Brevet FR2756824A1 — publié le 19980612

DERIVES AMMONIUMS QUATERNAIRES HYDROXYPROPYLES A FONCTION ESTER, COMPOSITIONS COSMETIQUES ET DERMATOLOGIQUES LES CONTENANT L'invention concerne de nouveaux dérivés d'ammoniums quaternaires hydroxypropylés a fonction ester d'acide gras ainsi que leurs utilisations dans les produits cosmétiques ou dermatologiques notamment dans les produits pour le soin et le traitement des cheveux. Il est bien connu que des cheveux qui ont été sensibilisés (i.e. abîmés et/ou fragi- lisés) a des degrés divers sous l'action d'agents atmosphériques ou sous l'action de traitements mécaniques ou chimiques, tels que des colorations, des décolora- tions et/ou des permanentes, sont souvent difficiles à démêler et à coiffer, et manquent de douceur. En effet, sous l'action de ces agressions (agents atmosphériques, traitements mécaniques ou chimiques), les cheveux perdent une partie de leurs constituants, tels que notamment des protéines. Certains dérivés d'ammoniums quaternaires sont connus depuis de nombreuses années dans les produits capillaires comme agents de conditionnement des cheveux pour faciliter le démêlage et le peignage des cheveux et pour apporter de la douceur. On connaît notamment le bromure de cétyl triméthylammonium et le bromure de béhényltriméthyl ammonium. On connaît également certains composés ammoniums quaternaires hydroxypropylés à fonction ester d'acide gras comme agents de conditionnement des cheveux conférant un effet brillant, un toucher doux et facilitant le peignage et le démêlage des cheveux. Ils sont décrits dans le brevet FR 1 313 143. La demanderesse a découvert de manière surprenante une nouvelle famille de dérivés ammoniums quaternaires hydroxypropylés à fonction ester d'acide gras- que l'on définira plus en détail par la suite- permettant, après application sur les cheveux d'obtenir un état de surface du cheveu substantiellement plus lisse ainsi que d'améliorer sensiblement le peignage et le démêlage des cheveux par rapport aux dérivés quaternaires couramment utilisés dans les formulations capillaires. Les dérivés quaternaires hydroxypropylés à fonction ester de l'invention permet- tent également d'obtenir une bonne protection de la peau et/ou des fibres capillai- res vis à vis des agressions des divers agents atmosphériques et traitements mé- caniques et chimiques appliqués généralement sur la peau et/ou les fibres capil- laires. Les dérivés quaternaires hydroxypropylés à fonction ester conformes à l'invention sont caractérisés par le fait qu'ils répondent à la formule générale suivante: O 0 R Il R-C-O-CH-CHOHCH2-N R2 X (I) R3 dans laquelle R désigne une chaîne alkyle ramifiée, saturée ou insaturée en C7-C35; R1, R2 et R3, identiques ou différents, désignent une chaîne alkyle, linéaire ou ramifiée, saturée ou insaturée en C1-C18; X désigne un halogénure ou un anion choisi dans le groupe constitué par: O O Il Il - R4-O-S-O R-S-O et O O O Il - R4-O-P-O OR5 dans lesquels R4 et Rs, identiques ou différents, désignent une chaîne alkyle, linéaire, saturée ou insaturée en Cl-C8. Les composés préférentiels de formule (I) sont ceux répondant à la formule générale suivante: O CH il +/ H3 R-C-O-CH--CHOHCH2-N -CH3 Cl- (1') CH3 dans laquelle R désigne une chaîne alkyle ramifiée, saturée ou insaturée en Cl1-C23. Parmi ces composés, les plus particulièrement préférés sont choisis dans le groupe constitué par le chlorure de [3-(2-octyl-dodécanoyloxy)-2hydroxypropyl]- triméthyl ammonium; le chlorure de [3-(2-décyl-tetradécanoyloxy)-2- hydroxypropyl]triméthyl ammonium; le chlorure de [3-(2-butyloctanoyloxy)-2- hydroxypropyl]-triméthyl ammonium; le chlorure de [3-(2-hexyldécanoyloxy)-2- hydroxypropyl]-triméthyl ammonium. Les composés de formule (I) de l'invention peuvent être préparés selon un procédé en deux étapes décrit dans le brevet FR 1 313 143 et consistant: (1 ) à faire réagir un sel alcalin d'acide carboxylique aliphatique gras avec une épihalohydrine, en particulier l'épichlorhydrine, et une amine secondaire dans un solvant alcoolique (isopropanol ou tertio butanol) et (2 ) à séparer l'halogénure de métal alcalin formé et à effectuer une quaternisation de l'aminoester formé dans la première étape par un agent alkylant tel que le sulfate de diméthyle. Les composés de formule (I) de l'invention peuvent être également préparés selon un procédé en deux étapes décrit dans le brevet US 3 872 138 et consistant à faire réagir un sel d'amine tertiaire avec un acide carboxylique dans des quantités stoechiométriques pour neutraliser l'acide par l'amine puis à faire réagir le sel résultant avec de l'épichlorhydrine dans un solvant du type benzène à une température de 50 à 150 C pendant une durée en général de 15 heures. De façon préférentielle, les composés de formule (I) de l'invention peuvent être préparés selon un procédé en une seule étape dans des conditions de mise en oeuvre plus faciles, plus rapides et plus sécurisantes que celles des deux procédés définis précédemment sans utiliser d'épihalohydrine, d'agent alkylant généralement toxique ni de solvant a haute toxicité. Ce procédé consiste à faire réagir, dans un solvant alcoolique à reflux, un sel d'acide carboxylique aliphatique gras RCOOH ou un acide carboxylique aliphatique en catalyse basique avec un composé de formule (Il) suivante: R1 CH-CH-CHi2-N--R2 X (Il) O o R, Ri, R2, R3 et X- ont les mêmes significations indiquées dans la formule (I) ci- dessus. Le sel d'acide carboxylique est de préférence un sel de métal alcalin ou alcalino- terreux d'acide carboxylique. Les sels de métal alcalin tels que de sodium sont particulièrement préférés. La catalyse basique est de préférence réalisée avec la soude, la potasse ou la triéthylamine. Le solvant alcoolique utilisé est de préférence choisi parmi les alcools inférieurs en C1-C4 et plus particulièrement le 2-butanol. La température de réaction est en général comprise entre 45 et 150 C et la durée de réaction varie de préférence de 4 à 8 heures. Selon ce procédé, le produit final obtenu en fin de réaction peut être ensuite purifié par simple lavage et/ou simple extraction à base d'un solvant choisi par exemple parmi l'heptane, un alcool inférieur en C,-C4 tel que le méthanol ou leurs mélanges. Un autre objet de l'invention consiste en des compositions cosmétiques ou derma- tologiques caractérisées par le fait qu'elles contiennent dans un milieu cosméti- quement acceptable au moins un composé de formule (I). On entend par milieu cosmétiquement acceptable, tout milieu compatible avec toutes les matières kératiniques telles que la peau, les ongles, les muqueuses et les cheveux ou toute autre zone cutanée du corps. Les compositions de l'invention contiennent les composés de formule (I) de préfé- rence dans des concentrations allant de 0,001 et 20% en poids et plus particuliè- rement de 0,05 a 15% en poids par au poids total de la composition. La composition de l'invention peut également contenir au moins un additif choisi parmi les épaississants, les silicones volatiles ou non volatiles, solubles ou inso- lubles, les tensioactifs, les parfums, les agents nacrants, les conservateurs, les filtres solaires, les protéines, les vitamines, les polymères, les solvants couram- ment utilisés en cosmétologie ou dermatologie, les huiles végétales, animales, minérales ou synthétiques et tout autre additif classiquement utilisé dans le do- maine cosmétique. Ces additifs sont présents dans la composition selon l'invention dans des propor- tions pouvant aller de 0 à 20% en poids par rapport au poids total de la composi- tion. La quantité précise de chaque additif est déterminée facilement par l'homme de l'art selon sa nature et sa fonction. L'invention a encore pour objet un procédé de traitement de la peau ou des fibres kératiniques, telles que les cheveux, caractérisé en ce qu'il consiste à appliquer sur la peau ou sur les fibres kératiniques une composition cosmétique telle que définie précédemment, puis à effectuer éventuellement un rinçage à l'eau. Ainsi, ce procédé selon l'invention permet le maintien de la coiffure, le traitement, le soin ou le lavage de la peau, des cheveux ou de toute autre matière kératini- que. Les compositions cosmétiques selon l'invention peuvent se présenter sous forme de gel, de lait, de crème, de lotion ou solution plus ou moins épaissie ou de mousse et être utilisées pour la peau ou les cheveux. Pour les cheveux, elles sont plus particulièrement des shampooings, des com- positions a rincer ou non, à appliquer avant ou après un shampooing, une colora- tion, une décoloration, une permanente ou un défrisage, des compositions de coloration, de décoloration, de permanente ou de défrisage des cheveux. Les compositions peuvent être également des lotions de mise en plis, des lotions pour le brushing, des compositions de fixation (laques) et/ou de coiffage. Les lo- tions peuvent être conditionnées sous diverses formes notamment dans des va- porisateurs, des flacons pompe ou dans des récipients aérosols afin d'assurer une application de la composition sous forme vaporisée ou sous forme de mousse. De telles formes de conditionnement sont indiquées, par exemple, lors- qu'on souhaite obtenir un spray, une laque ou une mousse pour la fixation ou le traitement des cheveux. Lorsque la composition selon l'invention est conditionnée sous forme d'aérosol en vue d'obtenir une laque ou une mousse aérosol, elle comprend au moins un agent propulseur qui peut être choisi parmi les hydrocarbures volatils tels que le n- butane, le propane, I'isobutane, le pentane, les hydrocarbures chlorés et/ou fluo- rés et leurs mélanges. On peut également utiliser en tant qu'agent propulseur le gaz carbonique, le protoxyde d'azote, le diméthyléther, I'azote ou l'air comprime. L'invention a également pour objet l'utilisation des composés de formule (I) tels que définis ci-dessus comme agent de conditionnement des cheveux dans la pré- paration d'une formulation pour le soin et/ou le traitement des cheveux et plus particulièrement comme agent permettant d'améliorer le lissage, le peignage et le démêlage des cheveux. Dans tout ce qui suit ou ce qui précède, les pourcentages exprimés sont en poids. L'invention va être maintenant plus complètement illustrée à l'aide des exemples suivants qui ne sauraient être considérés comme la limitant aux modes de réali- sation décrits. Dans les exemples, MA signifie matière active. EXEMPLES DE PREPARATION EXEMPLE 1: Préparation du chlorure de [3-(2-octyl-dodécanoyloxy)-2- hydroxypropyl]-triméthyl ammonium O CH3 +&3 RC-O-CH'-CHOHCH2-N -CH3 CI (1) CH3 avec R = CH-(CH2)9 CH 08H17 Dans un ballon muni d'une agitation, d'un thermomètre, d'une ampoule de coulée et d'un réfrigérant ascendant, on introduit: - 100 ml de 2-butanol, - 0,15 mole d'acide 2octyl-dodécanoïque (46,5g), - 0,075 mole d'hydrogénocarbonate de sodium (0,63g). On chauffe au reflux du 2-butanol (98-99 C). Dès que l'hydrogénocarbonate s'est solubilisé dans le milieu, on introduit goutte à goutte 0,15 mole (22,7g) de chlorure de glycidyle- triméthyl ammonium dissous dans 50 ml de 2-butanol. Le reflux est maintenu pendant 6 heures après la fin de l'introduction. Le mileu réactionnel est lavé à l'eau puis à l'heptane. La phase supérieure est concentrée à sec puis reprise dans un mélange heptane/méthanol/eau. La phase inférieure est concentrée à sec. On obtient une pâte ambrée. Analyses Indice de chlorure: 1,95 meq/g Indice d'acide: 0,43 meq/g soit 19% acide (en mole) Analyse élémentaire Théorie Trouvé +19% acide +1 H20 C 65,8 66,06 H 11,65 11,75 N 2,86 2,53 O 13,63 12,94 CI- 6,43 6,55 EXEMPLE 2: Préparation du chlorure de [3-(2-décyl-tetradécanoyloxy)-2- hydroxypropyl]-triméthyl ammonium O CH il +CH3 R-C-O-CH-CHOHCH2-N-CH3 C (I) 2 2 CH3 CI () CH3 avec R = CH-(CH2) CH- Co1 H21 Dans un ballon muni d'une agitation, d'un thermomètre, d'une ampoule de coulée et d'un réfrigérant ascendant, on introduit: - 100 ml de 2-butanol, - 0,15 mole d'acide 2-décyl-tetradécanoïque (36,8g), - 0,075 mole d'hydrogénocarbonate de sodium (0,63g). On chauffe au reflux du 2-butanol (98-99 C). Dès que l'hydrogénocarbonate s'est solubilisé dans le milieu, on introduit goutte à goutte 0,15 mole (22,7g) de chlorure de glycidyle- triméthyl ammonium dissous dans 50 ml de 2-butanol. Le reflux est maintenu pendant 6 heures après la fin de l'introduction. Le milieu réactionnel est lavé à l'eau puis à l'heptane. La phase supérieure est concentrée à sec puis reprise dans un mélange heptane/méthanol/eau. La phase inférieure est concentrée à sec. On obtient une pâte jaune clair. Analyses Indice de chlorure: 1,71 meq/g Indice d'acide: 0,174 meq/g soit 10% acide (en mole) Analyse élémentaire Théorie Trouvé +10% acide +1,5H20 C 66,72 66,6 H 12,06 12,4 N 2,62 2,4 O 13,35 12,9 CI- 6,03 6,08 EXEMPLE 3: Préparation du chlorure de [3-(2-butyl-octanoyloxy)-2- hydroxypropyl]-triméthyl ammonium 0 CH IIl +CH3_ -C-O-CH-CHOHCH2-NN-CH3 Ci (I) CH3 avec R = CH-(CH2)5 CH- C4H9 Dans un ballon muni d'une agitation, d'un thermomètre, d'une ampoule de coulée et d'un réfrigérant ascendant, on introduit: - 100 ml de 2-butanol, - 0,15 mole d'acide 2-butyl-octanoïque (30g), - 0,075 mole d'hydrogénocarbonate de sodium (0,63g). On chauffe au reflux du 2-butanol (98-99 C). Dès que l'hydrogénocarbonate s'est solubilisé dans le milieu, on introduit goutte à goutte 0,15 mole (22,7g) de chlorure de glycidyle- triméthyl ammonium dissous dans 50 ml de 2-butanol. Le reflux est maintenu pendant 6 heures après la fin de I'introduction. Le milieu réactionnel est lavé à l'eau puis à l'heptane. La phase supérieure est concentrée à sec puis reprise dans un mélange heptane/méthanol/eau. La phase inférieure est concentrée à sec. On obtient une pâte ambrée. Analyses Indice de chlorure: 2,60 meq/g Indice d'acide: 0,11 meq/g soit 4,2% acide (en mole) Analyse élémentaire Théorie Trouvé +4,2% acide +1,5H20 C 58,5 57,5 H 11,03 10,9 N 3,83 3,5 O 18,54 18,8 CI- 8,59 9,0 EXEMPLE 4: Préparation du chlorure de [3-(2-hexyl-décanoyloxy)-2- hydroxypropyl]-triméthyl ammonium l+ CH -C-O-CH"-CHOHCH2-N-CH3 Ci (1) CH3 avec R = CH--(CH2)7 CH C6H13 Dans un ballon muni d'une agitation, d'un thermomètre, d'une ampoule de coulée et d'un réfrigérant ascendant, on introduit: - 100 ml de 2-butanol, - 0,15 mole d'acide 2-hexyl-décanoïque (38,4g), - 0,075 mole d'hydrogénocarbonate de sodium (0,63g). On chauffe au reflux du 2-butanol (98-99 C). Dès que l'hydrogénocarbonate s'est solubilisé dans le milieu, on introduit goutte à goutte 0,15 mole (22,7g) de chlorure de glycidyle- triméthyl ammonium dissous dans 50 ml de 2-butanol. Le reflux est maintenu pendant 6 heures après la fin de l'introduction. Le milieu réactionnel est lavé à l'eau puis à l'heptane. La phase supérieure est concentrée à sec puis reprise dans un mélange heptane/méthanol/eau. La phase inférieure est concentrée à sec. On obtient une pâte ambrée. Analyses Indice de chlorure: 1,98 meq/g Indice d'acide: 0,066 meq/g soit 3,3% acide (en mole) Analyse élémentaire Théorie Trouvé +3,3% acide +15% H20 C 56,1 56,6 H 11,15 11,21 N 3,5 2,93 O 22,1 21,6 CI- 6,91 7,44 EXEMPLES D'APPLICATION EXEMPLE A: Shampooing - Lauryl éther sulfate de sodium 12 g - Composé de l'exemple 4 0,5 g M.A. - Colorants, parfums, conservateurs qs - Eau pH ajusté à 7 qsp 100 g Ce shampooing possède un bon pouvoir moussant, améliore le démêlage et la douceur des cheveux. REVENDICATIONS 1. Dérivés d'ammoniums quaternaires hydroxypropylés à fonction ester d'acide gras de formule (I) suivante: O Il R-C-O-CH--CHOHCH2-N -R2 X ( R3 dans laquelle: R désigne une chaîne alkyle ramifiée, saturée ou insaturée en C7-C35; R1, R2 et R3, identiques ou différents, désignent une chaîne alkyle, ramifiée ou linéaire, saturée ou insaturée en C1-C18; X' désigne un halogénure(préférentiellement le chlore) ou un anion choisi dans le groupe constitué par: O O Il IIl - R4-O-S-O; Ri-S-O et Il II Il R.-O-P-O ORs dans lesquels R4 et R5, identiques ou différents, désignent une chaîne alkyle, ramifiée ou linéaire, saturée ou insaturée en C,-C8 2. Dérivés d'ammoniums quaternaires hydroxypropylés à fonction ester d'acide gras répondant à la formule générale suivante: 0il +CH3 R-C-O-CH- CHOHCH2-N -CH3 Cl (i) CH3 dans laquelle R désigne une chaîne alkyle ramifiée, saturée ou insaturée en Cll-C23. 3. Dérivés selon la revendication 1 ou 2 choisis dans le groupe constitué par le chlorure de [3-(2-octyl-dodécanoyloxy)-2hydroxypropyl]-triméthyl ammonium; le chlorure de [3-(2-décyltetradécanoyloxy)-2-hydroxypropyl]-triméthyl ammonium; le chlorure de [3(2-butyl-octanoyloxy)-2-hydroxypropyl]-triméthyl ammonium; le chlorure de [3-(2-hexyl-décanoyloxy)-2-hydroxypropyl]-triméthyl ammonium. 4. Composition cosmétique ou dermatologique, caractérisée par le fait qu'elle contient dans un mileu cosmétiquement acceptable au moins un composé de formule (I) tels que définis selon l'une quelconque des revendications 1 à 3. 5. Composition selon la revendication 4, contenant au moins un composé de for- mule (I) dans des concentrations allant de 0,001 et 20% en poids et plus particu- lièrement allant de 0,05 à 15% en poids par au poids total de la composition. 6. Composition selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisée par le fait qu'elle se présente sous forme de gel, de lait, de crème, de lotion ou solu- tion plus ou moins épaissie ou de mousse. 7. Composition selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisée par le fait qu'il s'agit d'un produit capillaire. 8. Composition selon la revendication 7, caractérisée par le fait qu'il s'agit d'un produit capillaire choisi parmi les shampooings; les compositions à rincer ou non, à appliquer avant ou après un shampooing, une coloration, une décoloration, une permanente ou un défrisage; les compositions de coloration; les compositions de décoloration; les compositions de permanente ou de défrisage des cheveux; les lotions de mise en plis; les lotions pour le brushing; les compositions de fixation et/ou de coiffage. 9. Composition selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisée par le fait qu'elle est conditionnée sous forme d'aérosol en vue d'obtenir une laque ou une mousse aérosol et comprend au moins un agent propulseur. 10. Composition selon la revendication 9, caractérisée par le fait que l'agent pro- pulseur est choisi parmi les hydrocarbures volatils, les hydrocarbures chlorés et/ou fluorés et leurs mélanges; le protoxyde d'azote; le diméthyléther; l'azote ou l'air comprime. 11. Procédé de traitement de la peau ou des fibres kératiniques, telles que les cheveux, caractérisé en ce qu'il consiste à appliquer sur la peau ou sur les fibres kératiniques une composition cosmétique telle que définie dans l'une quelconque des revendications 4 à 10, puis à effectuer éventuellement un rinçage à l'eau. 12. Utilisation des composés de formule (I) tels que définis dans l'une quelconque des revendications 1 à 3 comme agent de conditionnement des cheveux dans et pour la préparation d'une composition pour le soin et/ou le traitement des che- veux. 13. Utilisation des composés de formule (I) tels que définis dans l'une quelconque des revendications 1 à 3 comme agent permettant d'améliorer le lissage, le pei- gnage et le démêlage des cheveux dans et pour la préparation d'une composition pour le soin et/ou le traitement des cheveux.