Inhoudsopgave voor dit artikel:
1. Ontwikkeling van aminozuren
2. Structurele eigenschappen
3. Chemische samenstelling
4.Classificatie
5. Synthese
6. Fysicochemische eigenschappen
7. Toxiciteit
8. Antimicrobiële activiteit
9. Rheologische eigenschappen
10. Toepassingen in de cosmetische industrie
11. Toepassingen in alledaagse cosmetica
Aminozuur oppervlakteactieve stoffen (AAS)zijn een klasse van oppervlakteactieve stoffen gevormd door het combineren van hydrofobe groepen met een of meer aminozuren. In dit geval kunnen de aminozuren synthetisch zijn of afgeleid zijn van eiwithydrolysaten of soortgelijke hernieuwbare bronnen. Dit artikel behandelt de details van de meeste beschikbare synthetische routes voor AAS en het effect van verschillende routes op de fysicochemische eigenschappen van de eindproducten, waaronder oplosbaarheid, dispersiestabiliteit, toxiciteit en biologische afbreekbaarheid. Als een klasse van oppervlakteactieve stoffen bij het vergroten van de vraag biedt de veelzijdigheid van AAS vanwege hun variabele structuur een groot aantal commerciële mogelijkheden.
Aangezien oppervlakteactieve stoffen op grote schaal worden gebruikt bij wasmiddelen, emulgatoren, corrosieremmers, tertiaire oliewinning en farmaceutische producten, zijn onderzoekers nooit opgehouden aandacht te besteden aan oppervlakteactieve stoffen.
Oppervlakteactieve stoffen zijn de meest representatieve chemische producten die dagelijks over de hele wereld in grote hoeveelheden worden geconsumeerd en een negatieve invloed hebben gehad op het wateromgeving.Studies hebben aangetoond dat het wijdverbreide gebruik van traditionele oppervlakteactieve stoffen een negatieve invloed kan hebben op het milieu.
Tegenwoordig zijn niet-toxiciteit, biologisch afbreekbaarheid en biocompatibiliteit bijna net zo belangrijk voor consumenten als het nut en de prestaties van oppervlakteactieve stoffen.
Biosurfactanten zijn milieuvriendelijke duurzame oppervlakteactieve stoffen die van nature worden gesynthetiseerd door micro -organismen zoals bacteriën, schimmels en gist, of uitgescheiden extracellulair.Daarom kunnen biosurfactanten ook worden bereid door moleculair ontwerp om natuurlijke amfifiele structuren na te bootsen, zoals fosfolipiden, alkylglycosiden en acylaminozuren.
Aminozuur oppervlakteactieve stoffen (AAS)zijn een van de typische oppervlakteactieve stoffen, meestal geproduceerd uit grondstoffen met dieren of landbouw- of landbouw. In de afgelopen twee decennia hebben AA's veel belangstelling getrokken van wetenschappers als nieuwe oppervlakteactieve stoffen, niet alleen omdat ze kunnen worden gesynthetiseerd uit hernieuwbare bronnen, maar ook omdat AA's gemakkelijk afbreekbaar zijn en onschadelijke bijproducten hebben, waardoor ze veiliger zijn voor het milieu.
AA's kunnen worden gedefinieerd als een klasse van oppervlakteactieve stoffen die bestaan uit aminozuren die aminozuurgroepen (HO 2 C-CHR-NH 2) of aminozuurresiduen bevatten (HO 2 C-CHR-NH-). De 2 functionele gebieden van aminozuren zorgen voor de afleiding van een breed scala aan oppervlakteactieve stoffen. Van een totaal van 20 standaard eiwitogene aminozuren is bekend dat ze in de natuur bestaan en zijn verantwoordelijk voor alle fysiologische reacties in groei- en levensactiviteiten. Ze verschillen alleen van elkaar volgens het residu R (Figuur 1, PK A is de negatieve logaritme van de zure dissociatieconstante van de oplossing). Sommige zijn niet-polair en hydrofoob, sommige zijn polair en hydrofiel, sommige zijn basic en sommige zijn zuur.
Omdat aminozuren hernieuwbare verbindingen zijn, hebben oppervlakteactieve stoffen die worden gesynthetiseerd uit aminozuren ook een hoog potentieel om duurzaam en milieuvriendelijk te worden. De eenvoudige en natuurlijke structuur, lage toxiciteit en snelle biologische afbreekbaarheid maken ze vaak superieur aan conventionele oppervlakteactieve stoffen. Met behulp van hernieuwbare grondstoffen (bijv. Aminozuren en plantaardige oliën), kunnen AA's worden geproduceerd door verschillende biotechnologische routes en chemische routes.
In het begin van de 20e eeuw werd voor het eerst ontdekt dat aminozuren werden gebruikt als substraten voor de synthese van oppervlakteactieve stoffen.AA's werden voornamelijk gebruikt als conserveermiddelen in farmaceutische en cosmetische formuleringen.Bovendien bleken AA's biologisch actief te zijn tegen een verscheidenheid aan ziekteverwekkende bacteriën, tumoren en virussen. In 1988 genereerde de beschikbaarheid van goedkope AA's onderzoeksinteresse in oppervlakteactiviteit. Tegenwoordig kunnen sommige aminozuren met de ontwikkeling van de biotechnologie ook commercieel op grote schaal worden gesynthetiseerd door gist, wat indirect bewijst dat de productie van AAS milieuvriendelijker is.
01 Ontwikkeling van aminozuren
Al in het begin van de 19e eeuw, toen natuurlijk voorkomende aminozuren voor het eerst werden ontdekt, werden naar verwachting hun structuren extreem waardevol - bruikbaar als grondstoffen voor de bereiding van amfifielen. De eerste studie naar de synthese van AAS werd gemeld door Bondi in 1909.
In die studie werden n-acylglycine en n-acylalanine geïntroduceerd als hydrofiele groepen voor oppervlakteactieve stoffen. Daaropvolgend werk omvatte de synthese van lipoaminozuren (AA's) met behulp van glycine en alanine, en Hentrich et al. een reeks bevindingen gepubliceerd,inclusief de eerste patentaanvraag, over het gebruik van acylsarcosinaat- en acyl -aspartaatzouten als oppervlakteactieve stoffen bij huishoudelijke reinigingsproducten (bijv. Shampoos, wasmiddelen en tandpasta's).Vervolgens onderzochten veel onderzoekers de synthese en fysicochemische eigenschappen van acylaminozuren. Tot op heden is een grote hoeveelheid literatuur gepubliceerd over de synthese, eigenschappen, industriële toepassingen en biologische afbreekbaarheid van AAS.
02 Structurele eigenschappen
De niet-polaire hydrofobe vetzuurketens van AAS kunnen variëren in structuur, kettinglengte en aantal.De structurele diversiteit en hoge oppervlakte -activiteit van AA's verklaren hun brede compositionele diversiteit en fysicochemische en biologische eigenschappen. De hoofdgroepen AA's zijn samengesteld uit aminozuren of peptiden. De verschillen in de hoofdgroepen bepalen de adsorptie, aggregatie en biologische activiteit van deze oppervlakteactieve stoffen. De functionele groepen in de hoofdgroep bepalen vervolgens het type AA's, inclusief kationisch, anionisch, niet -ionisch en amfoterisch. De combinatie van hydrofiele aminozuren en hydrofobe porties met lange ketens vormen een amfifiele structuur die het molecuul zeer actief maakt. Bovendien helpt de aanwezigheid van asymmetrische koolstofatomen in het molecuul om chirale moleculen te vormen.
03 Chemische samenstelling
Alle peptiden en polypeptiden zijn de polymerisatieproducten van deze bijna 20 α-eiwinogene a-aminozuren. Alle 20 a-aminozuren bevatten een functionele groep van carbonzuur (-cooh) en een amino-functionele groep (-NH 2), beide bevestigd aan hetzelfde tetraëdrische a-koolstofatoom. Aminozuren verschillen van elkaar door de verschillende R-groepen bevestigd aan de a-koolstof (behalve voor lycine, waarbij de R-groep waterstof is.) De R-groepen kunnen verschillen in structuur, grootte en lading (zuurgraad, alkaliteit). Deze verschillen bepalen ook de oplosbaarheid van aminozuren in water.
Aminozuren zijn chiraal (behalve voor glycine) en zijn van nature optisch actief omdat ze vier verschillende substituenten hebben die zijn gekoppeld aan de alfa -koolstof. Aminozuren hebben twee mogelijke conformaties; Het zijn niet-overlappende spiegelbeelden van elkaar, ondanks het feit dat het aantal L-stereoisomeren aanzienlijk hoger is. De R-groep die aanwezig is in sommige aminozuren (fenylalanine, tyrosine en tryptofaan) is aryl, wat leidt tot een maximale UV-absorptie bij 280 nm. De zure α-COOH en de basis α-NH2 in aminozuren zijn in staat tot ionisatie, en beide stereoisomeren, welke zij ook zijn, construeren het hieronder getoonde ionisatiegevenwicht.
R-COOH ↔R-COO－＋ H＋
R-NH3＋↔r-nh2＋ H＋
Zoals getoond in het hierboven van het ionisatie -evenwicht, bevatten aminozuren ten minste twee zwak zure groepen; De carboxylgroep is echter veel zuurder in vergelijking met de geprotoneerde aminogroep. pH 7,4, de carboxylgroep wordt gedeprotoneerd terwijl de aminogroep wordt geprotoneerd. Aminozuren met niet-ioniseerbare R-groepen zijn elektrisch neutraal bij deze pH en vormen zwitterion.
04 Classificatie
AAS kan worden geclassificeerd volgens vier criteria, die op hun beurt hieronder worden beschreven.
4.1 Volgens de oorsprong
| Volgens de oorsprong kunnen AA's als volgt worden verdeeld in 2 categorieën. ① Natuurlijke categorie Sommige van nature voorkomende verbindingen die aminozuren bevatten, hebben ook het vermogen om de oppervlakte-/grensvlakspanning te verminderen, en sommige overschrijden zelfs de werkzaamheid van glycolipiden. Deze AA's staan ook bekend als lipopeptiden. Lipopeptiden zijn verbindingen met een laag molecuulgewicht, meestal geproduceerd door bacillussoorten.
Dergelijke AA's zijn verder onderverdeeld in 3 subklassen:Surfactin, iturin en fengycin.
|
| De familie van oppervlakte-actieve peptiden omvat heptapeptidevarianten van een verscheidenheid aan stoffen,Zoals getoond in figuur 2A, waarin een C12-C16 onverzadigde β-hydroxy-vetzuurketen is gekoppeld aan het peptide. Het oppervlakte-actieve peptide is een macrocyclische lacton waarin de ring wordt gesloten door katalyse tussen de C-terminus van het β-hydroxyvetzuur en het peptide. In de subklasse van Iturin zijn er zes hoofdvarianten, namelijk iturine A en C, mycosubtilin en bacillomycine D, F en L.In alle gevallen zijn de heptapeptiden gekoppeld aan de C14-C17-ketens van β-amino-vetzuren (de ketens kunnen divers zijn). In het geval van de ekurimycines kan de aminogroep op de β-positie een amidebinding vormen met de C-terminus die aldus een macrocyclische lactamstructuur vormt.
De subklasse fengycine bevat fengycine A en B, die ook wel plipastatine worden genoemd wanneer Tyr9 D-geconfigureerd is.Het decapeptide is gekoppeld aan een C14 -C18 verzadigde of onverzadigde β -hydroxy -vetzuurketen. Structureel is plipastatine ook een macrocyclische lacton, die een Tyr-zijketen bevat op positie 3 van de peptidesequentie en een esterbinding vormt met het C-terminale residu, waardoor een interne ringstructuur wordt gevormd (zoals het geval is voor veel pseudomonas lipopeptiden).
② Synthetische categorie AAS kan ook worden gesynthetiseerd met behulp van een van de zure, basale en neutrale aminozuren. Gemeenschappelijke aminozuren die worden gebruikt voor de synthese van AAS zijn glutaminezuur, serine, proline, asparaginezuur, glycine, arginine, alanine, leucine en eiwithydrolysaten. Deze subklasse van oppervlakteactieve stoffen kan worden bereid door chemische, enzymatische en chemoenzymatische methoden; Voor de productie van AAS is de chemische synthese echter economisch haalbaarder. Gemeenschappelijke voorbeelden zijn N-Lauroyl-L-glutaminezuur en n-palmitoyl-L-glutaminezuur.
|
4.2 op basis van alifatische ketensubstituenten
Op basis van de alifatische ketensubstituenten kunnen op aminozuren gebaseerde oppervlakteactieve stoffen worden onderverdeeld in 2 typen.
Volgens de positie van de substituent
| ①n-gesubstitueerde AAS In N-gesubstitueerde verbindingen wordt een aminogroep vervangen door een lipofiele groep of een carboxylgroep, wat resulteert in een verlies van basiciteit. Het eenvoudigste voorbeeld van N-gesubstitueerde AA's zijn N-ACyl-aminozuren, die in wezen anionische oppervlakteactieve stoffen zijn. N-gesubstitueerde AA's hebben een amidebinding verbonden tussen de hydrofobe en hydrofiele delen. De amidebinding heeft het vermogen om een waterstofbinding te vormen, die de afbraak van deze oppervlakteactieve stof in een zure omgeving vergemakkelijkt, waardoor deze biologisch afbreekbaar wordt.
②C-gesubstitueerde AAS In C-gesubstitueerde verbindingen vindt de substitutie plaats bij de carboxylgroep (via een amide- of esterbinding). Typische C-gesubstitueerde verbindingen (bijv. Esters of amiden) zijn in wezen kationische oppervlakteactieve stoffen.
③n- en C-gesubstitueerde AAS In dit type oppervlakteactieve stof zijn zowel de amino- als de carboxylgroepen het hydrofiele deel. Dit type is in wezen een amfoterische oppervlakteactieve stof. |
4.3 Volgens het aantal hydrofobe staarten
Op basis van het aantal hoofdgroepen en hydrofobe staarten kunnen AA's worden verdeeld in vier groepen. Rechte keten AA's, Gemini (Dimer) Type AAS, Glycerolipid Type AA's en bicefale amfifiele (Bola) type AA's. Rechte ketens oppervlakteactieve stoffen zijn oppervlakteactieve stoffen die bestaan uit aminozuren met slechts één hydrofobe staart (figuur 3). Gemini -type AA's hebben twee aminozuur polaire kopgroepen en twee hydrofobe staarten per molecuul (figuur 4). In dit type structuur worden de twee rechte keten AA's met elkaar verbonden door een spacer en worden daarom ook dimeren genoemd. In het glycerolipide -type AAS zijn daarentegen de twee hydrofobe staarten bevestigd aan dezelfde aminozuurkopgroep. Deze oppervlakteactieve stoffen kunnen worden beschouwd als analogen van monoglyceriden, diglyceriden en fosfolipiden, terwijl in Bola-type AA's twee aminozuurkopgroepen worden gekoppeld door een hydrofobe staart.
4.4 Volgens het type hoofdgroep
①cationische aas
De hoofdgroep van dit type oppervlakteactieve stof heeft een positieve lading. De vroegste kationische AA's is ethylcocoylarginaat, een pyrrolidoncarboxylaat. De unieke en diverse eigenschappen van deze oppervlakteactieve stof maken het nuttig bij desinfectiemiddelen, antimicrobiële middelen, antistatische middelen, haarconditioners, en zijn ook zachtaardig voor de ogen en huid en gemakkelijk biologisch afbreekbaar. Singare en Mhatre gesynthetiseerde op arginine gebaseerde kationische AA's en evalueerden hun fysicochemische eigenschappen. In deze studie claimden ze hoge opbrengsten van de producten die zijn verkregen met behulp van Schotten-Baumann-reactieomstandigheden. Met toenemende alkylketenlengte en hydrofobiciteit bleek de oppervlakteactiviteit van de oppervlakteactieve stof toe te nemen en de kritische micelconcentratie (CMC) om af te nemen. Een andere is het quaternaire acyl -eiwit, dat vaak wordt gebruikt als conditioner in haarverzorgingsproducten.
②anionische aas
In anionen oppervlakteactieve stoffen heeft de polaire hoofdgroep van de oppervlakteactieve stof een negatieve lading. Sarcosine (CH 3 -NH -CH 2 -COOH, N -methylglycine), een aminozuur dat vaak wordt aangetroffen in zee -egels en zesterren, is chemisch gerelateerd aan glycine (NH2 -CH2 -COOH,), een eenvoudig aminozuur gevonden in mammaliaanse cellen. -Cooh,) is chemisch gerelateerd aan glycine, een basisch aminozuur dat wordt aangetroffen in zoogdiercellen. Laurinezuur, tetradecaanzuur, oliezuur en hun haliden en esters worden vaak gebruikt om oppervlakteactieve sarcosinaat -oppervlakteactieve stoffen te synthetiseren. Sarcosinaten zijn inherent mild en worden daarom vaak gebruikt in mondwater, shampoos, spray -scheerschuimen, zonnebrandcrème, huidreinigers en andere cosmetische producten.
Andere in de handel verkrijgbare anionische AA's zijn Amisoft CS-22 en AmilitegCK-12, respectievelijk handelsnamen voor natrium N-cocoyl-L-glutamaat en kalium N-coocoyl glycinaat. Amiliet wordt vaak gebruikt als een schuimmiddel, wasmiddel, solubilisator, emulgator en dispergeerant, en heeft veel toepassingen in cosmetica, zoals shampoos, badzepen, lichaamswas, tandpasta's, gezichtsreinigers, reinigingszeeps, contactlens reinigingsmiddelen en huishoudelijke oppervlakteactiviteiten. Amisoft wordt gebruikt als een milde huid- en haarreiniger, voornamelijk in gezichts- en lichaamsreinigers, blokken synthetische wasmiddelen, lichaamsverzorgingsproducten, shampoos en andere huidverzorgingsproducten.
③zwitterionische of amfoterische AA's
Amfoterische oppervlakteactieve stoffen bevatten zowel zure als basisplaatsen en kunnen daarom hun lading veranderen door de pH -waarde te wijzigen. In alkalische media gedragen ze zich als anionische oppervlakteactieve stoffen, terwijl ze zich in zure omgevingen gedragen als kationogene oppervlakteactieve stoffen en in neutrale media zoals amfoterische oppervlakteactieve stoffen. Lauryl Lysine (LL) en alkoxy (2-hydroxypropyl) arginine zijn de enige bekende amfoterische oppervlakteactieve stoffen op basis van aminozuren. LL is een condensatieproduct van lysine en laurinezuur. Vanwege zijn amfoterische structuur is LL onoplosbaar in bijna alle soorten oplosmiddelen, behalve voor zeer alkalische of zure oplosmiddelen. Als organisch poeder heeft LL een uitstekende hechting aan hydrofiele oppervlakken en een lage wrijvingscoëfficiënt, waardoor deze oppervlakteactieve stof een uitstekende smeervermogen heeft. LL wordt veel gebruikt in huidcrèmes en haarconditioners en wordt ook gebruikt als smeermiddel.
④nonionische aas
Niet -ionische oppervlakteactieve stoffen worden gekenmerkt door polaire hoofdgroepen zonder formele ladingen. Acht nieuwe ethoxyleerde niet-ionische oppervlakteactieve stoffen werden bereid door Al-Sabagh et al. van olie-oplosbare a-aminozuren. In dit proces werden l-fenylalanine (LEP) en L-leucine eerst versterkend met hexadecanol, gevolgd door amidatie met palmitinezuur om twee amiden en twee esters van a-aminozuren te geven. De amiden en esters ondergingen vervolgens condensatiereacties met ethyleenoxide om drie fenylalaninederivaten te bereiden met verschillende aantallen polyoxyethyleeneenheden (40, 60 en 100). Deze niet -ionische AA's bleken een goede wasmiddelen en schuimende eigenschappen te hebben.
05 Synthese
5.1 Basissynthetische route
In AAS kunnen hydrofobe groepen worden bevestigd aan amine- of carbonzuurplaatsen, of door de zijketens van aminozuren. Op basis hiervan zijn vier basissynthetische routes beschikbaar, zoals weergegeven in figuur 5.
Fig.5 Fundamentele synthesepaden van op aminozuren gebaseerde oppervlakteactieve stoffen
| Pathway 1. Amfifiele esteramines worden geproduceerd door veresteringsreacties, in welk geval de synthese van oppervlakteactieve stof meestal wordt bereikt door het refluxeren van vetalcoholen en aminozuren in aanwezigheid van een uitdratingsmiddel en een zure katalysator. In sommige reacties fungeert zwavelzuur als zowel een katalysator als een dehydratatiemiddel.
Pathway 2. Geactiveerde aminozuren reageren met alkylamines om amidebindingen te vormen, wat resulteert in de synthese van amfifiele amidoaminen.
Pathway 3. Amidozuren worden gesynthetiseerd door de aminegroepen van aminozuren met amidozuren te reageren.
Pathway 4. Alkylaminozuren met lange keten werden gesynthetiseerd door de reactie van aminegroepen met haloalkanen. |
5.2 Vooruitgang in synthese en productie
5.2.1 Synthese van single-chain aminozuur/peptide-oppervlakteactieve stoffen
N-acyl- of O-acyl-aminozuren of peptiden kunnen worden gesynthetiseerd door enzym-gekatalyseerde acylering van amine- of hydroxylgroepen met vetzuren. Het vroegste rapport over de oplosmiddelvrije lipase-gekatalyseerde synthese van aminozuuramide- of methylesterderivaten gebruikte Candida Antarctica, met opbrengsten variërend van 25% tot 90% afhankelijk van het doelaminozuur. Methylethylketon is in sommige reacties ook als oplosmiddel gebruikt. Vonderhagen et al. Ook beschreven lipase en protease-gekatalyseerde N-acylatiereacties van aminozuren, eiwithydrolysaten en/of hun derivaten met behulp van een mengsel van water en organische oplosmiddelen (bijv. Dimethylformamide/water) en methylbutylketon.
In het begin was het grootste probleem met enzym-gekatalyseerde synthese van AAS de lage opbrengsten. Volgens Valivety et al. De opbrengst van N-tetradecanoyl-aminozuurderivaten was slechts 2% -10%, zelfs na het gebruik van verschillende lipasen en het incuberen van 70 ° C gedurende vele dagen. Montet et al. ondervonden ook problemen met betrekking tot de lage opbrengst van aminozuren bij de synthese van N-acyl-lysine met behulp van vetzuren en plantaardige oliën. Volgens hen was de maximale opbrengst van het product 19% onder oplosmiddelvrije omstandigheden en het gebruik van organische oplosmiddelen. Hetzelfde probleem werd voorgekomen door Valivety et al. bij de synthese van N-CBZ-L-L-lysine of N-CBZ-lysine methylesterderivaten.
In deze studie beweerden ze dat de opbrengst van 3-O-tetradecanoyl-l-serine 80% was bij het gebruik van N-beschermde serine als een substraat en Novozyme 435 als katalysator in een gesmolten oplosmiddelvrije omgeving. Nagao en Kito bestudeerden de O-acylering van L-Serine, L-Homoserine, L-Threonine en L-Tyrosine (Let) (Let) bij het gebruik van lipase de resultaten van de reactie (lipase werd verkregen door Candida Cylindracea en Rhizopus Delemar in waterige buffer medium) en de rendement van Acylation van L-Homoserine en L-Serine was een beetje lage, while while while while while while while while while while while while while while wreef loze, while while while while while while while while while while while while while while while while wreef was no, whok Acylering van L-threonine en liet opgetreden.
Veel onderzoekers hebben het gebruik van goedkope en direct beschikbare substraten ondersteund voor de synthese van kosteneffectieve AA's. Soo et al. beweerde dat de bereiding van op palmolie gebaseerde oppervlakteactieve stoffen het beste werkt met geïmmobiliseerd lipoenzym. Ze merkten op dat de opbrengst van de producten beter zou zijn ondanks de tijdrovende reactie (6 dagen). Gerova et al. Onderzocht de synthese en oppervlakteactiviteit van chirale N-palmitoyl AAS op basis van methionine, proline, leucine, threonine, fenylalanine en fenylglycine in een cyclisch/racemisch mengsel. Pang en CHU beschreven de synthese van monomeren op aminozuurgebaseerde monomeren en op dicarbonzuur gebaseerde monomeren in oplossing Een reeks functionele en biologisch afbreekbare aminozuurgebaseerde polyamide-esters werden gesynthetiseerd door co-condensatiereacties in oplossing.
Cantaeuzeen en guerreiro rapporteerden de verestering van carbonzuurgroepen van BOC-ALA-OH en BOC-ASP-OH met alifatische alifatieke alcoholen en diols met lange ketens, met dichloormethaan als oplosmiddel en agarose 4B (Sepharose 4B) als katalysator. In deze studie gaf de reactie van BOC-ALA-OH met vetalcoholen tot 16 koolstofatomen goede opbrengsten (51%), terwijl voor BOC-ASP-OH 6 en 12 koolstofatomen beter waren, met een overeenkomstige opbrengst van 63% [64]. 99,9%) in opbrengsten variërend van 58%tot 76%, die werden gesynthetiseerd door de vorming van amidebindingen met verschillende alkylamines met lange ketens of esterbindingen met vetalcoholen door CBZ-Arg-OMe, waar pausjes als katalysator fungeerde.
5.2.2 Synthese van op Gemini gebaseerde aminozuur/peptide-oppervlakteactieve stoffen
Gemini-oppervlakteactieve stoffen op aminozuren bestaan uit twee AAS-moleculen met rechte keten die door een spacergroep met elkaar worden gekoppeld. Er zijn 2 mogelijke schema's voor de chemoenzymatische synthese van op tweini-type aminozuur-gebaseerde oppervlakteactieve stoffen (figuren 6 en 7). In figuur 6 worden 2 aminozuurderivaten gereageerd met de verbinding als een spacergroep en vervolgens worden 2 hydrofobe groepen geïntroduceerd. In figuur 7 worden de 2 straight-chain-structuren direct aan elkaar verbonden door een bifunctionele spacergroep.
De vroegste ontwikkeling van enzym-gekatalyseerde synthese van Gemini lipoaminozuren werd ontwikkeld door Valivety et al. Yoshimura et al. Onderzocht de synthese, adsorptie en aggregatie van een op aminozuren gebaseerde Gemini-oppervlakteactieve stof op basis van cystine en N-alkylbromide. De gesynthetiseerde oppervlakteactieve stoffen werden vergeleken met de overeenkomstige monomere oppervlakteactieve stoffen. Faustino et al. Beschreven de synthese van op anionische ureum gebaseerde monomere AA's gebaseerd op L-cystine, D-cystine, DL-cystine, L-cysteïne, L-methionine en L-sulfoalanine en hun paren van Gemini door middel van geleidbaarheid, evenwichtsoppervlaktespanning en steady-state fluorescency-karakterisering van hen. Er werd aangetoond dat de CMC -waarde van Gemini lager was door monomeer en Gemini te vergelijken.
Fig.6 Synthese van Gemini AA's met behulp van AA -derivaten en spacer, gevolgd door het inbrengen van de hydrofobe groep
Fig.7 Synthese van Gemini AASS met behulp van bifunctionele spacer en AA's
5.2.3 Synthese van glycerolipide aminozuur/peptide -oppervlakteactieve stoffen
Glycerolipide aminozuur/peptide-oppervlakteactieve stoffen zijn een nieuwe klasse van lipide-aminozuren die structurele analogen zijn van glycerol mono- (of di-) esters en fosfolipiden, vanwege hun structuur van een of twee vette ketens met één aminozuur gekoppeld aan de glycerol-backbone door een esterbinding. De synthese van deze oppervlakteactieve stoffen begint met de bereiding van glycerolesters van aminozuren bij verhoogde temperaturen en in aanwezigheid van een zure katalysator (bijv. BF 3). Enzym-gekatalyseerde synthese (met behulp van hydrolasen, proteasen en lipasen als katalysatoren) is ook een goede optie (figuur 8).
De enzyme-gekatalyseerde synthese van dilaborlated arginineglyceridenconjugaten met behulp van papain is gemeld. Synthese van diacylglycerolesterconjugaten uit acetylarginine en evaluatie van hun fysicochemische eigenschappen zijn ook gerapporteerd.
Fig.8 Synthese van mono- en diacylglycerol aminozuurconjugaten
Spacer: NH- (Ch2)10-Nh: compoundb1
Spacer: NH-C6H4-Nh: compoundb2
spacer: ch2-Ch2: compoundb3
Fig.9 Synthese van symmetrische amfifielen afgeleid van tris (hydroxymethyl) aminomethaan
5.2.4 Synthese van op bola gebaseerde aminozuur/peptide-oppervlakteactieve stoffen
Bola-type amfififielen op aminozuren bevatten 2 aminozuren die zijn gekoppeld aan dezelfde hydrofobe keten. Franceschi et al. Beschreven de synthese van Bola-type amfifielen met 2 aminozuren (D- of L-alanine of L-histidine) en 1 alkylketen van verschillende lengtes en onderzocht hun oppervlakteactiviteit. Ze bespreken de synthese en aggregatie van nieuwe bola-type amfifielen met een aminozuurfractie (met behulp van een ongewoon β-aminozuur of een alcohol) en een C12-C20-spacergroep. De gebruikte ongewone β-aminozuren kunnen een suikeraminozuren zijn, een azidothymine (AZT) afgeleid aminozuur, een norborneen aminozuur en een aminoalcohol afgeleid van AZT (figuur 9). De synthese van symmetrische bola-type amfifielen afgeleid van tris (hydroxymethyl) aminomethaan (TRIS) (figuur 9).
06 Fysicochemische eigenschappen
Het is bekend dat op aminozuren gebaseerde oppervlakteactieve stoffen (AA's) divers en veelzijdig van aard zijn en een goede toepasbaarheid hebben in veel toepassingen, zoals goede oplosmiddel, goede emulgerende eigenschappen, hoog rendement, hoge oppervlakte -activiteitsprestaties en goede weerstand tegen hard water (calcium iontolerantie).
Op basis van de oppervlakteactieve eigenschappen van aminozuren (bijv. Oppervlaktespanning, CMC, fasegedrag en krafft -temperatuur), werden de volgende conclusies bereikt na uitgebreide studies - de oppervlakte -activiteit van AAS is superieur aan die van de conventionele tegenhanger van oppervlakteactieve stoffen.
6.1 Kritische micelconcentratie (CMC)
Kritische micelconcentratie is een van de belangrijke parameters van oppervlakteactieve stoffen en regelt vele oppervlakte -actieve eigenschappen zoals solubilisatie, cellysis en de interactie ervan met biofilms, enz. In het algemeen verhoogt het verhogen van de ketenlengte van de koolwaterstofstaart (toenemende hydrofobiciteit) tot een afname van de CMC -waarde van de oppervlakte -waarde van de oppervlakte van de oppervlakte, waardoor de oppervlakteactiviteit wordt verhoogd. Oppervlakteactieve stoffen op basis van aminozuren hebben meestal lagere CMC -waarden in vergelijking met conventionele oppervlakteactieve stoffen.
Door verschillende combinaties van hoofdgroepen en hydrofobe staarten (mono-kationisch amide, bi-cationisch amide, bi-cationische amide-gebaseerde ester), Infante et al. Gesynthetiseerde drie op arginine gebaseerde AA's en bestudeerde hun CMC en γCMC (oppervlaktespanning bij CMC), waaruit bleek dat de CMC- en γCMC-waarden daalden met toenemende hydrofobe staartlengte. In een andere studie vonden Singare en Mhatre dat de CMC van N-a-acylarginine-oppervlakteactieve stoffen afnam met het verhogen van het aantal hydrofobe staart-koolstofatomen (tabel 1).
Yoshimura et al. Onderzocht de CMC van van cysteïne-afgeleide van aminozuren gebaseerde Gemini-oppervlakteactieve stoffen en toonde aan dat de CMC afnam wanneer de koolstofketenlengte in de hydrofobe keten werd verhoogd van 10 tot 12. Verder verhogen van de koolstofketenlengte tot 14 resulteerde in een toename van CMC, wat bevestigde dat die lange-ketens-gemini-gemmini-surfactanten een lagere neiging hebben tot aggregatie.
Faustino et al. rapporteerde de vorming van gemengde micellen in waterige oplossingen van anionische Gemini -oppervlakteactieve stoffen op basis van cystine. De Gemini -oppervlakteactieve stoffen werden ook vergeleken met de overeenkomstige conventionele monomere oppervlakteactieve stoffen (C 8 Cys). De CMC-waarden van lipide-oppervlakteactieve mengsels werden gemeld lager te zijn dan die van pure oppervlakteactieve stoffen. Gemini-oppervlakteactieve stoffen en 1,2-diheptanoyl-SN-glyceryl-3-fosfocholine, een in water oplosbare, micelvormende fosfolipide, hadden CMC in het millimolaire niveau.
Shrestha en Aramaki onderzochten de vorming van visco-elastische wormachtige micellen in waterige oplossingen van gemengde aminozuurgebaseerde anion-nonionische oppervlakteactieve stoffen in afwezigheid van mengsels. In deze studie bleek N-dodecylglutamaat een hogere Krafft-temperatuur te hebben; Wanneer het echter wordt geneutraliseerd met het basische aminozuur L-lysine, genereerde het micellen en begon de oplossing zich te gedragen als een Newtoniaanse vloeistof bij 25 ° C.
6.2 Goede oplosbaarheid in water
De goede oplosbaarheid in water van AAS is te wijten aan de aanwezigheid van extra co-NH-bindingen. Dit maakt AA's biologisch afbreekbaar en milieuvriendelijker dan de overeenkomstige conventionele oppervlakteactieve stoffen. De oplosbaarheid in water van N-acyl-L-glutaminezuur is nog beter vanwege de 2 carboxylgroepen. De oplosbaarheid in water van CN (Ca) 2 is ook goed omdat er 2 ionische argininegroepen in 1 molecuul zijn, wat resulteert in effectievere adsorptie en diffusie op het celinterface en zelfs effectieve bacteriële remming bij lagere concentraties.
6.3 Krafft -temperatuur en Krafft Point
Krafft -temperatuur kan worden opgevat als het specifieke oplosbaarheidsgedrag van oppervlakteactieve stoffen waarvan de oplosbaarheid sterk boven een bepaalde temperatuur toeneemt. Ionische oppervlakteactieve stoffen hebben de neiging om vaste hydraten te genereren, die uit water kunnen neerslaan. Bij een bepaalde temperatuur (de zogenaamde Krafft-temperatuur) wordt meestal een dramatische en discontinue toename van de oplosbaarheid van oppervlakteactieve stoffen waargenomen. Het Krafft -punt van een ionische oppervlakteactieve stof is zijn krafft -temperatuur bij CMC.
Deze oplosbaarheidskarakteristiek wordt meestal gezien voor ionische oppervlakteactieve stoffen en kan als volgt worden verklaard: de oplosbaarheid van de oppervlakteactieve stofvrije monomeer is beperkt onder de krafft -temperatuur totdat het krafft -punt wordt bereikt, waar de oplosbaarheid geleidelijk toeneemt als gevolg van micelvorming. Om een volledige oplosbaarheid te garanderen, is het noodzakelijk om oppervlakteactieve formuleringen op te bereiden bij temperaturen boven het Krafft -punt.
The Krafft temperature of AAS has been studied and compared with that of conventional synthetic surfactants.Shrestha and Aramaki studied the Krafft temperature of arginine-based AAS and found that the critical micelle concentration exhibited aggregation behavior in the form of pre-micelles above 2-5×10-6 mol-L -1 followed by normal micelle formation ( Ohta et al. synthesized six different types of N-hexadecanoyl AAS and besprak de relatie tussen hun krafft -temperatuur en aminozuurresiduen.
In de experimenten werd gevonden dat de krafft-temperatuur van N-hexadecanoyl AAS toenam met afnemende grootte van aminozuurresiduen (fenylalanine als een uitzondering), terwijl de warmte van oplosbaarheid (warmteopname) toenam met afnemende grootte van aminozuurresiduen (met uitzondering van glycine en fenylalanine). Er werd geconcludeerd dat zowel alanine- als fenylalaninesystemen de DL-interactie sterker is dan de LL-interactie in de vaste vorm van het N-hexadecanoyl AAS-zout.
Brito et al. Bepaalde de Krafft-temperatuur van drie series van nieuwe oppervlakteactieve stoffen op aminozuren met behulp van differentiële scanning microcalorimetrie en ontdekte dat het wijzigen van het trifluoroacetaat-ion in jodide-ion resulteerde in een significante toename van Krafft-temperatuur (ongeveer 6 ° C), van 47 ° C tot 53 ° C. De aanwezigheid van cis-double bindingen en de onverzadiging in de seri-derivaten met lange ketens leidden tot een significante daling van de Krafft-temperatuur. N-dodecylglutamaat zou een hogere Krafft-temperatuur hebben. Neutralisatie met het basisaminozuur L-lysine resulteerde echter in de vorming van micellen in oplossing die zich als Newtoniaanse vloeistoffen bij 25 ° C gedroeg.
6.4 Oppervlaktespanning
De oppervlaktespanning van oppervlakteactieve stoffen is gerelateerd aan de kettinglengte van het hydrofobe deel. Zhang et al. Bepaalde de oppervlaktespanning van natriumcocoylglycinaat door Wilhelmy -plaatmethode (25 ± 0,2) ° C en bepaalde de oppervlaktespanningswaarde bij CMC als 33 mN -M -1, CMC als 0,21 mmol -L -1. Yoshimura et al. Bepaalde de oppervlaktespanning van 2C N Cys-type aminozuurgebaseerde oppervlakteoppervlakspanning van 2C N Cys-gebaseerde oppervlakte-actieve middelen. Er werd gevonden dat de oppervlaktespanning bij CMC afnam met toenemende kettinglengte (tot n = 8), terwijl de trend werd omgekeerd voor oppervlakteactieve stoffen met n = 12 of langere ketenlengtes.
Het effect van CAC12 op de oppervlaktespanning van oppervlakteactieve stoffen op basis van dicarboxylboxylboxylie is ook bestudeerd. In deze studies werd CAC1 2 toegevoegd aan waterige oplossingen van drie gedicarboxyleerde oppervlakteactieve stoffen van het aminozuur-type (C12 Malna 2, C12 Aspna 2 en C12 Gluna 2). De plateau -waarden na CMC werden vergeleken en werd gevonden dat de oppervlaktespanning afnam bij zeer lage CAC1 2 -concentraties. Dit is te wijten aan het effect van calciumionen op de opstelling van de oppervlakteactieve stof op de gaswaterinterface. De oppervlaktespanningen van de zouten van N-dodecylaminomalonaat en N-dodecylaspartaat waren daarentegen ook bijna constant tot 10 mmol-L -1 CAC12-concentratie. Boven 10 mmol -L -1 neemt de oppervlaktespanning sterk toe, vanwege de vorming van een neerslag van het calciumzout van de oppervlakteactieve stof. Voor het dinatriumzout van N-dodecylglutamaat resulteerde de matige toevoeging van CAC12 in een significante afname van de oppervlaktespanning, terwijl voortdurende toename van de CAC12-concentratie niet langer significante veranderingen veroorzaakte.
Om de adsorptiekinetiek van Gemini-type AA's op de gaswaterinterface te bepalen, werd de dynamische oppervlaktespanning bepaald met behulp van de maximale beldrukmethode. De resultaten toonden aan dat voor de langste testtijd de dynamische oppervlaktespanning van 2C 12 Cys niet veranderde. De afname van de dynamische oppervlaktespanning hangt alleen af van de concentratie, de lengte van de hydrofobe staarten en het aantal hydrofobe staarten. Toenemende concentratie van oppervlakteactieve stof, afnemende ketenlengte en het aantal ketens resulteerde in een sneller verval. De resultaten verkregen voor hogere concentraties van C N Cys (n = 8 tot 12) bleken zeer dicht bij de γ CMC te zijn gemeten door de Wilhelmy -methode.
In een andere studie werden de dynamische oppervlaktespanningen van natriumdileurlcystine (SDLC) en natriumdidecamino -cystine bepaald door de Wilhelmy -plaatmethode, en bovendien werden de evenwichtsoppervlakspanningen van hun waterige oplossingen bepaald door de druppelvolumemethode. De reactie van disulfidebindingen werd ook verder onderzocht door andere methoden. De toevoeging van mercaptoethanol aan 0,1 mmol -L -1SDLC -oplossing leidde tot een snelle toename van de oppervlaktespanning van 34 mN -M -1 tot 53 mN -M -1. Aangezien NACLO de disulfidebindingen van SDLC aan sulfonzuurgroepen kan oxideren, werden geen aggregaten waargenomen wanneer NaClo (5 mmol -L -1) werd toegevoegd aan de 0,1 mmol -L -1 SDLC -oplossing. Transmissie -elektronenmicroscopie en dynamische lichtverstrooiingsresultaten toonden aan dat er geen aggregaten in de oplossing werden gevormd. De oppervlaktespanning van SDLC bleek te stijgen van 34 mn -M -1 tot 60 mn -M -1 gedurende een periode van 20 minuten.
6.5 Binaire oppervlakte -interacties
In de levenswetenschappen hebben een aantal groepen de vibratie-eigenschappen bestudeerd van mengsels van kationische AA's (diacylglycerol arginine-gebaseerde oppervlakteactieve stoffen) en fosfolipiden op het gaswaterinterface, uiteindelijk concluderen dat deze niet-ideale eigenschap de prevalentie van elektrostatische interacties veroorzaakt.
6.6 Aggregatie -eigenschappen
Dynamische lichtverstrooiing wordt vaak gebruikt om de aggregatie-eigenschappen van op aminozuren gebaseerde monomeren en Gemini-oppervlakteactieve stoffen te bepalen in concentraties boven CMC, wat een schijnbare hydrodynamische diameter DH (= 2R H) oplevert. De aggregaten gevormd door C N Cys en 2CN Cys zijn relatief groot en hebben een grootschalige verdeling in vergelijking met andere oppervlakteactieve stoffen. Alle oppervlakteactieve stoffen behalve 2C 12 Cys vormen meestal aggregaten van ongeveer 10 nm. Micellegroottes van oppervlakteactieve gemini zijn aanzienlijk groter dan die van hun monomere tegenhangers. Een toename van koolwaterstofketenlengte leidt ook tot een toename van de micelgrootte. OHTA et al. Beschreven de aggregatie-eigenschappen van drie verschillende stereoisomeren van N-dodecyl-fenyl-alanyl-fenyl-alanine-tetramethylammonium in waterige oplossing en toonden aan dat de diastereoisomeren dezelfde kritische aggregatieconcentratie hebben in waterige oplossing. Iwahashi et al. Onderzocht door circulair dichroïsme, NMR en dampdruk osmometrie de vorming van chirale aggregaten van N-dodecanoyl-l-glutaminezuur, n-dodecanoyl-L-L-valine en hun methylesters in verschillende oplosmiddelen (zoals tetrahydrofuran, acetonitrile, 1.4-dioxaan en 1,2-dichane) met rotatie-propertjes was met rotatie) met rotatie-eigenschappen) met rotatie-property Onderzocht door circulair dichroïsme, NMR en dampdruk osmometrie.
6.7 Interfaciale adsorptie
De grensvlakadsorptie van op aminozuren gebaseerde oppervlakteactieve stoffen en de vergelijking ervan met zijn conventionele tegenhanger is ook een van de onderzoeksrichtingen. Bijvoorbeeld, de grensvlakadsorptie -eigenschappen van dodecylesters van aromatische aminozuren verkregen uit Let en LEP werden onderzocht. De resultaten toonden aan dat LET en LEP lagere grensvlakgebieden vertoonden op de gas-vloeistofinterface en respectievelijk op de water/hexaaninterface.
Bordes et al. Onderzocht het oplossingsgedrag en de adsorptie op het gas-water-grensvlak van drie dicarboxyleerde aminozuuroppervlakteactieve stoffen, de dinatriumzouten van respectievelijk dodecylglutamaat, dodecyl aspartaat en aminomalonaat (met 3, 2 en 1 koolstofatomen tussen de twee carboxylgroepen). Volgens dit rapport was de CMC van de dicarboxyleerde oppervlakteactieve stoffen 4-5 keer hoger dan die van het monocarboxyleerde dodecylglycinezout. Dit wordt toegeschreven aan de vorming van waterstofbruggen tussen de gedicarboxyleerde oppervlakteactieve stoffen en aangrenzende moleculen door de amidegroepen daarin.
6.8 Fasegedrag
Isotrope discontinue kubieke fasen worden waargenomen voor oppervlakteactieve stoffen in zeer hoge concentraties. Oppervlakteactieve moleculen met zeer grote kopgroepen hebben de neiging om aggregaten van kleinere positieve kromming te vormen. Marques et al. bestudeerde het fasegedrag van de 12LYS12/12SER- en 8LYS8/16SER -systemen (zie figuur 10), en de resultaten toonden aan dat het 12LYS12/12SER -systeem een fasescheidingszone heeft tussen de micellar en vesiculaire oplossingsgebieden, terwijl het 8LYS8/16SER -systeem het 8LYS8/16SER -systeem een continue overgangsfase toont (elongfase van de lengte (elongfase van de lengte (elongfase van het kader van het kader van het kader van het kader van het kader van het kader van het kleinere micellar -fase van het kader van het kader van het kader van het kader van het kader van het kader van de kuilmans. regio). Opgemerkt moet worden dat voor het blaasjesgebied van het 12LYS12/12SERS -systeem, blaasjes altijd samengaan met micellen, terwijl het blaasjesgebied van het 8LYS8/16SER -systeem alleen blaasjes heeft.
Catanionische mengsels van de lysine- en serine-gebaseerde oppervlakteactieve stoffen: symmetrische 12LYS12/12SER-paar (links) en asymmetrische 8lys8/16Ser-paar (rechts)
6.9 emulgerende vaardigheden
Kouchi et al. Onderzocht het emulgerende vermogen, de grensvlakspanning, dispergeerbaarheid en viscositeit van N- [3-dodecyl-2-hydroxypropyl] -L-arginine, L-glutamaat en andere AA's. In vergelijking met synthetische oppervlakteactieve stoffen (hun conventionele niet -ionische en amfotere tegenhangers), toonden de resultaten aan dat AA's een sterker emulgerende vermogen hebben dan conventionele oppervlakteactieve stoffen.
Baczko et al. Gesynthetiseerde nieuwe anionische aminozuur oppervlakteactieve stoffen en onderzocht hun geschiktheid als chirale georiënteerde NMR -spectroscopie -oplosmiddelen. Een reeks sulfonaat-gebaseerde amfifiele L-Phe- of L-ALA-derivaten met verschillende hydrofobe staarten (pentyl ~ tetradecyl) werden gesynthetiseerd door te reageren op aminozuren met O-Sulfobenzoisch anhydride. Wu et al. gesynthetiseerde natriumzouten van N-Fatty Acyl AA's enOnderzocht hun emulgatievermogen bij olie-in-water emulsies en de resultaten toonden aan dat deze oppervlakteactieve stoffen beter presteerden met ethylacetaat als de oliefase dan met n-hexaan als de oliefase.
6.10 Vooruitgang in synthese en productie
Harde waterweerstand kan worden opgevat als het vermogen van oppervlakteactieve stoffen om de aanwezigheid van ionen zoals calcium en magnesium in hard water te weerstaan, dwz het vermogen om neerslag in calciumzepen te voorkomen. Oppervlakteactieve stoffen met een hoge hardwaterweerstand zijn zeer nuttig voor wasmiddelenformuleringen en producten voor persoonlijke verzorging. Resistentie van harde water kan worden geëvalueerd door de verandering in oplosbaarheid en oppervlakteactiviteit van de oppervlakteactieve stof te berekenen in aanwezigheid van calciumionen.
Een andere manier om de resistentie tegen hard water te evalueren, is door het percentage of gram oppervlakteactieve stof te berekenen die nodig is voor de calciumzeep gevormd uit 100 g natriumolaat die in water wordt verspreid. In gebieden met hoog hard water kunnen hoge concentraties calcium- en magnesiumionen en mineraalgehalte sommige praktische toepassingen moeilijk maken. Vaak wordt het natriumion gebruikt als het tegenion van een synthetische anionische oppervlakteactieve stof. Aangezien het divalent calciumion gebonden is aan beide oppervlakteactieve moleculen, zorgt het ervoor dat de oppervlakteactieve stof gemakkelijker neerslaat van de oplossing waardoor de reizent minder waarschijnlijk is.
De studie van de hardwaterweerstand van AAS toonde aan dat de zuur- en hardwaterbestendigheid sterk werd beïnvloed door een extra carboxylgroep, en de zuur- en hardwaterweerstand nam verder toe met de toename van de lengte van de spacergroep tussen de twee carboxylgroepen. De volgorde van zuur- en hardwaterbestendigheid was C 12 glycinaat <C 12 aspartaat <C 12 glutamaat. Het vergelijken van de dicarboxyleerde amidebinding en de gedicarboxyleerde amino -oppervlakteactieve stof, werd gevonden dat het pH -bereik van deze laatste breder was en zijn oppervlakteactiviteit toenam met de toevoeging van een geschikte hoeveelheid zuur. De gedicarboxyleerde N-alkylaminozuren vertoonden chelerend effect in aanwezigheid van calciumionen, en C 12 aspartaat vormden witte gel. C 12 glutamaat vertoonde een hoge oppervlakte -activiteit bij een hoge Ca2+ -concentratie en zal naar verwachting worden gebruikt bij de ontzilting van zeewater.
6.11 Dispergeerbaarheid
Dispergeerbaarheid verwijst naar het vermogen van een oppervlakteactieve stof om coalescentie en sedimentatie van de oppervlakteactieve stof in oplossing te voorkomen.Dispergeerbaarheid is een belangrijke eigenschap van oppervlakteactieve stoffen waardoor ze geschikt zijn voor gebruik in wasmiddelen, cosmetica en farmaceutische producten.Een verspreidingsmiddel moet een ester, ether, amide of amino -binding tussen de hydrofobe groep en de terminale hydrofiele groep (of tussen de hydrofobe groepen met rechte keten) bevatten.
Over het algemeen zijn anionische oppervlakteactieve stoffen zoals alkanolamido sulfaten en amfoterische oppervlakteactieve stoffen zoals amidosulfobetaïne bijzonder effectief als verspreidingsmiddelen voor calciumzeeps.
Veel onderzoeksinspanningen hebben de dispergeerbaarheid van AAS bepaald, waarbij N-Lauroyl Lysine slecht compatibel bleek te zijn met water en moeilijk te gebruiken voor cosmetische formuleringen.In deze serie hebben N-ACyl-gesubstitueerde basisaminozuren uitstekende dispergeerbaarheid en worden ze in de cosmetische industrie gebruikt om formuleringen te verbeteren.
07 Toxiciteit
Conventionele oppervlakteactieve stoffen, met name kationogene oppervlakteactieve stoffen, zijn zeer giftig voor waterorganismen. Hun acute toxiciteit is te wijten aan het fenomeen van adsorptie-ion interactie van oppervlakteactieve stoffen op het celwaterinterface. Het verminderen van de CMC van oppervlakteactieve stoffen leidt meestal tot een sterkere grensvlakadsorptie van oppervlakteactieve stoffen, wat meestal resulteert in hun verhoogde acute toxiciteit. Een toename van de lengte van de hydrofobe keten van oppervlakteactieve stoffen leidt ook tot een toename van de acute toxiciteit van oppervlakteactieve stof.De meeste AA's zijn laag of niet giftig voor mensen en het milieu (vooral voor mariene organismen) en zijn geschikt voor gebruik als voedselingrediënten, farmaceutische producten en cosmetica.Veel onderzoekers hebben aangetoond dat oppervlakteactieve stoffen van aminozuren zachtaardig en niet-irriterend zijn voor de huid. Van arginine-gebaseerde oppervlakteactieve stoffen is bekend dat ze minder giftig zijn dan hun conventionele tegenhangers.
Brito et al. bestudeerde de fysicochemische en toxicologische eigenschappen van aminozuur-gebaseerde amfifielen en hun [derivaten van tyrosine (TYR), hydroxyproline (HYP), serine (ser) en lysine (lys)] spontane vorming van kationische vesjes en gaven gegevens over hun acute toxiciteit aan daphnia magna (iC 50). Ze gesynthetiseerden kationische blaasjes van dodecyltrimethylammoniumbromide (DTAB)/Lys-derivaten en/of ser-/lys-derivatieve mengsels en testten hun ecotoxiciteit en hemolytisch potentieel, waaruit blijkt dat alle AAS en hun vesicle-bevattende mengsels minder toxisch waren dan de conventionele surfactant dtab.
Rosa et al. onderzocht de binding (associatie) van DNA aan stabiele op aminozuren gebaseerde kationische blaasjes. In tegenstelling tot conventionele kationische oppervlakteactieve stoffen, die vaak giftig lijken, lijkt de interactie van kationische aminozuuroppervlakactieve stoffen niet-giftig te zijn. De kationische AAS is gebaseerd op arginine, die spontaan stabiele blaasjes vormt in combinatie met bepaalde anionische oppervlakteactieve stoffen. Van aminozuur-gebaseerde corrosieremmers is ook gerapporteerd dat ze niet-toxisch zijn. Deze oppervlakteactieve stoffen worden gemakkelijk gesynthetiseerd met hoge zuiverheid (tot 99%), lage kosten, gemakkelijk biologisch afbreekbaar en volledig oplosbaar in waterige media. Verschillende studies hebben aangetoond dat zwavelhoudende aminozuuroppervlakteactieve stoffen superieur zijn in corrosieremming.
In een recente studie, Perinelli et al. rapporteerde een bevredigend toxicologisch profiel van rhamnolipiden in vergelijking met conventionele oppervlakteactieve stoffen. Van rhamnolipiden is bekend dat ze fungeren als permeabiliteitsverbeteraars. Ze rapporteerden ook het effect van rhamnolipiden op de epitheliale permeabiliteit van macromoleculaire geneesmiddelen.
08 Antimicrobiële activiteit
De antimicrobiële activiteit van oppervlakteactieve stoffen kan worden geëvalueerd door de minimale remmende concentratie. De antimicrobiële activiteit van op arginine gebaseerde oppervlakteactieve stoffen is in detail bestudeerd. Gram-negatieve bacteriën bleken meer resistent te zijn tegen op arginine gebaseerde oppervlakteactieve stoffen dan grampositieve bacteriën. De antimicrobiële activiteit van oppervlakteactieve stoffen wordt meestal verhoogd door de aanwezigheid van hydroxyl, cyclopropaan of onverzadigde bindingen in de acylketens. Castillo et al. toonde aan dat de lengte van de acylketens en de positieve lading de HLB-waarde (hydrofiel-lipofiele balans) van het molecuul bepalen, en deze hebben een effect op hun vermogen om membranen te verstoren. Nα-acylargininemethylester is een andere belangrijke klasse van kationische oppervlakteactieve stoffen met breed-spectrum antimicrobiële activiteit en het is gemakkelijk biologisch afbreekbaar en heeft een lage of geen toxiciteit. Studies naar de interactie van op Nα-acylarginine methylester gebaseerde oppervlakteactieve stoffen met 1,2-dipalmitoyl-Sn-propyltrioxyl-3-fosforylcholine en 1,2-ditetradecanoyl-Sn-propyltropyl-propyl-propyltropyl-3-f-f-f-f-f-f-f-f-facefactoren heeft goed Antimicrobieel De resultaten toonden aan dat de oppervlakteactieve stoffen een goede antibacteriële activiteit hebben.
09 Rheologische eigenschappen
De reologische eigenschappen van oppervlakteactieve stoffen spelen een zeer belangrijke rol bij het bepalen en voorspellen van hun toepassingen in verschillende industrieën, waaronder voedsel, farmaceutische producten, olie -extractie, persoonlijke verzorging en thuiszorgproducten. Er zijn veel studies uitgevoerd om de relatie tussen visco -elasticiteit van oppervlakteactieve stoffen van aminozuren en CMC te bespreken.
10 toepassingen in de cosmetische industrie
AA's worden gebruikt bij de formulering van veel producten voor persoonlijke verzorging.Kalium N-Cocoyl Glycinaat blijkt zacht te zijn voor de huid en wordt gebruikt in gezichtsreiniging om slib en make-up te verwijderen. N-acyl-L-glutaminezuur heeft twee carboxylgroepen, waardoor het meer oplosbaar in water wordt. Onder deze AA's worden AA's op basis van C 12 -vetzuren veel gebruikt bij gezichtsreiniging om slib en make -up te verwijderen. AA's met een C 18-ketting worden gebruikt als emulgatoren in huidverzorgingsproducten, en het is bekend dat N-Lauryl alaninezouten romige schuimen creëren die niet irritant zijn voor de huid en daarom kunnen worden gebruikt bij de formulering van babyverzorgingsproducten. Op N-Lauryl-gebaseerde AA's die in tandpasta worden gebruikt, hebben een goede wasgentie vergelijkbaar met zeep en sterke enzymremmende werkzaamheid.
In de afgelopen decennia is de keuze van oppervlakteactieve stoffen voor cosmetica, producten voor persoonlijke verzorging en farmaceutische producten gericht op lage toxiciteit, zachtheid, zachtheid voor aanraking en veiligheid. Consumenten van deze producten zijn zich scherp bewust van de potentiële irritatie, toxiciteit en omgevingsfactoren.
Tegenwoordig worden AA's gebruikt om veel shampoos, haarverf en badzepen te formuleren vanwege hun vele voordelen ten opzichte van hun traditionele tegenhangers in cosmetica en producten voor persoonlijke verzorging.Op eiwit gebaseerde oppervlakteactieve stoffen hebben wenselijke eigenschappen die nodig zijn voor producten voor persoonlijke verzorging. Sommige AA's hebben filmvormende mogelijkheden, terwijl anderen goede schuimmogelijkheden hebben.
Aminozuren zijn van nature natuurlijk voorkomende hydraterende factoren in het stratum corneum. Wanneer epidermale cellen sterven, worden ze onderdeel van het stratum corneum en worden de intracellulaire eiwitten geleidelijk afgebroken tot aminozuren. Deze aminozuren worden vervolgens verder in het stratum corneum getransporteerd, waar ze vet of vetachtige stoffen absorberen in het epidermale stratum corneum, waardoor de elasticiteit van het huidoppervlak wordt verbeterd. Ongeveer 50% van de natuurlijke hydraterende factor in de huid bestaat uit aminozuren en pyrrolidon.
Collageen, een gemeenschappelijk cosmetisch ingrediënt, bevat ook aminozuren die de huid zacht houden.Huidproblemen zoals ruwheid en saaiheid zijn grotendeels te wijten aan een gebrek aan aminozuren. Eén studie toonde aan dat het mengen van een aminozuur met een zalf verlichte huidbrandwonden, en de getroffen gebieden terugkeerden naar hun normale toestand zonder keloïde littekens te worden.
Aminozuren zijn ook zeer nuttig gebleken bij de zorg voor beschadigde nagelriemen.Droog, vormloos haar kan wijzen op een afname van de concentratie van aminozuren in een ernstig beschadigd stratum corneum. Aminozuren hebben het vermogen om de nagelriem in de haaras binnen te dringen en vocht uit de huid te absorberen.Dit vermogen van oppervlakteactieve stoffen op basis van aminozuren maakt ze zeer nuttig in shampoos, haarverf, haarverzachters, haarconditioners en de aanwezigheid van aminozuren maakt het haar sterk.
11 applicaties in alledaagse cosmetica
Momenteel is er een groeiende vraag naar op aminozuren gebaseerde wasmiddelenformuleringen wereldwijd.Het is bekend dat AA's een beter reinigingsvermogen, schuimvermogen en verzachtende eigenschappen van stoffen hebben, waardoor ze geschikt zijn voor huishoudelijke wasmiddelen, shampoos, lichaamsgewassen en andere toepassingen.Van asparaginezuur afgeleide amfoterische AA's is gerapporteerd als een zeer effectief wasmiddel met chelerende eigenschappen. Het gebruik van wasmiddelingrediënten bestaande uit N-alkyl-β-aminoethoxyzuren bleek de huidirritatie te verminderen. Een vloeibare wasmiddelenformulering bestaande uit N-cocoyl-β-aminopropionaat is gemeld als een effectief wasmiddel voor olievlekken op metalen oppervlakken. Een aminocarbonzuur oppervlakteactieve stof, C 14 CHOHCH 2 NHCH 2 Coona, is ook aangetoond dat het een betere wasgentie heeft en wordt gebruikt voor het reinigen van textiel, tapijten, haar, glas, enz.
De bereiding van wasmiddelenformuleringen op basis van N- (N'-long-keten acyl-β-alanyl) -β-alanine is gemeld door Keigo en Tatsuya in hun patent voor een beter wasvermogen en stabiliteit, gemakkelijk schuimbreuk en goed verzachtende stof. Kao ontwikkelde een wasmiddelformulering op basis van N-acyl-1 -N-hydroxy-β-alanine en rapporteerde lage huidirritatie, hoge waterweerstand en hoogvlekverwijderingsvermogen.
Het Japanse bedrijf Ajinomoto gebruikt lage-toxische en gemakkelijk afbreekbare AA's op basis van L-glutaminezuur, L-arginine en L-lysine als de belangrijkste ingrediënten in shampoos, wasmiddelen en cosmetica (figuur 13). Het vermogen van enzym -additieven in wasmiddelenformuleringen om eiwitvervuiling te verwijderen is ook gemeld. N-acyl AA's afgeleid van glutaminezuur, alanine, methylglycine, serine en asparaginezuur zijn gemeld voor hun gebruik als uitstekende vloeibare wasmiddelen in waterige oplossingen. Deze oppervlakteactieve stoffen verhogen helemaal niet de viscositeit, zelfs bij zeer lage temperaturen, en kunnen gemakkelijk worden overgebracht van het opslagvat van het schuimapparaat om homogene schuimen te verkrijgen.
Posttijd: Jun-09-2022