DE69824191T2 - Denatonium capsaicinat und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents
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Description
- 1. Gebiet der Erfindung
- Diese Erfindung betrifft die neue Verbindung Denatonium Capsaicinat, Verfahren zum Herstellen der Verbindung und Zusammemsetzungen zum Verwenden der Verbindung als Aversionsmittel.
- 2. Beschreibung des Standes der Technik
- Die Verwendung von Denatoniumverbindungen, insbesondere von Denatoniumbenzoat und Denatoniumsaccharid als Aversionsmittel ist bekannt. Siehe US-Patente Nr. 3,080,327; 3,268,577; 4,661,504 und 4,652,577. Denatonium ist von Lidocain (N,N-Diethylamino-2,6-dimethylacetanilid) abgeleitet. Die Struktur, die Lidocain und Denatoniumverbindungen gemein ist, ist in Formel 1 dargestellt:
- Denatoniumverbindungen werden häufig in Zusammensetzungen oder Beschichtungen eingearbeitet, um entweder ein Verschlucken durch Menschen zu verhindern oder um Tiere, Reptilien, Fische und Vögel von einem damit beschichteten Gegenstand abzuwehren. Siehe US-Patent Nr. 4,005,038. Denatoniumverbindungen werden außerdem als Denaturierungsmittel für Alkohol und Talg (US-Patent Nr. 4,438,046) und als bittere Geschmackstoffe in Nahrungsmitteln verwendet. Im Allgemeinen liegt der Schmeckgrenzwert für Denatoniumverbindungen bei etwa einem Teil in zehn Millionen bis einem Teil in hundert Millionen, und der Nachgeschmack kann für mehrere Sekunden bis mehrere Minuten anhalten. Der Geschmack dieser Verbindungen wird jedoch von gewissen Tieren, wie gewissen Arten von Nagetieren, Hunden oder Rotwild, nicht immer wahrgenommen. Daher sind diese Verbindungen als Aversionsmittel für alle Tiere nicht immer effektiv.
- Ein zweites im Stand der Technik bekanntes Aversionsmittel ist Capsaicin und dessen Derivate. Siehe E. K. Nelson und L. E. Dawson, „Constitution of Capsaicin. III," Vol. XLV J. Am. Chem., 2179–2181 (1923). Die Strukturen sowohl von natürlichem als auch von synthetischem Capsaicin sind nachstehend in den Formeln 2a bzw. 2b dargestellt.
- Capsaicin schafft, wenn es oral oder topisch angewendet wird, sowohl einen scharfen, würzigen, beißenden Geschmack als auch eine betäubende, brennende oder kribbelnde Wirkung. Von Capsaicin ist bekannt, dass es ein starkes Reizmittel ist, das die selektive Degeneration von sensiblen Neuronen verursachen kann, die chemogenen oder trigeminalen Schmerz weiterleiten. Capsaicin und seine Derivate werden hauptsächlich für Folgendes verwendet, nämlich als Reizmittel; als Geschmacksstoff von etwa 1 Teil in 100.000 Teilen; als Tierabwehrmittel (US-Patente Nr. 5,322,862 und 5,456,916); als Fäulnis verhinderndes Mittel (US-Patent Nr. 5,397,385); als Mittel gegen Blähungen; in der neurobiologischen Forschung (US-Patent Nr. 5,094,782); und in Arzneimitteln (US-Patent Nr. 5,403,868). Es wurde festgestellt, dass sowohl die natürlichen als auch die synthetischen Verbindungen von Capsaicin für diese Verwendungen sehr effektiv sind.
- Wenngleich sowohl Denatoniumverbindungen als auch Capsaicinverbindungen einen unangenehmen Geschmack schaffen und daher als Aversionsmittel nützlich sind, ist eine neue und nützliche Verbindung, die einen stärkeren bitteren oder scharfen Geschmack zeigt, sehr wünschenswert. Dementsprechend ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine neue Verbindung, Denatonium Capsaicinat, bereitzustellen, die effektiv dahingehend ist, in sehr niedrigen Konzentrationen einen bitteren und/oder würzigen, beißenden Geschmack hervorzurufen und/oder einen chemogenen Effekt zu bewirken.
- Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine neue Verbindung, Denatonium Capsaicinat, bereitzustellen, die als Biozid effektiv ist.
- Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine neue Verbindung, Denatonium Capsaicinat, bereitzustellen, die als Fäulnis verhinderndes Mittel effektiv ist.
- ZUSAMMENFASSENDE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
- In Übereinstimmung mit den Zielen dieser Erfindung wird hierin die Verbindung Denatonium Capsaicinat bereitgestellt, die bitterer ist als andere bekannte Denatonium- oder Capsaicinverbindungen. Diese Verbindung schafft einen extrem bitteren und/oder scharfen, beißenden Geschmack, der beträchtlich länger anhält und eine größere Intensität aufweist als entweder Denatoniumverbindungen, Capsaicinverbindungen oder Mischungen davon. Diese Verbindung weist außerdem biozide und Fäulnis verhindernde Eigenschaften auf.
- DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
- Der chemische Name von Denatonium Capsaicinat ist Denatoniumnonylvanylamid. Wenn Denatonium Capsaicinat mit synthetischem Capsaicin hergestellt wird, weist es die empirische Formel C38H55N3O4, ein massengemitteltes Molekulargewicht von 617,83 und die nachstehend durch Formel 3 dargestellte Struktur auf:
- Wenn Denatonium Capsaicinat mit natürlichem Capsaicin hergestellt wird, kann es die empirische Formel C38H56N3O5 und ein massengemitteltes Molekulargewicht von 634,83 aufweisen. Die Struktur von mit natürlichem Capsaicin hergestellten Denatonium Capsaicinat kann, auf Grund der Gegenwart von natürlich vorkommenden Homologen von Capsaicin, variieren. Daher kann eine Mischung von verschiedenen Strukturen vorliegen. Die Struktur von mit natürlichem Capsaicin hergestelltem Denatonium Capsaicinat wird jedoch hauptsächlich durch die Formel 3 dargestellt. Denatonium Capsaicinat, das entweder mit natürlichem oder mit synthetischem Capsaicin hergestellt wurde, hat daher im Wesentlichen die gleichen Eigenschaften. Der Name „Denatonium Capsaicinat" betrifft, wenn nicht anders angegeben, hiernachstehend beide Verbindungen.
- Denatonium Capsaicinat ist eine weiße kristalline bzw. pulverförmige Substanz mit einem Schmelzpunkt von etwa 65°C. Der bittere Geschmack und das stechende oder beißende Gefühl, die durch diese Verbindung geschaffen werden, können für bis zu zehn Minuten und in manchen Fällen für bis zu eine halbe Stunde anhalten. Der Schmeckgrenzwert liegt bei etwa 1 Teil in zehn Millionen Teilen, was Denatonium Capsaicinat zu einem starken Aversionsmittel macht. Es ist außerdem bekannt, dass Denatonium Capsaicinat sowie biozide als auch Fäulnis verhindernde Eigenschaften aufweist.
- Denatonium Capsaicinat ist in Wasser und Paraffin praktisch unlöslich, ist aber in Alkoholen, Ethylen- und Propylenglykol, Methylcellusolv, n-Methylpyrrolidon, Dimethylsulfoxid (DMSO), Ethern, Chloroform und Benzol löslich. Im Gegensatz zu anderen Denatoniumverbindungen bildet ein feines Pulver von Denatonium Capsaicinat in gewissen Lösungen eine kolloide Suspension. Es kann daher leichter in Polymeren, Plastifizierungsmitteln und Lösungen dispergiert werden. Dies ist zum Einarbeiten von Denatonium Capsaicinat in Beschichtungen für Materialien oder die Materialzusammensetzung an sich nützlich.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung kann Denatonium Capsaicinat zuerst durch Herstellen von Denatoniumhydroxid aus einer Lidocainbase synthetisiert werden. Das Denatoniumhydroxid wird dann in einem geeigneten Lösemittel mit synthetischem oder natürlichem Capsaicin oder einem Derivat davon umgesetzt. Das entstehende Produkt, Denatonium Capsaicinat, wird durch Vakuum-, Luft- oder Sprühtrocknen bei etwa 15 bis 50°C gereinigt. Die Verwendung von natürlichem Capsaicin führt auf Grund der normalerweise in der natürlichen Form vorkommenden, verschieden Homologen zu einem weniger reinen Endprodukt als die synthetische Form.
- Alternativ bildet die Kombination von jeder Denatoniumverbindung, von Lidocain oder einem Lidocainderivat mit Capsaicin in einer wässrigen, Glycol-, Polyol-, Dimethylsulfoxid- (DMSO), Alkohollösung oder Mischung davon etwas Denatonium Capsaicinat. Im Allgemeinen wird die Ausbeute des auf diese Weise gebildeten Denatonium Capsaicinat niedrig sein und bei 0,01 bis 0,5 Gew.-% der resultierenden Zusammensetzung liegen. Die Ausbeute kann jedoch in Abhängigkeit von der Menge und dem Typ der Reaktan ten, der Lösung und der Reaktionsbedingungen höher oder niedriger liegen. Grenzflächenaktive Stoffe wie TweeneTM, SpaneTM, Sarcosinate, Sulfosuccinate, Nonoxynole und Polyethylenglykole (PEG's) können zum Beispiel zu der Lösung zugegeben werden, um die Bildung von Denatonium Capsaicinat zu beschleunigen.
- In Ausführungsformen kann Denatonium Capsaicinat zu Farben, Lacken, Firnissen, Leimen, Klebstoffen, Gummis, Kautschuken, Polymeren oder Beschichtungszusammensetzungen zugegeben werden. Die daraus entstehenden Zusammensetzungen können verwendet werden, um eine Schicht oder eine Folie auf ein faseroptisches Kabel, ein elektrisches Kabel, ein Rohr, einen Schlauch, eine Wand oder einen Bootsrumpf zu coaten.
- Da ein feines Pulver von Denatonium Capsaicinat eine kolloide Suspension bildet, kann es einfach zu Plastifizierern, Silikonen, Epoxiden, Ölen oder Wachsen zugegeben werden und in verschiedene Polymere, wie Polyethylene, Polypropylene, Styrole, Polyester, Polyurethane, Polyolefine, Acrylharze, Phenolharze, Polyvinylchloride (PVCs), Teflone, Nylone, Kautschuke oder Silikone eingearbeitet werden, um Fasern, eine Hülle oder eine Folienschicht zum Umwickeln eines Kabels, eines Drahts oder eines Schlauchs zu bilden. Das Denatonium Capsaicinat wird dem Polymer in einer Menge von etwa 0,01 bis 10,0 Gew.-% der Gesamtzusammensetzung zugegeben. Das Denatonium Capsaicinat kann direkt dem Polymer in einem flüssigen Zustand zugegeben werden, oder mit einem Plastifizierer zu einer kolloiden Suspension verarbeitet werden und dann zu dem Polymer zugegeben werden.
- In Ausführungsformen kann Denatonium Capsaicinat zu Beschichtungen oder Polymeren zum Bilden einer Hülle zugegeben werden, zum Beispiel zur Anwendung bei elektrischen Drähten, Schläuchen oder Rohren, um einen Angriff durch Tiere zu verhindern. In ähnlicher weise kann eine Beschichtung, die Denatonium Capsaicinat aufweist, wie eine Farbe, eine Firnis, ein Lack, eine Beize oder eine Dichtmasse auf andere Materialien, wie Möbel, die im Freien stehen, Schuppen oder selbst Häuser, angewendet werden, um Tiere, insbesondere Eichhörnchen, davon abzuhalten, daran zu nagen und diese zu zerstören. Denatonium Capsaicinat wirkt, wenn es auf Samen oder ähnliche Nahrungsmittel angewendet wird, ferner als starkes Aversionsmittel um ein Verschlucken durch Vögel oder Tiere auf Nahrungssuche zu verhindern.
- Denatonium Capsaicinat kann außerdem in einer auf Bootsrümpfen oder Unterwasserstrukturen angewendeten Beschichtung als Fäulnis verhinderndes Mittel verwendet werden. Als Alternative kann Denatonium Capsaicinat in die Materialien zum Bilden solcher Strukturen eingearbeitet werden. Dies wird Meereslebewesen, insbesondere Rankenfußkrebse und Algen, davon abhalten, auf diesen Strukturen zu wachsen. Denatonium Capsaicinat ist für diese Verwendung besonders geeignet, da es in Wasser unlöslich ist und sowohl Fäulnis verhindernde als auch biozide Eigenschaften aufweist.
- Denatonium Capsaicinat kann außerdem als Biozid verwendet werden, um das Wachstum von Pilzen, Schimmel und anderen Mikroorganismen zu stoppen. Der betroffene Bereich kann mit einer Lösung, die Denatonium Capsaicinat enthält, besprüht oder gecoatet werden; mit einer klebrigen oder pastenähnlichen Verbin dung, die Denatonium Capsaicinat enthält, durch Sprühen, Verstreichen oder Verschmieren behandelt werden oder mit einem Pulver bestreut werden, das Denatonium Capsaicinat enthält.
- In anderen Ausführungsformen kann Denatonium Capsaicinat sowohl zu medizinischen Verbänden, wie Nähmaterialien und Bandagen, als auch zu Salben, Cremes, Lotionen oder Balsamen zugegeben werden, um ein Tier davon abzuhalten, nach veterinärmedizinischen Operationen diese Materialien durch Beißen, Nagen, Kauen oder Lecken zu entfernen. Denatonium Capsaicinat, seine Derivate und Salze, können ferner auf Grund ihrer Verwandtschaft mit Capsaicin, dessen Derivaten und Lidocain und dessen Derivaten medizinische Anwendungen wie in pharmakologischen Zusammensetzungen haben.
- In weiteren Ausführungsformen kann Denatonium Capsaicinat als Insektenabwehrmittel verwendet werden. Denatonium Capsaicinat kann außerdem mit Saponinen wie Sojasaponin, Yuccasaponin oder Quillaiasaponin und grenzflächenaktiven Stoffen wie Natrium-, Kalium- oder Ammoniumlaurylsulfaten kombiniert werden, um ein effektives Schlangen-, Hai- oder Fischabwehrmittel zu bilden. In Ausführungsformen kann die Abwehrmittelzusammensetzung grenzflächenaktive Stoffe in einer Menge von etwa 30 bis 70 Gew.-% der Gesamtzusammensetzung, Saponine in einer Menge von etwa 25 bis 65 Gew.-% der Gesamtzusammensetzung und von etwa 0,01 bis 15 Gew.-% Denatonium Capsaicinat aufweisen. Andere wirksame Zusammensetzungen sind dem Durchschnittsfachmann geläufig. Denatonium Capsaicinat kann ferner zu einem Aerosol verarbeitet werden oder in einen Druckversprüher verbracht werden, um ein persönliches Schutzmittel zur Abwehr von menschlichen oder tierischen Angreifern zu bilden.
- In anderen Ausführungsformen kann Denatonium Capsaicinat zu Produkten wie Zigaretten oder Nagellack zugegeben werden, um von Angewohnheiten wie Rauchen oder Nägelkauen abzuschrecken. Es kann außerdem zu einer effektiven Beschichtung verarbeitet werden, um kleine Kinder davon abzuhalten, am Daumen oder an den Fingern zu lutschen. Es kann außerdem als Aversionsmittel zu gefährlichen Haushaltschemikalien zugegeben werden. Ferner kann Denatonium Capsaicinat wie andere Denatoniumverbindungen als Denaturierungsmittel verwendet werden.
- Denatonium Capsaicinat kann außerdem als Nahrungsmittelzusatzstoff ähnlich wie Oleoresin Capsicum, Capsaicin und Capsaicinderivaten verwendet werden.
- Andere mögliche Verwendungen von Denatonium Capsaicinat, zum Beispiel als Aversionsmittel, Biozid, Fäulnis verhinderndes Mittel, Geschmacksstoff oder Denaturierungsmittel, sind dem Durchschnittsfachmann geläufig.
- Ein Verfahren zum Herstellen von Denatonium Capsaicinat ist in den nachstehenden Beispielen beschrieben. Andere Verfahren zur Herstellung sind möglich. Insbesondere Lidocain, dessen Derivate oder jegliche Denatoniumverbindung können als Ausgangspunkt für die Herstellung von Denatonium Capsaicinat verwendet werden. Es scheint jedoch, dass die größte Ausbeute und die höchste Reinheit durch die Verwendung von Denatoniumhydroxid und von synthetischem Capsaicin erreicht wird.
- Beispiele für Formulierungen sind ebenfalls gegeben. Diese Beispiele schränken die Offenbarung nicht ein. Andere Verfahren zur Herstellung und Formulierung können verwendet werden, wie dies dem Durchschnittsfachmann bekannt ist.
- Beispiele
- Beispiel 1: Verfahren zur Herstellung von Denatonium Capsaicinat
- Etwa 500 ml reines Isopropanol werden in einen mit einem Rührer (60 bis 80 Umdrehungen pro Minute), einem Thermometer, einem Refluxer (Geradlauf) und einem Kühler ausgerüsteten Dreihalsglaskolben gegeben. Etwa 9,4 g KOH (bezogen auf 100% Inhalt) werden dem Isopropanol unter Rühren zugegeben. Die Reaktionsmasse wird auf ihren Siedepunkt erwärmt und dort gehalten, bis die vollständige Aufösung des KOH eintritt. Die Lösung wird dann auf etwa 50 bis 55°C abgekühlt. Etwa 60 g Denatoniumchlorid werden zu der gekühlten Lösung zugegeben. Die Mischung wird bei etwa 50 bis 55°C für 30 bis 40 Minuten gerührt. Die resultierende Lösung wird auf etwa 18 bis 20°C abgekühlt und in einen Filter mit einem Filterpapier überführt, worin das ausgefallene Kaliumchlorid abgetrennt wird. Die Mutterlösung wird in den gleichen Kolben zurückgeführt und etwa 54 g Capsaicin werden zugegeben. Die Reaktionsmischung wird auf ihren Siedepunkt erwärmt und für etwa 1 bis 1,5 Stunden unter Rückfluss erwärmt. Der Rückflusskühler wird dann durch einen Geradlauf kühler ersetzt und das Isopropanol-Wasser-Azeotrop wird abdestilliert. Die Reaktionsmasse wird auf etwa 200 ml Volumen eingekocht, auf Raumtemperatur abgekühlt und in ein Polyethylengefäß oder ein ähnliches Gefäß überführt und bei etwa 3 bis 5°C für etwa 10 bis 12 Stunden gekühlt. Die ausgefallenen Kristalle werden filtriert, auf einem Filter mit Cyc lohexan oder Petrolether gewaschen und bei Raumtemperatur luft- oder vakuumgetrocknet.
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- Die zuvor genannten Inhaltsstoffe werden innig vermischt. Die Zusammensetzung kann als Hai-, Schlangen-, Reptilien- oder Fischabwehrmittel verwendet werden. Beispiel 3
Denatonium Capsaicinat 20% Propylenglykcol 80% - Eine Kombination aus Lösung und kolloider Suspension von Denatonium Capsaicinat in Propylenglykol wird gebildet. Die Kombination aus Lösung/kolloider Suspension oder Aufschlämmung kann zu Plastifizierern, Polymeren oder Ölen während der weiteren Verarbeitung zu Farben, Firnissen, Lacken oder anderen Beschichtungsmaterialien zugegeben werden. Beispiel 4
Denatonium Capsaicinat 0,5% Dimethylether 79,0% Alkohol 20,5% - Eine Lösung aus Denatonium Capsaicinat in einer Mischung aus Dimethylether und Alkohol wird gebildet. Der Dimethylether wirkt als Treibmittel. Die Mischung kann in einem Spray unter Druck verwendet werden, um einen Angriff durch Menschen oder Tiere abzuwehren.
- Beispiel 5
- Kristallines oder pulverförmiges Denatonium Capsaicinat wird in einer Menge von etwa 0,05 bis 10% zu Füllstoffen, wie Stärken und Zucker vom Inerttyp, zugegeben. Das resultierende trockene Pulver oder die klebrige Zusammensetzung (wenn ein Wachs zugegeben wird) wird verwendet, um insbesondere in Wohnungen Insekten und Nagetiere abzuschrecken.
Claims (19)
- Verbindung nach Anspruch 1 in kristalliner Form.
- Zusammensetzung, die die Verbindung nach Anspruch 1 aufweist.
- Zusammensetzung nach Anspruch 3, wobei die Zusammensetzung eine Flüssigkeit ist.
- Zusammensetzung nach Anspruch 4, wobei die Flüssigkeit auf ein Material gesprüht oder gecoatet ist.
- Zusammensetzung nach Anspruch 5, wobei das Material ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem landwirtschaftlichen Produkt, einem Nahrungsmittelprodukt, einer Rauchware, einem medizinischen Verband, einem Boot, einer Unterwasserstruktur, einer Hülle, einem Draht, einem Schlauch und einem Rohr.
- Zusammensetzung nach Anspruch 3, die in ein Material eingearbeitet ist.
- Zusammensetzung nach Anspruch 7, wobei das Material ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Farbe, Lack, Firnis, Nagellack, Tierabwehrmittel, Insektenabwehrmittel, Arzneimittel, Nahrungsmittelzusatzstoff, Beschichtung und Polymerzusammensetzung.
- Zusammensetzung nach Anspruch 3, wobei die Zusammensetzung ein Nahrungsmittelzusatzstoff ist.
- Verfahren zum Abhalten von Angriffen durch Tiere, wobei ein Material mit der Zusammensetzung nach Anspruch 3 behandelt wird.
- Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Behandeln des Materials das Einarbeiten der Zusammensetzung in das Material beinhaltet.
- Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Verfahren zum Behandeln des Materials das Coaten der Zusammensetzung auf das Material beinhaltet.
- Verfahren zum Abhalten eines Angriffs durch Tiere, wobei die Zusammensetzung nach Anspruch 3 auf das Tier gesprüht wird.
- Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Tier ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem Säugetier, einem Fisch, einem Vogel und einem Reptil, wobei das Säugetier einen Menschen einschließt.
- Biozide Zusammensetzung, die die Verbindung nach Anspruch 1 aufweist zur Verwendung als Mittel zum Verhindern des Wachstums von Mikroorganismen.
- Verfahren zum Bereitstellen eines Fäulnis verhindernden Schutzes, wobei die Zusammensetzung nach Anspruch 3 auf ein Material angewendet oder in ein Material eingearbeitet wird.
- Verfahren zum Herstellen von Denatonium Capsaicinat, das folgende Schritte aufweist, nämlich Bilden einer Verbindung und Reagieren dieser Verbindung mit Capsaicin, einem Capsaicinderivat oder einer Kombination davon, wobei die Verbindung Lidocain, ein Lidocainderivat oder eine Denatoniumverbindung ist.
- Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Denatoniumverbindung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Denatoniumbenzoat, Denatoniumchlorid, Denatoniumsaccharid und Denatoniumhydroxid.
- Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Bilden der Verbindung das Bilden von Denatoniumhydroxid aus einem oder mehreren der Folgenden aufweist, nämlich Lidocain, einem Lidocainderivat, Denatoniumbenzoat, Denatoniumchlorid oder Denatoniumsaccharid.
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