Indholdsfortegnelse for denne artikel:
1. Udvikling af aminosyrer
2. Strukturelle egenskaber
3. Kemisk sammensætning
4.Klassificering
5. Syntese
6. Fysisk-kemiske egenskaber
7. Toksicitet
8. Antimikrobiel aktivitet
9. Rheologiske egenskaber
10. Anvendelser i kosmetikindustrien
11. Anvendelser i hverdagskosmetik
Aminosyreoverfladeaktive stoffer (AAS)er en klasse af overfladeaktive stoffer dannet ved at kombinere hydrofobe grupper med en eller flere aminosyrer.I dette tilfælde kan aminosyrerne være syntetiske eller afledt af proteinhydrolysater eller lignende vedvarende kilder.Dette papir dækker detaljerne i de fleste af de tilgængelige syntetiske ruter for AAS og virkningen af forskellige ruter på de fysisk-kemiske egenskaber af slutprodukterne, herunder opløselighed, dispersionsstabilitet, toksicitet og biologisk nedbrydelighed.Som en klasse af overfladeaktive stoffer i stigende efterspørgsel tilbyder AAS's alsidighed på grund af deres variable struktur et stort antal kommercielle muligheder.
I betragtning af at overfladeaktive stoffer er meget udbredt i rengøringsmidler, emulgatorer, korrosionsinhibitorer, tertiær oliegenvinding og lægemidler, er forskere aldrig holdt op med at være opmærksomme på overfladeaktive stoffer.
Overfladeaktive stoffer er de mest repræsentative kemiske produkter, der indtages i store mængder på daglig basis rundt om i verden og har haft en negativ indvirkning på vandmiljøet.Undersøgelser har vist, at den udbredte brug af traditionelle overfladeaktive stoffer kan have en negativ indvirkning på miljøet.
I dag er ikke-toksicitet, bionedbrydelighed og biokompatibilitet næsten lige så vigtige for forbrugerne som overfladeaktive stoffers anvendelighed og ydeevne.
Biooverfladeaktive stoffer er miljøvenlige bæredygtige overfladeaktive stoffer, der naturligt syntetiseres af mikroorganismer såsom bakterier, svampe og gær, eller udskilles ekstracellulært.Derfor kan biooverfladeaktive midler også fremstilles ved molekylært design for at efterligne naturlige amfifile strukturer, såsom phospholipider, alkylglycosider og acylaminosyrer.
Aminosyre overfladeaktive stoffer (AAS)er et af de typiske overfladeaktive stoffer, normalt fremstillet af animalske eller landbrugsmæssige råvarer.I løbet af de sidste to årtier har AAS tiltrukket sig stor interesse fra forskere som nye overfladeaktive stoffer, ikke kun fordi de kan syntetiseres fra vedvarende ressourcer, men også fordi AAS er let nedbrydelige og har harmløse biprodukter, hvilket gør dem sikrere for miljø.
AAS kan defineres som en klasse af overfladeaktive stoffer bestående af aminosyrer indeholdende aminosyregrupper (HO 2 C-CHR-NH 2) eller aminosyrerester (HO 2 C-CHR-NH-).De 2 funktionelle regioner af aminosyrer muliggør udledning af en lang række overfladeaktive stoffer.I alt 20 standardproteinogene aminosyrer er kendt for at eksistere i naturen og er ansvarlige for alle fysiologiske reaktioner i vækst og livsaktiviteter.De adskiller sig kun fra hinanden i henhold til resten R (figur 1, pka er den negative logaritme af opløsningens syredissociationskonstant).Nogle er ikke-polære og hydrofobe, nogle er polære og hydrofile, nogle er basiske og nogle er sure.
Fordi aminosyrer er fornyelige forbindelser, har overfladeaktive stoffer syntetiseret fra aminosyrer også et højt potentiale for at blive bæredygtige og miljøvenlige.Den enkle og naturlige struktur, lave toksicitet og hurtige biologiske nedbrydelighed gør dem ofte overlegne i forhold til konventionelle overfladeaktive stoffer.Ved at bruge vedvarende råmaterialer (f.eks. aminosyrer og vegetabilske olier) kan AAS fremstilles ad forskellige bioteknologiske veje og kemiske veje.
I begyndelsen af det 20. århundrede blev aminosyrer først opdaget til at blive brugt som substrater til syntese af overfladeaktive stoffer.AAS blev hovedsageligt brugt som konserveringsmidler i farmaceutiske og kosmetiske formuleringer.Derudover blev AAS fundet at være biologisk aktiv mod en række sygdomsfremkaldende bakterier, tumorer og vira.I 1988 skabte tilgængeligheden af billige AAS forskningsinteresse i overfladeaktivitet.I dag, med udviklingen af bioteknologi, er nogle aminosyrer også i stand til at syntetiseres kommercielt i stor skala af gær, hvilket indirekte beviser, at AAS-produktion er mere miljøvenlig.
01 Udvikling af aminosyrer
Så tidligt som i det tidlige 19. århundrede, da naturligt forekommende aminosyrer først blev opdaget, blev deres strukturer forudsagt at være ekstremt værdifulde - anvendelige som råmaterialer til fremstilling af amfifiler.Den første undersøgelse af syntesen af AAS blev rapporteret af Bondi i 1909.
I den undersøgelse blev N-acylglycin og N-acylalanin introduceret som hydrofile grupper for overfladeaktive stoffer.Efterfølgende arbejde involverede syntesen af lipoaminosyrer (AAS) ved hjælp af glycin og alanin, og Hentrich et al.offentliggjort en række resultater,herunder den første patentansøgning om anvendelse af acylsarcosinat og acylaspartatsalte som overfladeaktive stoffer i husholdningsrengøringsprodukter (f.eks. shampoo, rengøringsmidler og tandpastaer).Efterfølgende undersøgte mange forskere syntesen og de fysisk-kemiske egenskaber af acylaminosyrer.Til dato er der udgivet en stor mængde litteratur om syntese, egenskaber, industrielle anvendelser og bionedbrydelighed af AAS.
02 Strukturelle egenskaber
De ikke-polære hydrofobe fedtsyrekæder af AAS kan variere i struktur, kædelængde og antal.Den strukturelle mangfoldighed og høje overfladeaktivitet af AAS forklarer deres brede sammensætningsdiversitet og fysisk-kemiske og biologiske egenskaber.Hovedgrupperne i AAS er sammensat af aminosyrer eller peptider.Forskellene i hovedgrupperne bestemmer adsorptionen, aggregeringen og den biologiske aktivitet af disse overfladeaktive stoffer.De funktionelle grupper i hovedgruppen bestemmer derefter typen af AAS, herunder kationisk, anionisk, nonionisk og amfoter.Kombinationen af hydrofile aminosyrer og hydrofobe langkædede dele danner en amfifil struktur, der gør molekylet yderst overfladeaktivt.Derudover hjælper tilstedeværelsen af asymmetriske kulstofatomer i molekylet til at danne chirale molekyler.
03 Kemisk sammensætning
Alle peptider og polypeptider er polymeriseringsprodukterne af disse næsten 20 α-proteinogene α-aminosyrer.Alle 20 α-aminosyrer indeholder en funktionel carboxylsyregruppe (-COOH) og en aminofunktionel gruppe (-NH 2), begge bundet til det samme tetraedriske α-carbonatom.Aminosyrer adskiller sig fra hinanden ved de forskellige R-grupper, der er knyttet til α-carbonet (undtagen lycin, hvor R-gruppen er hydrogen.) R-grupperne kan afvige i struktur, størrelse og ladning (surhed, alkalinitet).Disse forskelle bestemmer også opløseligheden af aminosyrer i vand.
Aminosyrer er chirale (undtagen glycin) og er optisk aktive af natur, fordi de har fire forskellige substituenter knyttet til alfa-carbonet.Aminosyrer har to mulige konformationer;de er ikke-overlappende spejlbilleder af hinanden, på trods af at antallet af L-stereoisomerer er væsentligt højere.R-gruppen til stede i nogle aminosyrer (phenylalanin, tyrosin og tryptophan) er aryl, hvilket fører til en maksimal UV-absorption ved 280 nm.Den sure α-COOH og den basiske α-NH 2 i aminosyrer er i stand til at ionisere, og begge stereoisomerer, uanset hvad de er, konstruerer ioniseringsligevægten vist nedenfor.
R-COOH ↔R-COO-＋H＋
R-NH3＋↔R-NH2＋H＋
Som vist i ioniseringsligevægten ovenfor indeholder aminosyrer mindst to svagt sure grupper;carboxylgruppen er dog meget mere sur sammenlignet med den protonerede aminogruppe.pH 7,4, carboxylgruppen er deprotoneret, mens aminogruppen er protoneret.Aminosyrer med ikke-ioniserbare R-grupper er elektrisk neutrale ved denne pH og danner zwitterion.
04 Klassifikation
AAS kan klassificeres efter fire kriterier, som er beskrevet nedenfor.
4.1 Ifølge oprindelsen
| I henhold til oprindelsen kan AAS opdeles i 2 kategorier som følger. ① Naturlig kategori Nogle naturligt forekommende forbindelser, der indeholder aminosyrer, har også evnen til at reducere overflade/grænsefladespænding, og nogle overstiger endda effektiviteten af glycolipider.Disse AAS er også kendt som lipopeptider.Lipopeptider er forbindelser med lav molekylvægt, sædvanligvis produceret af Bacillus-arter.
Sådanne AAS er yderligere opdelt i 3 underklasser:surfactin, iturin og fengycin.
|
| Familien af overfladeaktive peptider omfatter heptapeptidvarianter af en række stoffer,som vist i figur 2a, hvor en C12-C16 umættet β-hydroxyfedtsyrekæde er bundet til peptidet.Det overfladeaktive peptid er en makrocyklisk lacton, hvori ringen er lukket ved katalyse mellem C-terminalen af β-hydroxyfedtsyren og peptidet. I underklassen af iturin er der seks hovedvarianter, nemlig iturin A og C, mycosubtilin og bacillomycin D, F og L.I alle tilfælde er heptapeptiderne koblet til C14-C17-kæderne af β-aminofedtsyrer (kæderne kan være forskellige).I tilfælde af ekurimycinerne kan aminogruppen i β-positionen danne en amidbinding med C-terminalen og dermed danne en makrocyklisk lactamstruktur.
Underklassen fengycin indeholder fengycin A og B, som også kaldes plipastatin, når Tyr9 er D-konfigureret.Decapeptidet er bundet til en C14-C18 mættet eller umættet β-hydroxyfedtsyrekæde.Strukturelt er plipastatin også en makrocyklisk lacton, der indeholder en Tyr-sidekæde i position 3 i peptidsekvensen og danner en esterbinding med den C-terminale rest, og danner således en indre ringstruktur (som det er tilfældet for mange Pseudomonas lipopeptider).
② Syntetisk kategori AAS kan også syntetiseres ved at bruge en hvilken som helst af de sure, basiske og neutrale aminosyrer.Almindelige aminosyrer, der anvendes til syntese af AAS, er glutaminsyre, serin, prolin, asparaginsyre, glycin, arginin, alanin, leucin og proteinhydrolysater.Denne underklasse af overfladeaktive midler kan fremstilles ved kemiske, enzymatiske og kemoenzymatiske metoder;til fremstilling af AAS er kemisk syntese imidlertid mere økonomisk gennemførlig.Almindelige eksempler omfatter N-lauroyl-L-glutaminsyre og N-palmitoyl-L-glutaminsyre.
|
4.2 Baseret på alifatiske kædesubstituenter
Baseret på de alifatiske kædesubstituenter kan aminosyrebaserede overfladeaktive stoffer opdeles i 2 typer.
Ifølge substituentens position
| ①N-substitueret AAS I N-substituerede forbindelser erstattes en aminogruppe med en lipofil gruppe eller en carboxylgruppe, hvilket resulterer i et tab af basicitet.det enkleste eksempel på N-substitueret AAS er N-acylaminosyrer, som i det væsentlige er anioniske overfladeaktive stoffer.n-substituerede AAS har en amidbinding bundet mellem de hydrofobe og hydrofile dele.Amidbindingen har evnen til at danne en brintbinding, hvilket letter nedbrydningen af dette overfladeaktive stof i et surt miljø og dermed gør det biologisk nedbrydeligt.
②C-substitueret AAS I C-substituerede forbindelser sker substitutionen ved carboxylgruppen (via en amid- eller esterbinding).Typiske C-substituerede forbindelser (f.eks. estere eller amider) er i det væsentlige kationiske overfladeaktive stoffer.
③N- og C-substitueret AAS I denne type overfladeaktive stoffer er både amino- og carboxylgrupperne den hydrofile del.Denne type er i det væsentlige et amfotert overfladeaktivt middel. |
4.3 Ifølge antallet af hydrofobe haler
Baseret på antallet af hovedgrupper og hydrofobe haler kan AAS opdeles i fire grupper.Ligekædet AAS, Gemini (dimer) type AAS, Glycerolipid type AAS og bicephalic amfifil (Bola) type AAS.ligekædede overfladeaktive stoffer er overfladeaktive stoffer bestående af aminosyrer med kun én hydrofob hale (figur 3).Gemini type AAS har to polære hovedgrupper af aminosyrer og to hydrofobe haler pr. molekyle (figur 4).I denne type struktur er de to ligekædede AAS forbundet med en spacer og kaldes derfor også dimerer.I Glycerolipid type AAS er de to hydrofobe haler på den anden side knyttet til den samme aminosyrehovedgruppe.Disse overfladeaktive stoffer kan betragtes som analoger af monoglycerider, diglycerider og phospholipider, mens i Bola-type AAS er to aminosyrehovedgrupper forbundet med en hydrofob hale.
4.4 Alt efter typen af hovedgruppe
①Kationisk AAS
Hovedgruppen af denne type overfladeaktive stoffer har en positiv ladning.Den tidligste kationiske AAS er ethylcocoylarginat, som er et pyrrolidoncarboxylat.De unikke og forskelligartede egenskaber af dette overfladeaktive middel gør det nyttigt i desinfektionsmidler, antimikrobielle midler, antistatiske midler, hårbalsam, samt at det er skånsomt for øjnene og huden og er let biologisk nedbrydeligt.Singare og Mhatre syntetiserede arginin-baseret kationisk AAS og evaluerede deres fysisk-kemiske egenskaber.I denne undersøgelse hævdede de høje udbytter af produkterne opnået under anvendelse af Schotten-Baumann reaktionsbetingelser.Med stigende alkylkædelængde og hydrofobicitet blev overfladeaktiviteten af det overfladeaktive middel fundet at stige og den kritiske micellekoncentration (cmc) at falde.En anden er det kvaternære acylprotein, som almindeligvis bruges som balsam i hårplejeprodukter.
②Anionisk AAS
I anioniske overfladeaktive stoffer har den polære hovedgruppe af det overfladeaktive middel en negativ ladning.Sarcosin (CH 3 -NH-CH 2 -COOH, N-methylglycin), en aminosyre, der almindeligvis findes i søpindsvin og søstjerner, er kemisk beslægtet med glycin (NH 2 -CH 2 -COOH,), en basisk aminosyre fundet i pattedyrsceller.-COOH,) er kemisk beslægtet med glycin, som er en basisk aminosyre, der findes i pattedyrsceller.Laurinsyre, tetradecansyre, oliesyre og deres halogenider og estere bruges almindeligvis til at syntetisere sarcosinat-overfladeaktive stoffer.Sarcosinater er i sagens natur milde og er derfor almindeligt anvendt i mundskyllevand, shampoo, spraybarberskum, solcremer, hudrensemidler og andre kosmetiske produkter.
Andre kommercielt tilgængelige anioniske AAS omfatter Amisoft CS-22 og AmiliteGCK-12, som er handelsnavne for henholdsvis natrium-N-cocoyl-L-glutamat og kalium-N-cocoylglycinat.Amilite er almindeligt anvendt som skummende middel, rengøringsmiddel, solubiliseringsmiddel, emulgator og dispergeringsmiddel og har mange anvendelser i kosmetik, såsom shampoo, badesæber, kropsvaske, tandpastaer, ansigtsrens, rensesæber, kontaktlinserensemidler og husholdningsoverfladeaktive stoffer.Amisoft bruges som en mild hud- og hårrens, hovedsageligt i ansigts- og kropsrensemidler, syntetiske blokeringsmidler, kropsplejeprodukter, shampoo og andre hudplejeprodukter.
③zwitterionisk eller amfoterisk AAS
Amfotere overfladeaktive stoffer indeholder både sure og basiske steder og kan derfor ændre deres ladning ved at ændre pH-værdien.I alkaliske medier opfører de sig som anioniske overfladeaktive stoffer, mens de i sure miljøer opfører sig som kationiske overfladeaktive stoffer og i neutrale medier som amfotere overfladeaktive stoffer.Lauryl lysin (LL) og alkoxy (2-hydroxypropyl) arginin er de eneste kendte amfotere overfladeaktive stoffer baseret på aminosyrer.LL er et kondensationsprodukt af lysin og laurinsyre.På grund af sin amfotere struktur er LL uopløselig i næsten alle typer opløsningsmidler, undtagen meget alkaliske eller sure opløsningsmidler.Som et organisk pulver har LL fremragende vedhæftning til hydrofile overflader og en lav friktionskoefficient, hvilket giver dette overfladeaktive middel fremragende smøreevne.LL er meget brugt i hudcremer og hårbalsam, og bruges også som glidecreme.
④ Ikke-ionisk AAS
Ikke-ioniske overfladeaktive stoffer er karakteriseret ved polære hovedgrupper uden formelle ladninger.otte nye ethoxylerede ikke-ioniske overfladeaktive midler blev fremstillet af Al-Sabagh et al.fra olieopløselige a-aminosyrer.I denne proces blev L-phenylalanin (LEP) og L-leucin først esterificeret med hexadecanol, efterfulgt af amidering med palmitinsyre for at give to amider og to estere af a-aminosyrer.Amiderne og esterne undergik derefter kondensationsreaktioner med ethylenoxid til fremstilling af tre phenylalaninderivater med forskellige antal polyoxyethylenenheder (40, 60 og 100).Disse ikke-ioniske AAS viste sig at have gode rensende og skummende egenskaber.
05 Syntese
5.1 Grundlæggende syntetisk rute
I AAS kan hydrofobe grupper bindes til amin- eller carboxylsyresteder eller gennem aminosyrernes sidekæder.Baseret på dette er fire grundlæggende syntetiske ruter tilgængelige, som vist i figur 5.
Fig.5 Fundamentale synteseveje for aminosyrebaserede overfladeaktive stoffer
| Vej 1. Amfifile esteraminer fremstilles ved esterificeringsreaktioner, i hvilket tilfælde den overfladeaktive syntese normalt opnås ved tilbagesvaling af fedtalkoholer og aminosyrer i nærværelse af et dehydreringsmiddel og en sur katalysator.I nogle reaktioner fungerer svovlsyre som både en katalysator og et dehydreringsmiddel.
Vej 2. Aktiverede aminosyrer reagerer med alkylaminer og danner amidbindinger, hvilket resulterer i syntesen af amfifile amidoaminer.
Vej 3. Amidosyrer syntetiseres ved at reagere aminosyrernes amingrupper med Amidosyrer.
Vej 4. Langkædede alkylaminosyrer blev syntetiseret ved omsætning af amingrupper med halogenalkaner. |
5.2 Fremskridt inden for syntese og produktion
5.2.1 Syntese af enkeltkædede aminosyre/peptid-overfladeaktive stoffer
N-acyl- eller O-acyl-aminosyrer eller -peptider kan syntetiseres ved enzymkatalyseret acylering af amin- eller hydroxylgrupper med fedtsyrer.Den tidligste rapport om den opløsningsmiddelfrie lipase-katalyserede syntese af aminosyreamid- eller methylesterderivater brugte Candida antarctica, med udbytter fra 25 % til 90 % afhængigt af målaminosyren.Methylethylketon er også blevet brugt som opløsningsmiddel i nogle reaktioner.Vonderhagen et al.beskrev også lipase- og protease-katalyserede N-acyleringsreaktioner af aminosyrer, proteinhydrolysater og/eller deres derivater under anvendelse af en blanding af vand og organiske opløsningsmidler (f.eks. dimethylformamid/vand) og methylbutylketon.
I de tidlige dage var hovedproblemet med enzymkatalyseret syntese af AAS de lave udbytter.Ifølge Valivety et al.udbyttet af N-tetradecanoyl-aminosyrederivater var kun 2%-10% selv efter anvendelse af forskellige lipaser og inkubation ved 70°C i mange dage.Montet et al.stødte også på problemer vedrørende det lave udbytte af aminosyrer i syntesen af N-acyllysin under anvendelse af fedtsyrer og vegetabilske olier.Ifølge dem var det maksimale udbytte af produktet 19% under opløsningsmiddelfrie betingelser og ved anvendelse af organiske opløsningsmidler.det samme problem blev stødt på af Valivety et al.ved syntesen af N-Cbz-L-lysin eller N-Cbz-lysin-methylesterderivater.
I denne undersøgelse hævdede de, at udbyttet af 3-O-tetradecanoyl-L-serin var 80 % ved anvendelse af N-beskyttet serin som substrat og Novozyme 435 som katalysator i et smeltet opløsningsmiddelfrit miljø.Nagao og Kito undersøgte O-acyleringen af L-serin, L-homoserin, L-threonin og L-tyrosin (LET) ved brug af lipase. Resultaterne af reaktionen (lipase blev opnået af Candida cylindracea og Rhizopus delemar i vandigt buffermedium) og rapporterede, at udbyttet af acylering af L-homoserin og L-serin var noget lavt, mens ingen acylering af L-threonin og LET fandt sted.
Mange forskere har støttet brugen af billige og let tilgængelige substrater til syntese af omkostningseffektiv AAS.Soo et al.hævdede, at fremstillingen af palmeoliebaserede overfladeaktive stoffer fungerer bedst med immobiliseret lipoenzym.De bemærkede, at udbyttet af produkterne ville være bedre på trods af den tidskrævende reaktion (6 dage).Gerova et al.undersøgte syntesen og overfladeaktiviteten af chiral N-palmitoyl AAS baseret på methionin, prolin, leucin, threonin, phenylalanin og phenylglycin i en cyklisk/racemisk blanding.Pang og Chu beskrev syntesen af aminosyrebaserede monomerer og dicarboxylsyrebaserede monomerer i opløsning. En række funktionelle og bionedbrydelige aminosyrebaserede polyamidestere blev syntetiseret ved co-kondensationsreaktioner i opløsning.
Cantaeuzene og Guerreiro rapporterede esterificeringen af carboxylsyregrupper i Boc-Ala-OH og Boc-Asp-OH med langkædede alifatiske alkoholer og dioler, med dichlormethan som opløsningsmiddel og agarose 4B (Sepharose 4B) som katalysator.I denne undersøgelse gav reaktionen af Boc-Ala-OH med fedtalkoholer op til 16 carbonatomer gode udbytter (51%), mens for Boc-Asp-OH var 6 og 12 carbonatomer bedre, med et tilsvarende udbytte på 63% [64 ].99,9 %) i udbytter i området fra 58 % til 76 %, som blev syntetiseret ved dannelse af amidbindinger med forskellige langkædede alkylaminer eller esterbindinger med fedtalkoholer af Cbz-Arg-OMe, hvor papain fungerede som en katalysator.
5.2.2 Syntese af gemini-baserede aminosyre/peptid-overfladeaktive stoffer
Aminosyrebaserede gemini-overfladeaktive stoffer består af to ligekædede AAS-molekyler, der er koblet head-to-head til hinanden af en spacer-gruppe.Der er 2 mulige skemaer for den kemoenzymatiske syntese af aminosyrebaserede overfladeaktive stoffer af gemini-typen (figur 6 og 7).I figur 6 omsættes 2 aminosyrederivater med forbindelsen som en spacergruppe, og derefter indføres 2 hydrofobe grupper.I figur 7 er de 2 ligekædede strukturer direkte forbundet med en bifunktionel afstandsgruppe.
Den tidligste udvikling af enzymkatalyseret syntese af gemini-lipoaminosyrer blev pioneret af Valivety et al.Yoshimura et al.undersøgte syntesen, adsorptionen og aggregeringen af et aminosyrebaseret gemini-overfladeaktivt stof baseret på cystin og n-alkylbromid.De syntetiserede overfladeaktive midler blev sammenlignet med de tilsvarende monomere overfladeaktive midler.Faustino et al.beskrev syntesen af anionisk urea-baseret monomer AAS baseret på L-cystin, D-cystin, DL-cystin, L-cystein, L-methionin og L-sulfoalanin og deres par af tvillinger ved hjælp af ledningsevne, ligevægtsoverfladespænding og stabil -stat fluorescens karakterisering af dem.Det blev vist, at cmc-værdien af gemini var lavere ved at sammenligne monomer og gemini.
Fig.6 Syntese af gemini AAS ved hjælp af AA-derivater og spacer, efterfulgt af indsættelse af den hydrofobe gruppe
Fig.7 Syntese af gemini AAS'er ved hjælp af bifunktionel spacer og AAS
5.2.3 Syntese af glycerolipid aminosyre/peptid overfladeaktive stoffer
Glycerolipid aminosyre/peptid overfladeaktive stoffer er en ny klasse af lipid aminosyrer, der er strukturelle analoger af glycerol mono- (eller di-) estere og phospholipider, på grund af deres struktur af en eller to fedtkæder med en aminosyre knyttet til glycerol rygraden ved en esterbinding.Syntesen af disse overfladeaktive stoffer starter med fremstillingen af glycerolestere af aminosyrer ved forhøjede temperaturer og i nærværelse af en sur katalysator (f.eks. BF 3).Enzymkatalyseret syntese (ved anvendelse af hydrolaser, proteaser og lipaser som katalysatorer) er også en god mulighed (figur 8).
Den enzymkatalyserede syntese af dilaurylerede argininglyceridkonjugater under anvendelse af papain er blevet rapporteret.Syntese af diacylglycerolesterkonjugater fra acetylarginin og evaluering af deres fysisk-kemiske egenskaber er også blevet rapporteret.
Fig.8 Syntese af mono- og diacylglycerolaminosyrekonjugater
afstandsstykke: NH-(CH2)10-NH: forbindelse B1
afstandsstykke: NH-C6H4-NH: forbindelse B2
spacer: CH2-CH2: forbindelse B3
Fig.9 Syntese af symmetriske amfifiler afledt af Tris(hydroxymethyl)aminomethan
5.2.4 Syntese af bola-baserede aminosyre/peptid-overfladeaktive stoffer
Aminosyrebaserede amfifiler af bola-typen indeholder 2 aminosyrer, der er knyttet til den samme hydrofobe kæde.Franceschi et al.beskrev syntesen af bola-type amfifiler med 2 aminosyrer (D- eller L-alanin eller L-histidin) og 1 alkylkæde af forskellig længde og undersøgte deres overfladeaktivitet.De diskuterer syntesen og aggregeringen af hidtil ukendte amfifiler af bola-typen med en aminosyrefraktion (ved anvendelse af enten en ualmindelig β-aminosyre eller en alkohol) og en C12-C20 spacergruppe.De usædvanlige anvendte β-aminosyrer kan være en sukkeraminosyre, en azidothymin (AZT)-afledt aminosyre, en norbornen-aminosyre og en aminoalkohol afledt af AZT (figur 9).syntesen af symmetriske amfifiler af bola-typen afledt af tris(hydroxymethyl)aminomethan (Tris) (figur 9).
06 Fysisk-kemiske egenskaber
Det er velkendt, at aminosyrebaserede overfladeaktive stoffer (AAS) er forskelligartede og alsidige i naturen og har god anvendelighed i mange applikationer, såsom god solubilisering, gode emulgeringsegenskaber, høj effektivitet, høj overfladeaktivitet og god modstandsdygtighed over for hårdt vand (calciumion). tolerance).
Baseret på aminosyrernes overfladeaktive egenskaber (f.eks. overfladespænding, cmc, faseadfærd og Krafft-temperatur) blev følgende konklusioner nået efter omfattende undersøgelser - overfladeaktiviteten af AAS er overlegen i forhold til dets konventionelle overfladeaktive modstykke.
6.1 Kritisk micellekoncentration (cmc)
Kritisk micellekoncentration er en af de vigtige parametre for overfladeaktive stoffer og styrer mange overfladeaktive egenskaber såsom solubilisering, cellelyse og dens interaktion med biofilm osv. Generelt fører en forøgelse af kædelængden af kulbrintehalen (øgende hydrofobicitet) til et fald i cmc-værdien af den overfladeaktive opløsning, hvilket øger dens overfladeaktivitet.Tensider baseret på aminosyrer har normalt lavere cmc-værdier sammenlignet med konventionelle overfladeaktive stoffer.
Gennem forskellige kombinationer af hovedgrupper og hydrofobe haler (monokationisk amid, bi-kationisk amid, bi-kationisk amid-baseret ester), Infante et al.syntetiserede tre arginin-baserede AAS og studerede deres cmc og γcmc (overfladespænding ved cmc), hvilket viste, at cmc- og γcmc-værdierne faldt med stigende hydrofob halelængde.I en anden undersøgelse fandt Singare og Mhatre, at cmc af N-α-acylarginin overfladeaktive stoffer faldt med stigning i antallet af hydrofobe halecarbonatomer (tabel 1).
Yoshimura et al.undersøgte cmc af cystein-afledte aminosyre-baserede gemini-overfladeaktive stoffer og viste, at cmc faldt, når carbonkædelængden i den hydrofobe kæde blev øget fra 10 til 12. Yderligere forøgelse af carbonkædelængden til 14 resulterede i en stigning i cmc, hvilket bekræftede, at langkædede gemini-overfladeaktive stoffer har en lavere tendens til at aggregere.
Faustino et al.rapporterede dannelsen af blandede miceller i vandige opløsninger af anioniske gemini-overfladeaktive stoffer baseret på cystin.Tvillingernes overfladeaktive midler blev også sammenlignet med de tilsvarende konventionelle monomere overfladeaktive midler (C8Cys).cmc-værdierne for lipid-overfladeaktive blandinger blev rapporteret at være lavere end for rene overfladeaktive stoffer.gemini-overfladeaktive stoffer og 1,2-diheptanoyl-sn-glyceryl-3-phosphocholin, et vandopløseligt, micelledannende phospholipid, havde cmc i det millimolære niveau.
Shrestha og Aramaki undersøgte dannelsen af viskoelastiske ormelignende miceller i vandige opløsninger af blandede aminosyrebaserede anioniske-nonioniske overfladeaktive stoffer i fravær af tilsætningssalte.I denne undersøgelse blev N-dodecylglutamat fundet at have en højere Krafft-temperatur;Men når den blev neutraliseret med den basiske aminosyre L-lysin, dannede den miceller, og opløsningen begyndte at opføre sig som en newtonsk væske ved 25 °C.
6.2 God vandopløselighed
Den gode vandopløselighed af AAS skyldes tilstedeværelsen af yderligere CO-NH-bindinger.Dette gør AAS mere biologisk nedbrydeligt og miljøvenligt end de tilsvarende konventionelle overfladeaktive stoffer.Vandopløseligheden af N-acyl-L-glutaminsyre er endnu bedre på grund af dens 2 carboxylgrupper.Vandopløseligheden af Cn(CA) 2 er også god, fordi der er 2 ioniske arginingrupper i 1 molekyle, hvilket resulterer i mere effektiv adsorption og diffusion ved cellegrænsefladen og endda effektiv bakteriel hæmning ved lavere koncentrationer.
6.3 Kraffttemperatur og Krafftpunkt
Kraffttemperatur kan forstås som den specifikke opløselighedsadfærd af overfladeaktive stoffer, hvis opløselighed stiger kraftigt over en bestemt temperatur.Ioniske overfladeaktive stoffer har en tendens til at danne faste hydrater, som kan udfældes fra vand.Ved en bestemt temperatur (den såkaldte Krafft-temperatur) observeres normalt en dramatisk og diskontinuerlig stigning i opløseligheden af overfladeaktive stoffer.Krafftpunktet for et ionisk overfladeaktivt stof er dets Krafft-temperatur ved cmc.
Denne opløselighedskarakteristik ses sædvanligvis for ioniske overfladeaktive stoffer og kan forklares som følger: opløseligheden af den overfladeaktive stoffri monomer er begrænset til under Krafft-temperaturen, indtil Krafft-punktet er nået, hvor dens opløselighed gradvist øges på grund af micelledannelse.For at sikre fuldstændig opløselighed er det nødvendigt at fremstille overfladeaktive formuleringer ved temperaturer over Krafft-punktet.
Krafft-temperaturen af AAS er blevet undersøgt og sammenlignet med den for konventionelle syntetiske overfladeaktive stoffer. Shrestha og Aramaki undersøgte Krafft-temperaturen af arginin-baseret AAS og fandt ud af, at den kritiske micellekoncentration udviste aggregeringsadfærd i form af præmiceller over 2-5 ×10-6 mol-L-1 efterfulgt af normal micelledannelse (Ohta et al. syntetiserede seks forskellige typer af N-hexadecanoyl AAS og diskuterede forholdet mellem deres Krafft-temperatur og aminosyrerester.
I forsøgene blev det fundet, at Krafft-temperaturen af N-hexadecanoyl AAS steg med aftagende størrelse af aminosyrerester (phenylalanin er en undtagelse), mens opløselighedsvarmen (varmeoptagelse) steg med aftagende størrelse af aminosyrerester (med undtagen glycin og phenylalanin).Det blev konkluderet, at i både alanin- og phenylalaninsystemer er DL-vekselvirkningen stærkere end LL-vekselvirkningen i den faste form af N-hexadecanoyl AAS-saltet.
Brito et al.bestemte Krafft-temperaturen for tre serier af nye aminosyrebaserede overfladeaktive stoffer ved hjælp af differentiel scanningsmikrokalorimetri og fandt ud af, at ændring af trifluoracetat-ionen til iodidion resulterede i en signifikant stigning i Krafft-temperaturen (ca. 6 °C), fra 47 °C til 53 °C C.Tilstedeværelsen af cis-dobbeltbindinger og umættetheden til stede i de langkædede Ser-derivater førte til et signifikant fald i Krafft-temperaturen.n-Dodecyl glutamat blev rapporteret at have en højere Krafft-temperatur.Neutralisering med den basiske aminosyre L-lysin resulterede imidlertid i dannelsen af miceller i opløsning, der opførte sig som newtonske væsker ved 25 °C.
6.4 Overfladespænding
Overfladespændingen af overfladeaktive stoffer er relateret til kædelængden af den hydrofobe del.Zhang et al.bestemte overfladespændingen af natriumcocoylglycinat ved Wilhelmy-plademetoden (25±0,2)°C og bestemte overfladespændingsværdien ved cmc som 33 mN-m-1, cmc som 0,21 mmol-L-1.Yoshimura et al.bestemte overfladespændingen af 2C n Cys type aminosyrebaseret overfladespænding af 2C n Cys-baserede overfladeaktive midler.Det blev fundet, at overfladespændingen ved cmc faldt med stigende kædelængde (indtil n = 8), mens tendensen var vendt for overfladeaktive stoffer med n = 12 eller længere kædelængder.
Virkningen af CaC1 2 på overfladespændingen af dicarboxylerede aminosyrebaserede overfladeaktive stoffer er også blevet undersøgt.I disse undersøgelser blev CaC1 2 tilsat til vandige opløsninger af tre dicarboxylerede aminosyre-type overfladeaktive midler (C12 MalNa 2, C12 AspNa 2 og C12 GluNa 2).Plateauværdierne efter cmc blev sammenlignet, og det viste sig, at overfladespændingen faldt ved meget lave CaC1 2 koncentrationer.Dette skyldes virkningen af calciumioner på arrangementet af det overfladeaktive middel ved gas-vand-grænsefladen.overfladespændingerne af saltene af N-dodecylaminomalonat og N-dodecylaspartat var på den anden side også næsten konstant op til 10 mmol-L -1 CaC1 2 koncentration.Over 10 mmol-L -1 stiger overfladespændingen kraftigt på grund af dannelsen af en udfældning af det overfladeaktive stofs calciumsalt.For dinatriumsaltet af N-dodecylglutamat resulterede moderat tilsætning af CaC1 2 i et signifikant fald i overfladespændingen, mens fortsat stigning i CaC1 2-koncentrationen ikke længere forårsagede signifikante ændringer.
For at bestemme adsorptionskinetikken af gemini-type AAS ved gas-vand-grænsefladen blev den dynamiske overfladespænding bestemt ved hjælp af den maksimale bobletrykmetode.Resultaterne viste, at den 2C 12 Cys dynamiske overfladespænding ikke ændrede sig i den længste testtid.Faldet i den dynamiske overfladespænding afhænger kun af koncentrationen, længden af de hydrofobe haler og antallet af hydrofobe haler.Stigende koncentration af overfladeaktivt stof, faldende kædelængde samt antallet af kæder resulterede i et hurtigere henfald.Resultaterne opnået for højere koncentrationer af C n Cys (n = 8 til 12) viste sig at være meget tæt på γ cmc målt ved Wilhelmy-metoden.
I en anden undersøgelse blev de dynamiske overfladespændinger af natriumdilaurylcystin (SDLC) og natriumdidekaminocystin bestemt ved Wilhelmy-plademetoden, og desuden blev ligevægtsoverfladespændingerne af deres vandige opløsninger bestemt ved dråbevolumenmetoden.Reaktionen af disulfidbindinger blev også undersøgt yderligere ved andre metoder.Tilsætningen af mercaptoethanol til 0,1 mmol-L-1SDLC-opløsning førte til en hurtig stigning i overfladespændingen fra 34 mN-m-1 til 53 mN-m-1.Da NaClO kan oxidere disulfidbindingerne af SDLC til sulfonsyregrupper, blev der ikke observeret aggregater, når NaClO (5 mmol-L-1) blev tilsat til 0,1 mmol-L-1 SDLC-opløsningen.Transmissionselektronmikroskopi og dynamiske lysspredningsresultater viste, at der ikke blev dannet aggregater i opløsningen.Overfladespændingen af SDLC viste sig at stige fra 34 mN-m-1 til 60 mN-m-1 over en periode på 20 min.
6.5 Binære overfladeinteraktioner
Inden for biovidenskaberne har en række grupper studeret vibrationsegenskaberne af blandinger af kationisk AAS (diacylglycerol arginin-baserede overfladeaktive stoffer) og phospholipider ved grænsefladen mellem gas og vand, og endelig konkluderet, at denne ikke-ideelle egenskab forårsager udbredelsen af elektrostatiske interaktioner.
6.6 Aggregationsejendomme
Dynamisk lysspredning bruges almindeligvis til at bestemme aggregeringsegenskaberne af aminosyrebaserede monomerer og gemini-overfladeaktive stoffer ved koncentrationer over cmc, hvilket giver en tilsyneladende hydrodynamisk diameter DH (= 2RH).Aggregaterne dannet af C n Cys og 2Cn Cys er relativt store og har en bred skalafordeling sammenlignet med andre overfladeaktive stoffer.Alle overfladeaktive stoffer undtagen 2C 12 Cys danner typisk aggregater på ca. 10 nm.micellestørrelser af gemini-overfladeaktive stoffer er betydeligt større end deres monomere modstykker.En stigning i carbonhydridkædelængden fører også til en stigning i micellestørrelse.ohta et al.beskrev aggregationsegenskaberne af tre forskellige stereoisomerer af N-dodecyl-phenyl-alanyl-phenyl-alanine tetramethylammonium i vandig opløsning og viste, at diastereoisomererne har den samme kritiske aggregationskoncentration i vandig opløsning.Iwahashi et al.Undersøgt ved cirkulær dikroisme, NMR og damptrykosmometri. Dannelsen af chirale aggregater af N-dodecanoyl-L-glutaminsyre, N-dodecanoyl-L-valin og deres methylestere i forskellige opløsningsmidler (såsom tetrahydrofuran, acetonitril, 1,4) -dioxan og 1,2-dichlorethan) med rotationsegenskaber blev undersøgt ved cirkulær dikroisme, NMR og damptryksosmometri.
6.7 Grænsefladeadsorption
Grænsefladeadsorptionen af aminosyrebaserede overfladeaktive stoffer og dens sammenligning med dens konventionelle modstykke er også en af forskningsretningerne.For eksempel blev grænsefladeadsorptionsegenskaberne for dodecylestere af aromatiske aminosyrer opnået fra LET og LEP undersøgt.Resultaterne viste, at LET og LEP udviste lavere grænsefladeområder ved henholdsvis gas-væske-grænsefladen og ved vand/hexan-grænsefladen.
Bordes et al.undersøgte opløsningsadfærden og adsorptionen ved gas-vand-grænsefladen af tre dicarboxylerede aminosyreoverfladeaktive stoffer, dinatriumsaltene af dodecylglutamat, dodecylaspartat og aminomalonat (med henholdsvis 3, 2 og 1 carbonatomer mellem de to carboxylgrupper).Ifølge denne rapport var cmc af de dicarboxylerede overfladeaktive stoffer 4-5 gange højere end for det monocarboxylerede dodecylglycinsalt.Dette tilskrives dannelsen af hydrogenbindinger mellem de dicarboxylerede overfladeaktive stoffer og tilstødende molekyler gennem amidgrupperne deri.
6.8 Faseadfærd
Isotropiske diskontinuerlige kubiske faser observeres for overfladeaktive stoffer i meget høje koncentrationer.Overfladeaktive molekyler med meget store hovedgrupper har tendens til at danne aggregater med mindre positiv krumning.marques et al.undersøgte faseadfærden for 12Lys12/12Ser- og 8Lys8/16Ser-systemerne (se figur 10), og resultaterne viste, at 12Lys12/12Ser-systemet har en faseadskillelseszone mellem de micellære og vesikulære opløsningsregioner, mens 8Lys8/16Ser-systemet. 8Lys8/16Ser-systemet viser en kontinuerlig overgang (forlænget micellær faseregion mellem den lille micellære faseregion og vesikelfaseregionen).Det skal bemærkes, at for vesikelregionen af 12Lys12/12Ser-systemet, er vesikler altid sameksisterende med miceller, mens vesikelregionen i 8Lys8/16Ser-systemet kun har vesikler.
Katanioniske blandinger af lysin- og serinbaserede overfladeaktive stoffer: symmetrisk 12Lys12/12Ser-par (venstre) og asymmetrisk 8Lys8/16Ser-par (højre)
6.9 Emulgerende evne
Kouchi et al.undersøgte emulgeringsevnen, grænsefladespændingen, dispergerbarheden og viskositeten af N-[3-dodecyl-2-hydroxypropyl]-L-arginin, L-glutamat og andre AAS.I sammenligning med syntetiske overfladeaktive stoffer (deres konventionelle ikke-ioniske og amfotere modstykker) viste resultaterne, at AAS har stærkere emulgerende evne end konventionelle overfladeaktive stoffer.
Baczko et al.syntetiserede nye anioniske aminosyreoverfladeaktive stoffer og undersøgte deres egnethed som chiralorienterede NMR-spektroskopi-opløsningsmidler.En række sulfonatbaserede amfifile L-Phe- eller L-Ala-derivater med forskellige hydrofobe haler (pentyl-tetradecyl) blev syntetiseret ved at reagere aminosyrer med o-sulfobenzoesyreanhydrid.Wu et al.syntetiserede natriumsalte af N-fedtacyl AAS ogundersøgte deres emulgeringsevne i olie-i-vand emulsioner, og resultaterne viste, at disse overfladeaktive stoffer klarede sig bedre med ethylacetat som oliefase end med n-hexan som oliefase.
6.10 Fremskridt inden for syntese og produktion
Modstandsdygtighed over for hårdt vand kan forstås som overfladeaktive stoffers evne til at modstå tilstedeværelsen af ioner såsom calcium og magnesium i hårdt vand, dvs. evnen til at undgå udfældning i calciumsæber.Overfladeaktive stoffer med høj modstandsdygtighed over for hårdt vand er meget nyttige til vaskemiddelformuleringer og produkter til personlig pleje.Modstandsdygtighed over for hårdt vand kan evalueres ved at beregne ændringen i opløselighed og overfladeaktivitet af det overfladeaktive middel i nærvær af calciumioner.
En anden måde at evaluere modstandsdygtigheden over for hårdt vand på er at beregne den procentdel eller gram af overfladeaktivt stof, der kræves for, at calciumsæben dannet af 100 g natriumoleat kan dispergeres i vand.I områder med højt hårdt vand kan høje koncentrationer af calcium- og magnesiumioner og mineralindhold gøre nogle praktiske anvendelser vanskelige.Ofte bruges natriumionen som modion af et syntetisk anionisk overfladeaktivt stof.Da den divalente calciumion er bundet til begge overfladeaktive molekyler, får det det overfladeaktive middel til at præcipitere lettere fra opløsning, hvilket gør detergens mindre sandsynligt.
Undersøgelsen af modstandsdygtigheden over for hårdt vand af AAS viste, at modstandsdygtigheden over for syre og hårdt vand var stærkt påvirket af en yderligere carboxylgruppe, og modstandsdygtigheden over for syre og hårdt vand steg yderligere med forøgelsen af længden af spacergruppen mellem de to carboxylgrupper .Rækkefølgen af modstandsdygtighed over for syre og hårdt vand var C 12 glycinat < C 12 aspartat < C 12 glutamat.Ved at sammenligne henholdsvis den dicarboxylerede amidbinding og den dicarboxylerede aminooverfladeaktive stof viste det sig, at pH-området for sidstnævnte var bredere, og dets overfladeaktivitet steg med tilsætning af en passende mængde syre.De dicarboxylerede N-alkylaminosyrer udviste chelaterende virkning i nærvær af calciumioner, og C12-aspartat dannede hvid gel.c 12 glutamat viste høj overfladeaktivitet ved høj Ca 2+ koncentration og forventes at blive brugt til afsaltning af havvand.
6.11 Spredningsevne
Dispergerbarhed refererer til et overfladeaktivt stofs evne til at forhindre koalescens og sedimentering af det overfladeaktive middel i opløsning.Dispergerbarhed er en vigtig egenskab ved overfladeaktive stoffer, der gør dem velegnede til brug i vaskemidler, kosmetik og lægemidler.Et dispergeringsmiddel skal indeholde en ester-, ether-, amid- eller aminobinding mellem den hydrofobe gruppe og den terminale hydrofile gruppe (eller blandt de ligekædede hydrofobe grupper).
Generelt er anioniske overfladeaktive midler, såsom alkanolamidosulfater og amfotere overfladeaktive midler, såsom amidosulfobetain, særligt effektive som dispergeringsmidler til calciumsæber.
Mange forskningsindsatser har bestemt dispergerbarheden af AAS, hvor N-lauroyllysin viste sig at være dårligt kompatibel med vand og vanskelig at bruge til kosmetiske formuleringer.I denne serie har N-acyl-substituerede basiske aminosyrer fremragende dispergerbarhed og bruges i den kosmetiske industri til at forbedre formuleringer.
07 Toksicitet
Konventionelle overfladeaktive stoffer, især kationiske overfladeaktive midler, er meget toksiske for vandorganismer.Deres akutte toksicitet skyldes fænomenet adsorption-ion-interaktion af overfladeaktive stoffer ved celle-vand-grænsefladen.Reduktion af cmc af overfladeaktive stoffer fører normalt til stærkere grænsefladeadsorption af overfladeaktive stoffer, hvilket normalt resulterer i deres forhøjede akutte toksicitet.En stigning i længden af den hydrofobe kæde af overfladeaktive stoffer fører også til en stigning i overfladeaktivt stofs akutte toksicitet.De fleste AAS er lave eller ikke-toksiske for mennesker og miljøet (især for marine organismer) og er velegnede til brug som fødevareingredienser, lægemidler og kosmetik.Mange forskere har påvist, at aminosyreoverfladeaktive stoffer er blide og ikke-irriterende for huden.Arginin-baserede overfladeaktive stoffer er kendt for at være mindre giftige end deres konventionelle modstykker.
Brito et al.undersøgte de fysisk-kemiske og toksikologiske egenskaber af aminosyrebaserede amfifiler og deres [derivater fra tyrosin (Tyr), hydroxyprolin (Hyp), serin (Ser) og lysin (Lys)] spontane dannelse af kationiske vesikler og gav data om deres akutte toksicitet over for Daphnia magna (IC 50).De syntetiserede kationiske vesikler af dodecyltrimethylammoniumbromid (DTAB)/Lys-derivater og/eller Ser-/Lys-derivatblandinger og testede deres økotoksicitet og hæmolytiske potentiale, hvilket viste, at alle AAS og deres vesikelholdige blandinger var mindre toksiske end de konventionelle overfladeaktive DTAB .
Rosa et al.undersøgte bindingen (associeringen) af DNA til stabile aminosyrebaserede kationiske vesikler.I modsætning til konventionelle kationiske overfladeaktive stoffer, som ofte ser ud til at være toksiske, ser interaktionen af kationiske aminosyreoverfladeaktive stoffer ud til at være ikke-toksisk.Det kationiske AAS er baseret på arginin, som spontant danner stabile vesikler i kombination med visse anioniske overfladeaktive stoffer.Aminosyrebaserede korrosionshæmmere rapporteres også at være ikke-toksiske.Disse overfladeaktive stoffer syntetiseres let med høj renhed (op til 99%), lave omkostninger, let bionedbrydelige og fuldstændigt opløselige i vandige medier.Adskillige undersøgelser har vist, at svovlholdige aminosyreoverfladeaktive stoffer er overlegne med hensyn til korrosionshæmning.
I en nylig undersøgelse har Perinelli et al.rapporterede en tilfredsstillende toksikologisk profil af rhamnolipider sammenlignet med konventionelle overfladeaktive stoffer.Rhamnolipider er kendt for at virke som permeabilitetsforstærkere.De rapporterede også virkningen af rhamnolipider på epitelpermeabiliteten af makromolekylære lægemidler.
08 Antimikrobiel aktivitet
Den antimikrobielle aktivitet af overfladeaktive stoffer kan vurderes ved den minimale inhiberende koncentration.Den antimikrobielle aktivitet af arginin-baserede overfladeaktive stoffer er blevet undersøgt i detaljer.Gram-negative bakterier viste sig at være mere resistente over for arginin-baserede overfladeaktive stoffer end gram-positive bakterier.Den antimikrobielle aktivitet af overfladeaktive stoffer øges sædvanligvis ved tilstedeværelsen af hydroxyl, cyclopropan eller umættede bindinger i acylkæderne.Castillo et al.viste, at længden af acylkæderne og den positive ladning bestemmer molekylets HLB-værdi (hydrofil-lipofil balance), og disse har en effekt på deres evne til at forstyrre membraner.Na-acylargininmethylester er en anden vigtig klasse af kationiske overfladeaktive stoffer med bredspektret antimikrobiel aktivitet, og den er let bionedbrydelig og har lav eller ingen toksicitet.Undersøgelser af interaktionen af Na-acylarginin-methylester-baserede overfladeaktive stoffer med 1,2-dipalmitoyl-sn-propyltrioxyl-3-phosphorylcholin og 1,2-ditetradecanoyl-sn-propyltrioxyl-3-phosphorylcholin, modelmembraner og med levende organismer i tilstedeværelsen eller fraværet af eksterne barrierer har vist, at denne klasse af overfladeaktive stoffer har god antimikrobiel effekt. Resultaterne viste, at de overfladeaktive stoffer har god antibakteriel aktivitet.
09 Reologiske egenskaber
De rheologiske egenskaber af overfladeaktive stoffer spiller en meget vigtig rolle i at bestemme og forudsige deres anvendelser i forskellige industrier, herunder fødevarer, lægemidler, olieudvinding, personlig pleje og hjemmeplejeprodukter.Mange undersøgelser er blevet udført for at diskutere forholdet mellem viskoelasticitet af aminosyreoverfladeaktive stoffer og cmc.
10 Anvendelser i den kosmetiske industri
AAS bruges i formuleringen af mange produkter til personlig pleje.kalium N-cocoylglycinat viser sig at være skånsomt mod huden og bruges i ansigtsrens for at fjerne slam og makeup.n-Acyl-L-glutaminsyre har to carboxylgrupper, hvilket gør den mere vandopløselig.Blandt disse AAS er AAS baseret på C 12 fedtsyrer i vid udstrækning brugt til ansigtsrensning for at fjerne slam og makeup.AAS med en C 18 kæde bruges som emulgatorer i hudplejeprodukter, og N-Lauryl alanin salte er kendt for at skabe cremet skum, der ikke er irriterende for huden og kan derfor bruges i formuleringen af babyplejeprodukter.N-Lauryl-baseret AAS, der anvendes i tandpasta, har god rengøringsevne svarende til sæbe og stærk enzymhæmmende effekt.
I løbet af de sidste par årtier har valget af overfladeaktive stoffer til kosmetik, produkter til personlig pleje og lægemidler fokuseret på lav toksicitet, mildhed, blid berøring og sikkerhed.Forbrugere af disse produkter er meget opmærksomme på den potentielle irritation, toksicitet og miljøfaktorer.
I dag bruges AAS til at formulere mange shampoo, hårfarver og badesæber på grund af deres mange fordele i forhold til deres traditionelle modstykker inden for kosmetik og produkter til personlig pleje.Proteinbaserede overfladeaktive stoffer har ønskværdige egenskaber, der er nødvendige for produkter til personlig pleje.Nogle AAS har filmdannende egenskaber, mens andre har gode opskumningsevner.
Aminosyrer er vigtige naturligt forekommende fugtgivende faktorer i stratum corneum.Når epidermale celler dør, bliver de en del af stratum corneum, og de intracellulære proteiner nedbrydes gradvist til aminosyrer.Disse aminosyrer transporteres derefter videre ind i hornlaget, hvor de optager fedt eller fedtlignende stoffer ind i det epidermale hornlag, og derved forbedrer elasticiteten af hudens overflade.Cirka 50 % af den naturlige fugtgivende faktor i huden består af aminosyrer og pyrrolidon.
Kollagen, en almindelig kosmetisk ingrediens, indeholder også aminosyrer, der holder huden blød.Hudproblemer som ruhed og sløvhed skyldes i høj grad mangel på aminosyrer.En undersøgelse viste, at blanding af en aminosyre med en salve lindrede hudforbrændinger, og de berørte områder vendte tilbage til deres normale tilstand uden at blive keloid-ar.
Aminosyrer har også vist sig at være meget nyttige til pleje af beskadigede neglebånd.Tørt, formløst hår kan indikere et fald i koncentrationen af aminosyrer i et alvorligt beskadiget stratum corneum.Aminosyrer har evnen til at trænge ind i neglebåndet i hårstrået og absorbere fugt fra huden.Denne evne af aminosyrebaserede overfladeaktive stoffer gør dem meget anvendelige i shampoo, hårfarver, hårblødgøringsmidler, hårbalsam, og tilstedeværelsen af aminosyrer gør håret stærkt.
11 Anvendelser i hverdagskosmetik
I øjeblikket er der en stigende efterspørgsel efter aminosyrebaserede detergentformuleringer verden over.AAS er kendt for at have bedre rengøringsevne, skummende evne og stofblødgørende egenskaber, hvilket gør dem velegnede til husholdningsvaskemidler, shampoo, kropsvask og andre anvendelser.En asparaginsyre-afledt amfoter AAS er rapporteret at være et yderst effektivt detergent med chelaterende egenskaber.Brugen af vaskemiddelingredienser bestående af N-alkyl-β-aminoethoxysyrer viste sig at reducere hudirritation.En flydende detergentformulering bestående af N-cocoyl-β-aminopropionat er blevet rapporteret at være et effektivt rengøringsmiddel til oliepletter på metaloverflader.Et aminocarboxylsyre-overfladeaktivt middel, C 14 CHOHCH 2 NHCH 2 COONa, har også vist sig at have bedre vaskeevne og bruges til rengøring af tekstiler, tæpper, hår, glas osv. 2-hydroxy-3-aminopropionsyren-N,N- acetoeddikesyrederivat er kendt for at have god kompleksdannende evne og giver således stabilitet til blegemidler.
Fremstillingen af vaskemiddelformuleringer baseret på N-(N'-langkædet acyl-β-alanyl)-β-alanin er blevet rapporteret af Keigo og Tatsuya i deres patent for bedre vaskeevne og stabilitet, let skumbrydning og god blødgøring af stof. .Kao udviklede en vaskemiddelformulering baseret på N-Acyl-1-N-hydroxy-β-alanin og rapporterede lav hudirritation, høj vandmodstand og høj pletfjerningsevne.
Det japanske firma Ajinomoto anvender lavtoksisk og let nedbrydeligt AAS baseret på L-glutaminsyre, L-arginin og L-lysin som hovedingredienser i shampoo, rengøringsmidler og kosmetik (Figur 13).Evnen af enzymadditiver i vaskemiddelformuleringer til at fjerne proteinbegroning er også blevet rapporteret.N-acyl AAS afledt af glutaminsyre, alanin, methylglycin, serin og asparaginsyre er blevet rapporteret for deres anvendelse som fremragende flydende detergenter i vandige opløsninger.Disse overfladeaktive midler øger overhovedet ikke viskositeten, selv ved meget lave temperaturer, og kan let overføres fra opskumningsanordningens opbevaringsbeholder for at opnå homogene skum.
Indlægstid: 09-06-2022