Przeczytaj również:

Jak działają kosmetyki chłodzące?

Mentol i jego pochodne

W grupie związków naturalnych powszechnie stosowany w preparatach kosmetycznych jako środek chłodzący jest mentol. Działa chłodząco, znieczulająco, dezynfekująco i pilomotorycznie [1,2,4]. Mentol jest związkiem lotnym, z tego powodu uzyskany efekt chłodzenia jest krótkotrwały i nie trwa dłużej niż dwadzieścia pięć minut dla 100 ppm roztworu. Należy do związków drażniących, dlatego należy stosować go w odpowiednich stężeniach, na ogół nie przekraczających 0,02%. Jedną z wad mentolu jest jego charakterystyczny zapach, co uniemożliwia uzyskanie w preparatach kosmetycznych innych efektów zapachowych. Z tego powodu poszukuje się innych związków o właściwościach chłodzących, często pochodnych mentolu. Przykładem związków o właściwościach chłodzących są mleczan i octan mentylu, które stosuje się w kosmetykach w stężeniu około 0,4-1,2 %, czyli znacznie wyższym, niż w przypadku czystego mentolu. Chłodzące działanie może być wywołane przez inne substancje, głównie z grupy monoterpenów, seskwiterpenów oraz ich pochodnych [1,4]. Obecnie największe zapotrzebowanie spośród terpenoidowych związków w przemyśle kosmetycznym mają (-) mentol i R(-)-karwon. Innymi substancjami naturalnymi są analogii mentolu (estry, etery, ketale), np.:(-)izopulegol, (+)-cis- i (-)-trans-p-mentan-3,8-diol, menton [1]. Doznanie zimna w połączeniu z miętą wykazuje (-)izopulegol (Coolact P, FEMA 2962) jako produkt Takasago International. Odkryto, że związek ten o wysokiej czystości (99,7%) jest bezzapachowy i posiada optycznie aktywną formę oraz powoduje poczucie świeżości, orzeźwienia i chłodzenia w typie zapachu cytrusowego. Jego siła chłodzenia jest od 20 do 30% większa niż mentolu [5, 6]. Z grupy seskwiterpenów opatentowany został kubebol (FEMA 4497) jako substancja chłodząca i orzeźwiająca[6]. Badania wykonane przez analizę czuciową wykazały, iż umbellulon  orazjego pochodnawykazują znacznie uczucie chłodzenia, lecz dwa-trzy razy mniejsze niż (-)-mentol [7, 8-10]. Mieszanina zawierająca (-)-izopulegol, (-)-mleczan mentylu (Frescolat ML) i metoksypropanodiol została opatentowana dla przemysłu kosmetycznego jako MPD, Coolact® [11]. Tej samej firmy pochodzi substancja chłodząca jako mieszanina dwóch izomerów cis- i trans p-mentan-3,8-diol (FEMA 4053) w stosunku ok. 62:38, pod nazwą Coolact 38D®, PMD38.Mieszanina ta wykazuje około 11% większą siłę chłodzenia niż mentol [12]. Z pochodnych mentolu jest również dostępny w handlu ketal- glicerol mentonu (Frescolat MGA) firmy Haarmann i Reimer  w dwóch formach (leavo FEMA 3807 i racemat FEMA 3808). W firmie Firmenich  odkryto, że mieszanina diastereoizomerów 6-izopropylo-3,9-dimetylo-1,4-dioksaspirol-[4,5]dekan-2-on, otrzymana w reakcji kwasu mlekowego z cis i trans-mentonami, prowadzi do otrzymania miętowego, świeżego zapachu typu piperita. W kombinacji z innymi substancjami chłodzącymi, np. cytrynianem mentylu czy mentolem, stwierdzono synergistyczny efekt zwiększający siłę chłodzenia. W szczególności izomery (3S,5R,6S,9R) i (3S,5S,6S,9R) miały te właściwości [13]. 3-Hydroksybutynian(-)-mentyl (MHB, FEMA 4308) według firmy Takasago posiada długo trwający efekt chłodzenia, jest bezwonny i bezsmaku, wykazuje około 0,45 razy silniejszy efekt od mentolu. Posiada szerokie zastosowanie nie tylko w kosmetykach lecz też w żywności, napojach, lekach czy papierosach [14]. Podobne działanie wykazują inne związki chemiczne pochodne mentolu, np. 1-hydroksy-2,9-cineol, 3-alkilo-p-mentan-3-ol czy pirolidyno-2-on-5-karboksy-mentyl (Questice®, FEMA 4155). Ten ostatni związek ma duże zastosowanie jako składnik pasty do zębów, różnych kosmetyków, lotionów i in. Jego właściwości chłodzące są spowodowane przez hydrolityczno-enzymatyczne uwalnianie mentolu. Ostatnio, Erman wykazał, że forma ciekła Questice jest mieszaniną diastereoizomerów  (-)-5-oksopirolidyno-2-karboksymentylu w stosunku konfiguracji 5S:5R jak  91:8, podczas gdy forma stała ma stosunek 46:53 [15].

Nowe syntetyczne substancje chłodzące

Własności chłodzące posiadają również inne struktury chemiczne, co zostało przedstawione na rysunku.Struktury (1-5) zostały opatentowane w 2008 roku jako seria pochodnych fenchylu, D-bornylu, L-bornylu, eksonorbornylu, 2-metyloizobornylu, 2-etylofenchylu, 2-metylobornylu, cis-pinanu-2-ylu, werbanylu i izobornylu wykazujących do 2000 razy silniejsze własności chłodzące od mentolu, np. struktura (1) jest 1000 razy silniejsza od mentolu, a struktury (2, 3) 20-krotnie. Najsilniejsze własności chłodzące wykazywał glutaran izobornylu (3), bo 2000. razy większe od mentolu[9,16], a glutaran bornylu już tylko 670 razy (4).W 2009 roku Surburg i in. opatentowali pochodne oksomentylu [17]. W 2010 roku opatentowano nowe pochodne p-mentanu karboksamidów i analogów WS-23 jako czynników chłodzących [18]. Trzy z nich przedstawiono na rysunku jako struktury (6-7). W 2004 roku firma Unilever Home i Personal Care USA, A Division of Conopco, Inc., wprowadziła na rynek serię pochodnych icilin, struktura (8), które wykazywały podobne własności chłodzące jak mentol [19].

Rysunek. Nowe substancje chłodzące.

Przegląd literatury dowodzi, że substancje chłodzące cieszą się zainteresowaniem badaczy. Można zauważyć rozwój przemysłu kosmetycznego w kierunku poszukiwanie nowych syntetycznych związków chemicznych mających znaczenie aplikacyjne. Na zainteresowanie odkrywaniem nowych substancji chemicznych wykazujących własności chłodzące wskazuje liczba patentów w ostatnich dziesięciu latach. I tak, pomiędzy 1998 a 2007 rokiem ukazało się ponad 280 patentów, a od stycznia 2005 do grudnia 2007 zgłoszono ponad 300 patentów [6]. Oprócz poszukiwania pojedynczych substancji, uwaga badaczy zwrócona jest na badania mieszanin oraz określenia siły efektu chłodzenia.

LITERATURA

[1] R. Eccles,Menthol and related cooling compoundsJ. Pharm. Pharmacol., 1994, 46, 618.

[2] W.Z. Traczyk, A. Trzebski, Fizjologia człowieka z elementami fizjologii stosowanej klinicznej, PZWL, Warszawa, 1990.

[3] D. Zoe, Kosmeceutyki. Dermatologia kosmetyczna. Elsevier Inc., 2005.

[4] J.C. Leffingwell, [w:] Handbook of cosmetic science and technology,  A. Barel, M. Paye, H. Maibach (Eds.), Informa Healthcare, New York, 2009, 661.

[5] H. Oertling, A. Reckziegel, H. Surburg, H. Bertram,Applications of menthol in synthetic chemistry.Chem. Rev. 2007, 107, 2136.

[6] T. Yamamoto, patent USA, 5, 773, 410, 30.06.1998.

[7] Ch. Starkenmann, I. Cayeux, R. Brauchli, F. Maynezet, Hemisynthesis of dihydroumbellulols from umbellulone: new cooling compounds.J. Agric. Food Chem. 2011, 59, 677.

[8] C. Fuganti, D. Joulain, F. Maggloni i in. Tetrahedron: Asymmetry, 2008, 19, 2425.

[9] S. Serra, C. Fuganti, F. G. Gatti,. A Chemoenzymatic, Preparative synthesis of the ssomeric forms of p-menth-1-en-9-ol: application to the synthesis of the isomeric forms of the cooling agent 1-hydroxy-2,9-cineole.Eur. J. Org. Chem. 2008, 6,1031.

[10] K. F. Gassenmeier, Flavour Fragrance J. 2006, 2, 725.

[11] K. Shiroyama, K. Sawano, H. Ohta, patent USA 6 328 982, 30.12. 2001.

[12] H. Kenmochi, T. Akiyama, Y. Yuasa i in., patent USA 5 959 161, 28.08.1999.

[13] W. K. Giersch, C.L.A. Vanrietvelde, i in., zgłoszony patent USA 2006/0249167, 9.11. 2006.

[14] S. Pringle, D. Brassington,The chemistry of F&F: physiological coolants.Perfumer & Flavorist, 2007, 32, 38.

[15] M. Erman, New developments in physiological cooling agents.Perfumer & Flavorist, 2007, 32, 20.

[16] K. Shiroyama, K. Sawano, H. Ohta, patent USA 6 328 982, 11.12.2011.

[17] H. Surburg, J. Looft, H. Oertling, T. Vessing,  zgłoszenie patentowe USA 2009/0054520, 26.02. 2009.

[18] S.M. Furrer, zgłoszenie patentowe WIPO WO/2010/128026.

[19] A.J. Foster, C. P. E. Van Der Logt, E.W. Tareilus, zgłoszenie patentowe USA 2004/0067970, 8.04.2004.

Opracowała: mgr inż. Michalina Adaszyńska