Selle artikli sisukord:
1. Aminohapete areng
2. Konstruktsiooniomadused
3. Keemiline koostis
4.Klassifikatsioon
5. Süntees
6. Füüsikalis-keemilised omadused
7. Toksilisus
8. Antimikroobne toime
9. Reoloogilised omadused
10. Rakendused kosmeetikatööstuses
11. Kasutusalad igapäevases kosmeetikas
Aminohappe pindaktiivsed ained (AAS)on pindaktiivsete ainete klass, mis on moodustatud hüdrofoobsete rühmade kombineerimisel ühe või mitme aminohappega. Sel juhul võivad aminohapped olla sünteetilised või saadud valgu hüdrolüsaatidest või sarnastest taastuvatest allikatest. See artikkel hõlmab üksikasju enamiku saadaolevate AAS-i sünteesiteede kohta ja erinevate viiside mõju lõpptoodete füüsikalis-keemilistele omadustele, sealhulgas lahustuvusele, dispersiooni stabiilsusele, toksilisusele ja biolagunduvusele. Pindaktiivsete ainete klassina, mille nõudlus kasvab, pakub AAS-i mitmekülgsus nende muutuva struktuuri tõttu palju kaubanduslikke võimalusi.
Arvestades, et pindaktiivseid aineid kasutatakse laialdaselt detergentides, emulgaatorites, korrosiooniinhibiitorites, tertsiaarses õli taaskasutamises ja ravimites, ei ole teadlased kunagi lakanud pindaktiivsetele ainetele tähelepanu pööramast.
Pindaktiivsed ained on kõige esinduslikumad keemiatooted, mida tarbitakse üle maailma igapäevaselt suurtes kogustes ja millel on olnud negatiivne mõju veekeskkonnale.Uuringud on näidanud, et traditsiooniliste pindaktiivsete ainete laialdane kasutamine võib avaldada negatiivset mõju keskkonnale.
Tänapäeval on mittetoksilisus, biolagunevus ja biosobivus tarbijate jaoks peaaegu sama olulised kui pindaktiivsete ainete kasulikkus ja toimivus.
Biosurfaktandid on keskkonnasõbralikud jätkusuutlikud pindaktiivsed ained, mida looduslikult sünteesivad mikroorganismid, nagu bakterid, seened ja pärm, või sekreteeritakse rakuväliselt.Seetõttu saab biopindaktiivseid aineid valmistada ka molekulaarse disainiga, et jäljendada looduslikke amfifiilseid struktuure, nagu fosfolipiidid, alküülglükosiidid ja atsüülaminohapped.
Aminohappe pindaktiivsed ained (AAS)on üks tüüpilisi pindaktiivseid aineid, mida toodetakse tavaliselt loomsest või põllumajanduslikust toorainest. Viimase kahe aastakümne jooksul on AAS kui uudsed pindaktiivsed ained pälvinud teadlaste suurt huvi mitte ainult seetõttu, et neid saab sünteesida taastuvatest ressurssidest, vaid ka seetõttu, et AAS-id on kergesti lagunevad ja sisaldavad kahjutuid kõrvalsaadusi, muutes need inimestele ohutumaks. keskkond.
AAS-i võib defineerida kui pindaktiivsete ainete klassi, mis koosneb aminohapetest, mis sisaldavad aminohapperühmi (HO 2 C-CHR-NH 2) või aminohappejääke (HO 2 C-CHR-NH-). Aminohapete 2 funktsionaalset piirkonda võimaldavad saada mitmesuguseid pindaktiivseid aineid. Looduses eksisteerib teadaolevalt kokku 20 standardset proteinogeenset aminohapet, mis vastutavad kõigi kasvu- ja elutegevuse füsioloogiliste reaktsioonide eest. Need erinevad üksteisest ainult jäägi R järgi (joonis 1, pk a on lahuse happe dissotsiatsioonikonstandi negatiivne logaritm). Mõned neist on mittepolaarsed ja hüdrofoobsed, mõned on polaarsed ja hüdrofiilsed, mõned on aluselised ja mõned on happelised.
Kuna aminohapped on taastuvad ühendid, on aminohapetest sünteesitud pindaktiivsetel ainetel ka suur potentsiaal muutuda jätkusuutlikuks ja keskkonnasõbralikuks. Lihtne ja loomulik struktuur, madal toksilisus ja kiire biolagunevus muudavad need sageli tavapärastest pindaktiivsetest ainetest paremaks. Kasutades taastuvaid tooraineid (nt aminohapped ja taimeõlid), saab AAS-i toota erinevatel biotehnoloogilistel ja keemilistel viisidel.
20. sajandi alguses avastati esmakordselt, et aminohappeid kasutatakse pindaktiivsete ainete sünteesi substraatidena.AAS-i kasutati peamiselt säilitusainetena farmaatsia- ja kosmeetikatoodetes.Lisaks leiti, et AAS on bioloogiliselt aktiivne mitmesuguste haigusi põhjustavate bakterite, kasvajate ja viiruste vastu. 1988. aastal tekitas madala hinnaga AAS-i kättesaadavus uurimishuvi pinnasetegevuse vastu. Tänapäeval on biotehnoloogia arenedes osa Aminohappeid võimalik ka pärmi abil suures mahus kaubanduslikult sünteesida, mis kaudselt tõestab, et AAS-i tootmine on keskkonnasõbralikum.
01 Aminohapete arendamine
Juba 19. sajandi alguses, kui looduslikult esinevad aminohapped esmakordselt avastati, ennustati nende struktuuride üliväärtuslikkust – kasutatavat toorainena amfifiilide valmistamisel. Esimesest AAS-i sünteesi uuringust teatas Bondi 1909. aastal.
Selles uuringus kasutati N-atsüülglütsiini ja N-atsüülalaniini pindaktiivsete ainete hüdrofiilsete rühmadena. Järgnev töö hõlmas lipoaminohapete (AAS) sünteesi, kasutades glütsiini ja alaniini, ning Hentrich et al. avaldas mitmeid leide,sealhulgas esimene patenditaotlus atsüülsarkosinaadi ja atsüülaspartaatsoolade kasutamise kohta pindaktiivsete ainetena majapidamises kasutatavates puhastusvahendites (nt šampoonid, pesuvahendid ja hambapastad).Seejärel uurisid paljud teadlased atsüülaminohapete sünteesi ja füüsikalis-keemilisi omadusi. Praeguseks on AAS-i sünteesi, omaduste, tööstuslike rakenduste ja biolagunevuse kohta avaldatud suur hulk kirjandust.
02 Struktuuriomadused
AAS-i mittepolaarsed hüdrofoobsed rasvhappeahelad võivad struktuuri, ahela pikkuse ja arvu poolest erineda.AAS-i struktuurne mitmekesisus ja kõrge pinnaaktiivsus selgitavad nende laialdast koostise mitmekesisust ning füüsikalis-keemilisi ja bioloogilisi omadusi. AAS-i pearühmad koosnevad aminohapetest või peptiididest. Pearühmade erinevused määravad nende pindaktiivsete ainete adsorptsiooni, agregatsiooni ja bioloogilise aktiivsuse. Seejärel määravad pearühma funktsionaalrühmad AAS-i tüübi, sealhulgas katioonsed, anioonsed, mitteioonsed ja amfoteersed. Hüdrofiilsete aminohapete ja hüdrofoobsete pikaahelaliste osade kombinatsioon moodustab amfifiilse struktuuri, mis muudab molekuli väga pindaktiivseks. Lisaks aitab asümmeetriliste süsinikuaatomite olemasolu molekulis kiraalseid molekule moodustada.
03 Keemiline koostis
Kõik peptiidid ja polüpeptiidid on nende peaaegu 20 α-proteinogeense α-aminohappe polümerisatsiooniproduktid. Kõik 20 α-aminohapet sisaldavad karboksüülhappe funktsionaalset rühma (-COOH) ja amino funktsionaalrühma (-NH2), mis mõlemad on seotud sama tetraeedrilise α-süsiniku aatomiga. Aminohapped erinevad üksteisest erinevate R-rühmade poolest, mis on seotud α-süsinikuga (v.a lütsiin, kus R-rühmaks on vesinik.) R-rühmad võivad erineda struktuuri, suuruse ja laengu poolest (happesus, aluselisus). Need erinevused määravad ka aminohapete lahustuvuse vees.
Aminohapped on kiraalsed (välja arvatud glütsiin) ja oma olemuselt optiliselt aktiivsed, kuna neil on neli erinevat alfa-süsinikega seotud asendajat. Aminohapetel on kaks võimalikku konformatsiooni; need on üksteise mittekattuvad peegelpildid, hoolimata sellest, et L-stereoisomeeride arv on oluliselt suurem. Mõnes aminohappes (fenüülalaniin, türosiin ja trüptofaan) esinev R-rühm on arüül, mis tagab maksimaalse UV-neeldumise 280 nm juures. Aminohapete happeline α-COOH ja aluseline α-NH2 on võimelised ioniseerima ning mõlemad stereoisomeerid, olenemata sellest, kumb on, loovad allpool näidatud ionisatsioonitasakaalu.
R-COOH ↔R-COO－＋H＋
R-NH3＋↔R-NH2＋H＋
Nagu on näidatud ülaltoodud ionisatsioonitasakaalus, sisaldavad aminohapped vähemalt kahte nõrgalt happelist rühma; karboksüülrühm on aga protoneeritud aminorühmaga võrreldes palju happelisem. pH 7,4, karboksüülrühm deprotoonitakse, aminorühm aga protoneeritakse. Mitteioniseeritavate R-rühmadega aminohapped on selle pH juures elektriliselt neutraalsed ja moodustavad tsvitteriooni.
04 Klassifikatsioon
AAS-i saab klassifitseerida nelja kriteeriumi järgi, mida kirjeldatakse omakorda allpool.
4.1 Päritolu järgi
| Päritolu järgi võib AAS-i jagada 2 kategooriasse järgmiselt. ① Looduslik kategooria Mõnedel looduslikult esinevatel aminohappeid sisaldavatel ühenditel on ka võime vähendada pindade/pindade pinget ja mõned isegi ületavad glükolipiidide efektiivsust. Neid AAS-i tuntakse ka lipopeptiididena. Lipopeptiidid on madala molekulmassiga ühendid, mida tavaliselt toodavad Bacillus liigid.
Sellised AAS-id jagunevad veel kolmeks alamklassiks:surfaktiin, ituriin ja fengytsiin.
|
| Pindaktiivsete peptiidide perekond hõlmab mitmesuguste ainete heptapeptiidi variante,nagu on näidatud joonisel 2a, milles C12-C16 küllastumata β-hüdroksürasvhappeahel on seotud peptiidiga. Pindaktiivseks peptiidiks on makrotsükliline laktoon, milles tsükkel on katalüüsi teel suletud β-hüdroksürasvhappe C-otsa ja peptiidi vahel. Iturini alamklassis on kuus peamist varianti, nimelt ituriin A ja C, mükosubtiliin ja batsillomütsiin D, F ja L.Kõikidel juhtudel on heptapeptiidid seotud β-aminorasvhapete C14-C17 ahelatega (ahelad võivad olla erinevad). Ekurimütsiinide puhul võib β-positsioonis olev aminorühm moodustada amiidsideme C-otsaga, moodustades seega makrotsüklilise laktaamstruktuuri.
Alamklass fengycin sisaldab fengytsiini A ja B, mida nimetatakse ka plipastatiiniks, kui Tyr9 on D-konfigureeritud.Dekapeptiid on seotud C14-C18 küllastunud või küllastumata β-hüdroksürasvhappe ahelaga. Struktuuriliselt on plipastatiin ka makrotsükliline laktoon, mis sisaldab Tyr-külgahelat peptiidjärjestuse positsioonis 3 ja moodustab estersideme C-otsa jäägiga, moodustades seega sisemise tsüklistruktuuri (nagu paljude Pseudomonas lipopeptiidide puhul).
② Sünteetiline kategooria AAS-i saab sünteesida ka happeliste, aluseliste ja neutraalsete aminohapete abil. AAS-i sünteesiks kasutatavad tavalised aminohapped on glutamiinhape, seriin, proliin, asparagiinhape, glütsiin, arginiin, alaniin, leutsiin ja valgu hüdrolüsaadid. Seda pindaktiivsete ainete alamklassi saab valmistada keemiliste, ensümaatiliste ja kemoensümaatiliste meetoditega; AAS-i tootmiseks on aga keemiline süntees majanduslikult otstarbekam. Tavalisteks näideteks on N-lauroüül-L-glutamiinhape ja N-palmitoüül-L-glutamiinhape.
|
4.2 Põhineb alifaatse ahela asendajatel
Alifaatse ahela asendajate põhjal võib aminohappepõhised pindaktiivsed ained jagada kahte tüüpi.
Vastavalt asendaja asukohale
| ①N-asendatud AAS N-asendatud ühendites asendatakse aminorühm lipofiilse rühma või karboksüülrühmaga, mille tulemusena kaob aluselisus. N-asendatud AAS-i lihtsaim näide on N-atsüülaminohapped, mis on sisuliselt anioonsed pindaktiivsed ained. n-asendatud AAS-i hüdrofoobse ja hüdrofiilse osa vahele on kinnitatud amiidside. Amiidsidemel on võime moodustada vesinikside, mis hõlbustab selle pindaktiivse aine lagunemist happelises keskkonnas, muutes selle seega biolagunevaks.
②C-asendatud AAS C-asendatud ühendites toimub asendus karboksüülrühma juures (amiid- või estersideme kaudu). Tüüpilised C-asendatud ühendid (nt estrid või amiidid) on põhiliselt katioonsed pindaktiivsed ained.
③N- ja C-asendatud AAS Seda tüüpi pindaktiivsetes ainetes on nii amino- kui ka karboksüülrühmad hüdrofiilsed osad. Seda tüüpi aine on sisuliselt amfoteerne pindaktiivne aine. |
4.3 Vastavalt hüdrofoobsete sabade arvule
Pearühmade ja hüdrofoobsete sabade arvu põhjal võib AAS-i jagada nelja rühma. Sirge ahelaga AAS, Gemini (dimeer) tüüpi AAS, glütserolipiid tüüpi AAS ja bitsefaalne amfifiilne (Bola) tüüpi AAS. sirge ahelaga pindaktiivsed ained on pindaktiivsed ained, mis koosnevad ainult ühe hüdrofoobse sabaga aminohapetest (joonis 3). Kaksikute tüüpi AAS-il on kaks aminohappe polaarset pearühma ja kaks hüdrofoobset saba molekuli kohta (joonis 4). Seda tüüpi struktuuris on kaks sirge ahelaga AAS-i omavahel ühendatud vahetükiga ja seetõttu nimetatakse neid ka dimeerideks. Glütserolipiidi tüüpi AAS-i puhul on seevastu kaks hüdrofoobset saba kinnitatud sama aminohappe pearühmaga. Neid pindaktiivseid aineid võib pidada monoglütseriidide, diglütseriidide ja fosfolipiidide analoogideks, samas kui Bola-tüüpi AAS-is on kaks aminohappepearühma ühendatud hüdrofoobse sabaga.
4.4 Vastavalt pearühma tüübile
①Katioonne AAS
Seda tüüpi pindaktiivsete ainete pearühmal on positiivne laeng. Varaseim katioonne AAS on etüülkokoüülarginaat, mis on pürrolidoonkarboksülaat. Selle pindaktiivse aine ainulaadsed ja mitmekesised omadused muudavad selle kasulikuks desinfitseerimisvahendites, antimikroobsetes ainetes, antistaatilistes ainetes, juuksepalsamites, samuti on see õrn silmadele ja nahale ning kergesti biolagunev. Singare ja Mhatre sünteesisid arginiinil põhinevat katioonset AAS-i ja hindasid nende füüsikalis-keemilisi omadusi. Selles uuringus väitsid nad Schotten-Baumanni reaktsioonitingimustel saadud toodete suurt saagist. Alküülahela pikkuse ja hüdrofoobsuse suurenemisega leiti, et pindaktiivse aine pindaktiivsus suureneb ja kriitiline mitselli kontsentratsioon (cmc) väheneb. Teine on kvaternaarne atsüülvalk, mida kasutatakse tavaliselt juuksehooldustoodetes palsamina.
②Anioonne AAS
Anioonsetes pindaktiivsetes ainetes on pindaktiivse aine polaarpearühmal negatiivne laeng. Sarkosiin (CH 3 -NH-CH 2 -COOH, N-metüülglütsiin), aminohape, mida tavaliselt leidub merisiilikutes ja meritähtedes, on keemiliselt sarnane glütsiiniga (NH 2 -CH 2 -COOH), mis on leitud aluseline aminohape. imetajate rakkudes. -COOH,) on keemiliselt sarnane glütsiiniga, mis on imetajarakkudes leiduv aluseline aminohape. Sarkosinaatpindaktiivsete ainete sünteesimiseks kasutatakse tavaliselt lauriinhapet, tetradekaanhapet, oleiinhapet ning nende halogeniide ja estreid. Sarkosinaadid on oma olemuselt leebed ja seetõttu kasutatakse neid tavaliselt suuvetes, šampoonides, pihustatavates raseerimisvahtudes, päikesekaitsekreemides, nahapuhastusvahendites ja muudes kosmeetikatoodetes.
Muud kaubanduslikult saadavad anioonsed AAS-id hõlmavad Amisoft CS-22 ja AmiliteGCK-12, mis on vastavalt naatrium-N-kokoüül-L-glutamaadi ja kaalium-N-kokoüülglütsinaadi kaubanimed. Amiliiti kasutatakse tavaliselt vahutava ainena, pesuainena, solubilisaatorina, emulgaatorina ja dispergeeriva ainena ning sellel on palju rakendusi kosmeetikas, nagu šampoonid, vanniseebid, kehapesuvahendid, hambapastad, näopuhastusvahendid, puhastusseebid, kontaktläätsede puhastusvahendid ja majapidamises kasutatavad pindaktiivsed ained. Amisofti kasutatakse pehme naha- ja juustepuhastusvahendina, peamiselt näo- ja kehapuhastusvahendites, plokkide sünteetilistes pesuvahendites, kehahooldustoodetes, šampoonides ja muudes nahahooldustoodetes.
③ tsvitterioonne või amfoteerne AAS
Amfoteersed pindaktiivsed ained sisaldavad nii happelisi kui aluselisi kohti ja võivad seetõttu pH väärtust muutes oma laengut muuta. Aluselises keskkonnas käituvad nad nagu anioonsed pindaktiivsed ained, happelises keskkonnas aga nagu katioonsed pindaktiivsed ained ja neutraalses keskkonnas nagu amfoteersed pindaktiivsed ained. Laurüüllüsiin (LL) ja alkoksü (2-hüdroksüpropüül) arginiin on ainsad teadaolevad aminohapetel põhinevad amfoteersed pindaktiivsed ained. LL on lüsiini ja lauriinhappe kondensatsiooniprodukt. Tänu oma amfoteersele struktuurile on LL lahustumatu peaaegu kõigis lahustitüüpides, välja arvatud väga aluselised või happelised lahustid. Orgaanilise pulbrina on LL-l suurepärane nakkuvus hüdrofiilsete pindadega ja madal hõõrdetegur, mis annab sellele pindaktiivsele ainele suurepärase määrdevõime. LL-i kasutatakse laialdaselt nahakreemides ja juuksepalsamites ning seda kasutatakse ka määrdeainena.
④ Mitteioonne AAS
Mitteioonseid pindaktiivseid aineid iseloomustavad formaalsete laenguteta polaarsed pearühmad. Al-Sabagh et al. valmistasid kaheksa uut etoksüleeritud mitteioonset pindaktiivset ainet. õlis lahustuvatest α-aminohapetest. Selles protsessis esterdati L-fenüülalaniin (LEP) ja L-leutsiin esmalt heksadekanooliga, millele järgnes amideerimine palmitiinhappega, et saada kaks amiidi ja kaks α-aminohapete estrit. Seejärel läbisid amiidid ja estrid kondensatsioonireaktsiooni etüleenoksiidiga, et valmistada kolm fenüülalaniini derivaati, millel oli erinev arv polüoksüetüleeni ühikuid (40, 60 ja 100). Leiti, et neil mitteioonsetel AAS-idel on head pesu- ja vahutamisomadused.
05 Süntees
5.1 Põhiline sünteesitee
AAS-is võivad hüdrofoobsed rühmad olla seotud amiini või karboksüülhappe saitidega või aminohapete külgahelate kaudu. Selle põhjal on saadaval neli peamist sünteesimeetodit, nagu on näidatud joonisel 5.
Joonis 5 Aminohappepõhiste pindaktiivsete ainete sünteesi põhiteed
| 1. rada. Amfifiilseid esteramiine toodetakse esterdamisreaktsioonide abil, mille puhul pindaktiivse aine süntees saavutatakse tavaliselt rasvalkoholide ja aminohapete tagasijooksul keetmisel dehüdreeriva aine ja happelise katalüsaatori juuresolekul. Mõnes reaktsioonis toimib väävelhape nii katalüsaatori kui ka dehüdreeriva ainena.
2. rada. Aktiveeritud aminohapped reageerivad alküülamiinidega, moodustades amiidsidemeid, mille tulemuseks on amfifiilsete amidoamiinide süntees.
3. rada. Amidohapped sünteesitakse aminohapete amiinrühmade reageerimisel amidohapetega.
4. rada. Pika ahelaga alküülaminohapped sünteesiti amiinrühmade reaktsioonil haloalkaanidega. |
5.2 Edusammud sünteesis ja tootmises
5.2.1 Üheahelaliste aminohapete/peptiidide pindaktiivsete ainete süntees
N-atsüül- või O-atsüülaminohappeid või peptiide saab sünteesida amiin- või hüdroksüülrühmade ensüümkatalüüsitud atsüülimisel rasvhapetega. Kõige varasemas aruandes lahustivaba lipaasiga katalüüsitud aminohappe amiidi või metüülestri derivaatide sünteesi kohta kasutati Candida antarcticat, saagisega 25% kuni 90% sõltuvalt sihtaminohappest. Mõnedes reaktsioonides on lahustina kasutatud ka metüületüülketooni. Vonderhagen et al. kirjeldasid ka lipaasi ja proteaasiga katalüüsitud aminohapete, valgu hüdrolüsaatide ja/või nende derivaatide N-atsüülimisreaktsioone, kasutades vee ja orgaaniliste lahustite (nt dimetüülformamiid/vesi) ja metüülbutüülketooni segu.
Esimestel päevadel oli AAS-i ensüümkatalüüsitud sünteesi peamine probleem madal saagis. Vastavalt Valivety et al. N-tetradekanoüülaminohappe derivaatide saagis oli ainult 2%-10% isegi pärast erinevate lipaaside kasutamist ja inkubeerimist 70°C juures mitu päeva. Montet et al. Samuti tekkis probleeme aminohapete madala saagisega N-atsüüllüsiini sünteesil, kasutades rasvhappeid ja taimeõlisid. Nende sõnul oli toote maksimaalne saagis lahustivabades tingimustes ja orgaanilisi lahusteid kasutades 19%. sama probleemiga puutusid kokku Valivety jt. N-Cbz-L-lüsiini või N-Cbz-lüsiini metüülestri derivaatide sünteesil.
Selles uuringus väitsid nad, et 3-O-tetradekanoüül-L-seriini saagis oli 80%, kui kasutati N-kaitstud seriini substraadina ja Novozyme 435 katalüsaatorina sulalahustivabas keskkonnas. Nagao ja Kito uurisid L-seriini, L-homoseriini, L-treoniini ja L-türosiini (LET) O-atsüülimist lipaasi kasutamisel Reaktsiooni tulemused (lipaasi saadi Candida cylindracea ja Rhizopus delemar vesilahuses puhverkeskkonnas) ja teatas, et L-homoseriini ja L-seriini atsüülimise saagised olid mõnevõrra madalad, samas kui L-treoniini ja LET atsüülimist ei toimunud.
Paljud teadlased on toetanud odavate ja kergesti kättesaadavate substraatide kasutamist kulutõhusa AAS-i sünteesiks. Soo jt. väitis, et palmiõlipõhiste pindaktiivsete ainete valmistamine toimib kõige paremini immobiliseeritud lipoensüümiga. Nad märkisid, et vaatamata aeganõudvale reaktsioonile (6 päeva) on toodete saagis parem. Gerova et al. uuris metioniinil, proliinil, leutsiinil, treoniinil, fenüülalaniinil ja fenüülglütsiinil põhineva kiraalse N-palmitoüül-AAS sünteesi ja pinnaaktiivsust tsüklilises/ratseemilises segus. Pang ja Chu kirjeldasid aminohappepõhiste monomeeride ja dikarboksüülhappepõhiste monomeeride sünteesi lahuses. Lahuses toimuvate kaaskondensatsioonireaktsioonide abil sünteesiti rida funktsionaalseid ja biolagunevaid aminohappepõhiseid polüamiidestreid.
Cantaeuzene ja Guerreiro teatasid Boc-Ala-OH ja Boc-Asp-OH karboksüülhapperühmade esterdamisest pika ahelaga alifaatsete alkoholide ja dioolidega, lahustina diklorometaaniga ja katalüsaatorina agaroosiga 4B (Sepharose 4B). Selles uuringus andis Boc-Ala-OH reaktsioon kuni 16 süsinikuaatomiga rasvalkoholidega hea saagise (51%), samas kui Boc-Asp-OH puhul olid paremad 6 ja 12 süsinikuaatomit, vastava saagisega 63% [64] ]. 99,9%) saagisega vahemikus 58% kuni 76%, mis sünteesiti amiidsidemete moodustamisel erinevate pika ahelaga alküülamiinidega või estersidemete moodustamisel rasvalkoholidega Cbz-Arg-OMe abil, kus papaiin toimis katalüsaatorina.
5.2.2 Geminipõhiste aminohapete/peptiidide pindaktiivsete ainete süntees
Aminohapetel põhinevad gemini pindaktiivsed ained koosnevad kahest sirge ahelaga AAS-molekulist, mis on üksteisega vaherühma kaudu ühendatud. Gemini-tüüpi aminohappepõhiste pindaktiivsete ainete kemoensümaatiliseks sünteesiks on kaks võimalikku skeemi (joonised 6 ja 7). Joonisel fig 6 lastakse 2 aminohappe derivaati reageerida ühendiga vaherühmana ja seejärel viiakse sisse 2 hüdrofoobset rühma. Joonisel fig 7 on 2 sirge ahelaga struktuuri otseselt ühendatud bifunktsionaalse vaherühmaga.
Gemini lipoaminohapete ensüümkatalüüsitud sünteesi varaseimat väljatöötamist käivitasid Valivety et al. Yoshimura et al. uuris tsüstiinil ja n-alküülbromiidil põhineva aminohappepõhise gemini pindaktiivse aine sünteesi, adsorptsiooni ja agregatsiooni. Sünteesitud pindaktiivseid aineid võrreldi vastavate monomeersete pindaktiivsete ainetega. Faustino et al. kirjeldas L-tsüstiinil, D-tsüstiinil, DL-tsüstiinil, L-tsüsteiinil, L-metioniinil ja L-sulfoalaniinil põhinevate anioonsete uureal põhinevate monomeersete AAS-i ning nende kaksikupaaride sünteesi juhtivuse, tasakaalulise pindpinevuse ja püsivuse abil. - nende oleku fluorestsentsi iseloomustus. Monomeeri ja kaksikute võrdlemisel näidati, et kaksikute cmc väärtus oli madalam.
Joonis 6 Gemini AAS süntees, kasutades AA derivaate ja speisserit, millele järgneb hüdrofoobse rühma sisestamine
Joonis 7 Gemini AAS-ide süntees bifunktsionaalse vahetüki ja AAS-i abil
5.2.3 Glütserolipiidsete aminohapete/peptiidide pindaktiivsete ainete süntees
Glütserolipiid-aminohapete/peptiidide pindaktiivsed ained on uus klass lipiidseid aminohappeid, mis on glütserooli mono- (või di-)estrite ja fosfolipiidide struktuursed analoogid, kuna nende struktuur koosneb ühest või kahest rasvahelast, millest üks aminohape on seotud glütserooli karkassiga. estersideme abil. Nende pindaktiivsete ainete süntees algab aminohapete glütseroolestrite valmistamisega kõrgel temperatuuril ja happelise katalüsaatori (nt BF 3) juuresolekul. Ensüümkatalüüsitud süntees (kasutades katalüsaatoritena hüdrolaase, proteaase ja lipaase) on samuti hea võimalus (joonis 8).
On teatatud dilaurüülitud arginiinglütseriidide konjugaatide ensüümkatalüüsitud sünteesist, kasutades papaiini. Samuti on teatatud diatsüülglütseroolestri konjugaatide sünteesist atsetüülarginiinist ja nende füüsikalis-keemiliste omaduste hindamisest.
Joonis 8 Mono- ja diatsüülglütserooli aminohapete konjugaatide süntees
spacer: NH-(CH2)10-NH: ühend B1
vahetükk: NH-C6H4-NH: ühend B2
vahetükk: CH2-CH2: ühend B3
Joonis 9 Tris(hüdroksümetüül)aminometaanist saadud sümmeetriliste amfifiilide süntees
5.2.4 Bola-põhiste aminohapete/peptiidide pindaktiivsete ainete süntees
Aminohapetel põhinevad bola-tüüpi amfifiilid sisaldavad 2 aminohapet, mis on seotud sama hüdrofoobse ahelaga. Franceschi jt. kirjeldas bola-tüüpi amfifiilide sünteesi 2 aminohappega (D- või L-alaniin või L-histidiin) ja 1 erineva pikkusega alküülahelaga ning uuris nende pinnaaktiivsust. Nad arutavad uudsete bola-tüüpi amfifiilide sünteesi ja agregatsiooni aminohappefraktsiooniga (kasutades kas aeg-ajalt β-aminohapet või alkoholi) ja C12-C20 speisserrühma. Aeg-ajalt kasutatavad β-aminohapped võivad olla suhkruaminohape, asidotüümiinist (AZT) tuletatud aminohape, norborneeni aminohape ja AZT-st tuletatud aminoalkohol (joonis 9). sümmeetriliste bola-tüüpi amfifiilide süntees, mis on saadud tris(hüdroksümetüül)aminometaanist (Tris) (joonis 9).
06 Füüsikalis-keemilised omadused
On hästi teada, et aminohappepõhised pindaktiivsed ained (AAS) on oma olemuselt mitmekesised ja mitmekülgsed ning hästi kasutatavad paljudes rakendustes, nagu hea lahustuvus, head emulgeerimisomadused, kõrge efektiivsus, kõrge pindaktiivsus ja hea vastupidavus karedale veele (kaltsiumioonid). tolerantsus).
Aminohapete pindaktiivsete omaduste (nt pindpinevus, cmc, faasikäitumine ja Kraffti temperatuur) põhjal jõuti pärast ulatuslikke uuringuid järgmistele järeldustele – AAS-i pindaktiivsus on parem kui tavapärase pindaktiivse aine oma.
6.1 Mitselli kriitiline kontsentratsioon (cmc)
Mitsellide kriitiline kontsentratsioon on pindaktiivsete ainete üks olulisi parameetreid ja reguleerib paljusid pindaktiivseid omadusi, nagu solubiliseerimine, rakkude lüüs ja nende interaktsioon biokiledega jne. Üldiselt viib süsivesiniku saba ahela pikkuse suurendamine (hüdrofoobsuse suurenemine) vähenemiseni. pindaktiivse aine lahuse cmc väärtuses, suurendades seega selle pinnaaktiivsust. Aminohapetel põhinevatel pindaktiivsetel ainetel on tavaliselt madalamad cmc väärtused kui tavalistel pindaktiivsetel ainetel.
Erinevate pearühmade ja hüdrofoobsete sabade kombinatsioonide kaudu (monokatioonne amiid, bikatioonne amiid, bikatioonamiidil põhinev ester) on Infante et al. sünteesis kolm arginiinipõhist AAS-i ja uuris nende cmc ja γcmc (pindpinevus cmc juures), näidates, et cmc ja γcmc väärtused vähenesid hüdrofoobse saba pikkuse suurenemisega. Teises uuringus leidsid Singare ja Mhatre, et N-α-atsüülarginiini pindaktiivsete ainete cmc vähenes hüdrofoobsete saba süsinikuaatomite arvu suurenemisega (tabel 1).
Yoshimura et al. uuris tsüsteiinist pärinevate aminohappepõhiste gemini pindaktiivsete ainete cmc-d ja näitas, et cmc vähenes, kui hüdrofoobse ahela süsinikuahela pikkust suurendati 10-lt 12-le. Süsinikuahela pikkuse edasine suurendamine 14-ni tõi kaasa cmc suurenemise, mis kinnitas, et pika ahelaga gemini pindaktiivsetel ainetel on väiksem kalduvus agregeeruda.
Faustino et al. teatas segamitsellide moodustumisest tsüstiinil põhinevate anioonsete gemini pindaktiivsete ainete vesilahustes. Gemini pindaktiivseid aineid võrreldi ka vastavate tavapäraste monomeersete pindaktiivsete ainetega (C8 Cys). Teatati, et lipiidide ja pindaktiivsete ainete segude cmc väärtused on madalamad kui puhastel pindaktiivsetel ainetel. gemini pindaktiivsete ainete ja 1,2-diheptanoüül-sn-glütserüül-3-fosfokoliini, vees lahustuva mitselle moodustava fosfolipiidi, cmc oli millimolaarsel tasemel.
Shrestha ja Aramaki uurisid viskoelastsete ussilaadsete mitsellide moodustumist segatud aminohappepõhiste anioonsete-mitteioonsete pindaktiivsete ainete vesilahustes lisandsoolade puudumisel. Selles uuringus leiti, et N-dodetsüülglutamaadil on kõrgem Kraffti temperatuur; aluselise aminohappe L-lüsiiniga neutraliseerimisel tekitas see aga mitselle ja lahus hakkas 25 °C juures käituma nagu Newtoni vedelik.
6.2 Hea vees lahustuvus
AAS-i hea vees lahustuvus on tingitud täiendavate CO-NH sidemete olemasolust. See muudab AAS biolagunevaks ja keskkonnasõbralikumaks kui vastavad tavalised pindaktiivsed ained. N-atsüül-L-glutamiinhappe vees lahustuvus on tänu 2 karboksüülrühmale veelgi parem. Cn(CA) 2 lahustuvus vees on hea ka seetõttu, et ühes molekulis on 2 ioonset arginiini rühma, mille tulemuseks on efektiivsem adsorptsioon ja difusioon raku liidesel ning isegi efektiivne bakteriaalne inhibeerimine madalamate kontsentratsioonide korral.
6.3 Kraffti temperatuur ja Kraffti punkt
Kraffti temperatuuri võib mõista kui pindaktiivsete ainete spetsiifilist lahustuvuskäitumist, mille lahustuvus suureneb järsult teatud temperatuurist kõrgemal. Ioonsetel pindaktiivsetel ainetel on kalduvus tekitada tahkeid hüdraate, mis võivad veest välja sadestuda. Teatud temperatuuril (nn Kraffti temperatuur) täheldatakse tavaliselt pindaktiivsete ainete lahustuvuse järsku ja katkematut suurenemist. Ioonse pindaktiivse aine Kraffti punkt on selle Kraffti temperatuur cmc juures.
Seda lahustuvuse karakteristikku nähakse tavaliselt ioonsete pindaktiivsete ainete puhul ja seda saab seletada järgmiselt: pindaktiivse ainevaba monomeeri lahustuvus on piiratud Kraffti temperatuurist madalamal kuni Kraffti punktini, kus selle lahustuvus mitsellide moodustumise tõttu järk-järgult suureneb. Täieliku lahustuvuse tagamiseks on vaja valmistada pindaktiivseid aineid temperatuuril, mis on kõrgem kui Krafft.
AAS-i Kraffti temperatuuri on uuritud ja võrreldud tavapäraste sünteetiliste pindaktiivsete ainetega. Shrestha ja Aramaki uurisid arginiinipõhise AAS-i Kraffti temperatuuri ja leidsid, et mitsellide kriitiline kontsentratsioon näitas eelmitsellide agregatsiooni käitumist üle 2–5 × 10-6 mol-L -1, millele järgnes normaalne mitselli moodustumine (Ohta jt sünteesisid kuut erinevat tüüpi N-heksadekanoüül-AAS-i ja arutasid seost nende Kraffti temperatuuri ja aminohappejääkide vahel.
Katsetes leiti, et N-heksadekanoüül-AAS Kraffti temperatuur tõusis aminohappejääkide suuruse vähenemisega (erandiks fenüülalaniin), samas kui lahustuvussoojus (soojuse neeldumine) suurenes aminohappejääkide suuruse vähenemisega (koos välja arvatud glütsiin ja fenüülalaniin). Jõuti järeldusele, et nii alaniini kui ka fenüülalaniini süsteemides on DL interaktsioon tugevam kui LL interaktsioon N-heksadekanoüül AAS soola tahkel kujul.
Brito et al. määras diferentsiaalse skaneeriva mikrokalorimeetria abil kolme uudse aminohappepõhiste pindaktiivsete ainete seeria Kraffti temperatuuri ja leidis, et trifluoroatsetaadi iooni muutmine jodiidiooniks tõi kaasa Kraffti temperatuuri olulise tõusu (umbes 6 °C), 47 °C-lt 53 °C-ni. C. Cis-kaksiksidemete olemasolu ja pika ahelaga Ser-derivaatides esinev küllastumatus põhjustasid Kraffti temperatuuri olulise languse. Teatati, et n-dodetsüülglutamaadil on kõrgem Kraffti temperatuur. Neutraliseerimine aluselise aminohappe L-lüsiiniga põhjustas aga mitsellide moodustumise lahuses, mis käitusid 25 °C juures nagu Newtoni vedelikud.
6.4 Pindpinevus
Pindaktiivsete ainete pindpinevus on seotud hüdrofoobse osa ahela pikkusega. Zhang et al. määras naatriumkokoüülglütsinaadi pindpinevuse Wilhelmy plaadi meetodil (25±0,2)°C ja määras pindpinevuse väärtuseks cmc väärtuseks 33 mN-m-1, cmc väärtuseks 0,21 mmol-L-1. Yoshimura et al. määras 2C n Cys tüüpi aminohappepõhiste pindpinevuste 2C n Cys-põhiste pindaktiivsete ainete pindpinevuse. Leiti, et cmc pindpinevus vähenes ahela pikkuse suurenemisega (kuni n = 8), samas kui suundumus oli vastupidine pindaktiivsete ainete puhul, mille ahela pikkus oli n = 12 või pikem.
Samuti on uuritud CaC1 2 mõju dikarboksüülitud aminohappepõhiste pindaktiivsete ainete pindpinevusele. Nendes uuringutes lisati CaC12 kolme dikarboksüülitud aminohappe tüüpi pindaktiivse aine (C12 MalNa 2, C12 AspNa 2 ja C12 GluNa 2) vesilahustele. Võrreldi platoo väärtusi pärast cmc-d ja leiti, et pindpinevus vähenes väga madalatel CaC1 2 kontsentratsioonidel. See on tingitud kaltsiumiioonide mõjust pindaktiivse aine paigutusele gaasi ja vee piirpinnal. N-dodetsüülaminomalonaadi ja N-dodetsüülaspartaadi soolade pindpinevused olid seevastu samuti peaaegu konstantsed kuni 10 mmol-L -1 CaC1 2 kontsentratsioonini. Üle 10 mmol-L -1 suureneb pindpinevus järsult pindaktiivse aine kaltsiumisoola sadenemise tõttu. N-dodetsüülglutamaadi dinaatriumsoola puhul põhjustas mõõdukas CaC1 2 lisamine pindpinevuse olulise vähenemise, samas kui CaC1 2 kontsentratsiooni jätkuv tõus ei põhjustanud enam olulisi muutusi.
Gemini-tüüpi AAS-i adsorptsioonikineetika määramiseks gaasi-vee liidesel määrati dünaamiline pindpinevus maksimaalse mulli rõhu meetodi abil. Tulemused näitasid, et pikima katseaja jooksul ei muutunud 2C 12 Cys dünaamiline pindpinevus. Dünaamilise pindpinevuse vähenemine sõltub ainult kontsentratsioonist, hüdrofoobsete sabade pikkusest ja hüdrofoobsete sabade arvust. Pindaktiivse aine kontsentratsiooni suurenemine, ahela pikkuse ja ahelate arvu vähenemine põhjustasid kiirema lagunemise. Leiti, et C n Cys kõrgemate kontsentratsioonide (n = 8 kuni 12) puhul saadud tulemused olid väga lähedased Wilhelmy meetodil mõõdetud γ cmc-le.
Teises uuringus määrati Wilhelmy plaadi meetodil naatriumdilaurüültsüstiini (SDLC) ja naatriumdidekaminotsüstiini dünaamilised pindpinevused ning lisaks määrati nende vesilahuste tasakaalulised pindpinevused tilgamahu meetodil. Disulfiidsidemete reaktsiooni uuriti täiendavalt ka teiste meetoditega. Merkaptoetanooli lisamine 0,1 mmol-L-1SDLC lahusele tõi kaasa pindpinevuse kiire tõusu 34 mN-m-1-lt 53 mN-m-1-le. Kuna NaClO võib oksüdeerida SDLC disulfiidsidemeid sulfoonhapperühmadeks, ei täheldatud NaClO (5 mmol-L -1) lisamisel 0,1 mmol-L -1 SDLC lahusele agregaate. Transmissioonelektronmikroskoopia ja dünaamilise valguse hajumise tulemused näitasid, et lahuses ei moodustunud agregaate. Leiti, et SDLC pindpinevus suurenes 20 minuti jooksul 34 mN-m-1 väärtuselt 60 mN-m-1.
6.5 Binaarse pinna vastastikmõju
Bioteadustes on mitmed rühmad uurinud katioonsete AAS-i (diatsüülglütseroolarginiinil põhinevad pindaktiivsed ained) ja fosfolipiidide segude vibratsiooniomadusi gaasi ja vee piirpinnal, jõudes lõpuks järeldusele, et see mitteideaalne omadus põhjustab elektrostaatiliste interaktsioonide levimust.
6.6 Koondamisomadused
Dünaamilist valguse hajumist kasutatakse tavaliselt aminohappepõhiste monomeeride ja gemini pindaktiivsete ainete agregatsiooniomaduste määramiseks kontsentratsioonidel üle cmc, mis annab näiva hüdrodünaamilise läbimõõdu DH (= 2R H ). C n Cys ja 2Cn Cys moodustatud agregaadid on suhteliselt suured ja laiaulatuslikud võrreldes teiste pindaktiivsete ainetega. Kõik pindaktiivsed ained, välja arvatud 2C12Cys, moodustavad tavaliselt umbes 10 nm agregaate. Gemini pindaktiivsete ainete mitsellide suurused on oluliselt suuremad kui nende monomeersed kolleegid. Süsivesinike ahela pikkuse suurenemine toob kaasa ka mitselli suuruse suurenemise. ohta jt. kirjeldas N-dodetsüül-fenüül-alanüül-fenüül-alaniini tetrametüülammooniumi kolme erineva stereoisomeeri agregatsiooniomadusi vesilahuses ja näitas, et diastereoisomeeridel on vesilahuses sama kriitiline agregatsioonikontsentratsioon. Iwahashi jt. uuritud ringdikroismi, NMR ja aururõhu osmomeetriaga N-dodekanoüül-L-glutamiinhappe, N-dodekanoüül-L-valiini ja nende metüülestrite kiraalsete agregaatide teket erinevates lahustites (nagu tetrahüdrofuraan, atsetonitriil, 1,4). -dioksaani ja 1,2-dikloroetaani) pöörlemisomadustega uuriti ringdikroismi, NMR ja aururõhu osmomeetriaga.
6.7 Pindadevaheline adsorptsioon
Üks uurimissuundi on ka aminohappepõhiste pindaktiivsete ainete pindadevaheline adsorptsioon ja selle võrdlemine tavapärase vastega. Näiteks uuriti LET-st ja LEP-st saadud aromaatsete aminohapete dodetsüülestrite liidese adsorptsiooni omadusi. Tulemused näitasid, et LET ja LEP näitasid madalamaid liidesealasid vastavalt gaasi-vedeliku liidesel ja vee/heksaani liidesel.
Bordes et al. uuris kolme dikarboksüülitud aminohappe pindaktiivse aine, dodetsüülglutamaadi, dodetsüülaspartaadi ja aminomalonaadi dinaatriumsoolade (vastavalt 3, 2 ja 1 süsinikuaatomiga kahe karboksüülrühma vahel) lahuse käitumist ja adsorptsiooni gaasi-vee liidesel. Selle aruande kohaselt oli dikarboksüülitud pindaktiivsete ainete cmc 4-5 korda kõrgem kui monokarboksüülitud dodetsüülglütsiini soolal. See on tingitud vesiniksidemete moodustumisest dikarboksüülitud pindaktiivsete ainete ja naabermolekulide vahel neis sisalduvate amiidrühmade kaudu.
6.8 Faasikäitumine
Pindaktiivsete ainete puhul täheldatakse väga kõrgete kontsentratsioonide puhul isotroopseid katkendlikke kuubikujulisi faase. Väga suurte pearühmadega pindaktiivsete ainete molekulid kipuvad moodustama väiksema positiivse kumerusega agregaate. marques et al. uuris süsteemide 12Lys12/12Ser ja 8Lys8/16Ser faasikäitumist (vt joonis 10) ja tulemused näitasid, et 12Lys12/12Ser süsteemil on mitsellaarse ja vesikulaarse lahuse piirkonna vahel faaside eraldustsoon, samas kui süsteemis 8Lys8/16Ser 8Lys8/16Ser süsteem näitab pidevat üleminekut (piklik mitsellaarse faasi piirkond väikese mitsellaarse faasi piirkonna ja vesiikulifaasi piirkonna vahel). Tuleb märkida, et 12Lys12/12Ser süsteemi vesiikulite piirkonnas eksisteerivad vesiikulid alati mitsellidega, samas kui 8Lys8/16Ser süsteemi vesiikulite piirkonnas on ainult vesiikulid.
Lüsiini- ja seriinipõhiste pindaktiivsete ainete katanioonsed segud: sümmeetriline paar 12Lys12/12Ser (vasakul) ja asümmeetriline 8Lys8/16Ser paar (paremal)
6.9 Emulgeerimisvõime
Kouchi et al. uuris N-[3-dodetsüül-2-hüdroksüpropüül]-L-arginiini, L-glutamaadi ja teiste AAS-ide emulgeerimisvõimet, pindade pinget, dispergeeritavust ja viskoossust. Võrreldes sünteetiliste pindaktiivsete ainetega (nende tavapärased mitteioonsed ja amfoteersed analoogid) näitasid tulemused, et AAS-il on tugevam emulgeerimisvõime kui tavalistel pindaktiivsetel ainetel.
Baczko jt. sünteesis uusi anioonseid aminohapete pindaktiivseid aineid ja uuris nende sobivust kiraalse orienteeritud NMR-spektroskoopia lahustitena. Aminohapete reageerimisel o-sulfobensoe anhüdriidiga sünteesiti rida sulfonaadipõhiseid amfifiilseid L-Phe või L-Ala derivaate, millel on erinevad hüdrofoobsed sabad (pentüül-tetradetsüül). Wu et al. sünteesitud N-rasvatsüül-AAS-i naatriumsoolad jauuris nende emulgeerimisvõimet õli-vees emulsioonides ja tulemused näitasid, et need pindaktiivsed ained toimisid paremini õlifaasina etüülatsetaadiga kui n-heksaaniga õlifaasina.
6.10 Edusammud sünteesis ja tootmises
Kõva veekindluse all võib mõista pindaktiivsete ainete võimet seista vastu ioonide (nt kaltsiumi ja magneesiumi) esinemisele kõvas vees, st võimet vältida sadenemist kaltsiumseebidesse. Kõrge kareda veekindlusega pindaktiivsed ained on väga kasulikud detergentide ja isikliku hügieeni toodete jaoks. Kõva veekindlust saab hinnata, arvutades pindaktiivse aine lahustuvuse ja pindaktiivsuse muutuse kaltsiumiioonide juuresolekul.
Teine võimalus kareda veekindluse hindamiseks on arvutada pindaktiivse aine protsent või grammi, mis on vajalik 100 g naatriumoleaadist moodustunud kaltsiumseebi vees dispergeerimiseks. Kõrge kareduse veega piirkondades võivad kaltsiumi- ja magneesiumiioonide kõrge kontsentratsioon ja mineraalide sisaldus muuta mõned praktilised rakendused keeruliseks. Sageli kasutatakse naatriumiooni sünteetilise anioonse pindaktiivse aine vastasioonina. Kuna kahevalentne kaltsiumiioon on seotud mõlema pindaktiivse aine molekuliga, sadestub see pindaktiivse aine lahusest kergemini välja, muutes detergenti vähem tõenäoliseks.
AAS-i kareda veekindluse uuring näitas, et happe- ja kareveekindlust mõjutas tugevalt täiendav karboksüülrühm ning happe- ja kareda veekindlus suurenes veelgi kahe karboksüülrühma vahelise vaherühma pikkuse suurenemisega. . Happe- ja kareveekindluse järjekord oli C 12 glütsinaat < C 12 aspartaat < C 12 glutamaat. Võrreldes vastavalt dikarboksüülitud amiidsidet ja dikarboksüülitud aminopindaktiivset ainet, selgus, et viimase pH vahemik oli laiem ja selle pindaktiivsus suurenes sobiva koguse happe lisamisel. Dikarboksüülitud N-alküülaminohapped näitasid kelaativat toimet kaltsiumiioonide juuresolekul ja C12-aspartaat moodustas valge geeli. c12-glutamaat näitas kõrget pindaktiivsust kõrge Ca 2+ kontsentratsiooni juures ja seda kasutatakse eeldatavasti merevee magestamises.
6.11 Dispergeeruvus
Dispergeeruvus viitab pindaktiivse aine võimele vältida pindaktiivse aine ühinemist ja settimist lahuses.Dispergeeritavus on pindaktiivsete ainete oluline omadus, mistõttu need sobivad kasutamiseks detergentides, kosmeetikas ja ravimites.Dispergeeriv aine peab sisaldama hüdrofoobse rühma ja terminaalse hüdrofiilse rühma (või sirge ahelaga hüdrofoobsete rühmade vahel) ester-, eetri-, amiid- või aminosidet.
Üldiselt on anioonsed pindaktiivsed ained, nagu alkanoolamidosulfaadid, ja amfoteersed pindaktiivsed ained, nagu amidosulfobetain, eriti tõhusad kaltsiumseepide dispergeerivate ainetena.
Paljud uuringud on määranud AAS-i dispergeeritavuse, kus N-lauroüüllüsiin leiti olevat veega halvasti ühilduv ja seda on raske kasutada kosmeetilistes preparaatides.Selles seerias on N-atsüül-asendatud aluselised aminohapped suurepäraselt dispergeeruvad ja neid kasutatakse kosmeetikatööstuses koostiste parandamiseks.
07 Toksilisus
Tavalised pindaktiivsed ained, eriti katioonsed pindaktiivsed ained, on veeorganismidele väga mürgised. Nende äge toksilisus on tingitud pindaktiivsete ainete adsorptsiooni ja ioonide interaktsiooni nähtusest raku-vee liidesel. Pindaktiivsete ainete cmc vähendamine viib tavaliselt pindaktiivsete ainete tugevama liidese adsorptsioonini, mille tulemuseks on tavaliselt nende kõrgem akuutne toksilisus. Pindaktiivsete ainete hüdrofoobse ahela pikkuse suurenemine toob kaasa ka pindaktiivsete ainete ägeda toksilisuse suurenemise.Enamik AAS-e on inimestele ja keskkonnale (eriti mereorganismidele) madalad või mittetoksilised ning sobivad kasutamiseks toidu koostisosadena, ravimitena ja kosmeetikatoodetena.Paljud teadlased on näidanud, et aminohapete pindaktiivsed ained on õrnad ega ärrita nahka. Arginiinipõhised pindaktiivsed ained on teadaolevalt vähem toksilised kui nende tavapärased kolleegid.
Brito et al. uuris aminohappepõhiste amfifiilide ja nende [türosiini (Tyr), hüdroksüproliini (Hyp), seriini (Ser) ja lüsiini (Lys) derivaadid] katioonsete vesiikulite spontaanse moodustumise füüsikalis-keemilisi ja toksikoloogilisi omadusi ning andis andmeid nende ägeda mürgisuse kohta. Daphnia magna (IC 50). Nad sünteesisid dodetsüültrimetüülammooniumbromiidi (DTAB)/Lys-derivaatide ja/või Ser-/Lys-derivaatide segude katioonseid vesiikuleid ning testisid nende ökotoksilisust ja hemolüütilist potentsiaali, näidates, et kõik AAS-id ja nende vesiikuleid sisaldavad segud olid vähem toksilised kui tavaline pindaktiivne aine DTAB. .
Rosa et al. uuris DNA seondumist (assotsiatsiooni) stabiilsete aminohappepõhiste katioonsete vesiikulitega. Erinevalt tavapärastest katioonsetest pindaktiivsetest ainetest, mis näivad sageli olevat toksilised, näib katioonsete aminohapete pindaktiivsete ainete koostoime olevat mittetoksiline. Katioonne AAS põhineb arginiinil, mis koos teatud anioonsete pindaktiivsete ainetega moodustab spontaanselt stabiilseid vesiikuleid. Aminohapetel põhinevad korrosiooniinhibiitorid on samuti väidetavalt mittetoksilised. Need pindaktiivsed ained on kergesti sünteesitavad, kõrge puhtusastmega (kuni 99%), madala hinnaga, kergesti biolagunevad ja vesikeskkonnas täielikult lahustuvad. Mitmed uuringud on näidanud, et väävlit sisaldavad aminohappe pindaktiivsed ained on korrosiooni pärssimisel paremad.
Hiljutises uuringus on Perinelli jt. teatas ramnolipiidide rahuldavast toksikoloogilisest profiilist võrreldes tavaliste pindaktiivsete ainetega. Ramnolipiidid toimivad teadaolevalt läbilaskvuse suurendajatena. Nad teatasid ka ramnolipiidide mõjust makromolekulaarsete ravimite epiteeli läbilaskvusele.
08 Antimikroobne toime
Pindaktiivsete ainete antimikroobset toimet saab hinnata minimaalse inhibeeriva kontsentratsiooni järgi. Arginiinipõhiste pindaktiivsete ainete antimikroobset toimet on üksikasjalikult uuritud. Leiti, et gramnegatiivsed bakterid on arginiinipõhiste pindaktiivsete ainete suhtes resistentsemad kui grampositiivsed bakterid. Pindaktiivsete ainete antimikroobset toimet suurendab tavaliselt hüdroksüül-, tsüklopropaan- või küllastumata sidemete olemasolu atsüülahelates. Castillo jt. näitas, et atsüülahelate pikkus ja positiivne laeng määravad molekuli HLB väärtuse (hüdrofiilne-lipofiilne tasakaal) ja need mõjutavad nende võimet membraane lõhkuda. Nα-atsüülarginiini metüülester on veel üks oluline laia spektriga antimikroobse toimega katioonsete pindaktiivsete ainete klass, mis on kergesti biolagunev ja on madala toksilisusega või üldse mitte. Uuringud Nα-atsüülarginiini metüülestril põhinevate pindaktiivsete ainete koostoime kohta 1,2-dipalmitoüül-sn-propüültrioksüül-3-fosforüülkoliini ja 1,2-ditetradekanoüül-sn-propüültrioksüül-3-fosforüülkoliiniga, mudelmembraanides ja elusorganismides väliste barjääride olemasolu või puudumine on näidanud, et sellel pindaktiivsete ainete klassil on hea antimikroobne toime. Tulemused näitasid, et pindaktiivsetel ainetel on hea antibakteriaalne toime.
09 Reoloogilised omadused
Pindaktiivsete ainete reoloogilised omadused mängivad väga olulist rolli nende kasutusalade määramisel ja prognoosimisel erinevates tööstusharudes, sealhulgas toiduainetes, ravimites, õli ekstraheerimisel, isikliku hügieeni ja koduhooldustoodetes. Aminohapete pindaktiivsete ainete viskoelastsuse ja cmc vahelise seose arutamiseks on tehtud palju uuringuid.
10 rakendust kosmeetikatööstuses
AAS-i kasutatakse paljude isikliku hügieeni toodete valmistamisel.kaalium-N-kokoüülglütsinaat on nahale õrn ja seda kasutatakse näopuhastuseks, et eemaldada muda ja meik. n-atsüül-L-glutamiinhappel on kaks karboksüülrühma, mis muudab selle vees paremini lahustuvaks. Nendest AAS-idest kasutatakse laialdaselt C12-rasvhapetel põhinevaid AAS-e näopuhastusvahendites, et eemaldada muda ja meik. C 18 ahelaga AAS-i kasutatakse nahahooldustoodetes emulgaatorina ning teadaolevalt tekitavad N-Lauryl alaniini soolad kreemjaid vahte, mis ei ärrita nahka ja mida saab seetõttu kasutada beebihooldustoodete koostises. Hambapastas kasutataval N-laurüülil põhineval AAS-il on seebile sarnane hea detergents ja tugev ensüümi inhibeeriv toime.
Viimastel aastakümnetel on kosmeetikatoodete, isikliku hügieeni toodete ja ravimite pindaktiivsete ainete valik keskendunud madalale toksilisusele, mahedusele, puudutuse õrnusele ja ohutusele. Nende toodete tarbijad on väga teadlikud võimalikust ärritusest, toksilisusest ja keskkonnateguritest.
Tänapäeval kasutatakse AAS-i paljude šampoonide, juuksevärvide ja vanniseepide valmistamiseks, kuna neil on palju eeliseid võrreldes traditsiooniliste kosmeetika- ja isikliku hügieenitoodete analoogidega.Valgupõhistel pindaktiivsetel ainetel on isikliku hügieeni toodete jaoks vajalikud omadused. Mõnel AAS-il on kile moodustamise võime, samas kui teistel on hea vahutamisvõime.
Aminohapped on olulised looduslikult esinevad niisutavad tegurid sarvkihis. Kui epidermise rakud surevad, muutuvad nad sarvkihi osaks ja rakusisesed valgud lagunevad järk-järgult aminohapeteks. Seejärel transporditakse need aminohapped edasi sarvkihti, kus nad absorbeerivad rasva või rasvataolisi aineid epidermise sarvkihti, parandades seeläbi naha pinna elastsust. Ligikaudu 50% naha loomulikust niisutusfaktorist koosneb aminohapetest ja pürrolidoonist.
Kollageen, levinud kosmeetika koostisosa, sisaldab ka aminohappeid, mis hoiavad naha pehme.Nahaprobleemid, nagu karedus ja tuhmus, on suures osas tingitud aminohapete puudumisest. Üks uuring näitas, et aminohappe segamine salviga leevendas nahapõletust ja kahjustatud piirkonnad taastusid normaalsesse olekusse, ilma et tekiksid keloidsed armid.
Samuti on leitud, et aminohapped on kahjustatud küünenaha hooldamisel väga kasulikud.Kuivad vormitud juuksed võivad viidata aminohapete kontsentratsiooni vähenemisele tugevalt kahjustatud sarvkihis. Aminohapetel on võime tungida küünenahast karvavarre ja imada nahalt niiskust.Aminohapetel põhinevate pindaktiivsete ainete omadus muudab need väga kasulikuks šampoonides, juuksevärvides, juuksepehmendajates, juuksepalsamites ning aminohapete olemasolu muudab juuksed tugevaks.
11 Kasutusalad igapäevases kosmeetikas
Praegu on maailmas kasvav nõudlus aminohappepõhiste pesuvahendite järele.AAS-il on teadaolevalt parem puhastusvõime, vahutamisvõime ja kangast pehmendamisomadused, mistõttu sobivad need kodumajapidamises kasutatavate pesuvahendite, šampoonide, kehapesu ja muude rakenduste jaoks.Asparagiinhappest tuletatud amfoteerne AAS on väidetavalt väga tõhus kelaativate omadustega detergent. Leiti, et N-alküül-β-aminoetoksühapetest koosnevate pesuainete koostisainete kasutamine vähendab nahaärritust. On teatatud, et N-kokoüül-β-aminopropionaadist koosnev vedel pesuainepreparaat on tõhus detergent metallpindade õliplekkide korral. Samuti on näidatud, et aminokarboksüülhappe pindaktiivsel ainel C 14 CHOHCH 2 NHCH 2 COONa on parem puhastusvõime ja seda kasutatakse tekstiilide, vaipade, juuste, klaasi jne puhastamiseks. 2-hüdroksü-3-aminopropioonhape-N,N- atsetoäädikhappe derivaadil on teadaolevalt hea kompleksi moodustamise võime ja see annab seega pleegitusainetele stabiilsuse.
N-(N'-pika ahelaga atsüül-β-alanüül)-β-alaniinil põhinevate pesuvahendite valmistamisest on teatanud Keigo ja Tatsuya oma patendis parema pesemisvõime ja stabiilsuse, kerge vahu purunemise ja kanga hea pehmenemise kohta. . Kao töötas välja N-atsüül-1-N-hüdroksü-β-alaniinil põhineva pesuaine koostise ja teatas vähesest nahaärritusest, kõrgest veekindlusest ja suurest plekieemaldusvõimest.
Jaapani firma Ajinomoto kasutab šampoonides, pesuvahendites ja kosmeetikatoodetes peamiste koostisosadena vähetoksilist ja kergesti lagunevat AAS-i, mis põhineb L-glutamiinhappel, L-arginiinil ja L-lüsiinil (joonis 13). Samuti on teatatud detergentide koostises sisalduvate ensüümlisandite võimest eemaldada valgu saastumist. On teatatud, et glutamiinhappest, alaniinist, metüülglütsiinist, seriinist ja asparagiinhappest saadud N-atsüül-AAS on kasutatud suurepäraste vedelate detergentidena vesilahustes. Need pindaktiivsed ained ei suurenda viskoossust üldse isegi väga madalatel temperatuuridel ja neid saab hõlpsasti vahustamisseadme hoiuanumast üle kanda, et saada homogeenseid vahte.
Postitusaeg: juuni-09-2022