Tämän artikkelin sisällysluettelo:
1. Aminohappojen kehitys
2. Rakenteelliset ominaisuudet
3. Kemiallinen koostumus
4. Luokittelu
5. Synteesi
6. Fysikaalis-kemialliset ominaisuudet
7. Myrkyllisyys
8. Antimikrobinen aktiivisuus
9. Reologiset ominaisuudet
10. Sovellukset kosmetiikkateollisuudessa
11. Sovellukset jokapäiväisessä kosmetiikassa
Aminohappopinta-aktiiviset aineet (AAS)ovat pinta-aktiivisten aineiden luokka, jotka on muodostettu yhdistämällä hydrofobisia ryhmiä yhden tai useamman aminohapon kanssa. Tässä tapauksessa aminohapot voivat olla synteettisiä tai peräisin proteiinihydrolysaateista tai vastaavista uusiutuvista lähteistä. Tämä artikkeli kattaa yksityiskohdat useimmista käytettävissä olevista AAS:n synteettisistä reiteistä ja eri reittien vaikutuksista lopputuotteiden fysikaalis-kemiallisiin ominaisuuksiin, mukaan lukien liukoisuus, dispersion stabiilisuus, myrkyllisyys ja biohajoavuus. Kasvavan kysynnän vaativana pinta-aktiivisena aineena AAS:n monipuolisuus niiden vaihtelevan rakenteen vuoksi tarjoaa suuren määrän kaupallisia mahdollisuuksia.
Ottaen huomioon, että pinta-aktiivisia aineita käytetään laajalti pesuaineissa, emulgointiaineissa, korroosionestoaineissa, tertiäärisessä öljyn talteenotossa ja lääkkeissä, tutkijat eivät ole koskaan lakanneet kiinnittämästä huomiota pinta-aktiivisiin aineisiin.
Pinta-aktiiviset aineet ovat edustavimpia kemiallisia tuotteita, joita kulutetaan suuria määriä päivittäin ympäri maailmaa ja joilla on ollut negatiivinen vaikutus vesiympäristöön.Tutkimukset ovat osoittaneet, että perinteisten pinta-aktiivisten aineiden laajalla käytöllä voi olla kielteisiä vaikutuksia ympäristöön.
Nykyään myrkyttömyys, biohajoavuus ja biologinen yhteensopivuus ovat kuluttajille melkein yhtä tärkeitä kuin pinta-aktiivisten aineiden käyttökelpoisuus ja suorituskyky.
Biosurfaktantit ovat ympäristöystävällisiä kestäviä pinta-aktiivisia aineita, joita mikro-organismit, kuten bakteerit, sienet ja hiiva, syntetisoivat luonnollisesti tai erittyvät solunulkoisesti.Siksi biosurfaktantteja voidaan valmistaa myös molekyylisuunnittelulla jäljittelemään luonnollisia amfifiilisiä rakenteita, kuten fosfolipidejä, alkyyliglykosideja ja asyyliaminohappoja.
Aminohappopinta-aktiiviset aineet (AAS)ovat yksi tyypillisistä pinta-aktiivisista aineista, jotka yleensä valmistetaan eläin- tai maatalousperäisistä raaka-aineista. Kahden viime vuosikymmenen aikana AAS on herättänyt suurta kiinnostusta tutkijoiden keskuudessa uusina pinta-aktiivisina aineina, ei vain siksi, että niitä voidaan syntetisoida uusiutuvista luonnonvaroista, vaan myös siksi, että AAS:t ovat helposti hajoavia ja niissä on vaarattomia sivutuotteita, mikä tekee niistä turvallisempia ympäristöön.
AAS voidaan määritellä pinta-aktiivisten aineiden luokkaksi, joka koostuu aminohapoista, jotka sisältävät aminohapporyhmiä (HO 2 C-CHR-NH 2) tai aminohappojäännöksiä (HO 2 C-CHR-NH-). Aminohappojen 2 toiminnallista aluetta mahdollistavat monenlaisten pinta-aktiivisten aineiden johtamisen. Luonnossa tiedetään olevan kaikkiaan 20 standardia proteinogeenistä aminohappoa, jotka ovat vastuussa kaikista kasvun ja elämän fysiologisista reaktioista. Ne eroavat toisistaan vain jäännöksen R mukaan (kuva 1, pk a on liuoksen happodissosiaatiovakion negatiivinen logaritmi). Jotkut ovat polaarisia ja hydrofobisia, jotkut ovat polaarisia ja hydrofiilisiä, jotkut ovat emäksisiä ja jotkut ovat happamia.
Koska aminohapot ovat uusiutuvia yhdisteitä, aminohapoista syntetisoiduilla pinta-aktiivisilla aineilla on myös suuri potentiaali tulla kestäviksi ja ympäristöystävällisiksi. Yksinkertainen ja luonnollinen rakenne, alhainen myrkyllisyys ja nopea biohajoavuus tekevät niistä usein parempia kuin tavanomaiset pinta-aktiiviset aineet. Uusiutuvista raaka-aineista (esim. Aminohapot ja kasviöljyt) AAS voidaan valmistaa erilaisilla bioteknologisilla ja kemiallisilla reiteillä.
1900-luvun alussa aminohappoja havaittiin ensimmäisen kerran käytettävän pinta-aktiivisten aineiden synteesin substraatteina.AAS:a käytettiin pääasiassa säilöntäaineina farmaseuttisissa ja kosmeettisissa formulaatioissa.Lisäksi AAS:n havaittiin olevan biologisesti aktiivinen erilaisia sairauksia aiheuttavia bakteereja, kasvaimia ja viruksia vastaan. Vuonna 1988 halpojen AAS-järjestelmien saatavuus herätti tutkimuskiinnostuksen pinta-alaan. Nykyään biotekniikan kehittyessä jotkin aminohapot pystyvät myös syntetisoimaan kaupallisesti suuressa mittakaavassa hiivan avulla, mikä epäsuorasti todistaa, että AAS:n tuotanto on ympäristöystävällisempää.
01 Aminohappojen kehitys
Jo 1800-luvun alussa, kun luonnossa esiintyvät aminohapot löydettiin ensimmäisen kerran, niiden rakenteiden ennustettiin olevan erittäin arvokkaita - käyttökelpoisia raaka-aineina amfifiilien valmistuksessa. Bondi raportoi ensimmäisen AAS:n synteesiä koskevan tutkimuksen vuonna 1909.
Tässä tutkimuksessa N-asyyliglysiini ja N-asyylialaniini otettiin käyttöön hydrofiilisinä ryhminä pinta-aktiivisille aineille. Myöhempi työ sisälsi lipoaminohappojen (AAS) synteesin käyttämällä glysiiniä ja alaniinia, ja Hentrich et ai. julkaisi sarjan löytöjä,mukaan lukien ensimmäinen patenttihakemus, joka koskee asyylisarkosinaatin ja asyyliaspartaattisuolojen käyttöä pinta-aktiivisina aineina kotitalouksien puhdistustuotteissa (esim. shampoot, pesuaineet ja hammastahnat).Myöhemmin monet tutkijat tutkivat asyyliaminohappojen synteesiä ja fysikaalis-kemiallisia ominaisuuksia. Tähän mennessä on julkaistu suuri määrä kirjallisuutta AAS:n synteesistä, ominaisuuksista, teollisista sovelluksista ja biohajoavuudesta.
02 Rakenteelliset ominaisuudet
AAS:n ei-polaaristen hydrofobisten rasvahappoketjujen rakenne, ketjun pituus ja lukumäärä voivat vaihdella.AAS:n rakenteellinen monimuotoisuus ja korkea pinta-aktiivisuus selittää niiden laajan koostumuksen monimuotoisuuden sekä fysikaalis-kemialliset ja biologiset ominaisuudet. AAS:n pääryhmät koostuvat aminohapoista tai peptideistä. Erot pääryhmissä määräävät näiden pinta-aktiivisten aineiden adsorption, aggregaation ja biologisen aktiivisuuden. Pääryhmän funktionaaliset ryhmät määrittävät sitten AAS:n tyypin, mukaan lukien kationinen, anioninen, ei-ioninen ja amfoteerinen. Hydrofiilisten aminohappojen ja hydrofobisten pitkäketjuisten osien yhdistelmä muodostaa amfifiilisen rakenteen, joka tekee molekyylistä erittäin pinta-aktiivisen. Lisäksi epäsymmetristen hiiliatomien läsnäolo molekyylissä auttaa muodostamaan kiraalisia molekyylejä.
03 Kemiallinen koostumus
Kaikki peptidit ja polypeptidit ovat näiden lähes 20 α-proteinogeenisen α-aminohapon polymerointituotteita. Kaikki 20 α-aminohappoa sisältävät funktionaalisen karboksyylihapporyhmän (-COOH) ja aminofunktionaalisen ryhmän (-NH2), jotka molemmat ovat kiinnittyneet samaan tetraedriseen α-hiiliatomiin. Aminohapot eroavat toisistaan α-hiileen kiinnittyneiden eri R-ryhmien suhteen (paitsi lysiini, jossa R-ryhmä on vety.) R-ryhmät voivat poiketa rakenteeltaan, koosta ja varauksesta (happamuus, alkalisuus). Nämä erot määräävät myös aminohappojen liukoisuuden veteen.
Aminohapot ovat kiraalisia (paitsi glysiini) ja ovat luonteeltaan optisesti aktiivisia, koska niillä on neljä erilaista substituenttia liittyneenä alfa-hiileen. Aminohapoilla on kaksi mahdollista konformaatiota; ne ovat ei-päällekkäisiä peilikuvia toisistaan huolimatta siitä, että L-stereoisomeerien määrä on huomattavasti suurempi. Joissakin aminohapoissa (fenyylialaniini, tyrosiini ja tryptofaani) esiintyvä R-ryhmä on aryyli, mikä johtaa maksimi UV-absorptioon 280 nm:ssä. Aminohapoissa oleva hapan α-COOH ja emäksinen α-NH2 pystyvät ionisoitumaan, ja molemmat stereoisomeerit, olivatpa ne kumpi tahansa, muodostavat alla esitetyn ionisaatiotasapainon.
R-COOH ↔R-COO－＋H＋
R-NH3＋↔R-NH2＋H＋
Kuten yllä olevasta ionisaatiotasapainosta ilmenee, aminohapot sisältävät vähintään kaksi heikosti hapanta ryhmää; karboksyyliryhmä on kuitenkin paljon happamampi kuin protonoitu aminoryhmä. pH 7,4, karboksyyliryhmä deprotonoituu, kun taas aminoryhmä protonoituu. Aminohapot, joissa on ionisoitumattomia R-ryhmiä, ovat sähköisesti neutraaleja tässä pH:ssa ja muodostavat kahtaisionia.
04 Luokitus
AAS voidaan luokitella neljän kriteerin mukaan, jotka kuvataan vuorotellen alla.
4.1 Alkuperän mukaan
| Alkuperän mukaan AAS voidaan jakaa kahteen luokkaan seuraavasti. ① Luonnollinen luokka Joillakin luonnossa esiintyvillä aminohappoja sisältävillä yhdisteillä on myös kyky vähentää pinta-/rajajännitystä, ja jotkut jopa ylittävät glykolipidien tehon. Nämä AAS tunnetaan myös lipopeptideinä. Lipopeptidit ovat alhaisen molekyylipainon yhdisteitä, joita tavallisesti tuottavat Bacillus-lajit.
Tällaiset AAS:t jaetaan edelleen kolmeen alaluokkaan:surfaktiini, iturin ja fengysiini.
|
| Pinta-aktiivisten peptidien perheeseen kuuluu erilaisten aineiden heptapeptidivariantteja,kuten on esitetty kuviossa 2a, jossa C12-C16-tyydyttymätön p-hydroksirasvahappoketju on kytketty peptidiin. Pinta-aktiivinen peptidi on makrosyklinen laktoni, jossa rengas on suljettu katalyysillä p-hydroksirasvahapon C-pään ja peptidin välillä. Iturinin alaluokassa on kuusi päävarianttia, nimittäin iturin A ja C, mykosubtiliini ja basillomysiini D, F ja L.Kaikissa tapauksissa heptapeptidit on kytketty β-aminorasvahappojen C14-C17-ketjuihin (ketjut voivat olla erilaisia). Ekurimysiinien tapauksessa β-asemassa oleva aminoryhmä voi muodostaa amidisidoksen C-pään kanssa muodostaen siten makrosyklisen laktaamirakenteen.
Alaluokka fengysiini sisältää fengysiini A ja B, joita kutsutaan myös plipastatiiniksi, kun Tyr9 on D-konfiguroitu.Dekapeptidi on liitetty tyydyttyneeseen tai tyydyttymättömään C14-C18-p-hydroksirasvahappoketjuun. Rakenteellisesti plipastatiini on myös makrosyklinen laktoni, joka sisältää Tyr-sivuketjun peptidisekvenssin kohdassa 3 ja muodostaa esterisidoksen C-terminaalisen tähteen kanssa muodostaen siten sisäisen rengasrakenteen (kuten monien Pseudomonas-lipopeptidien tapauksessa).
② Synteettinen luokka AAS voidaan myös syntetisoida käyttämällä mitä tahansa happamia, emäksisiä ja neutraaleja aminohappoja. Yleisiä AAS:n synteesiin käytettyjä aminohappoja ovat glutamiinihappo, seriini, proliini, asparagiinihappo, glysiini, arginiini, alaniini, leusiini ja proteiinihydrolysaatit. Tämä pinta-aktiivisten aineiden alaluokka voidaan valmistaa kemiallisilla, entsymaattisilla ja kemoentsymaattisilla menetelmillä; kuitenkin AAS:n tuotannossa kemiallinen synteesi on taloudellisesti kannattavampaa. Yleisiä esimerkkejä ovat N-lauroyyli-L-glutamiinihappo ja N-palmitoyyli-L-glutamiinihappo.
|
4.2 Perustuu alifaattisiin ketjusubstituentteihin
Alifaattisten ketjujen substituenttien perusteella aminohappopohjaiset pinta-aktiiviset aineet voidaan jakaa kahteen tyyppiin.
Substituentin sijainnin mukaan
| ①N-substituoitu AAS N-substituoiduissa yhdisteissä aminoryhmä korvataan lipofiilisellä ryhmällä tai karboksyyliryhmällä, mikä johtaa emäksisyyden menetykseen. yksinkertaisin esimerkki N-substituoiduista AAS:ista ovat N-asyyliaminohapot, jotka ovat olennaisesti anionisia pinta-aktiivisia aineita. n-substituoiduissa AAS:issa on amidisidos kiinnittyneenä hydrofobisen ja hydrofiilisen osan väliin. Amidisidoksella on kyky muodostaa vetysidos, mikä helpottaa tämän pinta-aktiivisen aineen hajoamista happamassa ympäristössä, jolloin se on biohajoava.
②C-substituoitu AAS C-substituoiduissa yhdisteissä substituutio tapahtuu karboksyyliryhmässä (amidi- tai esterisidoksen kautta). Tyypilliset C-substituoidut yhdisteet (esim. esterit tai amidit) ovat olennaisesti kationisia pinta-aktiivisia aineita.
③N- ja C-substituoitu AAS Tämän tyyppisessä pinta-aktiivisessa aineessa sekä amino- että karboksyyliryhmät ovat hydrofiilinen osa. Tämä tyyppi on olennaisesti amfoteerinen pinta-aktiivinen aine. |
4.3 Hydrofobisten pyrstöjen lukumäärän mukaan
Pääryhmien ja hydrofobisten pyrstöjen lukumäärän perusteella AAS voidaan jakaa neljään ryhmään. Suoraketjuinen AAS, Gemini (dimeeri) tyyppi AAS, Glycerolipid tyyppi AAS ja bikefaalinen amfifiilinen (Bola) tyyppi AAS. suoraketjuiset pinta-aktiiviset aineet ovat pinta-aktiivisia aineita, jotka koostuvat aminohapoista, joissa on vain yksi hydrofobinen häntä (kuva 3). Gemini-tyypin AAS:ssa on kaksi aminohappopolaarista pääryhmää ja kaksi hydrofobista häntää molekyyliä kohden (kuva 4). Tämän tyyppisessä rakenteessa kaksi suoraketjuista AAS:ta on liitetty toisiinsa välikappaleella, ja siksi niitä kutsutaan myös dimeereiksi. Toisaalta glyserolipidityypin AAS:ssa kaksi hydrofobista häntää on kiinnittynyt samaan aminohappopääryhmään. Näitä pinta-aktiivisia aineita voidaan pitää monoglyseridien, diglyseridien ja fosfolipidien analogeina, kun taas Bola-tyypin AAS:ssa kaksi aminohappopääryhmää on liitetty toisiinsa hydrofobisella hännällä.
4.4 Pääryhmän tyypin mukaan
① Kationinen AAS
Tämän tyyppisen pinta-aktiivisen aineen pääryhmällä on positiivinen varaus. Varhaisin kationinen AAS on etyylikokoyyliarginaatti, joka on pyrrolidonikarboksylaatti. Tämän pinta-aktiivisen aineen ainutlaatuiset ja monipuoliset ominaisuudet tekevät siitä käyttökelpoisen desinfiointiaineissa, antimikrobisissa aineissa, antistaattisissa aineissa, hiustenhoitoaineissa sekä hellävaraisen silmille ja iholle ja helposti biohajoavan. Singare ja Mhatre syntetisoivat arginiinipohjaisia kationisia AAS-yhdisteitä ja arvioivat niiden fysikaalis-kemiallisia ominaisuuksia. Tässä tutkimuksessa he väittivät Schotten-Baumannin reaktio-olosuhteita käyttämällä saatujen tuotteiden korkeat saannot. Alkyyliketjun pituuden ja hydrofobisuuden kasvaessa pinta-aktiivisen aineen pinta-aktiivisuuden havaittiin lisääntyvän ja kriittisen misellipitoisuuden (cmc) laskevan. Toinen on kvaternäärinen asyyliproteiini, jota käytetään yleisesti hoitoaineena hiustenhoitotuotteissa.
②Anioninen AAS
Anionisissa pinta-aktiivisissa aineissa pinta-aktiivisen aineen polaarisella pääryhmällä on negatiivinen varaus. Sarkosiini (CH 3 -NH-CH 2 -COOH, N-metyyliglysiini), aminohappo, jota esiintyy yleisesti merisiileissä ja meritähdissä, on kemiallisesti sukua glysiinille (NH 2 -CH 2 -COOH), joka on löydetty emäksinen aminohappo. nisäkässoluissa. -COOH,) on kemiallisesti sukua glysiinille, joka on emäksinen aminohappo, jota löytyy nisäkässoluista. Lauriinihappoa, tetradekaanihappoa, öljyhappoa ja niiden halogenideja ja estereitä käytetään yleisesti sarkosinaattipinta-aktiivisten aineiden syntetisoinnissa. Sarkosinaatit ovat luonnostaan mietoja, ja siksi niitä käytetään yleisesti suuvedissä, shampoissa, parranajovaahdoissa, aurinkovoiteissa, ihonpuhdistusaineissa ja muissa kosmeettisissa tuotteissa.
Muita kaupallisesti saatavia anionisia AAS-tuotteita ovat Amisoft CS-22 ja AmiliteGCK-12, jotka ovat natrium-N-kokoyyli-L-glutamaatin ja vastaavasti kalium-N-kokoyyliglysinaatin kauppanimiä. Amilitea käytetään yleisesti vaahdotusaineena, pesuaineena, liuotusaineena, emulgointiaineena ja dispergointiaineena, ja sillä on monia käyttökohteita kosmetiikassa, kuten shampoissa, kylpysaippuoissa, vartalopesuissa, hammastahnoissa, kasvojen puhdistusaineissa, puhdistussaippuoissa, piilolinssien puhdistusaineissa ja kotitalouksien pinta-aktiivisissa aineissa. Amisoftia käytetään miedona ihon ja hiusten puhdistusaineena, pääasiassa kasvojen ja vartalon puhdistusaineissa, synteettisissä lohkopesuaineissa, vartalonhoitotuotteissa, shampoissa ja muissa ihonhoitotuotteissa.
③zwitterioninen tai amfoteerinen AAS
Amfoteeriset pinta-aktiiviset aineet sisältävät sekä happamia että emäksisiä kohtia ja voivat siksi muuttaa varaustaan muuttamalla pH-arvoa. Emäksisessä väliaineessa ne käyttäytyvät kuin anioniset pinta-aktiiviset aineet, kun taas happamissa ympäristöissä ne toimivat kuten kationiset pinta-aktiiviset aineet ja neutraaleissa väliaineissa kuten amfoteeriset pinta-aktiiviset aineet. Lauryylilysiini (LL) ja alkoksi(2-hydroksipropyyli)arginiini ovat ainoat tunnetut amfoteeriset pinta-aktiiviset aineet, jotka perustuvat aminohappoihin. LL on lysiinin ja lauriinihapon kondensaatiotuote. Amfoteerisen rakenteensa ansiosta LL on liukenematon lähes kaikkiin liuottimiin, paitsi erittäin emäksisiin tai happamiin liuottimiin. Orgaanisena jauheena LL:llä on erinomainen tarttuvuus hydrofiilisiin pintoihin ja alhainen kitkakerroin, mikä antaa tälle pinta-aktiiviselle aineelle erinomaisen voitelukyvyn. LL:tä käytetään laajalti ihovoiteissa ja hiustenhoitoaineissa, ja sitä käytetään myös voiteluaineena.
④Ioniton AAS
Ionittomille pinta-aktiivisille aineille on tunnusomaista polaariset pääryhmät ilman muodollisia varauksia. kahdeksan uutta etoksyloitua ionitonta pinta-aktiivista ainetta valmistivat Al-Sabagh et ai. öljyliukoisista α-aminohapoista. Tässä prosessissa L-fenyylialaniini (LEP) ja L-leusiini esteröitiin ensin heksadekanolilla, mitä seurasi amidointi palmitiinihapolla, jolloin saatiin kaksi amidia ja kaksi a-aminohappojen esteriä. Amideille ja estereille suoritettiin sitten kondensaatioreaktiot etyleenioksidin kanssa kolmen fenyylialaniinijohdannaisen valmistamiseksi, joissa oli eri lukumäärä polyoksietyleeniyksiköitä (40, 60 ja 100). Näillä ionittomilla AAS:illa havaittiin olevan hyvät pesu- ja vaahtoamisominaisuudet.
05 Synteesi
5.1 Synteettinen perusreitti
AAS:ssa hydrofobisia ryhmiä voidaan kiinnittää amiini- tai karboksyylihappokohtiin tai aminohappojen sivuketjujen kautta. Tämän perusteella käytettävissä on neljä perussynteettistä reittiä, kuten kuvassa 5.
Kuva 5 Aminohappopohjaisten pinta-aktiivisten aineiden perussynteesireitit
| Polku 1. Amfifiiliset esteriamiinit valmistetaan esteröintireaktioilla, jolloin pinta-aktiivisten aineiden synteesi saavutetaan yleensä refluksoimalla rasva-alkoholeja ja aminohappoja vedenpoistoaineen ja happaman katalyytin läsnä ollessa. Joissakin reaktioissa rikkihappo toimii sekä katalyyttinä että vedenpoistoaineena.
Polku 2. Aktivoidut aminohapot reagoivat alkyyliamiinien kanssa muodostaen amidisidoksia, mikä johtaa amfifiilisten amidoamiinien synteesiin.
Polku 3. Amidohapot syntetisoidaan saattamalla aminohappojen amiiniryhmät reagoimaan amidohappojen kanssa.
Polku 4. Pitkäketjuiset alkyyliaminohapot syntetisoitiin amiiniryhmien reaktiolla halogeenialkaanien kanssa. |
5.2 Synteesin ja tuotannon edistyminen
5.2.1 Yksiketjuisten aminohappo/peptidipinta-aktiivisten aineiden synteesi
N-asyyli- tai O-asyyliaminohappoja tai peptidejä voidaan syntetisoida entsyymitatalysoimalla amiini- tai hydroksyyliryhmien asylaatiolla rasvahapoilla. Vanhimmassa raportissa liuotinvapaan lipaasin katalysoimasta aminohappoamidi- tai metyyliesterijohdannaisten synteesistä käytettiin Candida antarcticaa, saannot vaihtelevat 25–90 % kohdeaminohaposta riippuen. Myös metyylietyyliketonia on käytetty liuottimena joissakin reaktioissa. Vonderhagen et ai. kuvasivat myös lipaasin ja proteaasin katalysoimia aminohappojen, proteiinihydrolysaattien ja/tai niiden johdannaisten N-asylointireaktioita käyttämällä veden ja orgaanisten liuottimien (esim. dimetyyliformamidi/vesi) ja metyylibutyyliketonin seosta.
Alkuaikoina AAS:n entsyymitatalysoidun synteesin pääongelma oli alhaiset saannot. Valivety et ai. N-tetradekanoyyliaminohappojohdannaisten saanto oli vain 2-10 % jopa eri lipaasien käytön ja 70 °C:ssa useiden päivien inkuboinnin jälkeen. Montet et ai. kohtasi myös ongelmia aminohappojen alhaisen saannon suhteen N-asyylilysiinin synteesissä käyttämällä rasvahappoja ja kasviöljyjä. Heidän mukaansa tuotteen maksimi saanto oli 19 % liuotinvapaissa olosuhteissa ja orgaanisia liuottimia käyttäen. saman ongelman kohtasivat Valivety et ai. N-Cbz-L-lysiini- tai N-Cbz-lysiinimetyyliesterijohdannaisten synteesissä.
Tässä tutkimuksessa he väittivät, että 3-O-tetradekanoyyli-L-seriinin saanto oli 80 %, kun käytettiin N-suojattua seriiniä substraattina ja Novozyme 435:tä katalyyttinä sulassa liuotteettomassa ympäristössä. Nagao ja Kito tutkivat L-seriinin, L-homoseriinin, L-treoniinin ja L-tyrosiinin (LET) O-asylaatiota lipaasia käytettäessä. Reaktion tulokset (lipaasi saatiin Candida cylindracea ja Rhizopus delemar vesipitoisessa puskuriväliaineessa) ja raportoivat, että L-homoseriinin ja L-seriinin asylaatiosaannot olivat jonkin verran alhaisia, kun taas L-treoniinin ja LET:n asylaatiota ei tapahtunut.
Monet tutkijat ovat tukeneet halpojen ja helposti saatavilla olevien substraattien käyttöä kustannustehokkaan AAS:n synteesiin. Soo et ai. väitti, että palmuöljypohjaisten pinta-aktiivisten aineiden valmistus toimii parhaiten immobilisoidun lipoentsyymin kanssa. He totesivat, että tuotteiden saanto olisi parempi huolimatta aikaa vievästä reaktiosta (6 päivää). Gerova et ai. tutki metioniiniin, proliiniin, leusiiniin, treoniiniin, fenyylialaniiniin ja fenyyliglysiiniin perustuvan kiraalisen N-palmitoyyli-AAS:n synteesiä ja pinta-aktiivisuutta syklisessä/raseemisessa seoksessa. Pang ja Chu kuvasivat aminohappopohjaisten monomeerien ja dikarboksyylihappopohjaisten monomeerien synteesiä liuoksessa. Sarja funktionaalisia ja biohajoavia aminohappopohjaisia polyamidiestereitä syntetisoitiin yhteiskondensaatioreaktioilla liuoksessa.
Cantaeuzene ja Guerreiro raportoivat Boc-Ala-OH:n ja Boc-Asp-OH:n karboksyylihapporyhmien esteröimisestä pitkäketjuisilla alifaattisilla alkoholeilla ja dioleilla, dikloorimetaanilla liuottimena ja agaroosilla 4B (Sepharose 4B) katalyyttinä. Tässä tutkimuksessa Boc-Ala-OH:n reaktio rasva-alkoholien kanssa korkeintaan 16 hiileen antoi hyvät saannot (51 %), kun taas Boc-Asp-OH:lle 6 ja 12 hiiltä olivat parempia ja vastaava saanto oli 63 % [64 ]. 99,9 %) saannoilla, jotka vaihtelivat 58 % - 76 %, jotka syntetisoitiin muodostamalla amidisidoksia erilaisten pitkäketjuisten alkyyliamiinien kanssa tai esterisidoksia rasva-alkoholien kanssa Cbz-Arg-OMe:lla, jossa papaiini toimi katalyyttinä.
5.2.2 Gemini-pohjaisten aminohappo/peptidipinta-aktiivisten aineiden synteesi
Aminohappopohjaiset Gemini-pinta-aktiiviset aineet koostuvat kahdesta suoraketjuisesta AAS-molekyylistä, jotka on liitetty toisiinsa väliryhmällä. Gemini-tyyppisten aminohappopohjaisten pinta-aktiivisten aineiden kemoentsymaattiselle synteesille on olemassa kaksi mahdollista kaaviota (kuvat 6 ja 7). Kuvassa 6 2 aminohappojohdannaista saatetaan reagoimaan yhdisteen kanssa välikeryhmänä ja sitten lisätään 2 hydrofobista ryhmää. Kuvassa 7 kaksi suoraketjuista rakennetta on liitetty suoraan toisiinsa bifunktionaalisella välikeryhmällä.
Gemini-lipoaminohappojen entsyymitatalysoiman synteesin varhaisimman kehityksen pioneerina toimi Valivety et ai. Yoshimura et ai. tutkivat kystiiniin ja n-alkyylibromidiin perustuvan aminohappopohjaisen gemini-surfaktantin synteesiä, adsorptiota ja aggregaatiota. Syntetisoituja pinta-aktiivisia aineita verrattiin vastaaviin monomeerisiin pinta-aktiivisiin aineisiin. Faustino et ai. kuvasi anionisen ureapohjaisen monomeerisen AAS:n synteesin, joka perustuu L-kystiiniin, D-kystiiniin, DL-kystiiniin, L-kysteiiniin, L-metioniiniin ja L-sulfoalaniiniin ja niiden kaksospareihin johtavuuden, tasapainopintajännityksen ja tasaisen - niiden tilan fluoresenssin karakterisointi. Monomeeriä ja kaksosia vertaamalla osoitettiin, että kaksosten cmc-arvo oli pienempi.
Kuva 6 Gemini AAS:n synteesi käyttäen AA-johdannaisia ja välikappaletta, jonka jälkeen lisätään hydrofobinen ryhmä
Kuva 7 Gemini AAS:ien synteesi käyttämällä bifunktionaalista välikappaletta ja AAS:ää
5.2.3 Glyserolipidi-aminohappo/peptidipinta-aktiivisten aineiden synteesi
Glyserolipidiaminohappo/peptidipinta-aktiiviset aineet ovat uusi luokka lipidiaminohappoja, jotka ovat glyserolin mono- (tai di-)estereiden ja fosfolipidien rakenteellisia analogeja, koska niiden rakenne koostuu yhdestä tai kahdesta rasvaketjusta, joista yksi aminohappo on kytketty glyserolin runkoon. esterisidoksella. Näiden pinta-aktiivisten aineiden synteesi alkaa aminohappojen glyseroliestereiden valmistamisella korotetuissa lämpötiloissa ja happaman katalyytin (esim. BF 3) läsnä ollessa. Entsyymikatalysoitu synteesi (käyttämällä hydrolaaseja, proteaaseja ja lipaaseja katalyytteinä) on myös hyvä vaihtoehto (kuva 8).
Dilauryloitujen arginiiniglyseridien konjugaattien entsyymikatalysoima synteesi papaiinilla on raportoitu. Diasyyliglyseroliesterikonjugaattien synteesi asetyylilarginiinista ja niiden fysikaalis-kemiallisten ominaisuuksien arviointi on myös raportoitu.
Kuva 8 Mono- ja diasyyliglyseroliaminohappokonjugaattien synteesi
välike: NH-(CH2)10-NH: yhdiste B1
välike: NH-C6H4-NH: yhdiste B2
välikappale: CH2-CH2: yhdiste B3
Kuva 9 Tris(hydroksimetyyli)aminometaanista johdettujen symmetristen amfifiilien synteesi
5.2.4 Bola-pohjaisten aminohappo/peptidipinta-aktiivisten aineiden synteesi
Aminohappopohjaiset bola-tyyppiset amfifiilit sisältävät 2 aminohappoa, jotka on kytketty samaan hydrofobiseen ketjuun. Franceschi et ai. kuvasi bola-tyyppisten amfifiilien synteesiä, joissa on 2 aminohappoa (D- tai L-alaniini tai L-histidiini) ja 1 eripituinen alkyyliketju, ja tutki niiden pinta-aktiivisuutta. He käsittelevät uusien bola-tyyppisten amfifiilien synteesiä ja aggregaatiota aminohappofraktiolla (käyttäen joko harvinaista β-aminohappoa tai alkoholia) ja C12-C20-välikeryhmää. Harvinaiset käytetyt β-aminohapot voivat olla sokeriaminohappo, atsidotymiinistä (AZT) johdettu aminohappo, norborneeniaminohappo ja AZT:stä johdettu aminoalkoholi (kuva 9). symmetristen bola-tyyppisten amfifiilien synteesi, jotka on johdettu tris(hydroksimetyyli)aminometaanista (Tris) (kuva 9).
06 Fysikaalis-kemialliset ominaisuudet
On hyvin tunnettua, että aminohappopohjaiset pinta-aktiiviset aineet (AAS) ovat luonteeltaan erilaisia ja monipuolisia, ja niillä on hyvä käyttökelpoisuus monissa sovelluksissa, kuten hyvä liukoisuus, hyvät emulgointiominaisuudet, korkea tehokkuus, korkea pinta-aktiivisuus ja hyvä kovan veden kestävyys (kalsiumioni). toleranssi).
Aminohappojen pinta-aktiivisten ominaisuuksien (esim. pintajännitys, cmc, faasikäyttäytyminen ja Krafft-lämpötila) perusteella tehtiin laajojen tutkimusten jälkeen seuraavat johtopäätökset - AAS:n pinta-aktiivisuus on parempi kuin sen tavanomaisen surfaktanttivastineen.
6.1 Kriittinen misellipitoisuus (cmc)
Kriittinen misellipitoisuus on yksi tärkeimmistä pinta-aktiivisten aineiden parametreistä ja säätelee monia pinta-aktiivisia ominaisuuksia, kuten liukenemista, solujen hajoamista ja sen vuorovaikutusta biofilmien kanssa jne. Yleensä hiilivetypyrstön ketjun pituuden lisääminen (hydrofobisuuden lisääminen) johtaa pienenemiseen. pinta-aktiivisen aineen cmc-arvossa, mikä lisää sen pinta-aktiivisuutta. Aminohappoihin perustuvilla pinta-aktiivisilla aineilla on tavallisesti pienemmät cmc-arvot verrattuna tavanomaisiin pinta-aktiivisiin aineisiin.
Infante et al. syntetisoi kolme arginiinipohjaista AAS:ää ja tutki niiden cmc:tä ja γcmc:tä (pintajännitys cmc:llä), osoittaen, että cmc- ja γcmc-arvot pienenivät hydrofobisen hännän pituuden kasvaessa. Toisessa tutkimuksessa Singare ja Mhatre havaitsivat, että N-α-asyylilarginiinipinta-aktiivisten aineiden cmc pieneni hydrofobisten hännän hiiliatomien lukumäärän kasvaessa (taulukko 1).
Yoshimura et ai. tutki kysteiiniperäisten aminohappopohjaisten gemini-surfaktanttien cmc:tä ja osoitti, että cmc pieneni, kun hiiliketjun pituus hydrofobisessa ketjussa nostettiin 10:stä 12:een. Hiiliketjun pituuden lisääminen edelleen 14:ään johti cmc:n kasvuun, mikä vahvisti, että pitkäketjuisilla kaksosten pinta-aktiivisilla aineilla on pienempi taipumus aggregoitua.
Faustino et ai. raportoivat sekamisellien muodostumisesta kystiiniin perustuvien anionisten gemini-surfaktanttien vesiliuoksissa. Gemini-surfaktantteja verrattiin myös vastaaviin tavanomaisiin monomeerisiin pinta-aktiivisiin aineisiin (C8Cys). Lipidi-pinta-aktiivisten aineiden seosten cmc-arvojen raportoitiin olevan pienempiä kuin puhtaiden pinta-aktiivisten aineiden. gemini-surfaktanttien ja 1,2-diheptanoyyli-sn-glyseryyli-3-fosfokoliinin, vesiliukoisen, misellejä muodostavan fosfolipidin, cmc oli millimolaarisella tasolla.
Shrestha ja Aramaki tutkivat viskoelastisten matomaisten misellien muodostumista seka-aminohappopohjaisten anionisten ja ionittomien pinta-aktiivisten aineiden vesiliuoksissa ilman seossuoloja. Tässä tutkimuksessa N-dodekyyliglutamaatilla havaittiin olevan korkeampi Krafft-lämpötila; kuitenkin, kun se neutraloitiin emäksisellä aminohapolla L-lysiinillä, se synnytti misellejä ja liuos alkoi käyttäytyä kuin newtonilainen neste 25 °C:ssa.
6.2 Hyvä vesiliukoisuus
AAS:n hyvä vesiliukoisuus johtuu ylimääräisten CO-NH-sidosten läsnäolosta. Tämä tekee AAS:sta biohajoavampaa ja ympäristöystävällisempää kuin vastaavat perinteiset pinta-aktiiviset aineet. N-asyyli-L-glutamiinihapon vesiliukoisuus on vieläkin parempi sen 2 karboksyyliryhmän ansiosta. Cn(CA) 2:n vesiliukoisuus on myös hyvä, koska yhdessä molekyylissä on 2 ionista arginiiniryhmää, mikä johtaa tehokkaampaan adsorptioon ja diffuusioon solun rajapinnassa ja jopa tehokkaaseen bakteerien estoon pienemmillä pitoisuuksilla.
6.3 Krafft-lämpötila ja Krafft-piste
Krafft-lämpötila voidaan ymmärtää pinta-aktiivisten aineiden ominaisliukoisuuskäyttäytymisenä, jonka liukoisuus kasvaa jyrkästi tietyn lämpötilan yläpuolella. Ionisilla pinta-aktiivisilla aineilla on taipumus tuottaa kiinteitä hydraatteja, jotka voivat saostua vedestä. Tietyssä lämpötilassa (ns. Krafft-lämpötilassa) havaitaan tavallisesti dramaattinen ja epäjatkuva pinta-aktiivisten aineiden liukoisuuden lisääntyminen. Ionisen pinta-aktiivisen aineen Krafft-piste on sen Krafft-lämpötila cmc:ssä.
Tämä liukoisuusominaisuus nähdään tavallisesti ionisilla pinta-aktiivisilla aineilla ja se voidaan selittää seuraavasti: pinta-aktiivisesta aineesta vapaan monomeerin liukoisuus on rajoitettu Krafft-lämpötilan alapuolelle, kunnes saavutetaan Krafft-piste, jossa sen liukoisuus kasvaa vähitellen misellien muodostumisen vuoksi. Täydellisen liukoisuuden varmistamiseksi on välttämätöntä valmistaa pinta-aktiiviset aineet Krafft-pisteen yläpuolella olevissa lämpötiloissa.
AAS:n Krafft-lämpötilaa on tutkittu ja verrattu tavanomaisten synteettisten pinta-aktiivisten aineiden lämpötilaan. Shrestha ja Aramaki tutkivat arginiinipohjaisen AAS:n Krafft-lämpötilaa ja havaitsivat, että kriittinen misellipitoisuus osoitti aggregaatiokäyttäytymistä esimisellien muodossa yli 2-5 × 10-6 mol-L-1, jota seurasi normaali misellien muodostuminen (Ohta et ai. syntetisoivat kuusi erityyppistä N-heksadekanoyyli-AAS:a ja keskustelivat niiden Krafft-lämpötilan ja aminohappotähteiden välisestä suhteesta.
Kokeissa havaittiin, että N-heksadekanoyyli-AAS:n Krafft-lämpötila nousi aminohappotähteiden koon pienentyessä (fenyylialaniini poikkeus), kun taas liukoisuuslämpö (lämmönotto) nousi aminohappotähteiden koon pienentyessä (jossa lukuun ottamatta glysiiniä ja fenyylialaniinia). Pääteltiin, että sekä alaniini- että fenyylialaniinijärjestelmissä DL-vuorovaikutus on vahvempi kuin LL-vuorovaikutus N-heksadekanoyyli-AAS-suolan kiinteässä muodossa.
Brito et ai. määritti kolmen sarjan uuden aminohappopohjaisen pinta-aktiivisen aineen Krafft-lämpötilan käyttämällä differentiaalista pyyhkäisymikrokalorimetriaa ja havaitsi, että trifluoriasetaatti-ionin muuttaminen jodidi-ioniksi johti Krafftin lämpötilan merkittävään nousuun (noin 6 °C), 47 °C:sta 53 °C:seen. C. Cis-kaksoissidosten läsnäolo ja pitkäketjuisissa Ser-johdannaisissa esiintyvä tyydyttymättömyys johtivat Krafftin lämpötilan merkittävään laskuun. n-dodekyyliglutamaatilla raportoitiin olevan korkeampi Krafft-lämpötila. Neutralointi emäksisellä aminohapolla L-lysiinillä johti kuitenkin misellien muodostumiseen liuokseen, jotka käyttäytyivät kuin Newtonin nesteet 25 °C:ssa.
6.4 Pintajännitys
Pinta-aktiivisten aineiden pintajännitys liittyy hydrofobisen osan ketjun pituuteen. Zhang et ai. määritti natriumkokoyyliglysinaatin pintajännityksen Wilhelmy-levymenetelmällä (25±0,2)°C ja määritti pintajännitysarvon cmc:ssä 33 mN-m-1, cmc:ssä 0,21 mmol-L-1. Yoshimura et ai. määritti 2C n Cys -tyyppisten aminohappopohjaisten pintajännityksen 2C n Cys -pohjaisten pinta-aktiivisten aineiden pintajännityksen. Havaittiin, että pintajännitys cmc:ssä laski ketjun pituuden kasvaessa (kunnes n = 8), kun taas suuntaus oli päinvastainen pinta-aktiivisilla aineilla, joiden ketjun pituus oli n = 12 tai pidempi.
Myös CaC12:n vaikutusta dikarboksyloitujen aminohappopohjaisten pinta-aktiivisten aineiden pintajännitykseen on tutkittu. Näissä tutkimuksissa CaC12 lisättiin kolmen dikarboksyloidun aminohappotyyppisen pinta-aktiivisen aineen (C12MalNa2, C12AspNa2 ja C12GluNa2) vesiliuoksiin. Tasannearvoja cmc:n jälkeen verrattiin ja havaittiin, että pintajännitys pieneni erittäin alhaisilla CaC12-pitoisuuksilla. Tämä johtuu kalsiumionien vaikutuksesta pinta-aktiivisen aineen järjestelyyn kaasun ja veden rajapinnassa. N-dodekyyliaminomalonaatin ja N-dodekyyliaspartaatin suolojen pintajännitykset olivat toisaalta myös lähes vakiot 10 mmol-L -1 CaC12-pitoisuuteen asti. Yli 10 mmol-L-1 pintajännitys kasvaa jyrkästi johtuen pinta-aktiivisen aineen kalsiumsuolan saostuman muodostumisesta. N-dodekyyliglutamaatin dinatriumsuolalle CaC12:n kohtuullinen lisäys johti pintajännityksen merkittävään laskuun, kun taas jatkuva CaC12-pitoisuuden nousu ei enää aiheuttanut merkittäviä muutoksia.
Gemini-tyypin AAS:n adsorptiokinetiikan määrittämiseksi kaasun ja veden rajapinnassa dynaaminen pintajännitys määritettiin käyttämällä maksimikuplapainemenetelmää. Tulokset osoittivat, että pisimpään testiaikaan 2C 12 Cys:n dynaaminen pintajännitys ei muuttunut. Dynaamisen pintajännityksen pieneneminen riippuu vain pitoisuudesta, hydrofobisten pyrstöjen pituudesta ja hydrofobisten pyrstöjen lukumäärästä. Pinta-aktiivisen aineen pitoisuuden lisääntyminen, ketjun pituuden pieneneminen sekä ketjujen lukumäärä johtivat nopeampaan hajoamiseen. Suuremmille C n Cys -pitoisuuksille (n = 8 - 12) saatujen tulosten havaittiin olevan hyvin lähellä Wilhelmy-menetelmällä mitattua γ cmc:tä.
Toisessa tutkimuksessa natriumdilauryylikystiinin (SDLC) ja natriumdidekaminokystiinin dynaamiset pintajännitykset määritettiin Wilhelmy-levymenetelmällä ja lisäksi niiden vesiliuosten tasapainopintajännitykset määritettiin pisaratilavuusmenetelmällä. Disulfidisidosten reaktiota tutkittiin edelleen myös muilla menetelmillä. Merkaptoetanolin lisääminen 0,1 mmol-l-1SDLC-liuokseen johti pintajännityksen nopeaan nousuun arvosta 34 mN-m-1 arvoon 53 mN-m-1. Koska NaClO voi hapettaa SDLC:n disulfidisidokset sulfonihapporyhmiksi, aggregaatteja ei havaittu, kun NaClO:ta (5 mmol-L-1) lisättiin 0,1 mmol-L-1 SDLC-liuokseen. Transmissioelektronimikroskoopin ja dynaamisen valonsirontatulokset osoittivat, että liuokseen ei muodostunut aggregaatteja. SDLC:n pintajännityksen havaittiin nousevan arvosta 34 mN-m-1 arvoon 60 mN-m-1 20 minuutin aikana.
6.5 Binaariset pintavuorovaikutukset
Biotieteissä useat ryhmät ovat tutkineet kationisen AAS:n (diasyyliglyseroliarginiinipohjaiset pinta-aktiiviset aineet) ja fosfolipidien seosten värähtelyominaisuuksia kaasun ja veden rajapinnassa, ja päätyneet lopulta siihen, että tämä ei-ihanteellinen ominaisuus aiheuttaa sähköstaattisten vuorovaikutusten yleisyyden.
6.6 Yhdistelmäominaisuudet
Dynaamista valonsirontaa käytetään yleisesti aminohappopohjaisten monomeerien ja gemini-surfaktanttien aggregaatio-ominaisuuksien määrittämiseen cmc:n yläpuolella, jolloin saadaan näennäinen hydrodynaaminen halkaisija DH (= 2R H ). Cn Cys:n ja 2Cn Cys:n muodostamat aggregaatit ovat suhteellisen suuria ja niillä on laaja mittakaavajakauma muihin pinta-aktiivisiin aineisiin verrattuna. Kaikki pinta-aktiiviset aineet paitsi 2C12Cys muodostavat tyypillisesti noin 10 nm:n aggregaatteja. Gemini-surfaktanttien misellikot ovat huomattavasti suurempia kuin niiden monomeeristen vastineiden. Hiilivetyketjun pituuden kasvu johtaa myös misellien koon kasvuun. ohta et ai. kuvasi N-dodekyyli-fenyyli-alanyyli-fenyyli-alaniini-tetrametyyliammoniumin kolmen erilaisen stereoisomeerin aggregaatio-ominaisuudet vesiliuoksessa ja osoitti, että diastereoisomeereillä on sama kriittinen aggregaatiopitoisuus vesiliuoksessa. Iwahashi et ai. tutkittu kiertodikroismilla, NMR:llä ja höyrynpaineosmometrialla N-dodekanoyyli-L-glutamiinihapon, N-dodekanoyyli-L-valiinin ja niiden metyyliesterien kiraalisten aggregaattien muodostumista eri liuottimissa (kuten tetrahydrofuraani, asetonitriili, 1,4) -dioksaani ja 1,2-dikloorietaani), joilla on pyörimisominaisuuksia, tutkittiin ympyrädikroismilla, NMR:llä ja höyrynpaineosmometrialla.
6.7 Pintojen adsorptio
Aminohappopohjaisten pinta-aktiivisten aineiden rajapinnan adsorptio ja sen vertailu tavanomaiseen vastineeseen on myös yksi tutkimussuunnista. Esimerkiksi LET:stä ja LEP:stä saatujen aromaattisten aminohappojen dodekyyliesterien rajapinnan adsorptio-ominaisuuksia tutkittiin. Tulokset osoittivat, että LET:llä ja LEP:llä oli alhaisemmat rajapinnat kaasun ja nesteen rajapinnassa ja vastaavasti vesi/heksaani rajapinnassa.
Bordes et ai. tutki kolmen dikarboksyloidun aminohapon pinta-aktiivisen aineen, dodekyyliglutamaatin, dodekyyliaspartaatin ja aminomalonaatin dinatriumsuolojen liuoksen käyttäytymistä ja adsorptiota kaasu-vesi-rajapinnassa (joiden kahden karboksyyliryhmän välissä on 3, 2 ja 1 hiiliatomia). Tämän raportin mukaan dikarboksyloitujen pinta-aktiivisten aineiden cmc oli 4-5 kertaa suurempi kuin monokarboksyloidun dodekyyliglysiinisuolan. Tämä johtuu vetysidosten muodostumisesta dikarboksyloitujen pinta-aktiivisten aineiden ja viereisten molekyylien välille niissä olevien amidiryhmien kautta.
6.8 Vaiheen käyttäytyminen
Isotrooppisia epäjatkuvia kuutiofaaseja havaitaan pinta-aktiivisilla aineilla erittäin korkeilla pitoisuuksilla. Pinta-aktiivisten aineiden molekyylit, joissa on erittäin suuret pääryhmät, pyrkivät muodostamaan pienempiä positiivisia kaarevia aggregaatteja. marques et ai. tutki 12Lys12/12Ser- ja 8Lys8/16Ser-järjestelmien faasikäyttäytymistä (katso kuva 10), ja tulokset osoittivat, että 12Lys12/12Ser-järjestelmässä on faasierotusvyöhyke miselli- ja vesikulaariliuosalueiden välillä, kun taas 8Lys8/16Ser-järjestelmässä 8Lys8/16Ser-järjestelmässä on jatkuva siirtymä (pidennetty misellifaasialue pienen misellifaasialueen ja vesikkelifaasialueen välillä). On huomattava, että 12Lys12/12Ser-järjestelmän vesikkelialueella vesikkelit esiintyvät aina rinnakkain misellien kanssa, kun taas 8Lys8/16Ser-järjestelmän vesikkelialueella on vain vesikkelejä.
Katanioniset lysiini- ja seriinipohjaisten pinta-aktiivisten aineiden seokset: symmetrinen 12Lys12/12Ser-pari (vasemmalla) ja asymmetrinen 8Lys8/16Ser-pari (oikealla)
6.9 Emulgointikyky
Kouchi et ai. tutki N-[3-dodekyyli-2-hydroksipropyyli]-L-arginiinin, L-glutamaatin ja muiden AAS-yhdisteiden emulgointikykyä, rajapintajännitystä, dispergoituvuutta ja viskositeettia. Verrattuna synteettisiin pinta-aktiivisiin aineisiin (niiden tavanomaisiin ionittomiin ja amfoteerisiin vastineisiin) tulokset osoittivat, että AAS:illa on vahvempi emulgointikyky kuin tavanomaisilla pinta-aktiivisilla aineilla.
Baczko et ai. syntetisoi uusia anionisia aminohappopinta-aktiivisia aineita ja tutki niiden soveltuvuutta kiraalisiin orientoituneisiin NMR-spektroskopian liuottimiin. Sarja sulfonaattipohjaisia amfifiilisiä L-Phe- tai L-Ala-johdannaisia, joilla on erilaisia hydrofobisia häntäjä (pentyyli-tetradekyyli), syntetisoitiin saattamalla aminohapot reagoimaan o-sulfobentsoehappoanhydridin kanssa. Wu et ai. syntetisoidut N-rasva-asyyli-AAS:n natriumsuolat jatutki niiden emulgointikykyä öljy-vedessä-emulsioissa, ja tulokset osoittivat, että nämä pinta-aktiiviset aineet toimivat paremmin etyyliasetaatilla öljyfaasina kuin n-heksaanilla öljyfaasina.
6.10 Synteesin ja tuotannon edistyminen
Kovan veden kestävyys voidaan ymmärtää pinta-aktiivisten aineiden kykynä vastustaa ionien, kuten kalsiumin ja magnesiumin, läsnäoloa kovassa vedessä, eli kykyä välttää saostumista kalsium-saippuoiksi. Pinta-aktiiviset aineet, joilla on korkea kovan vedenkestävyys, ovat erittäin hyödyllisiä pesuainekoostumuksissa ja henkilökohtaisen hygienian tuotteissa. Kovan veden kestävyys voidaan arvioida laskemalla pinta-aktiivisen aineen liukoisuuden ja pinta-aktiivisuuden muutos kalsiumionien läsnä ollessa.
Toinen tapa arvioida kovan veden kestävyyttä on laskea pinta-aktiivisen aineen prosenttiosuus tai grammoina, joka tarvitaan 100 g:sta natriumoleaattia muodostetun kalsiumsaippuan dispergoimiseksi veteen. Alueilla, joissa vesi on korkea, korkeat kalsium- ja magnesiumionipitoisuudet ja mineraalipitoisuudet voivat vaikeuttaa joitakin käytännön sovellutuksia. Usein natriumionia käytetään synteettisen anionisen pinta-aktiivisen aineen vastaionina. Koska kaksiarvoinen kalsiumioni on sitoutunut kumpaankin pinta-aktiivisen aineen molekyyleihin, se saa pinta-aktiivisen aineen saostumaan helpommin liuoksesta, mikä tekee pesusta vähemmän todennäköistä.
AAS:n kovan vedenkestävyyden tutkimus osoitti, että hapon ja kovan veden kestävyyteen vaikutti voimakkaasti lisäkarboksyyliryhmä, ja hapon ja kovan veden kestävyys kasvoi entisestään kahden karboksyyliryhmän välisen välikeryhmän pituuden kasvaessa. . Hapon ja kovan veden kestävyysjärjestys oli C 12 glysinaatti < C 12 aspartaatti < C 12 glutamaatti. Verrattaessa dikarboksyloitua amidisidosta ja vastaavasti dikarboksyloitua aminopinta-aktiivista ainetta, havaittiin, että jälkimmäisen pH-alue oli laajempi ja sen pinta-aktiivisuus lisääntyi sopivan määrän happoa lisäämällä. Dikarboksyloidut N-alkyyliaminohapot osoittivat kelatoivaa vaikutusta kalsiumionien läsnä ollessa, ja C12-aspartaatti muodosti valkoista geeliä. c12-glutamaatilla oli korkea pinta-aktiivisuus korkealla Ca 2+ -pitoisuudella, ja sitä odotetaan käytettävän meriveden suolanpoistossa.
6.11 Dispergoituvuus
Dispergoituvuus viittaa pinta-aktiivisen aineen kykyyn estää pinta-aktiivisen aineen yhteensulautumista ja sedimentaatiota liuoksessa.Dispergoituvuus on pinta-aktiivisten aineiden tärkeä ominaisuus, minkä vuoksi ne soveltuvat käytettäväksi pesuaineissa, kosmetiikassa ja lääkkeissä.Dispergointiaineen täytyy sisältää esteri-, eetteri-, amidi- tai aminosidos hydrofobisen ryhmän ja terminaalisen hydrofiilisen ryhmän välillä (tai suoraketjuisten hydrofobisten ryhmien joukossa).
Yleensä anioniset pinta-aktiiviset aineet, kuten alkanoliamidosulfaatit ja amfoteeriset pinta-aktiiviset aineet, kuten amidosulfobetaiini, ovat erityisen tehokkaita kalsium-saippuoiden dispergointiaineina.
Monet tutkimusyritykset ovat määrittäneet AAS:n dispergoituvuuden, jossa N-lauroyylilysiinin havaittiin olevan huonosti yhteensopiva veden kanssa ja vaikeasti käytettäväksi kosmeettisissa formulaatioissa.Tässä sarjassa N-asyylisubstituoiduilla emäksisillä aminohapoilla on erinomainen dispergoituvuus, ja niitä käytetään kosmetiikkateollisuudessa formulaatioiden parantamiseen.
07 Myrkyllisyys
Tavanomaiset pinta-aktiiviset aineet, erityisesti kationiset pinta-aktiiviset aineet, ovat erittäin myrkyllisiä vesieliöille. Niiden akuutti myrkyllisyys johtuu pinta-aktiivisten aineiden adsorptio-ionivuorovaikutuksesta solun ja veden rajapinnassa. Pinta-aktiivisten aineiden cmc:n pienentäminen johtaa yleensä pinta-aktiivisten aineiden voimakkaampaan rajapinnan adsorptioon, mikä yleensä johtaa niiden kohonneeseen akuuttiin myrkyllisyyteen. Pinta-aktiivisten aineiden hydrofobisen ketjun pituuden lisääntyminen johtaa myös pinta-aktiivisen aineen akuutin toksisuuden lisääntymiseen.Useimmat AAS:t ovat vähäisiä tai myrkyttömiä ihmisille ja ympäristölle (erityisesti meren eliöille) ja soveltuvat käytettäväksi elintarvikkeiden ainesosina, lääkkeinä ja kosmetiikassa.Monet tutkijat ovat osoittaneet, että aminohappopinta-aktiiviset aineet ovat hellävaraisia eivätkä ärsytä ihoa. Arginiinipohjaisten pinta-aktiivisten aineiden tiedetään olevan vähemmän myrkyllisiä kuin niiden perinteiset vastineet.
Brito et ai. tutki aminohappopohjaisten amfifiilien ja niiden [johdannaiset tyrosiinista (Tyr), hydroksiproliinista (Hyp), seriinistä (Ser) ja lysiinistä (Lys)] spontaanin kationisten vesikkeleiden muodostumisen ja antoi tietoja niiden akuutista myrkyllisyydestä Daphnia magna (IC 50). He syntetisoivat dodekyylitrimetyyliammoniumbromidin (DTAB)/Lys-johdannaisten ja/tai Ser-/Lys-johdannaiseosten kationisia vesikkelejä ja testasivat niiden ekotoksisuuden ja hemolyyttisen potentiaalin, mikä osoitti, että kaikki AAS:t ja niiden vesikkelejä sisältävät seokset olivat vähemmän myrkyllisiä kuin perinteinen pinta-aktiivinen aine DTAB. .
Rosa et ai. tutki DNA:n sitoutumista (assosiaatiota) stabiileihin aminohappopohjaisiin kationisiin vesikkeleihin. Toisin kuin tavanomaiset kationiset pinta-aktiiviset aineet, jotka näyttävät usein olevan myrkyllisiä, kationisten aminohappopinta-aktiivisten aineiden vuorovaikutus näyttää olevan myrkytön. Kationinen AAS perustuu arginiiniin, joka muodostaa spontaanisti stabiileja vesikkelejä yhdessä tiettyjen anionisten pinta-aktiivisten aineiden kanssa. Aminohappopohjaisten korroosionestoaineiden on myös raportoitu olevan myrkyttömiä. Nämä pinta-aktiiviset aineet syntetisoidaan helposti ja ne ovat erittäin puhtaita (jopa 99 %), edullisia, helposti biohajoavia ja täysin liukoisia vesipitoisiin väliaineisiin. Useat tutkimukset ovat osoittaneet, että rikkiä sisältävät aminohappopinta-aktiiviset aineet ovat parempia korroosionestossa.
Tuoreessa tutkimuksessa Perinelli et ai. raportoivat ramnolipidien tyydyttävästä toksikologisesta profiilista tavanomaisiin pinta-aktiivisiin aineisiin verrattuna. Ramnolipidien tiedetään toimivan läpäisevyyden tehostajina. He raportoivat myös ramnolipidien vaikutuksesta makromolekyylilääkkeiden epiteelin läpäisevyyteen.
08 Antimikrobinen vaikutus
Pinta-aktiivisten aineiden antimikrobinen aktiivisuus voidaan arvioida pienimmän estävän pitoisuuden perusteella. Arginiinipohjaisten pinta-aktiivisten aineiden antimikrobista aktiivisuutta on tutkittu yksityiskohtaisesti. Gram-negatiivisten bakteerien havaittiin olevan resistenttimpiä arginiinipohjaisille pinta-aktiivisille aineille kuin grampositiiviset bakteerit. Pinta-aktiivisten aineiden antimikrobista aktiivisuutta lisää yleensä hydroksyyli-, syklopropaani- tai tyydyttymättömien sidosten läsnäolo asyyliketjuissa. Castillo et ai. osoittivat, että asyyliketjujen pituus ja positiivinen varaus määräävät molekyylin HLB-arvon (hydrofiilis-lipofiilinen tasapaino), ja nämä vaikuttavat niiden kykyyn rikkoa kalvoja. Na-asyylilarginiinimetyyliesteri on toinen tärkeä kationisten pinta-aktiivisten aineiden luokka, jolla on laajakirjoinen antimikrobinen vaikutus ja joka hajoaa helposti biologisesti ja sen toksisuus on alhainen tai ei ollenkaan. Tutkimukset Nα-asyyliarginiinimetyyliesteripohjaisten pinta-aktiivisten aineiden vuorovaikutuksesta 1,2-dipalmitoyyli-sn-propyylitrioksyyli-3-fosforyylikoliinin ja 1,2-ditetradekanoyyli-sn-propyylitrioksyyli-3-fosforyylikoliinin, mallikalvojen ja elävien organismien kanssa ulkoisten esteiden läsnäolo tai puuttuminen ovat osoittaneet, että tämän luokan pinta-aktiivisilla aineilla on hyvä antimikrobinen vaikutus. Tulokset osoittivat, että pinta-aktiivisilla aineilla on hyvä antibakteerinen vaikutus.
09 Reologiset ominaisuudet
Pinta-aktiivisten aineiden reologiset ominaisuudet ovat erittäin tärkeitä määritettäessä ja ennakoitaessa niiden käyttötarkoituksia eri teollisuudenaloilla, mukaan lukien elintarvike-, lääke-, öljy-, henkilökohtaisen hygienian ja kodinhoitotuotteet. Monia tutkimuksia on tehty aminohappopinta-aktiivisten aineiden viskoelastisuuden ja cmc:n välisen suhteen käsittelemiseksi.
10 Sovellukset kosmetiikkateollisuudessa
AAS:ää käytetään monien henkilökohtaisen hygienian tuotteiden valmistuksessa.kalium-N-kokoyyliglysinaatti on todettu hellävaraiseksi iholle, ja sitä käytetään kasvojen puhdistukseen lian ja meikin poistamiseen. n-asyyli-L-glutamiinihapossa on kaksi karboksyyliryhmää, mikä tekee siitä vesiliukoisemman. Näistä AAS-aineista C12-rasvahappoihin perustuvia AAS-aineita käytetään laajalti kasvojen puhdistuksessa lian ja meikin poistamiseen. C 18 -ketjuista AAS:a käytetään emulgointiaineina ihonhoitotuotteissa, ja N-lauryylialaniinisuolien tiedetään muodostavan kermaisia vaahtoja, jotka eivät ärsytä ihoa ja joita voidaan siksi käyttää vauvanhoitotuotteiden formuloinnissa. Hammastahnassa käytetyillä N-lauryylipohjaisilla AAS-aineilla on hyvä pesukyky, joka muistuttaa saippuaa, ja vahva entsyymejä estävä teho.
Viime vuosikymmeninä pinta-aktiivisten aineiden valinnassa kosmetiikkaan, henkilökohtaiseen hygieniaan ja lääkkeisiin on keskitytty alhaiseen myrkyllisyyteen, mietuuteen, kosketuksen lempeyteen ja turvallisuuteen. Näiden tuotteiden kuluttajat ovat hyvin tietoisia mahdollisesta ärsytyksestä, myrkyllisyydestä ja ympäristötekijöistä.
Nykyään AAS:ia käytetään monien shampojen, hiusvärien ja kylpysaippuoiden formulointiin, koska niillä on monia etuja verrattuna perinteisiin kosmetiikka- ja henkilökohtaisen hygienian tuotteisiin.Proteiinipohjaisilla pinta-aktiivisilla aineilla on toivottuja ominaisuuksia, joita tarvitaan henkilökohtaiseen hygieniaan. Joillakin AAS-malleilla on kalvonmuodostuskyky, kun taas toisilla on hyvä vaahdotuskyky.
Aminohapot ovat tärkeitä luonnossa esiintyviä kosteuttavia tekijöitä marraskedessä. Kun epidermaaliset solut kuolevat, niistä tulee osa marraskettä ja solunsisäiset proteiinit hajoavat vähitellen aminohapoiksi. Nämä aminohapot kuljetetaan sitten edelleen marrasketeen, jossa ne imevät rasvaa tai rasvan kaltaisia aineita orvaskeden marrasketeen parantaen siten ihon pinnan joustavuutta. Noin 50 % ihon luonnollisesta kosteustekijästä koostuu aminohapoista ja pyrrolidonista.
Kollageeni, yleinen kosmeettinen ainesosa, sisältää myös aminohappoja, jotka pitävät ihon pehmeänä.Iho-ongelmat, kuten karheus ja tylsyys, johtuvat suurelta osin aminohappojen puutteesta. Eräs tutkimus osoitti, että aminohapon sekoittaminen voiteen kanssa helpotti ihon palovammoja ja sairastuneet alueet palasivat normaalitilaan ilman, että niistä tuli keloidisia arpia.
Aminohappojen on myös havaittu olevan erittäin hyödyllisiä vaurioituneiden kynsinauhojen hoidossa.Kuivat, muodottomat hiukset voivat viitata aminohappopitoisuuden vähenemiseen vakavasti vaurioituneessa marraskedessä. Aminohapoilla on kyky tunkeutua kynsinauhojen sisään hiusvarteen ja imeä kosteutta iholta.Tämä aminohappopohjaisten pinta-aktiivisten aineiden kyky tekee niistä erittäin hyödyllisiä shampoissa, hiusväreissä, hiusten pehmennysaineissa ja hoitoaineissa, ja aminohappojen läsnäolo tekee hiuksista vahvoja.
11 Sovellukset päivittäisessä kosmetiikassa
Tällä hetkellä aminohappopohjaisille pesuainevalmisteille on maailmanlaajuisesti kasvava kysyntä.AAS:lla tiedetään olevan parempi puhdistuskyky, vaahtokyky ja kangasta pehmentävät ominaisuudet, mikä tekee niistä soveltuvia kotitalouksien pesuaineille, shampooille, vartalonpesuille ja muihin sovelluksiin.Asparagiinihaposta johdetun amfoteerisen AAS:n on raportoitu olevan erittäin tehokas pesuaine, jolla on kelatoivia ominaisuuksia. N-alkyyli-β-aminoetoksihapoista koostuvien pesuaineosien käytön havaittiin vähentävän ihoärsytystä. Nestemäisen pesuaineformulaation, joka koostuu N-kokoyyli-β-aminopropionaatista, on raportoitu olevan tehokas pesuaine metallipintojen öljytahroihin. Aminokarboksyylihappopinta-aktiivisella aineella, C 14 CHOHCH 2 NHCH 2 COONa, on myös osoitettu olevan parempi pesukyky, ja sitä käytetään tekstiilien, mattojen, hiusten, lasin jne. puhdistukseen. 2-hydroksi-3-aminopropionihappo-N,N- asetoetikkahappojohdannaisella tiedetään olevan hyvä kompleksinmuodostuskyky ja siten se antaa stabiiliutta valkaisuaineille.
Keigo ja Tatsuya ovat raportoineet N-(N'-pitkäketjuisten asyyli-β-alanyyli)-β-alaniiniin perustuvien pesuainekoostumusten valmistuksen parempaan pesukykyyn ja stabiilisuuteen, helpon vaahdon rikkoutumiseen ja hyvän kankaan pehmennykseen. . Kao kehitti pesuainekoostumuksen, joka perustuu N-asyyli-1-N-hydroksi-β-alaniiniin ja raportoi vähäisestä ihoärsytyksestä, korkeasta vedenkestävyydestä ja tehokkaasta tahranpoistotehosta.
Japanilainen yritys Ajinomoto käyttää shampoissa, pesuaineissa ja kosmetiikassa pääainesosina L-glutamiinihappoon, L-arginiiniin ja L-lysiiniin perustuvaa matalamyrkyistä ja helposti hajoavaa AAS:ää (Kuva 13). Myös pesuainevalmisteiden entsyymilisäaineiden kyky poistaa proteiinin likaantumista on raportoitu. Glutamiinihaposta, alaniinista, metyyliglysiinistä, seriinistä ja asparagiinihaposta johdettuja N-asyyli-AAS-yhdisteitä on raportoitu käyttävän erinomaisina nestemäisinä pesuaineina vesiliuoksissa. Nämä pinta-aktiiviset aineet eivät lisää viskositeettia ollenkaan, edes erittäin alhaisissa lämpötiloissa, ja ne voidaan helposti siirtää vaahdotuslaitteen varastosäiliöstä homogeenisten vaahtojen saamiseksi.
Postitusaika: 09.06.2022