nieuws

Inhoudsopgave voor dit artikel:

1. Ontwikkeling van aminozuren

2. Structurele eigenschappen

3. Chemische samenstelling

4.Classificatie

5. Synthese

6. Fysisch-chemische eigenschappen

7. Toxiciteit

8. Antimicrobiële activiteit

9. Reologische eigenschappen

10. Toepassingen in de cosmetische industrie

11. Toepassingen in alledaagse cosmetica

Aminozuur oppervlakteactieve stoffen (AAS)zijn een klasse oppervlakteactieve stoffen die worden gevormd door hydrofobe groepen te combineren met een of meer aminozuren.In dit geval kunnen de aminozuren synthetisch zijn of afgeleid 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 fysisch-chemische eigenschappen van de eindproducten, waaronder oplosbaarheid, dispersiestabiliteit, toxiciteit en biologische afbreekbaarheid.Als een klasse oppervlakteactieve stoffen waar steeds meer vraag naar is, biedt de veelzijdigheid van AAS vanwege hun variabele structuur een groot aantal commerciële kansen.

 

Aangezien oppervlakteactieve stoffen veel worden gebruikt in wasmiddelen, emulgatoren, corrosieremmers, tertiaire oliewinning en farmaceutische producten, hebben onderzoekers altijd aandacht besteed aan oppervlakteactieve stoffen.

 

Oppervlakteactieve stoffen zijn de meest representatieve chemische producten die dagelijks in grote hoeveelheden over de hele wereld worden geconsumeerd en een negatieve invloed hebben gehad op het aquatisch milieu.Studies hebben aangetoond dat het wijdverbreide gebruik van traditionele oppervlakteactieve stoffen een negatieve invloed kan hebben op het milieu.

 

Tegenwoordig zijn non-toxiciteit, biologische afbreekbaarheid en biocompatibiliteit bijna net zo belangrijk voor consumenten als het nut en de prestaties van oppervlakteactieve stoffen.

 

Biosurfactants zijn milieuvriendelijke duurzame surfactants die van nature worden gesynthetiseerd door micro-organismen zoals bacteriën, schimmels en gisten, of extracellulair worden uitgescheiden.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 dierlijke of agrarische grondstoffen.In de afgelopen twee decennia hebben wetenschappers veel belangstelling gekregen voor AAS als nieuwe oppervlakteactieve stoffen, niet alleen omdat ze kunnen worden gesynthetiseerd uit hernieuwbare bronnen, maar ook omdat AAS gemakkelijk afbreekbaar zijn en onschadelijke bijproducten bevatten, waardoor ze veiliger zijn voor de mens. omgeving.

 

AAS kan worden gedefinieerd als een klasse van oppervlakteactieve stoffen bestaande uit aminozuren die aminozuurgroepen (HO 2 C-CHR-NH 2) of aminozuurresiduen (HO 2 C-CHR-NH-) bevatten.De 2 functionele regio's van aminozuren maken de afleiding van een grote verscheidenheid aan oppervlakteactieve stoffen mogelijk.Er zijn in totaal 20 standaard proteïnogene aminozuren bekend die in de natuur voorkomen en die verantwoordelijk zijn 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 zuurdissociatieconstante van de oplossing).Sommige zijn niet-polair en hydrofoob, sommige zijn polair en hydrofiel, sommige zijn basisch en sommige zijn zuur.

 

Omdat aminozuren hernieuwbare verbindingen zijn, hebben oppervlakteactieve stoffen gesynthetiseerd uit aminozuren ook een groot 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) kan AAS via verschillende biotechnologische routes en chemische routes worden geproduceerd.

 

In het begin van de 20e eeuw werd voor het eerst ontdekt dat aminozuren werden gebruikt als substraten voor de synthese van oppervlakteactieve stoffen.AAS werden voornamelijk gebruikt als conserveringsmiddelen in farmaceutische en cosmetische formuleringen.Bovendien bleek AAS biologisch actief te zijn tegen een verscheidenheid aan ziekteverwekkende bacteriën, tumoren en virussen.In 1988 zorgde de beschikbaarheid van goedkope AAS voor onderzoeksinteresse in oppervlakteactiviteit.Tegenwoordig, met de ontwikkeling van de biotechnologie, kunnen sommige aminozuren ook op grote schaal commercieel worden gesynthetiseerd door gist, wat indirect bewijst dat de productie van AAS milieuvriendelijker is.

figuur
Figuur 1

01 Ontwikkeling van aminozuren

Al in het begin van de 19e eeuw, toen van nature voorkomende aminozuren voor het eerst werden ontdekt, werd voorspeld dat hun structuren buitengewoon waardevol zouden zijn - bruikbaar als grondstof voor de bereiding van amfifielen.De eerste studie over de synthese van AAS werd gerapporteerd 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 (AAS) met behulp van glycine en alanine, en Hentrich et al.publiceerde een reeks bevindingen,inclusief de eerste octrooiaanvraag, over het gebruik van acylsarcosinaat- en acylaspartaatzouten als oppervlakteactieve stoffen in huishoudelijke schoonmaakproducten (bijv. shampoos, wasmiddelen en tandpasta's).Vervolgens hebben veel onderzoekers de synthese en fysisch-chemische eigenschappen van acylaminozuren onderzocht.Tot op heden is er 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, ketenlengte en aantal.De structurele diversiteit en hoge oppervlakteactiviteit van AAS verklaren hun brede samenstellingsdiversiteit en fysisch-chemische en biologische eigenschappen.De kopgroepen van AAS zijn samengesteld uit aminozuren of peptiden.De verschillen in de kopgroepen bepalen de adsorptie, aggregatie en biologische activiteit van deze oppervlakte-actieve stoffen.De functionele groepen in de kopgroep bepalen vervolgens het type AAS, inclusief kationisch, anionisch, niet-ionisch en amfoteer.De combinatie van hydrofiele aminozuren en hydrofobe langketenige delen vormen een amfifiele structuur die het molecuul zeer oppervlakte-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-proteïnogene α-aminozuren.Alle 20 α-Aminozuren bevatten een carbonzuurfunctionele groep (-COOH) en een aminofunctionele groep (-NH 2), beide bevestigd aan hetzelfde tetraëdrische α-koolstofatoom.Aminozuren verschillen van elkaar door de verschillende R-groepen die aan de α-koolstof zijn bevestigd (behalve lycine, waar 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 glycine) en zijn van nature optisch actief omdat ze vier verschillende substituenten hebben die aan de alfakoolstof zijn gekoppeld.Aminozuren hebben twee mogelijke conformaties;het zijn niet-overlappende spiegelbeelden van elkaar, ondanks het feit dat het aantal L-stereo-isomeren 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 basische α-NH2 in aminozuren zijn in staat tot ionisatie, en beide stereo-isomeren, wat ze ook zijn, construeren het hieronder getoonde ionisatie-evenwicht.

 

R-COOH ↔R-COO-+H

R-NH3↔R-NH2+H

Zoals blijkt uit het bovenstaande 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 is gedeprotoneerd terwijl de aminogroep is geprotoneerd.Aminozuren met niet-ioniseerbare R-groepen zijn bij deze pH elektrisch neutraal en vormen zwitterion.

04 Classificatie

AAS kan worden geclassificeerd op basis van vier criteria, die hieronder achtereenvolgens worden beschreven.

 

4.1 Volgens de oorsprong

Volgens de oorsprong kan AAS als volgt in 2 categorieën worden verdeeld. ① Natuurlijke categorie

Sommige natuurlijk voorkomende verbindingen die aminozuren bevatten, hebben ook het vermogen om oppervlakte-/grensvlakspanning te verminderen, en sommige overtreffen zelfs de werkzaamheid van glycolipiden.Deze AAS staan ​​ook bekend als lipopeptiden.Lipopeptiden zijn verbindingen met een laag molecuulgewicht, meestal geproduceerd door Bacillus-soorten.

 

Dergelijke AAS zijn verder onderverdeeld in 3 subklassen:surfactine, iturine en fengycine.

 

Figuur 2
De familie van oppervlakte-actieve peptiden omvat heptapeptide-varianten van een verscheidenheid aan stoffen,zoals getoond in Figuur 2a, waarin een C12-C16 onverzadigde β-hydroxy vetzuurketen is gekoppeld aan het peptide.Het oppervlakteactieve peptide is een macrocyclisch lacton waarin de ring is gesloten door katalyse tussen de C-terminus van het β-hydroxyvetzuur en het peptide. 

In de subklasse van iturine 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-aminovetzuren (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, waardoor een macrocyclische lactamstructuur wordt gevormd.

 

De subklasse fengycine bevat fengycine A en B, die ook 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 macrocyclisch lacton, dat 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 door een van de zure, basische en neutrale aminozuren te gebruiken.Gebruikelijke 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 met chemische, enzymatische en chemo-enzymatische methoden;voor de productie van AAS is chemische synthese echter economisch haalbaarder.Bekende voorbeelden zijn N-lauroyl-L-glutaminezuur en N-palmitoyl-L-glutaminezuur.

 

4.2 Gebaseerd op alifatische ketensubstituenten

Op basis van de alifatische ketensubstituenten kunnen op aminozuren gebaseerde oppervlakteactieve stoffen worden onderverdeeld in 2 soorten.

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 AAS zijn N-acylaminozuren, die in wezen anionische oppervlakteactieve stoffen zijn.n-gesubstitueerde AAS hebben een amidebinding tussen de hydrofobe en hydrofiele delen.De amidebinding heeft het vermogen om een ​​waterstofbinding te vormen, wat de afbraak van deze oppervlakteactieve stof in een zure omgeving vergemakkelijkt, waardoor het biologisch afbreekbaar wordt.

 

②C-gesubstitueerde AAS

In C-gesubstitueerde verbindingen vindt de substitutie plaats aan 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 carboxylgroep het hydrofiele deel.Dit type is in wezen een amfotere oppervlakteactieve stof.

 

4.3 Volgens het aantal hydrofobe staarten

Op basis van het aantal kopgroepen en hydrofobe staarten kan AAS in vier groepen worden verdeeld.AAS met rechte keten, Gemini (dimeer) type AAS, Glycerolipid type AAS en bicephalisch amfifiel (Bola) type AAS.oppervlakteactieve stoffen met rechte keten zijn oppervlakteactieve stoffen die bestaan ​​uit aminozuren met slechts één hydrofobe staart (Figuur 3).Gemini-type AAS hebben twee polaire kopgroepen van aminozuren en twee hydrofobe staarten per molecuul (Figuur 4).In dit type structuur zijn de twee rechte keten AAS met elkaar verbonden door een spacer en worden daarom ook wel dimeren genoemd.In het Glycerolipid type AAS daarentegen zijn de twee hydrofobe staarten aan dezelfde aminozuurkopgroep bevestigd.Deze oppervlakteactieve stoffen kunnen worden beschouwd als analogen van monoglyceriden, diglyceriden en fosfolipiden, terwijl in Bola-type AAS twee aminozuurkopgroepen zijn verbonden door een hydrofobe staart.

afb3

4.4 Volgens het type kopgroep

①Kationische AAS

De kopgroep van dit type oppervlakteactieve stof heeft een positieve lading.De vroegste kationische AAS is ethylcocoylarginaat, een pyrrolidoncarboxylaat.De unieke en diverse eigenschappen van deze oppervlakteactieve stof maken het bruikbaar in ontsmettingsmiddelen, antimicrobiële middelen, antistatische middelen, haarconditioners, maar ook als zacht voor de ogen en huid en gemakkelijk biologisch afbreekbaar.Singare en Mhatre synthetiseerden op arginine gebaseerd kationisch AAS en evalueerden hun fysisch-chemische eigenschappen.In deze studie claimden ze hoge opbrengsten van de producten 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) af te nemen.Een andere is het quaternaire acyl-eiwit, dat vaak wordt gebruikt als conditioner in haarverzorgingsproducten.

 

②Anionisch AAS

In anionische oppervlakteactieve stoffen heeft de polaire kopgroep van de oppervlakteactieve stof een negatieve lading.Sarcosine (CH 3 -NH-CH 2 -COOH, N-methylglycine), een aminozuur dat veel voorkomt in zee-egels en zeesterren, is chemisch verwant aan glycine (NH 2 -CH 2 -COOH,), een basisch aminozuur dat in zoogdiercellen.-COOH,) is chemisch verwant aan glycine, een basisch aminozuur dat voorkomt in zoogdiercellen.Laurinezuur, tetradecaanzuur, oliezuur en hun halogeniden en esters worden vaak gebruikt om oppervlakteactieve stoffen van sarcosinaat te synthetiseren.Sarcosinaten zijn van nature mild en worden daarom vaak gebruikt in mondspoelingen, shampoos, scheerschuimsprays, zonnebrandmiddelen, huidreinigers en andere cosmetische producten.

 

Andere in de handel verkrijgbare anionische AAS omvatten Amisoft CS-22 en AmiliteGCK-12, handelsnamen voor respectievelijk natrium-N-cocoyl-L-glutamaat en kalium-N-cocoylglycinaat.Amilite wordt vaak gebruikt als schuimmiddel, wasmiddel, solubilizer, emulgator en dispergeermiddel, en heeft veel toepassingen in cosmetica, zoals shampoos, badzepen, bodywashes, tandpasta's, gezichtsreinigers, reinigingszepen, contactlensreinigers en huishoudelijke oppervlakteactieve stoffen.Amisoft wordt gebruikt als een milde huid- en haarreiniger, voornamelijk in gezichts- en lichaamsreinigers, synthetische wasmiddelen, lichaamsverzorgingsproducten, shampoos en andere huidverzorgingsproducten.

 

③zwitterionische of amfotere AAS

Amfotere oppervlakteactieve stoffen bevatten zowel zure als basische sites en kunnen daarom hun lading veranderen door de pH-waarde te veranderen.In alkalische media gedragen ze zich als anionische oppervlakteactieve stoffen, terwijl ze zich in zure omgevingen gedragen als kationische oppervlakteactieve stoffen en in neutrale media als amfotere oppervlakteactieve stoffen.Lauryl lysine (LL) en alkoxy (2-hydroxypropyl) arginine zijn de enige bekende amfotere oppervlakteactieve stoffen op basis van aminozuren.LL is een condensatieproduct van lysine en laurinezuur.Vanwege zijn amfotere structuur is LL onoplosbaar in bijna alle soorten oplosmiddelen, behalve in zeer alkalische of zure oplosmiddelen.Als organisch poeder heeft LL een uitstekende hechting op hydrofiele oppervlakken en een lage wrijvingscoëfficiënt, waardoor deze oppervlakteactieve stof een uitstekend smeervermogen heeft.LL wordt veel gebruikt in huidcrèmes en haarconditioners en wordt ook gebruikt als glijmiddel.

 

④Niet-ionische AAS

Niet-ionische oppervlakteactieve stoffen worden gekenmerkt door polaire kopgroepen zonder formele ladingen.acht nieuwe geëthoxyleerde niet-ionische oppervlakteactieve stoffen werden bereid door Al-Sabagh et al.van in olie oplosbare α-aminozuren.Bij dit proces werden L-fenylalanine (LEP) en L-leucine eerst veresterd met hexadecanol, gevolgd door amidering met palmitinezuur om twee amiden en twee esters van α-aminozuren op te leveren.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 AAS bleken goede reinigende en schuimende eigenschappen te hebben.

 

05 Synthese

5.1 Basis synthetische route

In AAS kunnen hydrofobe groepen worden gehecht aan amine- of carbonzuurplaatsen, of via de zijketens van aminozuren.Op basis hiervan zijn er vier synthetische basisroutes beschikbaar, zoals weergegeven in figuur 5.

afb5

Fig.5 Fundamentele synthesepaden van oppervlakteactieve stoffen op basis van aminozuren

Weg 1.

Amfifiele esteraminen worden geproduceerd door veresteringsreacties, in welk geval de synthese van oppervlakteactieve stoffen gewoonlijk wordt bereikt door vetalcoholen en aminozuren onder terugvloeiing te koken in aanwezigheid van een dehydratatiemiddel en een zure katalysator.Bij sommige reacties werkt zwavelzuur zowel als katalysator als als dehydratatiemiddel.

 

Weg 2.

Geactiveerde aminozuren reageren met alkylaminen om amidebindingen te vormen, wat resulteert in de synthese van amfifiele amidoaminen.

 

Weg 3.

Amidozuren worden gesynthetiseerd door de aminegroepen van aminozuren te laten reageren met amidozuren.

 

Weg 4.

Alkaanaminozuren met lange keten werden gesynthetiseerd door de reactie van aminegroepen met halogeenalkanen.

5.2 Vooruitgang in synthese en productie

5.2.1 Synthese van enkelketenige aminozuur/peptide-surfactanten

N-acyl- of O-acylaminozuren of peptiden kunnen worden gesynthetiseerd door enzymgekatalyseerde acylering van amine- of hydroxylgroepen met vetzuren.Het vroegste rapport over de oplosmiddelvrije, door lipase gekatalyseerde synthese van aminozuuramide- of methylesterderivaten gebruikte Candida antarctica, met opbrengsten variërend van 25% tot 90%, afhankelijk van het doelaminozuur.Methylethylketon is bij sommige reacties ook als oplosmiddel gebruikt.Vonderhagen et al.beschreef ook door lipase en protease gekatalyseerde N-acyleringsreacties 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 enzymgekatalyseerde synthese van AAS de lage opbrengsten.Volgens Valvety et al.de opbrengst aan N-tetradecanoyl-aminozuurderivaten was slechts 2%-10%, zelfs na gebruik van verschillende lipasen en vele dagen incuberen bij 70°C.Montet et al.stuitte ook op problemen met betrekking tot de lage opbrengst aan aminozuren bij de synthese van N-acyllysine met behulp van vetzuren en plantaardige oliën.Volgens hen was de maximale opbrengst van het product 19% onder oplosmiddelvrije omstandigheden en met gebruik van organische oplosmiddelen.hetzelfde probleem werd ondervonden door Valvety et al.bij de synthese van N-Cbz-L-lysine of N-Cbz-lysine methylesterderivaten.

 

In deze studie beweerden ze dat de opbrengst van 3-O-tetradecanoyl-L-serine 80% was bij gebruik van N-beschermde serine als 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) bij gebruik van lipase. De resultaten van de reactie (lipase werd verkregen door Candida cylindracea en Rhizopus delemar in waterig buffermedium) en rapporteerden dat de opbrengsten van acylering van L-homoserine en L-serine enigszins laag waren, terwijl er geen acylering van L-threonine en LET optrad.

 

Veel onderzoekers hebben het gebruik van goedkope en gemakkelijk verkrijgbare substraten voor de synthese van kosteneffectieve AAS ondersteund.Soe et al.beweerde dat de bereiding van op palmolie gebaseerde oppervlakteactieve stoffen het beste werkt met geïmmobiliseerd lipo-enzym.Ze merkten op dat de opbrengst van de producten ondanks de tijdrovende reactie (6 dagen) beter zou zijn.Gerova et al.onderzocht de synthese en oppervlakteactiviteit van chiraal 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 basis van aminozuren en monomeren op basis van dicarbonzuur in oplossing. Een reeks functionele en biologisch afbreekbare polyamide-esters op aminozuurbasis werd gesynthetiseerd door co-condensatiereacties in oplossing.

 

Cantaeuzene en Guerreiro rapporteerden de verestering van carbonzuurgroepen van Boc-Ala-OH en Boc-Asp-OH met alifatische alcoholen en diolen 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 alkylaminen met lange keten of esterbindingen met vetalcoholen door Cbz-Arg-OMe, waarbij papaïne als katalysator fungeerde.

5.2.2 Synthese van oppervlakte-actieve stoffen op basis van aminozuren/peptiden op basis van gemini

Gemini-surfactanten op basis van aminozuren bestaan ​​uit twee AAS-moleculen met een rechte keten die kop aan kop met elkaar zijn verbonden door een spacergroep.Er zijn 2 mogelijke schema's voor de chemo-enzymatische synthese van oppervlakteactieve stoffen op basis van aminozuren van het gemini-type (figuren 6 en 7).In figuur 6 worden 2 aminozuurderivaten in reactie gebracht met de verbinding als een spacergroep en vervolgens worden 2 hydrofobe groepen geïntroduceerd.In figuur 7 zijn de 2 structuren met een rechte keten direct met elkaar verbonden door een bifunctionele spacergroep.

 

De vroegste ontwikkeling van door enzymen gekatalyseerde synthese van gemini-lipoaminozuren werd gepionierd door Valivety et al.Yoshimura et al.onderzocht de synthese, adsorptie en aggregatie van een op aminozuren gebaseerde gemini-surfactant op basis van cystine en n-alkylbromide.De gesynthetiseerde oppervlakteactieve stoffen werden vergeleken met de overeenkomstige monomere oppervlakteactieve stoffen.Faustin et al.beschreef de synthese van anionisch op ureum gebaseerd monomeer AAS op basis van L-cystine, D-cystine, DL-cystine, L-cysteïne, L-methionine en L-sulfoalanine en hun tweelingparen door middel van geleidbaarheid, evenwicht oppervlaktespanning en stabiele -staat fluorescentie karakterisering van hen.Er werd aangetoond dat de cmc-waarde van gemini lager was door monomeer en gemini te vergelijken.

afb6

Fig.6 Synthese van gemini AAS met behulp van AA-derivaten en spacer, gevolgd door insertie van de hydrofobe groep

afb7

Fig.7 Synthese van gemini AAS's met behulp van bifunctionele spacer en AAS

5.2.3 Synthese van glycerolipide-aminozuur/peptide-surfactanten

Glycerolipide aminozuur/peptide surfactanten zijn een nieuwe klasse van lipide aminozuren die structurele analogen zijn van glycerol mono- (of di-) esters en fosfolipiden, vanwege hun structuur van één of twee vetketens met één aminozuur gekoppeld aan de glycerol ruggengraat door een esterbinding.De synthese van deze oppervlakte-actieve stoffen begint met de bereiding van glycerolesters van aminozuren bij verhoogde temperaturen en in aanwezigheid van een zure katalysator (bv. BF 3).Enzym-gekatalyseerde synthese (met hydrolasen, proteasen en lipasen als katalysatoren) is ook een goede optie (Figuur 8).

Er is melding gemaakt van de door enzymen gekatalyseerde synthese van gedilauryleerde arginineglyceridenconjugaten met behulp van papaïne.Synthese van diacylglycerolester-conjugaten van acetylarginine en evaluatie van hun fysisch-chemische eigenschappen zijn ook gerapporteerd.

afb11

Fig.8 Synthese van mono- en diacylglycerol-aminozuurconjugaten

afb8

afstandhouder: NH-(CH2)10-NH: verbindingB1

afstandhouder: NH-C6H4-NH: verbindingB2

afstandhouder: CH2-CH2: verbindingB3

Fig.9 Synthese van symmetrische amfifielen afgeleid van Tris(hydroxymethyl)aminomethaan

5.2.4 Synthese van op bola gebaseerde aminozuur/peptide-surfactanten

Aminozuur-gebaseerde bola-type amfifielen bevatten 2 aminozuren die zijn gekoppeld aan dezelfde hydrofobe keten.Franceschi et al.beschreef de synthese van amfifielen van het bola-type met 2 aminozuren (D- of L-alanine of L-histidine) en 1 alkylketen van verschillende lengte en onderzocht hun oppervlakteactiviteit.Ze bespreken de synthese en aggregatie van nieuwe amfifielen van het bola-type met een aminozuurfractie (met behulp van een ongebruikelijk β-aminozuur of een alcohol) en een C12-C20-spacergroep.De ongebruikelijke gebruikte β-aminozuren kunnen een suikeraminozuur, een van azidothymine (AZT) afgeleid aminozuur, een norborneenaminozuur en een aminoalcohol afgeleid van AZT zijn (Figuur 9).de synthese van symmetrische bola-type amfifielen afgeleid van tris(hydroxymethyl)aminomethaan (Tris) (Figuur 9).

06 Fysisch-chemische eigenschappen

Het is algemeen bekend dat oppervlakteactieve stoffen op basis van aminozuren (AAS) divers en veelzijdig van aard zijn en goed toepasbaar zijn in veel toepassingen, zoals goede oplosbaarheid, goede emulgeringseigenschappen, hoge efficiëntie, hoge oppervlakteactiviteit en goede weerstand tegen hard water (calciumionen). tolerantie).

 

Op basis van de oppervlakteactieve eigenschappen van aminozuren (bijv. oppervlaktespanning, cmc, fasegedrag en Krafft-temperatuur) werden na uitgebreide studies de volgende conclusies getrokken: de oppervlakteactiviteit van AAS is superieur aan die van zijn conventionele oppervlakteactieve tegenhanger.

 

6.1 Kritische micelconcentratie (cmc)

Kritische micelconcentratie is een van de belangrijke parameters van oppervlakteactieve stoffen en regelt vele oppervlakteactieve eigenschappen zoals solubilisatie, cellysis en de interactie met biofilms, enz. Over het algemeen leidt het vergroten van de ketenlengte van de koolwaterstofstaart (toenemende hydrofobiciteit) tot een afname in de cmc-waarde van de oplossing van oppervlakteactieve stof, waardoor de oppervlakteactiviteit toeneemt.Oppervlakteactieve stoffen op basis van aminozuren hebben doorgaans lagere cmc-waarden in vergelijking met conventionele oppervlakteactieve stoffen.

 

Door verschillende combinaties van kopgroepen en hydrofobe staarten (mono-kationische amide, bi-kationische amide, bi-kationische amide-gebaseerde ester), Infante et al.synthetiseerde drie op arginine gebaseerde AAS en bestudeerde hun cmc en γcmc (oppervlaktespanning bij cmc), wat aantoonde dat de cmc- en γcmc-waarden afnamen met toenemende hydrofobe staartlengte.In een andere studie ontdekten Singare en Mhatre dat de cmc van N-α-acylarginine oppervlakteactieve stoffen afnam met een toename van het aantal hydrofobe staartkoolstofatomen (Tabel 1).

voor

Yoshimura et al.onderzocht de cmc van van cysteïne afgeleide aminozuur-gebaseerde gemini-surfactanten en toonde aan dat de cmc afnam wanneer de koolstofketenlengte in de hydrofobe keten werd verhoogd van 10 naar 12. Verdere verhoging van de koolstofketenlengte tot 14 resulteerde in een toename van cmc, wat bevestigde dat langketenige gemini-surfactanten een lagere neiging tot aggregatie hebben.

 

Faustin et al.meldde de vorming van gemengde micellen in waterige oplossingen van anionische gemini-surfactanten op basis van cystine.De oppervlakte-actieve stoffen van Gemini werden ook vergeleken met de overeenkomstige conventionele monomere oppervlakte-actieve stoffen (C8Cys).De cmc-waarden van mengsels van lipiden en oppervlakteactieve stoffen bleken lager te zijn dan die van zuivere oppervlakteactieve stoffen.gemini-surfactanten en 1,2-diheptanoyl-sn-glyceryl-3-fosfocholine, een in water oplosbaar, micelvormend fosfolipide, hadden cmc in het millimolaire niveau.

 

Shrestha en Aramaki onderzochten de vorming van visco-elastische wormachtige micellen in waterige oplossingen van gemengde op aminozuren gebaseerde anionisch-niet-ionische oppervlakteactieve stoffen in afwezigheid van vermengde zouten.In deze studie bleek N-dodecylglutamaat een hogere Krafft-temperatuur te hebben;wanneer het echter werd geneutraliseerd met het basische aminozuur L-lysine, genereerde het micellen en begon de oplossing zich te gedragen als een Newtonse vloeistof bij 25 °C.

 

6.2 Goede oplosbaarheid in water

De goede oplosbaarheid in water van AAS is te danken aan de aanwezigheid van extra CO-NH-bindingen.Dit maakt AAS biologisch afbreekbaarder en milieuvriendelijker dan de overeenkomstige conventionele oppervlakteactieve stoffen.De oplosbaarheid in water van N-acyl-L-glutaminezuur is nog beter dankzij de 2 carboxylgroepen.De oplosbaarheid in water van Cn(CA) 2 is ook goed omdat er 2 ionische argininegroepen in 1 molecuul zitten, wat resulteert in effectievere adsorptie en diffusie aan het celgrensvlak en zelfs effectieve bacteriële remming bij lagere concentraties.

 

6.3 Kraffttemperatuur en Krafftpunt

De Krafft-temperatuur kan worden opgevat als het specifieke oplosbaarheidsgedrag van oppervlakte-actieve stoffen waarvan de oplosbaarheid boven een bepaalde temperatuur sterk toeneemt.Ionische oppervlakteactieve stoffen hebben de neiging om vaste hydraten te genereren, die uit het water kunnen neerslaan.Bij een bepaalde temperatuur (de zogenaamde Krafft-temperatuur) wordt gewoonlijk een dramatische en discontinue toename van de oplosbaarheid van oppervlakte-actieve stoffen waargenomen.Het Krafft-punt van een ionische oppervlakteactieve stof is de Krafft-temperatuur bij cmc.

 

Deze oplosbaarheidskarakteristiek wordt meestal gezien voor ionische oppervlakteactieve stoffen en kan als volgt worden verklaard: de oplosbaarheid van het oppervlakteactieve monomeer is beperkt onder de Krafft-temperatuur totdat het Krafft-punt wordt bereikt, waar de oplosbaarheid ervan geleidelijk toeneemt als gevolg van micelvorming.Om volledige oplosbaarheid te garanderen, is het noodzakelijk om formuleringen van oppervlakteactieve stoffen te bereiden bij temperaturen boven het Krafft-punt.

 

De Krafft-temperatuur van AAS is bestudeerd en vergeleken met die van conventionele synthetische oppervlakteactieve stoffen. Shrestha en Aramaki bestudeerden de Krafft-temperatuur van op arginine gebaseerd AAS en ontdekten dat de kritische micelconcentratie aggregatiegedrag vertoonde in de vorm van premicellen boven 2-5 x10-6 mol-L-1 gevolgd door normale micelvorming ( Ohta et al. synthetiseerden zes verschillende typen N-hexadecanoyl AAS en bespraken 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 is een uitzondering), terwijl de oplosbaarheidswarmte (warmteopname) toenam met afnemende grootte van aminozuurresiduen (met met uitzondering van glycine en fenylalanine).Er werd geconcludeerd dat in 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 reeksen nieuwe op aminozuren gebaseerde oppervlakteactieve stoffen met behulp van differentiële scanning microcalorimetrie en ontdekte dat het veranderen van het trifluoracetaat-ion in jodide-ion resulteerde in een significante verhoging van de Krafft-temperatuur (ongeveer 6 ° C), van 47 ° C tot 53 ° C.De aanwezigheid van cis-dubbele bindingen en de aanwezige onverzadiging in de Ser-derivaten met lange ketens leidden tot een significante daling van de Krafft-temperatuur.n-dodecylglutamaat zou een hogere Krafft-temperatuur hebben.Neutralisatie met het basische aminozuur L-lysine resulteerde echter in de vorming van micellen in oplossing die zich gedroegen als Newtoniaanse vloeistoffen bij 25 °C.

 

6.4 Oppervlaktespanning

De oppervlaktespanning van oppervlakteactieve stoffen is gerelateerd aan de ketenlengte van het hydrofobe deel.Zhang et al.bepaalde de oppervlaktespanning van natriumcocoylglycinaat volgens de 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 op 2C n Cys type aminozuur gebaseerde oppervlaktespanning van op 2C n Cys gebaseerde oppervlakteactieve stoffen.Er werd gevonden dat de oppervlaktespanning bij cmc afnam met toenemende ketenlengte (tot n = 8), terwijl de trend omgekeerd was voor oppervlakteactieve stoffen met n = 12 of langere ketenlengtes.

 

Het effect van CaC1 2 op de oppervlaktespanning van oppervlakteactieve stoffen op basis van gedicarboxyleerde aminozuren is ook bestudeerd.In deze studies werd CaCl2 toegevoegd aan waterige oplossingen van drie dicarboxyleerde aminozuur-type oppervlakteactieve stoffen (C12 MalNa 2, C12 AspNa 2 en C12 GluNa 2).De plateauwaarden na cmc werden vergeleken en er werd gevonden dat de oppervlaktespanning afnam bij zeer lage CaCl2-concentraties.Dit komt door het effect van calciumionen op de plaatsing van de oppervlakteactieve stof op het grensvlak tussen gas en water.de oppervlaktespanningen van de zouten van N-dodecylaminomalonaat en N-dodecylaspartaat daarentegen waren ook bijna constant tot een concentratie van 10 mmol-L-1 CaCl2.Boven 10 mmol-L-1 neemt de oppervlaktespanning sterk toe door de vorming van een neerslag van het calciumzout van de oppervlakte-actieve stof.Voor het dinatriumzout van N-dodecylglutamaat resulteerde een matige toevoeging van CaC12 in een significante afname van de oppervlaktespanning, terwijl een voortdurende toename van de CaCl2-concentratie geen significante veranderingen meer veroorzaakte.

Om de adsorptiekinetiek van AAS van het gemini-type op het gas-watergrensvlak te bepalen, werd de dynamische oppervlaktespanning bepaald met behulp van de maximale bellendrukmethode.De resultaten toonden aan dat gedurende 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 resulteerden 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 gemeten met de Wilhelmy-methode te liggen.

 

In een ander onderzoek werden de dynamische oppervlaktespanningen van natriumdilaurylcystine (SDLC) en natriumdidecaminocystine bepaald met de Wilhelmy-plaatmethode, en bovendien werden de evenwichtsoppervlaktespanningen van hun waterige oplossingen bepaald met de druppelvolumemethode.De reactie van disulfidebindingen werd ook verder onderzocht met andere methoden.De toevoeging van mercapto-ethanol 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 tot sulfonzuurgroepen kan oxideren, werden er geen aggregaten waargenomen wanneer NaClO (5 mmol-L-1) werd toegevoegd aan de 0,1 mmol-L-1 SDLC-oplossing.De resultaten van transmissie-elektronenmicroscopie en dynamische lichtverstrooiing toonden aan dat er geen aggregaten in de oplossing werden gevormd.De oppervlaktespanning van SDLC bleek te stijgen van 34 mN-m -1 naar 60 mN-m -1 over een periode van 20 minuten.

 

6.5 Binaire oppervlakte-interacties

In de levenswetenschappen hebben een aantal groepen de trillingseigenschappen bestudeerd van mengsels van kationische AAS (diacylglycerol-arginine-gebaseerde oppervlakteactieve stoffen) en fosfolipiden op het gas-water-grensvlak, en concludeerden uiteindelijk dat deze niet-ideale eigenschap de prevalentie van elektrostatische interacties veroorzaakt.

 

6.6 Samenvoegingseigenschappen

Dynamische lichtverstrooiing wordt vaak gebruikt om de aggregatie-eigenschappen van op aminozuren gebaseerde monomeren en oppervlakteactieve stoffen in Gemini te bepalen bij 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 brede verspreiding in vergelijking met andere oppervlakteactieve stoffen.Alle oppervlakteactieve stoffen behalve 2C12Cys vormen kenmerkend aggregaten van ongeveer 10 nm.micelgroottes van oppervlakteactieve stoffen in Gemini zijn aanzienlijk groter dan die van hun monomere tegenhangers.Een toename van de lengte van de koolwaterstofketen leidt ook tot een toename van de micelgrootte.ohta et al.beschreef de aggregatie-eigenschappen van drie verschillende stereo-isomeren van N-dodecyl-fenyl-alanyl-fenyl-alanine tetramethylammonium in waterige oplossing en toonde aan dat de diastereo-isomeren dezelfde kritische aggregatieconcentratie in waterige oplossing hebben.Iwahashi et al.onderzocht door circulair dichroïsme, NMR en dampdrukosmometrie. De vorming van chirale aggregaten van N-dodecanoyl-L-glutaminezuur, N-dodecanoyl-L-valine en hun methylesters in verschillende oplosmiddelen (zoals tetrahydrofuran, acetonitril, 1,4 -dioxaan en 1,2-dichloorethaan) met rotatie-eigenschappen werd onderzocht door circulair dichroïsme, NMR en dampdrukosmometrie.

 

6.7 Grensvlakadsorptie

De grensvlakadsorptie van oppervlakteactieve stoffen op basis van aminozuren en de vergelijking ervan met zijn conventionele tegenhanger is ook een van de onderzoeksrichtingen.Zo werden bijvoorbeeld de grensvlakadsorptie-eigenschappen van dodecylesters van aromatische aminozuren verkregen uit LET en LEP onderzocht.De resultaten toonden aan dat LET en LEP respectievelijk lagere grensvlakken vertoonden op het gas-vloeistof grensvlak en op het water/hexaan grensvlak.

 

Bordes et al.onderzocht het oplossingsgedrag en de adsorptie aan het gas-watergrensvlak van drie dicarboxyleerde aminozuursurfactanten, de dinatriumzouten van dodecylglutamaat, dodecylaspartaat en aminomalonaat (met respectievelijk 3, 2 en 1 koolstofatoom tussen de twee carboxylgroepen).Volgens dit rapport was de cmc van de gedicarboxyleerde oppervlakteactieve stoffen 4-5 keer hoger dan die van het monogecarboxyleerde dodecylglycinezout.Dit wordt toegeschreven aan de vorming van waterstofbindingen tussen de gedicarboxyleerde oppervlakteactieve stoffen en naburige moleculen via de amidegroepen daarin.

 

6.8 Fasegedrag

Isotrope discontinue kubische fasen worden waargenomen voor oppervlakteactieve stoffen bij zeer hoge concentraties.Oppervlakteactieve moleculen met zeer grote kopgroepen hebben de neiging aggregaten te vormen met een kleinere positieve kromming.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 micellaire en vesiculaire oplossingsgebieden, terwijl het 8Lys8/16Ser-systeem The Het 8Lys8/16Ser-systeem vertoont een continue overgang (langwerpig micellair fasegebied tussen het kleine micellaire fasegebied en het vesikelfasegebied).Opgemerkt moet worden dat voor het blaasjesgebied van het 12Lys12/12Ser-systeem blaasjes altijd naast micellen bestaan, terwijl het blaasjesgebied van het 8Lys8/16Ser-systeem alleen blaasjes heeft.

afb10

Catanionische mengsels van de oppervlakteactieve stoffen op lysine- en serinebasis: symmetrisch 12Lys12/12Ser-paar (links) en asymmetrisch 8Lys8/16Ser-paar (rechts)

6.9 Emulgerend vermogen

Kouchi et al.onderzocht het emulgerende vermogen, grensvlakspanning, dispergeerbaarheid en viscositeit van N-[3-dodecyl-2-hydroxypropyl]-L-arginine, L-glutamaat en andere AAS.In vergelijking met synthetische oppervlakteactieve stoffen (hun conventionele niet-ionische en amfotere tegenhangers), toonden de resultaten aan dat AAS een sterker emulgerend vermogen heeft dan conventionele oppervlakteactieve stoffen.

 

Baczko et al.synthetiseerde nieuwe anionische aminozuursurfactanten en onderzocht hun geschiktheid als chiraal georiënteerde NMR-spectroscopie-oplosmiddelen.Een reeks op sulfonaat gebaseerde amfifiele L-Phe- of L-Ala-derivaten met verschillende hydrofobe staarten (pentyl-tetradecyl) werd gesynthetiseerd door aminozuren te laten reageren met o-sulfobenzoëzuuranhydride.Wu et al.gesynthetiseerde natriumzouten van N-vetacyl AAS enonderzocht hun emulgatievermogen in olie-in-water-emulsies, en de resultaten toonden aan dat deze oppervlakteactieve stoffen beter presteerden met ethylacetaat als oliefase dan met n-hexaan als oliefase.

 

6.10 Vooruitgang in synthese en productie

Weerstand tegen hard water kan worden opgevat als het vermogen van oppervlakteactieve stoffen om weerstand te bieden aan de aanwezigheid van ionen zoals calcium en magnesium in hard water, dwz het vermogen om neerslag in calciumzepen te voorkomen.Oppervlakteactieve stoffen met een hoge weerstand tegen hard water zijn erg handig voor wasmiddelformuleringen en producten voor persoonlijke verzorging.De weerstand tegen hard water kan worden geëvalueerd door de verandering in oplosbaarheid en oppervlakteactiviteit van de oppervlakteactieve stof in aanwezigheid van calciumionen te berekenen.

Een andere manier om de weerstand tegen hard water te evalueren, is door het percentage of de grammen oppervlakteactieve stof te berekenen die nodig is om de calciumzeep gevormd uit 100 g natriumoleaat in water te dispergeren.In gebieden met hard water kunnen hoge concentraties calcium- en magnesiumionen en mineraalgehalte sommige praktische toepassingen bemoeilijken.Vaak wordt het natriumion gebruikt als tegenion van een synthetische anionische oppervlakteactieve stof.Aangezien het divalente calciumion aan beide surfactantmoleculen is gebonden, zorgt het ervoor dat de surfactant gemakkelijker uit de oplossing neerslaat, waardoor detergentie minder waarschijnlijk wordt.

 

De studie van de hardwaterbestendigheid van AAS toonde aan dat de zuur- en hardwaterbestendigheid sterk werden beïnvloed door een extra carboxylgroep, en dat de zuur- en hardwaterbestendigheid verder toenam met de toename van de lengte van de spacergroep tussen de twee carboxylgroepen. .De volgorde van zuur- en hardwaterbestendigheid was C12-glycinaat < C12-aspartaat < C12-glutamaat.Bij het vergelijken van respectievelijk de gedicarboxyleerde amidebinding en de gedicarboxyleerde aminosurfactant, werd gevonden dat het pH-gebied van de laatstgenoemde breder was en dat zijn oppervlakte-activiteit toenam met de toevoeging van een geschikte hoeveelheid zuur.De gedicarboxyleerde N-alkylaminozuren vertoonden een chelerend effect in aanwezigheid van calciumionen en C12-aspartaat vormde een witte gel.c 12-glutamaat vertoonde een hoge oppervlakte-activiteit bij een hoge Ca 2+-concentratie en zal naar verwachting worden gebruikt bij de ontzilting van zeewater.

 

6.11 Verspreidbaarheid

Dispergeerbaarheid verwijst naar het vermogen van een oppervlakteactieve stof om samensmelting 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 dispergeermiddel moet een ester-, ether-, amide- of aminobinding bevatten tussen de hydrofobe groep en de terminale hydrofiele groep (of tussen de hydrofobe groepen met rechte keten).

 

In het algemeen zijn anionische oppervlakteactieve stoffen zoals alkanolamidosulfaten en amfotere oppervlakteactieve stoffen zoals amidosulfobetaïne bijzonder effectief als dispergeermiddelen voor calciumzepen.

 

Veel onderzoeksinspanningen hebben de dispergeerbaarheid van AAS bepaald, waarbij N-lauroyllysine slecht verenigbaar bleek te zijn met water en moeilijk te gebruiken voor cosmetische formuleringen.In deze serie hebben N-acyl-gesubstitueerde basische aminozuren een uitstekende dispergeerbaarheid en worden ze in de cosmetische industrie gebruikt om formuleringen te verbeteren.

07 Toxiciteit

Conventionele oppervlakteactieve stoffen, vooral kationische oppervlakteactieve stoffen, zijn zeer giftig voor in het water levende organismen.Hun acute toxiciteit is te wijten aan het fenomeen van adsorptie-ion-interactie van oppervlakteactieve stoffen op het grensvlak tussen cel en water.Het verlagen van de cmc van surfactanten leidt meestal tot sterkere grensvlakadsorptie van surfactanten, 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 stoffen.De meeste AAS zijn laag of niet giftig voor mens en milieu (vooral voor mariene organismen) en zijn geschikt voor gebruik als voedselingrediënten, farmaceutische producten en cosmetica.Veel onderzoekers hebben aangetoond dat aminozuur-surfactanten zacht zijn en niet irriterend voor de huid.Op arginine gebaseerde oppervlakteactieve stoffen staan ​​erom bekend minder giftig te zijn dan hun conventionele tegenhangers.

 

Brito et al.bestudeerde de fysisch-chemische en toxicologische eigenschappen van op aminozuren gebaseerde amfifielen en hun [derivaten van tyrosine (Tyr), hydroxyproline (Hyp), serine (Ser) en lysine (Lys)] spontane vorming van kationische blaasjes en gaf gegevens over hun acute toxiciteit voor Daphnia magna (IC 50).Ze synthetiseerden kationische blaasjes van dodecyltrimethylammoniumbromide (DTAB) / Lys-derivaten en / of Ser- / Lys-derivaatmengsels en testten hun ecotoxiciteit en hemolytisch potentieel, wat aantoonde dat alle AAS en hun blaasjesbevattende mengsels minder toxisch waren dan de conventionele oppervlakteactieve stof DTAB .

 

Rosa et al.onderzocht de binding (associatie) van DNA aan stabiele op aminozuren gebaseerde kationische blaasjes.In tegenstelling tot conventionele kationische oppervlakte-actieve stoffen, die vaak toxisch lijken, lijkt de interactie van kationische aminozuur-oppervlakte-actieve stoffen niet-toxisch te zijn.Het kationische AAS is gebaseerd op arginine, dat in combinatie met bepaalde anionische oppervlakteactieve stoffen spontaan stabiele blaasjes vormt.Corrosieremmers op basis van aminozuren zijn naar verluidt ook niet-toxisch.Deze oppervlakteactieve stoffen worden gemakkelijk gesynthetiseerd met een hoge zuiverheid (tot 99%), lage kosten, gemakkelijk biologisch afbreekbaar en volledig oplosbaar in waterige media.Verschillende onderzoeken hebben aangetoond dat zwavelhoudende aminozuursurfactanten superieur zijn in corrosieremming.

 

In een recente studie, Perinelli et al.rapporteerden een bevredigend toxicologisch profiel van rhamnolipiden in vergelijking met conventionele oppervlakteactieve stoffen.Van rhamnolipiden is bekend dat ze werken als permeabiliteitsversterkers.Ze rapporteerden ook het effect van rhamnolipiden op de epitheliale permeabiliteit van macromoleculaire geneesmiddelen.

08 Antimicrobiële werking

De antimicrobiële activiteit van oppervlakteactieve stoffen kan worden beoordeeld aan de hand van de minimale remmende concentratie.De antimicrobiële activiteit van op arginine gebaseerde oppervlakteactieve stoffen is in detail bestudeerd.Gram-negatieve bacteriën bleken resistenter te zijn tegen oppervlakteactieve stoffen op basis van arginine dan Gram-positieve bacteriën.De antimicrobiële activiteit van oppervlakteactieve stoffen wordt gewoonlijk verhoogd door de aanwezigheid van hydroxyl-, cyclopropaan- of onverzadigde bindingen in de acylketens.Castilla et al.toonde aan dat de lengte van de acylketens en de positieve lading de HLB-waarde (hydrofiele-lipofiele balans) van het molecuul bepalen, en deze hebben een effect op hun vermogen om membranen te verstoren.Nα-acylarginine-methylester is een andere belangrijke klasse van kationische oppervlakteactieve stoffen met antimicrobiële activiteit met een breed spectrum en 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-propyltrioxyl-3-fosforylcholine, modelmembranen en met levende organismen in de aan- of afwezigheid van externe barrières hebben aangetoond dat deze klasse oppervlakteactieve stoffen een goede antimicrobiële werking hebben. De resultaten toonden aan dat de oppervlakteactieve stoffen een goede antibacteriële werking hebben.

09 Reologische 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, farmaceutica, oliewinning, persoonlijke verzorging en huishoudelijke verzorgingsproducten.Er zijn veel onderzoeken uitgevoerd om de relatie tussen visco-elasticiteit van oppervlakteactieve aminozuren en cmc te bespreken.

10 Toepassingen in de cosmetische industrie

AAS worden gebruikt bij de formulering van veel producten voor persoonlijke verzorging.kalium-N-cocoylglycinaat is zacht voor de huid en wordt gebruikt bij gezichtsreiniging om sludge en make-up te verwijderen.n-Acyl-L-glutaminezuur heeft twee carboxylgroepen, waardoor het beter oplosbaar is in water.Onder deze AAS worden AAS op basis van C 12-vetzuren veel gebruikt bij gezichtsreiniging om sludge en make-up te verwijderen.AAS met een C 18-keten worden gebruikt als emulgatoren in huidverzorgingsproducten en het is bekend dat N-Lauryl-alaninezouten romige schuimen creëren die niet irriterend zijn voor de huid en daarom kunnen worden gebruikt bij de formulering van babyverzorgingsproducten.Op N-Lauryl gebaseerde AAS die in tandpasta worden gebruikt, hebben een goed reinigend vermogen vergelijkbaar met zeep en een sterke enzymremmende werking.

 

In de afgelopen decennia heeft de keuze van oppervlakteactieve stoffen voor cosmetica, producten voor persoonlijke verzorging en farmaceutische producten zich gericht op lage toxiciteit, mildheid, zachtheid bij aanraking en veiligheid.Consumenten van deze producten zijn zich terdege bewust van de mogelijke irritatie, toxiciteit en omgevingsfactoren.

 

Tegenwoordig worden AAS gebruikt om veel shampoos, haarkleurmiddelen 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 AAS hebben filmvormende eigenschappen, terwijl andere goed kunnen schuimen.

 

Aminozuren zijn belangrijke natuurlijk voorkomende vochtinbrengende factoren in het stratum corneum.Wanneer epidermale cellen afsterven, 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 substanties opnemen in het epidermale stratum corneum, waardoor de elasticiteit van het huidoppervlak wordt verbeterd.Ongeveer 50% van de natuurlijke vochtinbrengende factor in de huid bestaat uit aminozuren en pyrrolidon.

 

Collageen, een veelgebruikt cosmetisch ingrediënt, bevat ook aminozuren die de huid zacht houden.Huidproblemen zoals ruwheid en dofheid zijn voor een groot deel te wijten aan een tekort aan aminozuren.Een studie toonde aan dat het mengen van een aminozuur met een zalf huidverbranding verlichtte en dat de aangetaste gebieden terugkeerden naar hun normale toestand zonder keloïde littekens te worden.

 

Aminozuren zijn ook zeer nuttig gebleken bij de verzorging van 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 haarschubben binnen te dringen in de haarschacht en vocht uit de huid op te nemen.Dit vermogen van oppervlakteactieve stoffen op basis van aminozuren maakt ze erg nuttig in shampoos, haarkleurmiddelen, haarverzachters, haarconditioners en de aanwezigheid van aminozuren maakt het haar sterk.

 

11 Toepassingen in alledaagse cosmetica

Momenteel is er wereldwijd een groeiende vraag naar wasmiddelformuleringen op basis van aminozuren.Van AAS is bekend dat ze een beter reinigend vermogen, schuimend vermogen en wasverzachtende eigenschappen hebben, waardoor ze geschikt zijn voor huishoudelijke wasmiddelen, shampoos, lichaamswassingen en andere toepassingen.Een van asparaginezuur afgeleid amfoteer AAS is naar verluidt een zeer effectief wasmiddel met chelerende eigenschappen.Het gebruik van wasmiddelingrediënten bestaande uit N-alkyl-β-aminoethoxyzuren bleek huidirritatie te verminderen.Er is gemeld dat een vloeibare wasmiddelformulering bestaande uit N-cocoyl-β-aminopropionaat een effectief wasmiddel is voor olievlekken op metalen oppervlakken.Van een aminocarbonzuur oppervlakteactieve stof, C 14 CHOHCH 2 NHCH 2 COONa, is ook aangetoond dat het een betere reinigende werking heeft en wordt gebruikt voor het reinigen van textiel, tapijten, haar, glas, enz. Het 2-hydroxy-3-aminopropionzuur-N,N- Van acetoazijnzuurderivaat is bekend dat het een goed complexvormend vermogen heeft en dus stabiliteit geeft aan bleekmiddelen.

 

De bereiding van wasmiddelformuleringen op basis van N- (N'-lange-keten acyl-β-alanyl) -β-alanine is gerapporteerd door Keigo en Tatsuya in hun patent voor beter wasvermogen en stabiliteit, gemakkelijk breken van schuim en goede wasverzachting .Kao ontwikkelde een wasmiddelformulering op basis van N-Acyl-1-N-hydroxy-β-alanine en rapporteerde een lage huidirritatie, een hoge waterbestendigheid en een hoog vlekverwijderend vermogen.

 

Het Japanse bedrijf Ajinomoto gebruikt laag-toxisch en gemakkelijk afbreekbaar AAS op basis van L-glutaminezuur, L-arginine en L-lysine als hoofdingrediënten in shampoos, wasmiddelen en cosmetica (Figuur 13).Er is ook melding gemaakt van het vermogen van enzymadditieven in wasmiddelformuleringen om eiwitvervuiling te verwijderen.Van N-acyl AAS afgeleid van glutaminezuur, alanine, methylglycine, serine en asparaginezuur is gemeld dat ze worden gebruikt als uitstekende vloeibare wasmiddelen in waterige oplossingen.Deze oppervlakteactieve stoffen verhogen de viscositeit helemaal niet, zelfs niet bij zeer lage temperaturen, en kunnen gemakkelijk worden overgebracht vanuit het voorraadvat van het schuimapparaat om homogene schuimen te verkrijgen.

voor

Posttijd: 09-jun-2022