Polycyclische muskusverbindingen

153 1 Polycyclische muskusverbindingen door Dieter Gaisser PFW Aroma Chemicals B.V., Barneveld 1. Inleiding 153 3 2. De muskusgeur en technische aspecten van toepassing 153 3 3. Polycyclische muskusverbindingen 153 6 3.1. Historie, structuur en eigenschappen 153 6 3.2. Gebruik 153 7 3.3. Risico s voor mens en milieu 153 8 3.3.1. Risico s van polycyclische muskusverbindingen voor de mens 153 8 3.3.2. Risico s van polycyclische muskusverbindingen voor het milieu 153 9 3.4. Wet- en regelgeving 153 11 4. Literatuur 153 12

153 3 1. Inleiding Al meer dan 100 jaar gebruikt de mens synthetische stoffen met een muskusgeur. Daartoe behoren de polycylische muskusgeurstoffen, die op grote schaal in veel moderne huishoudelijke producten en cosmetica worden gebruikt. Eigenschappen en gebruik van de twee meest gebruikte polycyclische muskusverbindingen AHTN en HHCB en de risico s voor mens en milieu worden in deze Chemische Feitelijkheid toegelicht. Muskusgeurstoffen kwamen enkele jaren geleden (1992) in de publieke belangstelling toen Musk Xyleen in vis werd aangetoond. Musk Xyleen behoort tot de groep nitromuskusgeurstoffen (zie CF 130) en werd later evenals andere (nitro)muskusgeurstoffen in oppervlaktewater, diverse soorten vis, menselijk vet en moedermelk aangetroffen. Enkele jaren daarna werden ook de polycyclische muskusgeurstoffen in bovengenoemde monsters aangetroffen. De in het milieu aangetroffen hoeveelheden polycyclische muskusgeurstoffen vormen op basis van de beschikbare toxicologische informatie geen reden tot zorg. 2. De muskusgeur en technische aspecten van toepassing Muskus is een van de oudste geuren tot welke de mens zich aangetrokken voelt. Reeds in de klassieke oudheid was muskus naast amber en rozenolie zeer geliefd. orspronkelijk was muskus vooral afkomstig van het muskushert. Deze bron is vandaag niet meer beschikbaar, omdat deze diersoort beschermd is en daarmee de handel in producten afkomstig van het dier verboden is. Naast het muskushert kennen wij andere natuurlijke bronnen in het dieren- en plantenrijk. Commercieel gebruik van muskus van dierlijke oorsprong is beter bekend. Wel vermelden bronnen handel in muskuskernolie verkregen door stoomdestillatie van zaden van gecultiveerde planten (Hibiscus abelmoschus, Malvaceae). Alle natuurlijke muskusgeurstoffen behoren tot de categorie macrocyclische muskusverbindingen (figuur 1), dit zijn hoofdzakelijk cyclische lactonen, ketonen of diësters met een ringgrootte van 15 tot 17 koolstofatomen.

153 4 Polycyclische muskusverbindingen Gebruik van synthetische muskusverbindingen in de parfumerie is al sinds de vorige eeuw mogelijk. Reeds in 1888 heeft Baur de eerste synthetische muskusverbindingen (figuur 1) uit de groep nitromuskusgeurstoffen gesynthetiseerd. Deze stoffen waren, vergeleken met de natuurlijke muskusverbindingen zeer goedkoop en vonden snel ingang in de parfumerie. Vijftig jaar later werd het arsenaal aan muskusgeurstoffen verder uitgebreid met de structuuropheldering van de natuurlijke muskusstof muskon (3-methylcyclopentadecanon, figuur 1). De nieuwe macrocyclische muskusverbindingen waren echter moeilijk te bereiden, daardoor duur en bovendien niet zo stabiel in wasmiddelen en agressieve media als de nitromuskusgeurstoffen. Verder onderzoek leidde tot de ontwikkeling van een nieuwe groep, de polycyclische muskusverbindingen. Deze waren niet zo kostbaar en wel stabiel en hadden bovendien nog andere gunstige eigenschappen voor de parfumerie. Sinds de economische bloei van de jaren 60 is het consumentengedrag veranderd. Wasmiddelen hebben een goede waskwaliteit bereikt en de consument verwacht een frisse, schone geur na het wassen. De huidige geurkwaliteit van onze huishoudelijke producten is sterk beïnvloed door de parfumistische en technische eigenschappen van de polycyclische muskusverbindingen. Uit onderzoek naar de belevenis van (geur)kwaliteit van diverse producten weten wij, dat de uiteenlopende eigenschappen van polycyclische muskusverbindingen zeer gewaardeerd worden. Zo wordt het bijzonder harmonisch geheel ook na het wassen als belangrijk ervaren.geurstoffen moeten over de volgende parfumistische en technische eigenschappen beschikken om voor gevarieerde toepassingen in aanmerking te komen: substantief zijn d.w.z. goed hechten op wasgoed, haren en huid; fixerend zijn d.w.z. de geur van alle ingrediënten in de tijd niet sterk laten veranderen en afronden tot een geheel; sterk geuren, d.w.z. een lage dosering mogelijk maken; stabiel zijn in alle media, dus niet na een bepaalde tijd of tijdens het gebruik bijvoorbeeld wassen verkleuren of van geur veranderen;

153 5 Polycylische muskverbindingen 0886-0161 AHTN: Tonalid, Fixolid HHCB: Galaxolide AHMI: Phantolid ATII: Traseolid ADBI: Celestolide, Crysolid Macrocyclische muskverbindingen Muskon Ambrettolid Nitro muskverbindingen N 2 N 2 N 2 N 2 N 2 Musk Xyleen Figuur 1. Musk Keton Muskusverbindingen.

153 6 Polycyclische muskusverbindingen een ideale geur die geassocieerd wordt met een frisse schone uitstraling. Dit concept is weliswaar moeilijk te omschrijven, maar wordt, als de eigenschap aanwezig is, spontaan door huisvrouwen, consumenten en testpersonen zo benoemd. Polycyclische muskusverbindingen waren de eerste stoffen, die al deze eigenschappen bezitten. Naast een aangename geurbelevenis leiden deze eigenschappen tot een geringe parfumdosering in het consumentenproduct die de blootstelling van mens en milieu beperkt. 3. Polycyclische muskusverbindingen 3.1. Historie, structuur en eigenschappen De eerste commercieel belangrijke polycyclische muskusverbinding was Phantolid (AHMI) een indaanderivaat dat door K. Fuchs in 1951 werd gesynthetiseerd. Kort daarna, in 1955, werden door Carpenter de eerste polycyclische muskusverbindingen met een tetralineskelet gepatenteerd. Verder onderzoek resulteerde in AHTN (Fixolid, Tonalid ) en HHCB (Galaxolide ), vandaag de dag de meest gebruikte muskusverbindingen. Tegenwoordig zijn vijf polycyclische muskusgeurstoffen in gebruik (figuur 1): HHCB: 1,3,4,5,7,8-hexahydro-4,6,6,7,8,8,- hexamethylcyclopenta-(g)-2- benzopyraan AHTN: 7-acetyl-1,1,3,4,4,6-hexamethyltetraline ADBI: 4-acetyl-1,1-dimethyl-6-tert.butylindaan AHMI: 6-acetyl-1,1,2,3,5-hexamethylindaan ATII: 5-acetyl-1,1,2,6-tetramethyl-3-isopropylindaan De eerste twee nemen wereldwijd omstreeks 95% van het wereldwijde musk-gebruik voor hun rekening. Vergeleken met deze twee muskusgeurstoffen worden de drie andere polycyclische muskusgeurstoffen veel minder toegepast en worden ze zelfs door de nitromuskusgeurstoffen in gebruik overtroffen.in tabel 1 zijn enkele fysisch-chemische eigenschappen samengevat.

153 7 Tabel 1 AHTN HHCB CAS-No 1506-02-1; 21145-77-7 1222-05-5 Molecuul formule C 18 H 26 C 18 H 26 Molecuul gewicht 258.4 258.4 Uiterlijk Witte vaste stof Kleurloos, vloeibaar Smeltpunt 54.5 o C Niet meetbaar Dampspanning 0.0608 Pa 0.0727 Pa Water oplosbaarheid 1.25 mg/l 1.75 mg/l 3.2. Gebruik Polycyclische muskusverbindingen worden gebruikt als ingrediënt in geurstofcomposities, ook wel parfums of parfumcomposities genoemd. In de geurstoffenindustrie worden deze composities gecreëerd door specialisten (parfumeurs). Voor de geur van een parfum in een cosmetisch product is creativiteit het belangrijkste element bij het ontwerp. Tegenwoordig moet de parfumeur in toenemende mate rekening houden met technische aspecten. Immers in was- en reinigingsmiddelen moeten de geurstofcomposities stabiel zijn (bijv. geen afbraak door enzymen in wasmiddelen), op vezels en oppervlakken hechten en langzaam de geur afgeven. De eisen aan de stabiliteit van een geurstof zullen in de toekomst verder toenemen, omdat bij het wassen bij lagere temperatuur en in geconcentreerde huishoudelijke schoonmaakmiddelen de geurstof aan een steeds agressiever milieu wordt blootgesteld. Van deze toegenomen eisen zal de consument in het algemeen niets merken en is het de kunst van de parfumeur om met zijn specialistische kennis en de beschikbare geurstoffen het gewenste resultaat te bereiken. Polycyclische muskusgeurstoffen zijn hiervoor bijzonder geschikt zodat ze naar schatting in 70-90% van alle parfumcomposities gebruikt worden.

153 8 Polycyclische muskusverbindingen 3.3. Risico s voor mens en milieu Een waarborg voor veilig gebruik van een chemische stof is gewoonlijk het resultaat van een proces dat bestaat uit de volgende stappen: 1. identificatie van een mogelijk gevaar; 2. kwantificering van het gevaar, in het bijzonder het vaststellen van het niveau waarbij dit gevaar niet meer aanwezig is; 3. kwantificering van de blootstelling van mens en milieu, hetzij door metingen, hetzij door schattingen of modelberekeningen. 4. vergelijking van het blootstellingsniveau en het niveau waarbij geen effect optreedt (risico-evaluatie). 5. indien nodig, het nemen van maatregelen (risicobeheersing). Binnen de geurstoffenindustrie worden voor algemeen gebruikte ingrediënten, zoals de polycyclische muskusgeurstoffen, de stappen 1 en 2 uitgevoerd door het Research Institute for Fragrance Materials (RIFM, een door de industrie gesponsord onafhankelijk instituut) of door de fabrikant: de stappen 3-5 worden gedaan door experts van de internationale industrie-associatie, IFRA (International Fragrance Association) soms in samenwerking met overheidsinstanties. 3.3.1. Risico s van polycyclische muskusverbindingen voor de mens Voor de evaluatie van mogelijke risico s van AHTN en HHCB als veel gebruikte geurstoffen heeft het RIFM een onderzoeksprogramma opgesteld om desbetreffende vragen te beantwoorden. Het betreft onderzoek naar: acute en systemische toxiciteit; schadelijke effecten voor de huid; accumulatie in menselijk vetweefsel; het voorkomen in moedermelk. Door middel van dit onderzoek kunnen mogelijke gevaren geïdentificeerd en gekwantificeerd worden. De blootstelling van de mens is onderzocht in het kader van een onderzoek naar de toepassing van beide stoffen in parfumcomposities, de dosering van het parfum in cosmetische producten en het gebruik van deze producten door de consument. Uit dit onderzoek

153 9 blijkt dat de mens per dag maximaal aan slechts enkele milligrammen van deze stoffen blootgesteld is. Het RIFM onderzoek naar acute en systemische toxiciteit toont aan dat beide stoffen een relatief lage acute toxiciteit hebben. In een 90 dagen durende studie met ratten, waarbij opname van de stof door de mond geschiedde, is de dosering vastgesteld waarbij geen schadelijke effecten optreden. Vergelijkt men het blootstellingsniveau van de mens met het geen-effect-niveau, zoals gerapporteerd aan de SCC (Wetenschappelijk Comité voor Cosmetologie), dan verkrijgt men een veiligheidsfactor voor AHTN van tenminste 300 en voor HHCB van tenminste 1300. De minimum veiligheidsfactor is 100. Het getal geeft aan hoeveel hoger het blootstellingsniveau zou mogen zijn voordat de grens van veiligheid wordt bereikt. Naast een inschatting van de veiligheidsfactor geven de studies ook inzicht in effecten op organen en specifieke toxische effecten. Bij het overschrijden van het geen-effect niveau wordt een gering effect op het bloed en/of vertraging van de gewichttoename waargenomen. Deze effecten verdwijnen volledig nadat toediening van de teststof beëindigd wordt, maar zullen bij het bekend gebruik niet bij de mens optreden. Voor beide stoffen is aangetoond dat ze bij gebruik niet huidirriterend, sensibiliserend, foto-irriterend of fotosensibiliserend zijn. Het feit dat beide stoffen in menselijk vetweefsel en in moedermelk aangetoond zijn, werd met de nodige bezorgdheid geregistreerd. m mogelijke effecten op het nageslacht vast te stellen werden twee studies uitgevoerd. In één studie werden de moederdieren met pasgeboren ratjes door voedsel zo aan deze stoffen blootgesteld dat de concentratie in de moedermelk ca. duizend keer hoger was dan de gerapporteerde concentratie in menselijke moedermelk. Er zijn geen effecten op het nageslacht, ook niet in de tweede generatie, vastgesteld. In een tweede studie zijn zwangere ratten blootgesteld aan de teststof. ndanks dat het protocol voorschrijft dat de doseringen zo hoog moeten worden gekozen dat toxiciteit bij de moederdieren optreedt, zijn er geen selectieve effecten op het nageslacht vastgesteld. 3.3.2. Risico s van polycyclische muskusverbindingen voor het milieu Vanwege de slechte biologische afbreekbaarheid en het hoge verbruiksvolume was het te verwachten, dat AHTN en HHCB in het

153 10 Polycyclische muskusverbindingen milieu zouden worden aangetroffen. Daarom werd door het RIFM in 1994 onderzoek naar de milieueffecten van deze stoffen gestart. Modelberekeningen gebaseerd op de structuur, de fysisch-chemische eigenschappen en het gebruik voorspelden dat er een uitgebreid onderzoek nodig zou zijn voor een deugdelijke risicoanalyse. Daarbij moest ook rekening gehouden worden met chronische toxiciteit voor het aquatisch milieu en effecten op bodemorganismen. Deze tests zijn aangevuld met onderzoek naar de afbreekbaarheid door bodemorganismen en met metingen van concentraties in rioolslib. De verkregen resultaten en de gerapporteerde concentraties zijn verwerkt in een milieu-risico-evaluatie uitgevoerd door het Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu (RIVM) in samenwerking met de Nederlandse geurstoffenindustrie en het RIFM (1997). De belangrijkste conclusies zijn: Wanneer de evaluatie gebaseerd wordt op modelberekeningen wordt het geen-effect niveau voor waterorganismen en predatoren niet overschreden. Voor het bodemcompartiment en sediment geeft het rekenmodel waarden die niet aansluiten bij de meetgegevens. Metingen in rioolslib laten zien dat het rekenmodel de concentraties duidelijk overschat en dat het model niet met de werkelijke situatie overeenkomt. Een mogelijke verklaring van deze afwijking is dat deze stoffen tijdens de compostering worden afgebroken. Het RIVM heeft besloten voor de berekening van waarden van polycyclische muskusverbindingen in bodem en sediment het rekenmodel niet te gebruiken voor risico-analyse. Risk Characterization Ratios (RCRs, verhouding milieuconcentratie gedeeld door het voorspelde geen-effect niveau) gebaseerd op gemeten milieuconcentraties leveren RCRs onder 0,1 op voor het aquatisch milieu, vis of wormen etende predatoren. Voor in het sediment respectievelijk in de bodem levende organismen zijn de RCRs voor AHTN 0,4 en 0,8 en voor HHCB 0,06 en 1,2. pgemerkt kan worden dat de door het RIVM uitgevoerde risicoanalyse de in het laboratorium aangetoonde biologische afbraak door algemeen voorkomende bodem microorganismen buiten beschouwing laat.

153 11 3.4. Wet- en regelgeving Er is geen sectorale wet- en regelgeving voor geurstoffen. Productie en het in de handel brengen van geurstoffen vallen onder de algemene chemische stoffen wetgeving. In Nederland is dat de Wet milieugevaarlijke stoffen (Wms), die de Europese regelgeving op dit gebied implementeert. De Wms voorziet onder meer in een indeling van chemische stoffen naar hun fysisch-chemische, gezondheid- en milieugevaren. Dit gebeurt op grond van bekende testgegevens en in de wet vastgelegde criteria. Volgens deze criteria hoeven AHTN en HHCB niet ingedeeld te worden m.b.t. fysisch-chemische gevaren; m.b.t. gezondheidsgevaren is AHTN wél en HHCB niet als schadelijk ingedeeld. Beide stoffen zijn echter wel ingedeeld als schadelijk voor het milieu. Een wettelijk instrument dat toegepast kan worden om het gebruik van geurstoffen in cosmetische producten te regelen, is het Warenwetbesluit Cosmetische Producten. De regelgeving biedt de overheid de mogelijkheid het gebruik van bepaalde ingrediënten te verbieden of te beperken. Dit gebeurt door de Europese Commissie, in samenwerking met de Lidstaten en op advies van het Wetenschappelijk Comité voor Cosmetologie (SCC). Eind 1996 zijn door de industrie dossiers ter onderbouwing van het veilig gebruik van de polycyclische muskusgeurstoffen bij de SCC ingediend die regelmatig worden aangevuld met nieuwe gegevens. p grond van deze gegevens heeft de SCC geen aanleiding gezien om tot (voorlopige) beperkingen over te gaan. Een definitieve uitspraak over deze stoffen zal later gedaan worden. Meer gedetailleerde informatie over dit onderwerp kan verkregen worden bij de Vereniging van Geur- en Smaakstoffenfabrikanten NEA, Postbus 411, 1400 Bussum (tel: 035-694 89 11) en bij IFRA Å 8, rue Charles Humbert, CH-1205, Genève, Zwitserland (tel. 00-41 22 321548) of RIFM Two University Plaza, Suite 406, Hackensack, NJ. 07601, USA (tel: 00-1 201 4885527).

153 12 Polycyclische muskusverbindingen 4. Literatuur E. J. van de Plasche and F. Balk; Environmental risk assessment of the polycyclic musks AHTN and HHCB according to the EU-TGD, RIVM Report No. 6015030 008, December 1997. Jojanneke Claasen; Tussen neus en lippen, Tirion (1993). Robert R. Calkin and J. Stephan Jellinek: Perfumery: practice and principles, Allured Publishers (1994).