63 Les spectres de RMN du 13C et de spectrométrie de masse sont en accord avec la structure attendue. EXEMPLE 3: Monoesters hexadécanoiques du D-fructose Rendement = 65 % Point de fusion = 610C Analyse élémentaire: C22M42O7; M = 418,6 C% Calc. 63,13 10,11 Tr. 63,85 10,45 Les spectres de RMN du 13C et de spectrométrie de masse sont en accord avec la structure attendue. EXEMPLE 4: Monoesters oléiques du D-fructose Rendement = 87 % (pâte ambrée) Analyse élémentaire: C24H4407; M =444,6 C% H% Calc. 62,30 10,02 Tr. 62,18 9,99 Les spectres de RMN du 13C et de spectrométrie de masse sont en accord avec la structure attendue. EXEMPLES DE COMPOSITIONS EXEMPLE 1: Préparation vésiculaire sous forme de crème On prépare tout d'abord une phase lipidique en procédant au mélange des ingrédients suivants: - Monoesters hexadécanoiques du D-fructose obtenus selon l'Exemple 3 47,5 g - Cholestérol 47,5 g - Dicétylphosphate de sodium 5g Cette phase lipidique, dans une proportion de 5 %, est ensuite utilisée dans la préparation de la composition vésiculaire selon les méthodes classiques, le reste de la composition étant constitué par de l'eau, éventuellement additionnéè d'agents de conservation et/ou d'antioxydant et éventuellement d'huile. EXEMPLE 2: Préparation vésiculaire sous forme de crème On prépare tout d'abord une phase lipidique en procédant au mélange des ingrédients suivants: - Monoesters dodécanoiques du D-fructose obtenus selon l'Exemple 2 62,5 g - Cholestérol 32,5 g - Dicétylphosphate de sodium 5g Cette phase lipidique, dans une proportion de 10 % en poids, est utilisée dans la préparation de la composition vésiculaire selon les méthodes classiques, le reste de la composition étant constitué par de l'eau, éventuellement additionnée d'agents de conservation et/ou d'antioxydant et éventuellement d'huile. EXEMPLE 3 : Préparation moussante - Monoesters octanoiques du D-fructose obtenus selon l'Exemple 2 5g - Laurysulfate de triéthanolamine à 40 % dans l'eau 40 g - Cocoylbétaïne 4g - Diéthanolamide d'acide gras de coprah 3g - Conservateurs 0,2 g - Eau q.s.p. 100 g Cette préparation convient particulièrement pour la fabrication d'un produit pour la douche. EXEMPLE 4 : Préparation d'une émulsion huile-dans-l'eau fluide hydratante - Monoesters octanoiques du D-fructose obtenus selon l'Exemple 1 5g - Alcool cétylique 0,2 g - Acide stéarique 0,5 g - Stéarate de glycéryle-stéarate de polyéthylèneglycol (100 OE) (50/50) 0,4 g - Silicone volatile (cyclométhicone) 5g - Polyisobutylène 2g - Olycérol 4g - Polymère carboxyvinylique 0,4 g - Hydroxyde de sodium 0,3 g - Conservateurs 0,1 g - Parfum 0,2 g - Eau distillée q.s.p. 100 g REVENDICATIONS 1. Procédé de préparation de monoesters d'acides gras du D-fructose, caractérisé par le fait qu'il consiste en un premier temps à former dans un solvant organique, un anhydride mixte de formule (1): dans laquelle: R représente un radical allyle, linéaire ou ramifié, ou alcényle, ayant de 7 à 21 atomes de carbone ou R représente un mélange défini de tels radicaux alkyle ou alcényle, et R' représente un radical alkyle, linéaire ou ramifié ayant de 2 à 10 atomes de carbone, par réaction, en présence d'une base, d'un acide R-COOH, R ayant la même signification que ci-dessus, et d'un chloroformiate d'alkyle C1COOR', R' ayant la même signification que ci-dessus, et dans un deuxième temps, à faire réagir ledit anhydride mixte de formule (I) en solution dans ledit solvant organique essentiellement en présence d'une base, avec du D-fructose. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le solvant organique est choisi parmi le tétrahydrofuranne, le N,N-diméthylformamide, la pyridine, la N-méthylpyrrolidone, le N,N-diméthylacétamide ou un mélange de ces solvants. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la base est choisie parmi la triéthylamine, la pyridine, la 4-aminopyridine, la tributylamine ou la N-méthylmorpholine. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le D-fructose est mis à réagir en solution dans de la pyridine, de la N-méthylpyrrolidone, du N,N-diméthylformamide ou du N,N-diméthylacétamide. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'on fait réagir environ 3 eq. de D-fructose par rapport à l'acide gras. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'après la fin de la réaction et évaporation des solvants, on procède à une chromatographie sur colonne de gel de silice en utilisant un mélange de solvants à base de chlorure de méthylène et de méthanol. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'après la fin de la réaction et évaporation des solvants, on procède à une extraction à l'aide d'un mélange de solvants eau-acétate d'éthyle. 8. Monoesters d'acides gras du D-fructose, caractérisés par le fait qu'ils répondent aux formules suivantes: dans lesquelles: R1 représente un atome d'hydrogène ou le radical R représentant un radical allyle linéaire ou ramifié, ou alcényle ayant de 7 à 21 atomes de carbone, ou R représente un mélange défini de tels radicaux allyle ou alcényle, sous réserve que l'un et seulement l'un des radicaux R1 représente le radical 9. Monoesters d'acides gras du D-fructose selon la revendication 8, caractérisés par le fait qu'ils sont choisis parmi les: - monoesters octanoiques du D-fructose, - monoesters dodécanoiques du D-fructose, - monoesters hexadécanoiques du D-fructose, et - monoesters oléiques du D-fructose. 10. Composition cosmétique, bucco-dentaire, pharmaceutique ou alimentaire, caractérisée par le fait qu'elle contient dans un véhicule approprié au moins un monoester d'acide gras du D-fructose selon les revendications 8 et 9 ou obtenu selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. 11. Composition selon la revendication 10, caractérisée par le fait que le monoester d'acide gras du D-fructose est présent à une concentration comprise entre 0,01 et 30 % et de préférence entre 0,5 et 15 % en poids par rapport au poids total de la composition.