抗菌性カチオン界面活性剤
【課題】抗菌性カチオン界面活性剤の提供。
【解決手段】下記一般式（１）、等で示される抗菌性カチオン界面活性剤。
一般式（１）において、Ｒ１は、炭素数１以上のアルキル基、Ｒ２はアルキレン基で、Ｒ１−ＣＨ−ＣＨ−Ｒ２−は炭素数９〜２５の炭化水素基、Ｒ３、Ｒ４はメチル基、エチル基、ヒドロキシエチル基より選ばれた基、Ｒ５はメチル基、エチル基、ジヒドロキシプロピル基より選ばれた基を示す。ＣｎＨ２ｎ＋１はアルキル基で、ｎは１から２０の整数を示す。Ａはハロゲンを示す。
【解決手段】下記一般式（１）、等で示される抗菌性カチオン界面活性剤。
一般式（１）において、Ｒ１は、炭素数１以上のアルキル基、Ｒ２はアルキレン基で、Ｒ１−ＣＨ−ＣＨ−Ｒ２−は炭素数９〜２５の炭化水素基、Ｒ３、Ｒ４はメチル基、エチル基、ヒドロキシエチル基より選ばれた基、Ｒ５はメチル基、エチル基、ジヒドロキシプロピル基より選ばれた基を示す。ＣｎＨ２ｎ＋１はアルキル基で、ｎは１から２０の整数を示す。Ａはハロゲンを示す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新規カチオン界面活性剤に関し、分子中に４級アンモニウム塩基と水酸基とを隣接した置換基として有する非対称な２鎖２親水基型（ジェミニ型）の抗菌性カチオン界面活性剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
カチオン（陽イオン）界面活性剤は、水溶液中において正に帯電し、殺菌性、脱臭性、吸着性の強さなどに特徴があり、その性質を利用して、柔軟剤、帯電防止剤、殺菌剤、ヘアーリンス基剤など多種の製品に利用されている。需要量はアニオン界面活性剤等の他の種類の界面活性剤と比べて少ないものの、他の種類の界面活性剤にはない特有の性質を有している。カチオン界面活性剤は、４級アンモニウム塩型とアミン・アミン塩型とに大別される。
【０００３】
２鎖２親水基型界面活性剤（ジェミニ型界面活性剤）は、臨界ミセル濃度（ｃｍｃ）が通常の１鎖１親水基型界面活性剤と比べ、１／１０から１／１０００程度低く、また高い表面張力低下能を示す等、優れた特徴を持つことから、様々な構造のジェミニ型界面活性剤が合成されており（特許文献１、非特許文献１）、種々の用途への応用が期待されている。４級アンモニウム塩を２つ持つ対称な形のカチオン性ジェミニ型界面活性剤は、アルキレンジアミン化合物に親水基及び疎水基を導入したり、２分子の第三級アミン化合物をアルキレンや酸無水物の連結基で結合するなど、合成が容易であるため、多くの化合物が合成されている（特許文献１、２）。一方、異なる親水基を持つ非対称なジェミニ型界面活性剤も合成されており（非特許文献２）、特許文献３、非特許文献３に記載されているようなカチオン性親水基である４級アンモニウム塩基と、ノニオン性親水基である水酸基とを持った非対称なジェミニ型のカチオン界面活性剤も報告されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００３−５０９５７１号公報
【特許文献２】特開２０１０−１４４０３１号公報
【特許文献３】特表２００４−５２７４７３号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｒ． Ｚａｎａ， Ｊ． Ｘｉａ （Ｅｄｓ．）， Ｇｅｍｉｎｉ Ｓｕｒｆａｃｔａｎｔｓ， Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ， Ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ ａｎｄ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ−Ｐｈａｓｅ Ｂｅｈａｖｉｏｒ， ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ， Ｍａｒｃｅｌ Ｄｅｋｋｅｒ， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ， ２００３．
【非特許文献２】Ｅ． Ａｌａｍｉ ａｎｄ Ｋ． Ｈｏｌｍｂｅｒｇ, Ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ Ｃｏｌｌｏｉｄ ａｎｄ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ １００−１０２ （２００３） １３−４６
【非特許文献３】Ｔ． Ｚｈｏｕ， Ｊ． Ｚｈａｏ， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｏｌｌｏｉｄ ａｎｄ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ３３１ （２００９） ４７６−４８３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、工業的実施を前提にしてこのカチオン性親水基である４級アンモニウム塩基と、ノニオン性親水基である水酸基とを持った非対称なジェミニ型のカチオン界面活性剤の分子設計を考えるとき、特許文献３に記載のカチオン界面活性剤は毒性が高く、爆発の危険のあるアジ化ナトリウムの使用を余儀なくされ、工業的に製造するには、安全性に問題があった。本発明者等は上記の課題を解決すべく鋭意研究した結果、４級アンモニウム塩基と隣接する水酸基を有する２鎖２親水基含有の非対称なジェミニ型カチオン界面活性剤が容易に製造でき、界面活性及び抗菌性に優れることを見出し、本発明を完成するに至った。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
即ち本発明は、下記一般式（１）又は（２）で示される抗菌性カチオン界面活性剤を要旨とする。
【０００８】
【化１】
【０００９】
【化２】
【００１０】
但し、一般式（１）、（２）において、Ｒ１は、炭素数１以上のアルキル基、Ｒ２はアルキレン基で、Ｒ１−ＣＨ−ＣＨ−Ｒ２−は炭素数９〜２５の炭化水素基、Ｒ３、Ｒ４はメチル基、エチル基、ヒドロキシエチル基より選ばれた基、Ｒ５はメチル基、エチル基、ジヒドロキシプロピル基より選ばれた基を示す。ＣｎＨ２ｎ＋１はアルキル基で、ｎは１から２０の整数を示す。Ａはハロゲンを示す。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の抗菌性カチオン界面活性剤は、従来の１鎖１親水基型界面活性剤に比べて高い界面活性能を有し、例えば抗菌剤として使用する場合には少量の添加で済み有用である。本発明のカチオン界面活性剤は、低濃度から、髪などの表面に吸着し、密なパッキングをするため、パーソナルケア製品への配合基剤としても利用が可能である。衣料用の抗菌剤、帯電防止剤や柔軟剤などの繊維処理剤としても利用が可能である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
一般式（１）又は（２）で示される本発明の抗菌性カチオン界面活性剤は、１個の二重結合を有する炭素数１０〜２６の不飽和脂肪酸と、炭素数１〜２０のアルキルアミンとの反応により得られる下記一般式（３）で示される不飽和脂肪酸アルキルアミドの二重結合部分を一旦エポキシ化した後、二級アミンを反応させ、アミノ基と水酸基を隣接して導入した一般式（４）又は（５）で示されるＮ−アルキル（もしくはＮ−ヒドロキシアルキル）アミノヒドロキシ脂肪酸アルキルアミドと、ハロゲン化アルキル（水酸基を持つものを含む）との反応により得ることができ、一般式（１）、（２）の混合物として得られる。
【００１３】
【化３】
【００１４】
【化４】
【００１５】
【化５】
【００１６】
一般式（３）で示される不飽和脂肪酸アルキルアミドを構成する、二重結合を１個有する炭素数１０〜２６の不飽和脂肪酸としては、例えばカプロレイン酸等のデセン酸（Ｃ´１０）、ウンデセン酸（Ｃ´１１）、ラウロレイン酸等のドデセン酸（Ｃ´１２）、トリデセン酸（Ｃ´１３）、ミリストレイン酸等のテトラデセン酸（Ｃ´１４）、ペンタデセン酸（Ｃ´１５）、パルミトレイン酸等のヘキサデセン酸（Ｃ´１６）、ヘプタデセン酸（Ｃ´１７）、エライジン酸等のオクタデセン酸（Ｃ´１８）、ノナデセン酸（Ｃ´１９）、ゴンドイン酸等のエイコセン酸（Ｃ´２０）、ヘンエイコセン酸（Ｃ´２１）、エルカ酸等のドコセン酸（Ｃ´２２）、トリコセン酸（Ｃ´２３）、セラコレイン酸等のテトラコセン酸（Ｃ´２４）、ペンタコセン酸（Ｃ´２５）、ヘキサコセン酸（Ｃ´２６）等が挙げられるが、デセン酸、オクタデセン酸、ドコセン酸が好ましい。炭素数１〜２０のアルキルアミンとしては、例えばメチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、イソプロピルアミン、ブチルアミン、ペンチルアミン、ヘプチルアミン、ヘキシルアミン、オクチルアミン、デシルアミン、ドデシルアミン、オクタデシルアミン、エイコシルアミン等の脂肪族第１アミンが挙げられるが、ブチルアミン、ヘキシルアミン、オクチルアミン、デシルアミン、ドデシルアミン、オクタデシルアミンが好ましい。一般式（３）で示される不飽和脂肪酸アルキルアミドは、不飽和脂肪酸の炭素数と、脂肪族第１アミンの炭素数の合計は１１〜４６となるが、１８〜３４が好ましく、特に好ましくは、炭素数の合計が２２〜３０である。つまり、２−デセン酸の場合は、脂肪族第一アミンは、ドデシルアミン、オクタデシルアミン、オクタデセン酸の場合は、脂肪族第一アミンは、ブチルアミン、ヘキシルアミン、オクチルアミン、２−エチルヘキシルアミン、デシルアミン、ドデシルアミンが好ましい。さらにドコセン酸の場合は、ブチルアミン、ヘキシルアミン、オクチルアミンが好ましい。
【００１７】
一般式（４）、（５）で示されるＮ−アルキル（もしくはＮ−ヒドロキシアルキル）アミノヒドロキシ脂肪酸アルキルアミドは、一般式（３）で示される不飽和脂肪酸アルキルアミドに、ｍ−クロロ過安息香酸、過酸化水素とギ酸、過酸化水素とタングステン酸等を反応させて二重結合部分をエポキシ化した後、ジメチルアミン、ジエチルアミン、Ｎ−メチルエタノールアミン、ジエタノールアミンなどの２級アミンと反応させることによりエポキシ環を開環させ、エポキシ環の開環した部分に隣接する水酸基と、アミノ基とを導入して得ることができる。反応性の観点から、２級アミンとしては、ジメチルアミン、または、ジエチルアミン、Ｎ−メチルエタノールアミン等が好ましい。
【００１８】
一般式（１）、（２）で示される本発明のカチオン界面活性剤は、一般式（４）、（５）で示されるＮ−アルキル（もしくはＮ−ヒドロキシアルキル）アミノヒドロキシ脂肪酸アルキルアミドと、ハロゲン化アルキルとを反応させることにより得ることができる。ハロゲン化アルキルとしては、臭化メチル、塩化メチル、臭化エチル、塩化エチル、３−クロロ−１，２−プロパンジオール等が挙げられるが、臭化メチル、塩化メチル、３−クロロ−１、２−クロロプロパンジオールが好ましい。特に、Ｎ−ヒドロキシアルキルアミノヒドロキシ脂肪酸アルキルアミドと反応させる時は、反応性の観点から、臭化メチル、臭化エチルが好ましい。
【００１９】
以下の化６に示す反応は、本発明の抗菌性カチオン界面活性剤を製造するより具体的な一例として、ｃｉｓ−９−オクタデセン酸アルキルアミドを出発物質として用いた場合を示す。尚、ｃｉｓ−９−オクタデセン酸アルキルアミドは、例えばｃｉｓ−９−オクタデセン酸に、１〜１０倍当量のオキサリルクロリドやチオニルクロリドを０〜３０℃で１〜１０時間攪拌下に反応させ、過剰のオキサリルクロリドやチオニルクロリドを除去した後、ピリジンやトリエチルアミン等の塩基を用い、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）等の有機溶媒中で、１〜５倍当量のアルキルアミンを滴下して１０〜５０℃で１〜１０時間反応させて得ることができる。
【００２０】
【化６】
【００２１】
上記化６に示す反応において、工程１はｃｉｓ−９−オクタデセン酸アルキルアミドを、クロロホルム等の塩素系有機溶媒中において、ｍ−クロロ過安息香酸（ｍＣＰＢＡ）等の過酸を用いてエポキシ化して９，１０−エポキシオクタデカン酸アルキルアミドを得るエポキシ化反応の工程を示す。工程２は、９，１０−エポキシオクタデカン酸アルキルアミドのエポキシ環を開環させて、９位（又は１０位）に水酸基と、１０位（又は９位）にＮ−アルキルアミノ基を導入したＮ−アルキルアミノヒドロキシオクタデカン酸アルキルアミドを得るアミノアルコール化反応の工程を示す。Ｎ−アルキルアミノヒドロキシオクタデカン酸アルキルアミドは、９，１０−エポキシオクタデカン酸アルキルアミドをＴＨＦ等の有機溶媒に溶解し、５０％ジメチルアミン水溶液などの二級アミンと必要により過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ４）を加え、１００〜１８０℃で５〜５０時間、好ましくは１０〜２０時間反応させて得ることができる。工程３はＮ−アルキルアミノヒドロキシオクタデカン酸アルキルアミドから本発明のカチオン界面活性剤を得る４級アンモニウム化の工程を示す。本発明の抗菌性カチオン界面活性剤は、ＴＨＦ等の有機溶媒中でＮ−アルキルアミノヒドロキシオクタデカン酸アルキルアミドと、１〜５倍当量の臭化メチルなどのハロゲン化アルキルを、１０〜６０℃、好ましくは２０〜４０℃で、１〜７２時間攪拌しながら反応させることにより得ることができる。得られた抗菌性カチオン界面活性剤は、アセトンやアセトン−水等の溶媒を用いた再結晶や、シリカゲルを固定相とし、クロロホルム・メタノール・混合溶媒を移動相とするカラムクロマトグラフィー等によって精製することができる。
【実施例】
【００２２】
次に実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
【００２３】
実施例１
１）アミド化反応
ｃｉｓ−９−オクタデセン酸８０．１ｇ（０．２８５モル)に、オキサリルクロリド１５０ｇ（１．１７モル)を滴下し、室温で２時間攪拌後、反応液から未反応のオキサリルクロリドを減圧留去し、ｃｉｓ−９−オクタデセン酸クロリドを得た。これに、テトラヒドロフラン６６０ミリリットルとピリジン２２．８ｇ（１．１７モル）を加え、氷冷攪拌し、ｎ−デシルアミン４５．６ｇ（０．２８８モル）を滴下し、発熱が収まった時点で氷浴を外し、さらに室温で３時間反応を行った。析出した結晶を吸引ろ過により取り除き、ろ液を減圧留去し、ろ液の残渣にジエチルエーテルを６００ミリリットル加えて溶解させ、５％塩酸で２回、水で１回、洗浄を行った。ジエチルエーテルを留去後、酢酸エチルで再結晶を２回行い、白色固体のｃｉｓ−９−オクタデセン酸デシルアミド８４ｇ（収率７０％）を得た。
【００２４】
２）エポキシ化反応
ｃｉｓ−９−オクタデセン酸デシルアミド５０．７ｇ（０．１２モル）にクロロホルム１０８０ミリリットルを加え、攪拌し溶解させた。一方、クロロホルム６００ミリリットルにｍ-クロロ過安息香酸３９．３ｇ（０．２２８モル）を溶解させ、これを１時間かけて室温で９−オクタデセン酸デシルアミド溶液に滴下した。滴下後、還流攪拌を１２時間行った。反応液を室温まで冷却後、炭酸水素ナトリウム水溶液による洗浄を３回行い、硫酸マグネシウムを加え、溶液を乾燥させた後、溶媒を減圧留去して、白色固体の９，１０−エポキシオクタデカン酸デシルアミド４９．５ｇ（収率９４％)を得た。
【００２５】
３）アミノアルコール化反応
９，１０−エポキシオクタデカン酸デシルアミド３．０ｇ（０．００６８５モル）にテトラヒドロフラン３０ミリリットルに溶解させた。その溶液をオートクレーブに移し、過塩素酸リチウム０．７３ｇ（０．００６８６モル)を加え、更に５０％ジメチルアミン水溶液水２０ｇ（０．２２モル）を加え、直ちに密閉した。オートクレーブをオイルバスに入れ、設定温度１４０℃で１５時間攪拌した。その後、反応液を減圧留去した。得られた残渣にクロロホルムを３００ミリリットル加え、飽和塩化ナトリウム水溶液による洗浄を3回行った。洗浄操作でエマルションになる場合は過剰の塩化ナトリウムを加えエマルションを破壊した。硫酸マグネシウムを加え、溶液を乾燥させた後、溶液を減圧留去し、淡黄色粘体の９−ジメチルアミノ−１０−ヒドロキシオクタデカン酸デシルアミドと、１０−ジメチルアミノ−９−ヒドロキシオクタデカン酸デシルアミドの混合物（以下、単にジメチルアミノヒドロキシオクタデカン酸デシルアミド）３．１ｇ（収率９４％）を得た。
【００２６】
４）４級アンモニウム化
１９％臭化メチルＴＨＦ溶液２０ミリリットルに上記ジメチルアミノヒドロキシオクタデカン酸デシルアミド０．５ｇ（０．００１０３モル）を滴下し、室温で４８時間攪拌を行った。反応溶液を減圧留去し、アセトンで再結晶を繰り返すことで、白色固体０．２９ｇ（収率５０％）を得た。
【００２７】
得られた白色固体を、ＦＴ−ＩＲ（ＫＢｒ法）、１Ｈ−ＮＭＲ、ＥＳＩ−ＭＳで構造を確認し、元素分析によって純度を確認した。
【００２８】
ＦＴ−ＩＲの結果：
３２０１、３３０１ｃｍ−１（Ｏ−Ｈ，Ｎ−Ｈ, ｓｔ），１６４５ｃｍ−１（Ｃ＝Ｏ，ｓｔ），１５５３ｃｍ−１（Ｎ−Ｈ，δ）の吸収が認められた。
１Ｈ−ＮＭＲ（５００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）の結果：
δ０．８６−０．８９(ｔ，６Ｈ)，１．２６−１．７６(ｍ，４３Ｈ)，２．１７−２．２０(ｔ，２Ｈ)，３．１９−３．２３（ｑ，３Ｈ），３．４４(ｓ，９Ｈ)，４．０５（ｓ，１Ｈ），５．３５−５．４８（ｑ, １Ｈ）, ５．９４−６．０３（ｄ, １Ｈ）にピークが認められた。
【００２９】
ＥＳＩ−ＭＳの結果：
[Ｍ−Ｂｒ]＋＝４９７．５０２５（ｃａｌｃ．４９７．５０４６）
元素分析結果（Ｃ３１Ｈ６５Ｎ２Ｏ２Ｂｒ）：
実測値（％） Ｃ：６４．８１％，Ｈ：１１．１５％，Ｎ：４．８３％
計算値（％） Ｃ：６４．４４％，Ｈ：１１．３４％，Ｎ：４．８５％
【００３０】
これらの結果より、下記一般式（１ａ）又は（１ａ′）で示される構造のカチオン界面活性剤の混合物であることが確認された。
【００３１】
【化７】
【００３２】
実施例２
実施例１と同様の１）アミド化反応、２）エポキシ化反応、３）アミノアルコール化反応工程により得たジメチルアミノヒドロキシオクタデカン酸デシルアミドを、下記の４級アンモニウム化した。
【００３３】
４）４級アンモニウム化
ジメチルアミノヒドロキシオクタデカン酸デシルアミド２．０ｇ（０．００４１モル）に３−クロロ−１、２−プロパンジオール０．５ｇ（０．００４５モル）を溶解させたエタノール２０ミリリットルを加え、還流下で２４時間攪拌を行った。反応溶液を減圧留去し、アセトン−エタノール混合溶媒で再結晶を繰り返すことで、白色固体１．６ｇ（収率６０％）を得た。
【００３４】
得られた白色固体を、ＦＴ−ＩＲ（ＫＢｒ法）、１Ｈ−ＮＭＲ、ＥＳＩ−ＭＳで構造を確認し、元素分析によって純度を確認した。
【００３５】
ＦＴ−ＩＲの結果：
３２０１、３３０１ｃｍ−１（Ｏ−Ｈ，Ｎ−Ｈ, ｓｔ），１６４７ｃｍ−１（Ｃ＝Ｏ，ｓｔ），１５５４ｃｍ−１（Ｎ−Ｈ，δ）の吸収が認められた。
１Ｈ−ＮＭＲ（５００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）の結果：
δ０．８６−０．８９(ｔ，６Ｈ)，１．２６−１．７６(ｍ，４３Ｈ)，２．１７−２．２０(ｔ，２Ｈ)，３．１９−３．２３（ｑ，３Ｈ），３．４４(ｓ，６Ｈ)，３．４５−３．６０（ｍ、４Ｈ）、４．０５−４．１７（ｍ，２Ｈ），５．０７−５．１１（ｓ、１Ｈ）、５．３５−５．４８（ｑ, １Ｈ）,５．５３−５．５５（ｓ、１Ｈ）、 ５．９４−６．０３（ｄ, １Ｈ）にピークが認められた。
【００３６】
ＥＳＩ−ＭＳの結果：
[Ｍ−Ｂｒ]＋＝５５７．５２９３（ｃａｌｃ．５５７．５２５７）
元素分析結果（Ｃ３３Ｈ６９Ｎ２Ｏ４Ｂｒ）：
実測値（％） Ｃ：６２．２２％，Ｈ：１１．３５％，Ｎ：４．４５％
計算値（％） Ｃ：６２．１４％，Ｈ：１０．９０％，Ｎ：４．３９％
【００３７】
これらの結果より、下記一般式（２ａ）又は（２ａ′）で示される構造のカチオン界面活性剤の混合物であることが確認された。
【００３８】
【化８】
【００３９】
実施例３
１）アミド化反応
ｃｉｓ−１３−ドコセン酸１００ｇ（０．２９５モル）に、チオニルクロリド５２．７ｇ（０．４４３モル)を滴下し、室温で３時間攪拌後、反応液から未反応のチオニルクロリドを減圧留去し、ｃｉｓ−１３−ドコセン酸クロリドを得た。これに、テトラヒドロフラン７５０ミリリットルとピリジン３５．０ｇ（０．４４３モル）を加え、氷冷攪拌し、ｎ−ヘキシルアミン３２．９ｇ（０．３２５モル）を滴下し、発熱が収まった時点で氷浴を外し、さらに室温で３時間反応を行った。析出した結晶を吸引ろ過により取り除き、ろ液を減圧留去し、ろ液の残渣にジエチルエーテルを５００ミリリットル加えて溶解させ、５％塩酸で２回、水で１回、洗浄を行った。ジエチルエーテルを留去後、酢酸エチルで再結晶を２回行い、白色固体のｃｉｓ−１３−ドコセン酸ヘキシルアミド８７ｇ（収率７０％）を得た。
【００４０】
２）エポキシ化反応
ｃｉｓ−１３−ドコセン酸ヘキシルアミド（６４ｇ、０．１５２モル）にクロロホルム６００ミリリットルを加え、攪拌し溶解させた。一方、クロロホルム４００ミリリットルにｍ−クロロ過安息香酸４９．９ｇ（０．２８９モル）を溶解させ、これを１時間かけて室温でｃｉｓ−１３−ドコセン酸ヘキシルアミド溶液に滴下した。滴下後、還流攪拌を１２時間行った。反応液を室温まで冷却後、炭酸水素ナトリウム水溶液による洗浄を３回行い、硫酸マグネシウムを加え、溶液を乾燥させた後、溶媒を減圧留去して白色固体の１３，１４−エポキシドコサン酸ヘキシルアミド６１．２ｇ（収率９２％)を得た。
【００４１】
３）アミノアルコール化反応
１３，１４−エポキシドコサン酸ヘキシルアミド１０．７ｇ（０．０２４４モル）にテトラヒドロフラン３０ミリリットルを加え、加熱溶解させた。その溶液をオートクレーブに移し、過塩素酸リチウム２．６ｇ（０．０２４４モル）を加え、更に５０％ジメチルアミン水溶液７０．７ｇ（０．７８モル）、直ちに密閉した。オートクレーブをオイルバスに入れ、設定温度１４０℃で１５時間攪拌した。その後、反応液を減圧留去した。得られた残渣にクロロホルムを３００ミリリットル加え、飽和塩化ナトリウム水溶液による洗浄を３回行った。洗浄操作でエマルションになる場合は過剰の塩化ナトリウムを加えエマルションを破壊した。硫酸マグネシウムを加え、溶液を乾燥させた後、溶液を減圧留去し、淡黄色粘体の１３−ジメチルアミノ−１４−ヒドロキシドコサン酸ヘキシルアミドと、１４−ジメチルアミノ−１３−ヒドロキシドコサン酸ヘキシルアミドの混合物（以下、単にジメチルアミノヒドロキシドコサン酸ヘキシルアミド）１１．０ｇ（収率９３％）を得た。
【００４２】
４）４級アンモニウム化
１９％臭化メチルＴＨＦ溶液８０ミリリットルに上記ジメチルアミノヒドロキシドコサン酸ヘキシルアミド２．０ｇ（０．０４１モル）を滴下し、室温で４８時間攪拌を行った。反応溶液を減圧留去し、アセトンで再結晶を繰り返すことで、白色固体１．２４ｇ（収率５２％）を得た。
【００４３】
得られた白色固体を、ＦＴ−ＩＲ（ＫＢｒ法）、１Ｈ−ＮＭＲ、ＥＳＩ−ＭＳで構造を確認し、元素分析によって純度を確認した。
【００４４】
ＦＴ−ＩＲの結果：
３２０３、３２９９ｃｍ−１（Ｏ−Ｈ，Ｎ−Ｈ, ｓｔ），１６４４ｃｍ−１（Ｃ＝Ｏ，ｓｔ），１５５１ｃｍ−１（Ｎ−Ｈ，δ）の吸収が認められた。
１Ｈ−ＮＭＲ（５００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）の結果：
δ０．８８−０．９５(ｍ，６Ｈ), １．３１−１．６４(ｍ，４２Ｈ)，２．１５(ｔ，２Ｈ)，３．１５（ｔ、２Ｈ）、３．２０−３．２３（ｍ，１Ｈ），３．４４(ｓ，９Ｈ)，４．０５（ｓ，１Ｈ），５．３５−５．４８（ｑ, １Ｈ）, ５．９４−６．０３（ｄ, １Ｈ）にピークが認められた。
【００４５】
ＥＳＩ−ＭＳの結果：
[Ｍ−Ｂｒ]＋＝４９７．５０３１（ｃａｌｃ．４９７．５０４６）
元素分析結果（Ｃ３１Ｈ６５Ｎ２Ｏ２Ｂｒ）：
実測値（％） Ｃ：６４．５４％，Ｈ：１１．８３％，Ｎ：４．９５％
計算値（％） Ｃ：６４．４４％，Ｈ：１１．３４％，Ｎ：４．８５％
【００４６】
これらの結果より、下記一般式（３ａ）又は（３ａ′）で示される構造のカチオン界面活性剤の混合物であることが確認された。
【００４７】
【化９】
【００４８】
実施例４
１）アミド化反応
ｃｉｓ−９−オクタデセン酸８０．１ｇ（０．２８５モル)に、オキサリルクロリド１５０ｇ（１．１７モル)を滴下し、室温で２時間攪拌後、反応液から未反応のオキサリルクロリドを減圧留去し、ｃｉｓ−９−オクタデセン酸クロリドを得た。これに、テトラヒドロフラン６６０ミリリットルとピリジン２２．８ｇ（１．１７モル）を加え、氷冷攪拌し、ｎ−ドデシルアミン５３．４ｇ（０．２８８モル）を滴下し、発熱が収まった時点で氷浴を外し、さらに室温で３時間反応を行った。析出した結晶を吸引ろ過により取り除き、ろ液を減圧留去し、ろ液の残渣にジエチルエーテルを６００ミリリットル加えて溶解させ、５％塩酸で２回、水で１回、洗浄を行った。ジエチルエーテルを留去後、酢酸エチルで再結晶を２回行い、白色固体のｃｉｓ−９−オクタデセン酸ドデシルアミド９５ｇ（収率７４％）を得た。
【００４９】
２）エポキシ化反応
ｃｉｓ−９−オクタデセン酸ドデシルアミド５４ｇ（０．１２モル）にクロロホルム１１５０ミリリットルを加え、攪拌し溶解させた。一方、クロロホルム６００ミリリットルにｍ-クロロ過安息香酸３９．３ｇ（０．２２８モル）を溶解させ、これを１時間かけて室温でｃｉｓ−９−オクタデセン酸ドデシルアミド溶液に滴下した。滴下後、還流攪拌を１２時間行った。反応液を室温まで冷却後、炭酸水素ナトリウム水溶液による洗浄を３回行い、硫酸マグネシウムを加え、溶液を乾燥させた後、溶媒を減圧留去して、白色固体の９，１０−エポキシオクタデカン酸ドデシルアミド５３．１ｇ（収率９５％)を得た。
【００５０】
３）アミノアルコール化反応
９，１０−エポキシオクタデカン酸ドデシルアミド５．０ｇ（０．０１０７モル）にテトラヒドロフラン３０ミリリットルに溶解させた。その溶液をオートクレーブに移し、過塩素酸リチウム０．７３ｇ（０．０１１３モル)を加え、更にジエチルアミン２３．５ｇ（０．３２モル）を加え、直ちに密閉した。オートクレーブをオイルバスに入れ、設定温度１５０℃で２０時間攪拌した。その後、反応液を減圧留去した。得られた残渣にクロロホルムを３００ミリリットル加え、飽和塩化ナトリウム水溶液による洗浄を３回行った。洗浄操作でエマルションになる場合は過剰の塩化ナトリウムを加えエマルションを破壊した。硫酸マグネシウムを加え、溶液を乾燥させた後、溶液を減圧留去し、淡黄色粘体の９−ジエチルアミノ−１０−ヒドロキシオクタデカン酸ドデシルアミドと、１０−ジエチルアミノ−９−ヒドロキシオクタデカン酸ドデシルアミドの混合物（以下、単にジエチルアミノヒドロキシオクタデカン酸ドデシルアミド）４．９ｇ（収率８５％）を得た。
【００５１】
４）４級アンモニウム化
１９％臭化メチルＴＨＦ溶液１１８ミリリットルに上記ジエチルアミノヒドロキシオクタデカン酸ドデシルアミド３．２ｇ（０．００５９モル）を滴下し、室温で４８時間攪拌を行った。反応溶液を減圧留去し、アセトンで再結晶を繰り返すことで、白色固体２．０ｇ（収率５５％）を得た。
【００５２】
得られた白色固体を、ＦＴ−ＩＲ（ＫＢｒ法）、１Ｈ−ＮＭＲ、ＥＳＩ−ＭＳで構造を確認し、元素分析によって純度を確認した。
【００５３】
ＦＴ−ＩＲの結果：
３２０４、３２９９ｃｍ−１（Ｏ−Ｈ，Ｎ−Ｈ, ｓｔ），１６４５ｃｍ−１（Ｃ＝Ｏ，ｓｔ），１５５３ｃｍ−１（Ｎ−Ｈ，δ）の吸収が認められた。
１Ｈ−ＮＭＲ（５００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）の結果：
δ０．８６−０．８９(ｔ，６Ｈ)，１．２５−１．７６(ｍ，５０Ｈ)，２．１７−２．２０(ｔ，２Ｈ)，３．１９−３．２３（ｑ，３Ｈ），３．４２−３．４４(ｍ，７Ｈ)，４．０５（ｓ，１Ｈ），５．３５−５．４８（ｑ, １Ｈ）, ５．９４−６．０３（ｄ, １Ｈ）にピークが認められた。
【００５４】
ＥＳＩ−ＭＳの結果：
[Ｍ−Ｂｒ]＋＝５５３．５６１０（ｃａｌｃ．５５３．５６７２）
元素分析結果（Ｃ３５Ｈ７３Ｎ２Ｏ２Ｂｒ）：
実測値（％） Ｃ：６６．３７％，Ｈ：１２．０１％，Ｎ：４．４４％
計算値（％） Ｃ：６６．３２％，Ｈ：１１．６１％，Ｎ：４．４２％
【００５５】
これらの結果より、下記一般式（４ａ）又は（４ａ′）で示される構造のカチオン界面活性剤の混合物であることが確認された。
【００５６】
【化１０】
【００５７】
実施例５
実施例１〜４で得たカチオン界面活性剤及び比較例として下記化１１（比較例１）、化１２（比較例２）で示される１鎖型の界面活性剤を用いて、Ｗｉｌｈｅｌｍｙ法により、２５℃で、表面張力の測定を行い、臨界ミセル濃度（ｃｍｃ）、ｃｍｃにおける表面張力（γｃｍｃ）を求めた。結果を表１に示す。
【００５８】
【表１】
【００５９】
（化１１）
ＣＨ３（ＣＨ２）１２Ｎ＋（ＣＨ３）２Ｂｒ−
【００６０】
（化１２）
ＣＨ３（ＣＨ２）１５Ｎ＋（ＣＨ３）２Ｂｒ−
【００６１】
実施例１〜４のカチオン界面活性剤は、比較例の化合物と比較して、１／３５〜１／１７２程度の低い臨界ミセル濃度（ｃｍｃ）を示した。これらの結果から、パーソナルケア製品への配合基剤、衣料用の抗菌剤、帯電防止剤や柔軟剤などの繊維処理剤としても利用する際に、従来の１鎖１親水基型界面活性剤に比べて少量の添加量で済むことができる。
【００６２】
実施例６
抗菌性試験
実施例１〜４のカチオン界面活性剤及び比較例２の界面活性剤、下記化１３で示すカチオン界面活性剤（比較例３）について、以下に示す方法にて、抗菌性を測定した。これらの結果を表２に示す。
＜抗菌性試験＞
寒天培地希釈時に所定濃度（１２８−０．２５μｇ／ｍＬ）となるように２倍希釈系列を調製したカチオン性界面活性剤水溶液１ｍＬを、シャーレに分注し、寒天培地を９ｍＬ添加し、寒天培地上に供試菌を約１０７ｃｆｕ／ｍＬ含むよう調製した接種菌液を白金耳で画線塗抹し、３７℃で１８時間静置培養して菌の発育を確認した。菌の発育が肉眼的に認められない最小の薬剤濃度をもって最小育成阻止濃度（ＭＩＣ）とした。尚、供試菌として、Ｓｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ ａｕｒｅｕｓ ＩＦＯ１３２７６（黄色ブドウ球菌）を用いた。
【００６３】
【表２】
【００６４】
（化１３）
（ＣＨ３（ＣＨ２）１０）２Ｎ＋（ＣＨ３）２Ｃｌ−
【００６５】
表２の結果より、実施例１〜４のカチオン界面活性剤は、比較例２、３のカチオン界面活性剤と比べ、同等もしくはそれ以上の抗菌性を有していた。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明の抗菌性カチオン界面活性剤は、工業的に入手し易い天然由来の脂肪酸や毒性、危険性の少ない原料を用いることにより、容易かつ安全に合成することができるので、産業上の利用可能性は非常に大きい。本発明の抗菌性カチオン界面活性剤は、低濃度であっても優れた界面活性及び抗菌性を有するため、バス・シャワー、ヘアケア、スキンケア、トイレタリー、カラーコスメティック等用途のパーソナルケア製品への配合基剤、衣料用の抗菌剤、帯電防止剤や柔軟剤などの繊維処理剤への配合基剤としても利用が可能であることが認められた。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新規カチオン界面活性剤に関し、分子中に４級アンモニウム塩基と水酸基とを隣接した置換基として有する非対称な２鎖２親水基型（ジェミニ型）の抗菌性カチオン界面活性剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
カチオン（陽イオン）界面活性剤は、水溶液中において正に帯電し、殺菌性、脱臭性、吸着性の強さなどに特徴があり、その性質を利用して、柔軟剤、帯電防止剤、殺菌剤、ヘアーリンス基剤など多種の製品に利用されている。需要量はアニオン界面活性剤等の他の種類の界面活性剤と比べて少ないものの、他の種類の界面活性剤にはない特有の性質を有している。カチオン界面活性剤は、４級アンモニウム塩型とアミン・アミン塩型とに大別される。
【０００３】
２鎖２親水基型界面活性剤（ジェミニ型界面活性剤）は、臨界ミセル濃度（ｃｍｃ）が通常の１鎖１親水基型界面活性剤と比べ、１／１０から１／１０００程度低く、また高い表面張力低下能を示す等、優れた特徴を持つことから、様々な構造のジェミニ型界面活性剤が合成されており（特許文献１、非特許文献１）、種々の用途への応用が期待されている。４級アンモニウム塩を２つ持つ対称な形のカチオン性ジェミニ型界面活性剤は、アルキレンジアミン化合物に親水基及び疎水基を導入したり、２分子の第三級アミン化合物をアルキレンや酸無水物の連結基で結合するなど、合成が容易であるため、多くの化合物が合成されている（特許文献１、２）。一方、異なる親水基を持つ非対称なジェミニ型界面活性剤も合成されており（非特許文献２）、特許文献３、非特許文献３に記載されているようなカチオン性親水基である４級アンモニウム塩基と、ノニオン性親水基である水酸基とを持った非対称なジェミニ型のカチオン界面活性剤も報告されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００３−５０９５７１号公報
【特許文献２】特開２０１０−１４４０３１号公報
【特許文献３】特表２００４−５２７４７３号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｒ． Ｚａｎａ， Ｊ． Ｘｉａ （Ｅｄｓ．）， Ｇｅｍｉｎｉ Ｓｕｒｆａｃｔａｎｔｓ， Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ， Ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ ａｎｄ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ−Ｐｈａｓｅ Ｂｅｈａｖｉｏｒ， ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ， Ｍａｒｃｅｌ Ｄｅｋｋｅｒ， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ， ２００３．
【非特許文献２】Ｅ． Ａｌａｍｉ ａｎｄ Ｋ． Ｈｏｌｍｂｅｒｇ, Ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ Ｃｏｌｌｏｉｄ ａｎｄ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ １００−１０２ （２００３） １３−４６
【非特許文献３】Ｔ． Ｚｈｏｕ， Ｊ． Ｚｈａｏ， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｏｌｌｏｉｄ ａｎｄ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ３３１ （２００９） ４７６−４８３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、工業的実施を前提にしてこのカチオン性親水基である４級アンモニウム塩基と、ノニオン性親水基である水酸基とを持った非対称なジェミニ型のカチオン界面活性剤の分子設計を考えるとき、特許文献３に記載のカチオン界面活性剤は毒性が高く、爆発の危険のあるアジ化ナトリウムの使用を余儀なくされ、工業的に製造するには、安全性に問題があった。本発明者等は上記の課題を解決すべく鋭意研究した結果、４級アンモニウム塩基と隣接する水酸基を有する２鎖２親水基含有の非対称なジェミニ型カチオン界面活性剤が容易に製造でき、界面活性及び抗菌性に優れることを見出し、本発明を完成するに至った。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
即ち本発明は、下記一般式（１）又は（２）で示される抗菌性カチオン界面活性剤を要旨とする。
【０００８】
【化１】
【０００９】
【化２】
【００１０】
但し、一般式（１）、（２）において、Ｒ１は、炭素数１以上のアルキル基、Ｒ２はアルキレン基で、Ｒ１−ＣＨ−ＣＨ−Ｒ２−は炭素数９〜２５の炭化水素基、Ｒ３、Ｒ４はメチル基、エチル基、ヒドロキシエチル基より選ばれた基、Ｒ５はメチル基、エチル基、ジヒドロキシプロピル基より選ばれた基を示す。ＣｎＨ２ｎ＋１はアルキル基で、ｎは１から２０の整数を示す。Ａはハロゲンを示す。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の抗菌性カチオン界面活性剤は、従来の１鎖１親水基型界面活性剤に比べて高い界面活性能を有し、例えば抗菌剤として使用する場合には少量の添加で済み有用である。本発明のカチオン界面活性剤は、低濃度から、髪などの表面に吸着し、密なパッキングをするため、パーソナルケア製品への配合基剤としても利用が可能である。衣料用の抗菌剤、帯電防止剤や柔軟剤などの繊維処理剤としても利用が可能である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
一般式（１）又は（２）で示される本発明の抗菌性カチオン界面活性剤は、１個の二重結合を有する炭素数１０〜２６の不飽和脂肪酸と、炭素数１〜２０のアルキルアミンとの反応により得られる下記一般式（３）で示される不飽和脂肪酸アルキルアミドの二重結合部分を一旦エポキシ化した後、二級アミンを反応させ、アミノ基と水酸基を隣接して導入した一般式（４）又は（５）で示されるＮ−アルキル（もしくはＮ−ヒドロキシアルキル）アミノヒドロキシ脂肪酸アルキルアミドと、ハロゲン化アルキル（水酸基を持つものを含む）との反応により得ることができ、一般式（１）、（２）の混合物として得られる。
【００１３】
【化３】
【００１４】
【化４】
【００１５】
【化５】
【００１６】
一般式（３）で示される不飽和脂肪酸アルキルアミドを構成する、二重結合を１個有する炭素数１０〜２６の不飽和脂肪酸としては、例えばカプロレイン酸等のデセン酸（Ｃ´１０）、ウンデセン酸（Ｃ´１１）、ラウロレイン酸等のドデセン酸（Ｃ´１２）、トリデセン酸（Ｃ´１３）、ミリストレイン酸等のテトラデセン酸（Ｃ´１４）、ペンタデセン酸（Ｃ´１５）、パルミトレイン酸等のヘキサデセン酸（Ｃ´１６）、ヘプタデセン酸（Ｃ´１７）、エライジン酸等のオクタデセン酸（Ｃ´１８）、ノナデセン酸（Ｃ´１９）、ゴンドイン酸等のエイコセン酸（Ｃ´２０）、ヘンエイコセン酸（Ｃ´２１）、エルカ酸等のドコセン酸（Ｃ´２２）、トリコセン酸（Ｃ´２３）、セラコレイン酸等のテトラコセン酸（Ｃ´２４）、ペンタコセン酸（Ｃ´２５）、ヘキサコセン酸（Ｃ´２６）等が挙げられるが、デセン酸、オクタデセン酸、ドコセン酸が好ましい。炭素数１〜２０のアルキルアミンとしては、例えばメチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、イソプロピルアミン、ブチルアミン、ペンチルアミン、ヘプチルアミン、ヘキシルアミン、オクチルアミン、デシルアミン、ドデシルアミン、オクタデシルアミン、エイコシルアミン等の脂肪族第１アミンが挙げられるが、ブチルアミン、ヘキシルアミン、オクチルアミン、デシルアミン、ドデシルアミン、オクタデシルアミンが好ましい。一般式（３）で示される不飽和脂肪酸アルキルアミドは、不飽和脂肪酸の炭素数と、脂肪族第１アミンの炭素数の合計は１１〜４６となるが、１８〜３４が好ましく、特に好ましくは、炭素数の合計が２２〜３０である。つまり、２−デセン酸の場合は、脂肪族第一アミンは、ドデシルアミン、オクタデシルアミン、オクタデセン酸の場合は、脂肪族第一アミンは、ブチルアミン、ヘキシルアミン、オクチルアミン、２−エチルヘキシルアミン、デシルアミン、ドデシルアミンが好ましい。さらにドコセン酸の場合は、ブチルアミン、ヘキシルアミン、オクチルアミンが好ましい。
【００１７】
一般式（４）、（５）で示されるＮ−アルキル（もしくはＮ−ヒドロキシアルキル）アミノヒドロキシ脂肪酸アルキルアミドは、一般式（３）で示される不飽和脂肪酸アルキルアミドに、ｍ−クロロ過安息香酸、過酸化水素とギ酸、過酸化水素とタングステン酸等を反応させて二重結合部分をエポキシ化した後、ジメチルアミン、ジエチルアミン、Ｎ−メチルエタノールアミン、ジエタノールアミンなどの２級アミンと反応させることによりエポキシ環を開環させ、エポキシ環の開環した部分に隣接する水酸基と、アミノ基とを導入して得ることができる。反応性の観点から、２級アミンとしては、ジメチルアミン、または、ジエチルアミン、Ｎ−メチルエタノールアミン等が好ましい。
【００１８】
一般式（１）、（２）で示される本発明のカチオン界面活性剤は、一般式（４）、（５）で示されるＮ−アルキル（もしくはＮ−ヒドロキシアルキル）アミノヒドロキシ脂肪酸アルキルアミドと、ハロゲン化アルキルとを反応させることにより得ることができる。ハロゲン化アルキルとしては、臭化メチル、塩化メチル、臭化エチル、塩化エチル、３−クロロ−１，２−プロパンジオール等が挙げられるが、臭化メチル、塩化メチル、３−クロロ−１、２−クロロプロパンジオールが好ましい。特に、Ｎ−ヒドロキシアルキルアミノヒドロキシ脂肪酸アルキルアミドと反応させる時は、反応性の観点から、臭化メチル、臭化エチルが好ましい。
【００１９】
以下の化６に示す反応は、本発明の抗菌性カチオン界面活性剤を製造するより具体的な一例として、ｃｉｓ−９−オクタデセン酸アルキルアミドを出発物質として用いた場合を示す。尚、ｃｉｓ−９−オクタデセン酸アルキルアミドは、例えばｃｉｓ−９−オクタデセン酸に、１〜１０倍当量のオキサリルクロリドやチオニルクロリドを０〜３０℃で１〜１０時間攪拌下に反応させ、過剰のオキサリルクロリドやチオニルクロリドを除去した後、ピリジンやトリエチルアミン等の塩基を用い、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）等の有機溶媒中で、１〜５倍当量のアルキルアミンを滴下して１０〜５０℃で１〜１０時間反応させて得ることができる。
【００２０】
【化６】
【００２１】
上記化６に示す反応において、工程１はｃｉｓ−９−オクタデセン酸アルキルアミドを、クロロホルム等の塩素系有機溶媒中において、ｍ−クロロ過安息香酸（ｍＣＰＢＡ）等の過酸を用いてエポキシ化して９，１０−エポキシオクタデカン酸アルキルアミドを得るエポキシ化反応の工程を示す。工程２は、９，１０−エポキシオクタデカン酸アルキルアミドのエポキシ環を開環させて、９位（又は１０位）に水酸基と、１０位（又は９位）にＮ−アルキルアミノ基を導入したＮ−アルキルアミノヒドロキシオクタデカン酸アルキルアミドを得るアミノアルコール化反応の工程を示す。Ｎ−アルキルアミノヒドロキシオクタデカン酸アルキルアミドは、９，１０−エポキシオクタデカン酸アルキルアミドをＴＨＦ等の有機溶媒に溶解し、５０％ジメチルアミン水溶液などの二級アミンと必要により過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ４）を加え、１００〜１８０℃で５〜５０時間、好ましくは１０〜２０時間反応させて得ることができる。工程３はＮ−アルキルアミノヒドロキシオクタデカン酸アルキルアミドから本発明のカチオン界面活性剤を得る４級アンモニウム化の工程を示す。本発明の抗菌性カチオン界面活性剤は、ＴＨＦ等の有機溶媒中でＮ−アルキルアミノヒドロキシオクタデカン酸アルキルアミドと、１〜５倍当量の臭化メチルなどのハロゲン化アルキルを、１０〜６０℃、好ましくは２０〜４０℃で、１〜７２時間攪拌しながら反応させることにより得ることができる。得られた抗菌性カチオン界面活性剤は、アセトンやアセトン−水等の溶媒を用いた再結晶や、シリカゲルを固定相とし、クロロホルム・メタノール・混合溶媒を移動相とするカラムクロマトグラフィー等によって精製することができる。
【実施例】
【００２２】
次に実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
【００２３】
実施例１
１）アミド化反応
ｃｉｓ−９−オクタデセン酸８０．１ｇ（０．２８５モル)に、オキサリルクロリド１５０ｇ（１．１７モル)を滴下し、室温で２時間攪拌後、反応液から未反応のオキサリルクロリドを減圧留去し、ｃｉｓ−９−オクタデセン酸クロリドを得た。これに、テトラヒドロフラン６６０ミリリットルとピリジン２２．８ｇ（１．１７モル）を加え、氷冷攪拌し、ｎ−デシルアミン４５．６ｇ（０．２８８モル）を滴下し、発熱が収まった時点で氷浴を外し、さらに室温で３時間反応を行った。析出した結晶を吸引ろ過により取り除き、ろ液を減圧留去し、ろ液の残渣にジエチルエーテルを６００ミリリットル加えて溶解させ、５％塩酸で２回、水で１回、洗浄を行った。ジエチルエーテルを留去後、酢酸エチルで再結晶を２回行い、白色固体のｃｉｓ−９−オクタデセン酸デシルアミド８４ｇ（収率７０％）を得た。
【００２４】
２）エポキシ化反応
ｃｉｓ−９−オクタデセン酸デシルアミド５０．７ｇ（０．１２モル）にクロロホルム１０８０ミリリットルを加え、攪拌し溶解させた。一方、クロロホルム６００ミリリットルにｍ-クロロ過安息香酸３９．３ｇ（０．２２８モル）を溶解させ、これを１時間かけて室温で９−オクタデセン酸デシルアミド溶液に滴下した。滴下後、還流攪拌を１２時間行った。反応液を室温まで冷却後、炭酸水素ナトリウム水溶液による洗浄を３回行い、硫酸マグネシウムを加え、溶液を乾燥させた後、溶媒を減圧留去して、白色固体の９，１０−エポキシオクタデカン酸デシルアミド４９．５ｇ（収率９４％)を得た。
【００２５】
３）アミノアルコール化反応
９，１０−エポキシオクタデカン酸デシルアミド３．０ｇ（０．００６８５モル）にテトラヒドロフラン３０ミリリットルに溶解させた。その溶液をオートクレーブに移し、過塩素酸リチウム０．７３ｇ（０．００６８６モル)を加え、更に５０％ジメチルアミン水溶液水２０ｇ（０．２２モル）を加え、直ちに密閉した。オートクレーブをオイルバスに入れ、設定温度１４０℃で１５時間攪拌した。その後、反応液を減圧留去した。得られた残渣にクロロホルムを３００ミリリットル加え、飽和塩化ナトリウム水溶液による洗浄を3回行った。洗浄操作でエマルションになる場合は過剰の塩化ナトリウムを加えエマルションを破壊した。硫酸マグネシウムを加え、溶液を乾燥させた後、溶液を減圧留去し、淡黄色粘体の９−ジメチルアミノ−１０−ヒドロキシオクタデカン酸デシルアミドと、１０−ジメチルアミノ−９−ヒドロキシオクタデカン酸デシルアミドの混合物（以下、単にジメチルアミノヒドロキシオクタデカン酸デシルアミド）３．１ｇ（収率９４％）を得た。
【００２６】
４）４級アンモニウム化
１９％臭化メチルＴＨＦ溶液２０ミリリットルに上記ジメチルアミノヒドロキシオクタデカン酸デシルアミド０．５ｇ（０．００１０３モル）を滴下し、室温で４８時間攪拌を行った。反応溶液を減圧留去し、アセトンで再結晶を繰り返すことで、白色固体０．２９ｇ（収率５０％）を得た。
【００２７】
得られた白色固体を、ＦＴ−ＩＲ（ＫＢｒ法）、１Ｈ−ＮＭＲ、ＥＳＩ−ＭＳで構造を確認し、元素分析によって純度を確認した。
【００２８】
ＦＴ−ＩＲの結果：
３２０１、３３０１ｃｍ−１（Ｏ−Ｈ，Ｎ−Ｈ, ｓｔ），１６４５ｃｍ−１（Ｃ＝Ｏ，ｓｔ），１５５３ｃｍ−１（Ｎ−Ｈ，δ）の吸収が認められた。
１Ｈ−ＮＭＲ（５００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）の結果：
δ０．８６−０．８９(ｔ，６Ｈ)，１．２６−１．７６(ｍ，４３Ｈ)，２．１７−２．２０(ｔ，２Ｈ)，３．１９−３．２３（ｑ，３Ｈ），３．４４(ｓ，９Ｈ)，４．０５（ｓ，１Ｈ），５．３５−５．４８（ｑ, １Ｈ）, ５．９４−６．０３（ｄ, １Ｈ）にピークが認められた。
【００２９】
ＥＳＩ−ＭＳの結果：
[Ｍ−Ｂｒ]＋＝４９７．５０２５（ｃａｌｃ．４９７．５０４６）
元素分析結果（Ｃ３１Ｈ６５Ｎ２Ｏ２Ｂｒ）：
実測値（％） Ｃ：６４．８１％，Ｈ：１１．１５％，Ｎ：４．８３％
計算値（％） Ｃ：６４．４４％，Ｈ：１１．３４％，Ｎ：４．８５％
【００３０】
これらの結果より、下記一般式（１ａ）又は（１ａ′）で示される構造のカチオン界面活性剤の混合物であることが確認された。
【００３１】
【化７】
【００３２】
実施例２
実施例１と同様の１）アミド化反応、２）エポキシ化反応、３）アミノアルコール化反応工程により得たジメチルアミノヒドロキシオクタデカン酸デシルアミドを、下記の４級アンモニウム化した。
【００３３】
４）４級アンモニウム化
ジメチルアミノヒドロキシオクタデカン酸デシルアミド２．０ｇ（０．００４１モル）に３−クロロ−１、２−プロパンジオール０．５ｇ（０．００４５モル）を溶解させたエタノール２０ミリリットルを加え、還流下で２４時間攪拌を行った。反応溶液を減圧留去し、アセトン−エタノール混合溶媒で再結晶を繰り返すことで、白色固体１．６ｇ（収率６０％）を得た。
【００３４】
得られた白色固体を、ＦＴ−ＩＲ（ＫＢｒ法）、１Ｈ−ＮＭＲ、ＥＳＩ−ＭＳで構造を確認し、元素分析によって純度を確認した。
【００３５】
ＦＴ−ＩＲの結果：
３２０１、３３０１ｃｍ−１（Ｏ−Ｈ，Ｎ−Ｈ, ｓｔ），１６４７ｃｍ−１（Ｃ＝Ｏ，ｓｔ），１５５４ｃｍ−１（Ｎ−Ｈ，δ）の吸収が認められた。
１Ｈ−ＮＭＲ（５００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）の結果：
δ０．８６−０．８９(ｔ，６Ｈ)，１．２６−１．７６(ｍ，４３Ｈ)，２．１７−２．２０(ｔ，２Ｈ)，３．１９−３．２３（ｑ，３Ｈ），３．４４(ｓ，６Ｈ)，３．４５−３．６０（ｍ、４Ｈ）、４．０５−４．１７（ｍ，２Ｈ），５．０７−５．１１（ｓ、１Ｈ）、５．３５−５．４８（ｑ, １Ｈ）,５．５３−５．５５（ｓ、１Ｈ）、 ５．９４−６．０３（ｄ, １Ｈ）にピークが認められた。
【００３６】
ＥＳＩ−ＭＳの結果：
[Ｍ−Ｂｒ]＋＝５５７．５２９３（ｃａｌｃ．５５７．５２５７）
元素分析結果（Ｃ３３Ｈ６９Ｎ２Ｏ４Ｂｒ）：
実測値（％） Ｃ：６２．２２％，Ｈ：１１．３５％，Ｎ：４．４５％
計算値（％） Ｃ：６２．１４％，Ｈ：１０．９０％，Ｎ：４．３９％
【００３７】
これらの結果より、下記一般式（２ａ）又は（２ａ′）で示される構造のカチオン界面活性剤の混合物であることが確認された。
【００３８】
【化８】
【００３９】
実施例３
１）アミド化反応
ｃｉｓ−１３−ドコセン酸１００ｇ（０．２９５モル）に、チオニルクロリド５２．７ｇ（０．４４３モル)を滴下し、室温で３時間攪拌後、反応液から未反応のチオニルクロリドを減圧留去し、ｃｉｓ−１３−ドコセン酸クロリドを得た。これに、テトラヒドロフラン７５０ミリリットルとピリジン３５．０ｇ（０．４４３モル）を加え、氷冷攪拌し、ｎ−ヘキシルアミン３２．９ｇ（０．３２５モル）を滴下し、発熱が収まった時点で氷浴を外し、さらに室温で３時間反応を行った。析出した結晶を吸引ろ過により取り除き、ろ液を減圧留去し、ろ液の残渣にジエチルエーテルを５００ミリリットル加えて溶解させ、５％塩酸で２回、水で１回、洗浄を行った。ジエチルエーテルを留去後、酢酸エチルで再結晶を２回行い、白色固体のｃｉｓ−１３−ドコセン酸ヘキシルアミド８７ｇ（収率７０％）を得た。
【００４０】
２）エポキシ化反応
ｃｉｓ−１３−ドコセン酸ヘキシルアミド（６４ｇ、０．１５２モル）にクロロホルム６００ミリリットルを加え、攪拌し溶解させた。一方、クロロホルム４００ミリリットルにｍ−クロロ過安息香酸４９．９ｇ（０．２８９モル）を溶解させ、これを１時間かけて室温でｃｉｓ−１３−ドコセン酸ヘキシルアミド溶液に滴下した。滴下後、還流攪拌を１２時間行った。反応液を室温まで冷却後、炭酸水素ナトリウム水溶液による洗浄を３回行い、硫酸マグネシウムを加え、溶液を乾燥させた後、溶媒を減圧留去して白色固体の１３，１４−エポキシドコサン酸ヘキシルアミド６１．２ｇ（収率９２％)を得た。
【００４１】
３）アミノアルコール化反応
１３，１４−エポキシドコサン酸ヘキシルアミド１０．７ｇ（０．０２４４モル）にテトラヒドロフラン３０ミリリットルを加え、加熱溶解させた。その溶液をオートクレーブに移し、過塩素酸リチウム２．６ｇ（０．０２４４モル）を加え、更に５０％ジメチルアミン水溶液７０．７ｇ（０．７８モル）、直ちに密閉した。オートクレーブをオイルバスに入れ、設定温度１４０℃で１５時間攪拌した。その後、反応液を減圧留去した。得られた残渣にクロロホルムを３００ミリリットル加え、飽和塩化ナトリウム水溶液による洗浄を３回行った。洗浄操作でエマルションになる場合は過剰の塩化ナトリウムを加えエマルションを破壊した。硫酸マグネシウムを加え、溶液を乾燥させた後、溶液を減圧留去し、淡黄色粘体の１３−ジメチルアミノ−１４−ヒドロキシドコサン酸ヘキシルアミドと、１４−ジメチルアミノ−１３−ヒドロキシドコサン酸ヘキシルアミドの混合物（以下、単にジメチルアミノヒドロキシドコサン酸ヘキシルアミド）１１．０ｇ（収率９３％）を得た。
【００４２】
４）４級アンモニウム化
１９％臭化メチルＴＨＦ溶液８０ミリリットルに上記ジメチルアミノヒドロキシドコサン酸ヘキシルアミド２．０ｇ（０．０４１モル）を滴下し、室温で４８時間攪拌を行った。反応溶液を減圧留去し、アセトンで再結晶を繰り返すことで、白色固体１．２４ｇ（収率５２％）を得た。
【００４３】
得られた白色固体を、ＦＴ−ＩＲ（ＫＢｒ法）、１Ｈ−ＮＭＲ、ＥＳＩ−ＭＳで構造を確認し、元素分析によって純度を確認した。
【００４４】
ＦＴ−ＩＲの結果：
３２０３、３２９９ｃｍ−１（Ｏ−Ｈ，Ｎ−Ｈ, ｓｔ），１６４４ｃｍ−１（Ｃ＝Ｏ，ｓｔ），１５５１ｃｍ−１（Ｎ−Ｈ，δ）の吸収が認められた。
１Ｈ−ＮＭＲ（５００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）の結果：
δ０．８８−０．９５(ｍ，６Ｈ), １．３１−１．６４(ｍ，４２Ｈ)，２．１５(ｔ，２Ｈ)，３．１５（ｔ、２Ｈ）、３．２０−３．２３（ｍ，１Ｈ），３．４４(ｓ，９Ｈ)，４．０５（ｓ，１Ｈ），５．３５−５．４８（ｑ, １Ｈ）, ５．９４−６．０３（ｄ, １Ｈ）にピークが認められた。
【００４５】
ＥＳＩ−ＭＳの結果：
[Ｍ−Ｂｒ]＋＝４９７．５０３１（ｃａｌｃ．４９７．５０４６）
元素分析結果（Ｃ３１Ｈ６５Ｎ２Ｏ２Ｂｒ）：
実測値（％） Ｃ：６４．５４％，Ｈ：１１．８３％，Ｎ：４．９５％
計算値（％） Ｃ：６４．４４％，Ｈ：１１．３４％，Ｎ：４．８５％
【００４６】
これらの結果より、下記一般式（３ａ）又は（３ａ′）で示される構造のカチオン界面活性剤の混合物であることが確認された。
【００４７】
【化９】
【００４８】
実施例４
１）アミド化反応
ｃｉｓ−９−オクタデセン酸８０．１ｇ（０．２８５モル)に、オキサリルクロリド１５０ｇ（１．１７モル)を滴下し、室温で２時間攪拌後、反応液から未反応のオキサリルクロリドを減圧留去し、ｃｉｓ−９−オクタデセン酸クロリドを得た。これに、テトラヒドロフラン６６０ミリリットルとピリジン２２．８ｇ（１．１７モル）を加え、氷冷攪拌し、ｎ−ドデシルアミン５３．４ｇ（０．２８８モル）を滴下し、発熱が収まった時点で氷浴を外し、さらに室温で３時間反応を行った。析出した結晶を吸引ろ過により取り除き、ろ液を減圧留去し、ろ液の残渣にジエチルエーテルを６００ミリリットル加えて溶解させ、５％塩酸で２回、水で１回、洗浄を行った。ジエチルエーテルを留去後、酢酸エチルで再結晶を２回行い、白色固体のｃｉｓ−９−オクタデセン酸ドデシルアミド９５ｇ（収率７４％）を得た。
【００４９】
２）エポキシ化反応
ｃｉｓ−９−オクタデセン酸ドデシルアミド５４ｇ（０．１２モル）にクロロホルム１１５０ミリリットルを加え、攪拌し溶解させた。一方、クロロホルム６００ミリリットルにｍ-クロロ過安息香酸３９．３ｇ（０．２２８モル）を溶解させ、これを１時間かけて室温でｃｉｓ−９−オクタデセン酸ドデシルアミド溶液に滴下した。滴下後、還流攪拌を１２時間行った。反応液を室温まで冷却後、炭酸水素ナトリウム水溶液による洗浄を３回行い、硫酸マグネシウムを加え、溶液を乾燥させた後、溶媒を減圧留去して、白色固体の９，１０−エポキシオクタデカン酸ドデシルアミド５３．１ｇ（収率９５％)を得た。
【００５０】
３）アミノアルコール化反応
９，１０−エポキシオクタデカン酸ドデシルアミド５．０ｇ（０．０１０７モル）にテトラヒドロフラン３０ミリリットルに溶解させた。その溶液をオートクレーブに移し、過塩素酸リチウム０．７３ｇ（０．０１１３モル)を加え、更にジエチルアミン２３．５ｇ（０．３２モル）を加え、直ちに密閉した。オートクレーブをオイルバスに入れ、設定温度１５０℃で２０時間攪拌した。その後、反応液を減圧留去した。得られた残渣にクロロホルムを３００ミリリットル加え、飽和塩化ナトリウム水溶液による洗浄を３回行った。洗浄操作でエマルションになる場合は過剰の塩化ナトリウムを加えエマルションを破壊した。硫酸マグネシウムを加え、溶液を乾燥させた後、溶液を減圧留去し、淡黄色粘体の９−ジエチルアミノ−１０−ヒドロキシオクタデカン酸ドデシルアミドと、１０−ジエチルアミノ−９−ヒドロキシオクタデカン酸ドデシルアミドの混合物（以下、単にジエチルアミノヒドロキシオクタデカン酸ドデシルアミド）４．９ｇ（収率８５％）を得た。
【００５１】
４）４級アンモニウム化
１９％臭化メチルＴＨＦ溶液１１８ミリリットルに上記ジエチルアミノヒドロキシオクタデカン酸ドデシルアミド３．２ｇ（０．００５９モル）を滴下し、室温で４８時間攪拌を行った。反応溶液を減圧留去し、アセトンで再結晶を繰り返すことで、白色固体２．０ｇ（収率５５％）を得た。
【００５２】
得られた白色固体を、ＦＴ−ＩＲ（ＫＢｒ法）、１Ｈ−ＮＭＲ、ＥＳＩ−ＭＳで構造を確認し、元素分析によって純度を確認した。
【００５３】
ＦＴ−ＩＲの結果：
３２０４、３２９９ｃｍ−１（Ｏ−Ｈ，Ｎ−Ｈ, ｓｔ），１６４５ｃｍ−１（Ｃ＝Ｏ，ｓｔ），１５５３ｃｍ−１（Ｎ−Ｈ，δ）の吸収が認められた。
１Ｈ−ＮＭＲ（５００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）の結果：
δ０．８６−０．８９(ｔ，６Ｈ)，１．２５−１．７６(ｍ，５０Ｈ)，２．１７−２．２０(ｔ，２Ｈ)，３．１９−３．２３（ｑ，３Ｈ），３．４２−３．４４(ｍ，７Ｈ)，４．０５（ｓ，１Ｈ），５．３５−５．４８（ｑ, １Ｈ）, ５．９４−６．０３（ｄ, １Ｈ）にピークが認められた。
【００５４】
ＥＳＩ−ＭＳの結果：
[Ｍ−Ｂｒ]＋＝５５３．５６１０（ｃａｌｃ．５５３．５６７２）
元素分析結果（Ｃ３５Ｈ７３Ｎ２Ｏ２Ｂｒ）：
実測値（％） Ｃ：６６．３７％，Ｈ：１２．０１％，Ｎ：４．４４％
計算値（％） Ｃ：６６．３２％，Ｈ：１１．６１％，Ｎ：４．４２％
【００５５】
これらの結果より、下記一般式（４ａ）又は（４ａ′）で示される構造のカチオン界面活性剤の混合物であることが確認された。
【００５６】
【化１０】
【００５７】
実施例５
実施例１〜４で得たカチオン界面活性剤及び比較例として下記化１１（比較例１）、化１２（比較例２）で示される１鎖型の界面活性剤を用いて、Ｗｉｌｈｅｌｍｙ法により、２５℃で、表面張力の測定を行い、臨界ミセル濃度（ｃｍｃ）、ｃｍｃにおける表面張力（γｃｍｃ）を求めた。結果を表１に示す。
【００５８】
【表１】
【００５９】
（化１１）
ＣＨ３（ＣＨ２）１２Ｎ＋（ＣＨ３）２Ｂｒ−
【００６０】
（化１２）
ＣＨ３（ＣＨ２）１５Ｎ＋（ＣＨ３）２Ｂｒ−
【００６１】
実施例１〜４のカチオン界面活性剤は、比較例の化合物と比較して、１／３５〜１／１７２程度の低い臨界ミセル濃度（ｃｍｃ）を示した。これらの結果から、パーソナルケア製品への配合基剤、衣料用の抗菌剤、帯電防止剤や柔軟剤などの繊維処理剤としても利用する際に、従来の１鎖１親水基型界面活性剤に比べて少量の添加量で済むことができる。
【００６２】
実施例６
抗菌性試験
実施例１〜４のカチオン界面活性剤及び比較例２の界面活性剤、下記化１３で示すカチオン界面活性剤（比較例３）について、以下に示す方法にて、抗菌性を測定した。これらの結果を表２に示す。
＜抗菌性試験＞
寒天培地希釈時に所定濃度（１２８−０．２５μｇ／ｍＬ）となるように２倍希釈系列を調製したカチオン性界面活性剤水溶液１ｍＬを、シャーレに分注し、寒天培地を９ｍＬ添加し、寒天培地上に供試菌を約１０７ｃｆｕ／ｍＬ含むよう調製した接種菌液を白金耳で画線塗抹し、３７℃で１８時間静置培養して菌の発育を確認した。菌の発育が肉眼的に認められない最小の薬剤濃度をもって最小育成阻止濃度（ＭＩＣ）とした。尚、供試菌として、Ｓｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ ａｕｒｅｕｓ ＩＦＯ１３２７６（黄色ブドウ球菌）を用いた。
【００６３】
【表２】
【００６４】
（化１３）
（ＣＨ３（ＣＨ２）１０）２Ｎ＋（ＣＨ３）２Ｃｌ−
【００６５】
表２の結果より、実施例１〜４のカチオン界面活性剤は、比較例２、３のカチオン界面活性剤と比べ、同等もしくはそれ以上の抗菌性を有していた。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明の抗菌性カチオン界面活性剤は、工業的に入手し易い天然由来の脂肪酸や毒性、危険性の少ない原料を用いることにより、容易かつ安全に合成することができるので、産業上の利用可能性は非常に大きい。本発明の抗菌性カチオン界面活性剤は、低濃度であっても優れた界面活性及び抗菌性を有するため、バス・シャワー、ヘアケア、スキンケア、トイレタリー、カラーコスメティック等用途のパーソナルケア製品への配合基剤、衣料用の抗菌剤、帯電防止剤や柔軟剤などの繊維処理剤への配合基剤としても利用が可能であることが認められた。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記一般式（１）又は（２）で示される抗菌性カチオン界面活性剤。
【化１】
【化２】
但し、一般式（１）、（２）において、Ｒ１は、炭素数１以上のアルキル基、Ｒ２はアルキレン基で、Ｒ１−ＣＨ−ＣＨ−Ｒ２−は炭素数９〜２５の炭化水素基、Ｒ３、Ｒ４はメチル基、エチル基、ヒドロキシエチル基より選ばれた基、Ｒ５はメチル基、エチル基、ジヒドロキシプロピル基より選ばれた基を示す。ＣｎＨ２ｎ＋１はアルキル基で、ｎは１から２０の整数を示す。Ａはハロゲンを示す。
【請求項１】
下記一般式（１）又は（２）で示される抗菌性カチオン界面活性剤。
【化１】
【化２】
但し、一般式（１）、（２）において、Ｒ１は、炭素数１以上のアルキル基、Ｒ２はアルキレン基で、Ｒ１−ＣＨ−ＣＨ−Ｒ２−は炭素数９〜２５の炭化水素基、Ｒ３、Ｒ４はメチル基、エチル基、ヒドロキシエチル基より選ばれた基、Ｒ５はメチル基、エチル基、ジヒドロキシプロピル基より選ばれた基を示す。ＣｎＨ２ｎ＋１はアルキル基で、ｎは１から２０の整数を示す。Ａはハロゲンを示す。
【公開番号】特開２０１２−６２２４６（Ｐ２０１２−６２２４６Ａ）
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０５１３７（Ｐ２０１０−２０５１３７）
【出願日】平成２２年９月１４日（２０１０．９．１４）
【出願人】（０００１１４３１８）ミヨシ油脂株式会社 (120)
【出願人】（５０９１２２０８３）
【出願人】（５９８０６９９３９）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１４日（２０１０．９．１４）
【出願人】（０００１１４３１８）ミヨシ油脂株式会社 (120)
【出願人】（５０９１２２０８３）
【出願人】（５９８０６９９３９）
【Ｆターム（参考）】
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