Povrchovo aktívne látky aminokyselín

Obsah tohto článku:

1. Vývoj aminokyselín

2. Štrukturálne vlastnosti

3. Chemické zloženie

4.Klasifikácia

5. Syntéza

6. Fyzikálno-chemické vlastnosti

7. Toxicita

8. Antimikrobiálna aktivita

9. Reologické vlastnosti

10. Aplikácie v kozmetickom priemysle

11. Aplikácie v každodennej kozmetike

Aminokyselinové povrchovo aktívne látky (AAS)sú triedou povrchovo aktívnych látok vytvorených spojením hydrofóbnych skupín s jednou alebo viacerými aminokyselinami. V tomto prípade môžu byť aminokyseliny syntetické alebo odvodené z proteínových hydrolyzátov alebo podobných obnoviteľných zdrojov. Tento dokument obsahuje podrobnosti o väčšine dostupných spôsobov syntézy AAS a vplyv rôznych spôsobov na fyzikálno-chemické vlastnosti konečných produktov vrátane rozpustnosti, stability disperzie, toxicity a biologickej odbúrateľnosti. Ako trieda povrchovo aktívnych látok s rastúcim dopytom ponúka všestrannosť AAS vďaka ich variabilnej štruktúre veľké množstvo komerčných príležitostí.

Vzhľadom na to, že povrchovo aktívne látky sú široko používané v detergentoch, emulgátoroch, inhibítoroch korózie, terciárnom získavaní ropy a farmaceutických výrobkoch, výskumníci nikdy neprestali venovať pozornosť povrchovo aktívnym látkam.

Povrchovo aktívne látky sú najreprezentatívnejšími chemickými produktmi, ktoré sa denne vo veľkých množstvách konzumujú na celom svete a majú negatívny vplyv na vodné prostredie.Štúdie ukázali, že rozšírené používanie tradičných povrchovo aktívnych látok môže mať negatívny vplyv na životné prostredie.

Netoxicita, biologická odbúrateľnosť a biokompatibilita sú dnes pre spotrebiteľov takmer rovnako dôležité ako užitočnosť a výkonnosť povrchovo aktívnych látok.

Biosurfaktanty sú trvalo udržateľné povrchovo aktívne látky šetrné k životnému prostrediu, ktoré sú prirodzene syntetizované mikroorganizmami, ako sú baktérie, huby a kvasinky, alebo sa vylučujú extracelulárne.Preto môžu byť biosurfaktanty pripravené aj molekulárnym dizajnom, aby napodobňovali prirodzené amfifilné štruktúry, ako sú fosfolipidy, alkylglykozidy a acylaminokyseliny.

Aminokyselinové povrchovo aktívne látky (AAS)sú jedným z typických povrchovo aktívnych látok, ktoré sa zvyčajne vyrábajú zo živočíšnych alebo poľnohospodárskych surovín. V posledných dvoch desaťročiach pritiahli AAS veľký záujem vedcov ako nové povrchovo aktívne látky, nielen preto, že sa dajú syntetizovať z obnoviteľných zdrojov, ale aj preto, že AAS sú ľahko odbúrateľné a majú neškodné vedľajšie produkty, vďaka čomu sú bezpečnejšie pre ľudí. životné prostredie.

AAS možno definovať ako triedu povrchovo aktívnych látok pozostávajúcu z aminokyselín obsahujúcich aminokyselinové skupiny (H02C-CHR-NH2) alebo aminokyselinové zvyšky (H02C-CHR-NH-). 2 funkčné oblasti aminokyselín umožňujú odvodiť širokú škálu povrchovo aktívnych látok. Je známe, že v prírode existuje celkom 20 štandardných proteínových aminokyselín, ktoré sú zodpovedné za všetky fyziologické reakcie pri raste a životných aktivitách. Líšia sa od seba iba zvyškom R (obrázok 1, pk a je záporný logaritmus kyslej disociačnej konštanty roztoku). Niektoré sú nepolárne a hydrofóbne, niektoré polárne a hydrofilné, niektoré zásadité a niektoré kyslé.

Pretože aminokyseliny sú obnoviteľné zlúčeniny, povrchovo aktívne látky syntetizované z aminokyselín majú tiež vysoký potenciál stať sa udržateľnými a šetrnými k životnému prostrediu. Jednoduchá a prirodzená štruktúra, nízka toxicita a rýchla biologická odbúrateľnosť ich často robí lepšími ako bežné povrchovo aktívne látky. Použitím obnoviteľných surovín (napr. aminokyselín a rastlinných olejov) možno AAS vyrábať rôznymi biotechnologickými cestami a chemickými cestami.

Na začiatku 20. storočia sa prvýkrát objavilo použitie aminokyselín ako substrátov na syntézu povrchovo aktívnych látok.AAS sa používali hlavne ako konzervačné látky vo farmaceutických a kozmetických prípravkoch.Okrem toho sa zistilo, že AAS sú biologicky aktívne proti rôznym choroboplodným baktériám, nádorom a vírusom. V roku 1988 dostupnosť nízkonákladových AAS vyvolala výskumný záujem o povrchovú aktivitu. Dnes, s rozvojom biotechnológie, je možné niektoré Aminokyseliny aj komerčne vo veľkom syntetizovať kvasinkami, čo nepriamo dokazuje, že výroba AAS je šetrnejšia k životnému prostrediu.

01 Vývoj aminokyselín

Už začiatkom 19. storočia, keď boli prvýkrát objavené prirodzene sa vyskytujúce Aminokyseliny, sa predpovedalo, že ich štruktúry budú mimoriadne cenné – použiteľné ako suroviny na prípravu amfifilov. Prvú štúdiu o syntéze AAS ohlásil Bondi v roku 1909.

V tejto štúdii boli N-acylglycín a N-acylalanín zavedené ako hydrofilné skupiny pre povrchovo aktívne látky. Následná práca zahŕňala syntézu lipoAminokyselín (AAS) s použitím glycínu a alanínu a Hentrich et al. zverejnil sériu zistení,vrátane prvej patentovej prihlášky o použití acylsarkozinátových a acylaspartátových solí ako povrchovo aktívnych látok v čistiacich prostriedkoch pre domácnosť (napr. šampónoch, čistiacich prostriedkoch a zubných pastách).Následne mnohí výskumníci skúmali syntézu a fyzikálno-chemické vlastnosti acylaminokyselín. Doteraz bolo publikované veľké množstvo literatúry o syntéze, vlastnostiach, priemyselných aplikáciách a biologickej odbúrateľnosti AAS.

02 Štrukturálne vlastnosti

Nepolárne reťazce hydrofóbnych mastných kyselín AAS sa môžu líšiť v štruktúre, dĺžke reťazca a počte.Štrukturálna diverzita a vysoká povrchová aktivita AAS vysvetľujú ich širokú kompozičnú diverzitu a fyzikálno-chemické a biologické vlastnosti. Hlavné skupiny AAS sú zložené z aminokyselín alebo peptidov. Rozdiely v hlavných skupinách určujú adsorpciu, agregáciu a biologickú aktivitu týchto povrchovo aktívnych látok. Funkčné skupiny v hlavnej skupine potom určujú typ AAS, vrátane katiónových, aniónových, neiónových a amfotérnych. Kombinácia hydrofilných aminokyselín a hydrofóbnych častí s dlhým reťazcom tvorí amfifilnú štruktúru, vďaka ktorej je molekula vysoko povrchovo aktívna. Okrem toho prítomnosť asymetrických atómov uhlíka v molekule pomáha vytvárať chirálne molekuly.

03 Chemické zloženie

Všetky peptidy a polypeptidy sú produkty polymerizácie týchto takmer 20 α-Proteinogénnych α-aminokyselín. Všetkých 20 a-aminokyselín obsahuje funkčnú skupinu karboxylovej kyseliny (-COOH) a funkčnú skupinu amino (-NH2), obe sú pripojené k rovnakému štvorstennému atómu a-uhlíka. Aminokyseliny sa navzájom líšia rôznymi skupinami R pripojenými k a-uhlíku (okrem lycínu, kde skupina R je vodík.) Skupiny R sa môžu líšiť štruktúrou, veľkosťou a nábojom (kyslosťou, zásaditosťou). Tieto rozdiely tiež určujú rozpustnosť aminokyselín vo vode.

Aminokyseliny sú chirálne (okrem glycínu) a sú prirodzene opticky aktívne, pretože majú štyri rôzne substituenty spojené s alfa uhlíkom. Aminokyseliny majú dve možné konformácie; sú navzájom neprekrývajúcimi sa zrkadlovými obrazmi, napriek tomu, že počet L-stereoizomérov je podstatne vyšší. R-skupina prítomná v niektorých aminokyselinách (fenylalanín, tyrozín a tryptofán) je aryl, čo vedie k maximálnej UV absorpcii pri 280 nm. Kyslé a-COOH a zásadité a-NH2 v aminokyselinách sú schopné ionizácie a oba stereoizoméry, bez ohľadu na to, aké sú, vytvárajú ionizačnú rovnováhu znázornenú nižšie.

R-COOH ↔R-COO^-＋H^＋

R-NH₃^＋↔R-NH₂＋H^＋

Ako je uvedené v ionizačnej rovnováhe vyššie, aminokyseliny obsahujú aspoň dve slabo kyslé skupiny; karboxylová skupina je však oveľa kyslejšia v porovnaní s protónovanou aminoskupinou. pH 7,4, karboxylová skupina je deprotonizovaná, zatiaľ čo amino skupina je protónovaná. Aminokyseliny s neionizovateľnými skupinami R sú pri tomto pH elektricky neutrálne a tvoria zwitterión.

04 Klasifikácia

AAS možno klasifikovať podľa štyroch kritérií, ktoré sú postupne popísané nižšie.

4.1 Podľa pôvodu

Podľa pôvodu možno AAS rozdeliť do 2 kategórií nasledovne. ① Prírodná kategória

Niektoré prirodzene sa vyskytujúce zlúčeniny obsahujúce aminokyseliny majú tiež schopnosť znižovať povrchové/medzipovrchové napätie a niektoré dokonca prevyšujú účinnosť glykolipidov. Tieto AAS sú tiež známe ako lipopeptidy. Lipopeptidy sú zlúčeniny s nízkou molekulovou hmotnosťou, zvyčajne produkované druhmi Bacillus.

Takéto AAS sa ďalej delia na 3 podtriedy:surfaktínu, iturínu a fengycínu.

Rodina povrchovo aktívnych peptidov zahŕňa heptapeptidové varianty rôznych látok,ako je znázornené na obrázku 2a, na ktorom je reťazec C12-C16 nenasýtenej β-hydroxy mastnej kyseliny pripojený k peptidu. Povrchovo aktívny peptid je makrocyklický laktón, v ktorom je kruh uzavretý katalýzou medzi C-koncom β-hydroxy mastnej kyseliny a peptidom.

V podtriede iturínu existuje šesť hlavných variantov, a to iturín A a C, mykosubtilín a bacillomycín D, F a L.Vo všetkých prípadoch sú heptapeptidy spojené s C14-C17 reťazcami β-aminomastných kyselín (reťazce môžu byť rôzne). V prípade ekurimycínov môže aminoskupina v polohe β tvoriť amidovú väzbu s C-koncom, čím sa vytvorí makrocyklická laktámová štruktúra.

Podtrieda fengycín obsahuje fengycín A a B, ktoré sa tiež nazývajú plipastatín, keď je Tyr9 v D-konfigurácii.Dekapeptid je spojený s C14-C18 nasýteným alebo nenasýteným reťazcom β-hydroxy mastnej kyseliny. Štrukturálne je plipastatín tiež makrocyklický laktón, ktorý obsahuje bočný reťazec Tyr v polohe 3 peptidovej sekvencie a tvorí esterovú väzbu s C-koncovým zvyškom, čím vytvára vnútornú kruhovú štruktúru (ako je to v prípade mnohých lipopeptidov Pseudomonas).

② Syntetická kategória

AAS možno syntetizovať aj s použitím ktorejkoľvek z kyslých, zásaditých a neutrálnych aminokyselín. Bežné aminokyseliny používané na syntézu AAS sú kyselina glutámová, serín, prolín, kyselina asparágová, glycín, arginín, alanín, leucín a proteínové hydrolyzáty. Táto podtrieda povrchovo aktívnych látok môže byť pripravená chemickými, enzymatickými a chemoenzymatickými metódami; na výrobu AAS je však ekonomicky výhodnejšia chemická syntéza. Bežné príklady zahŕňajú kyselinu N-lauroyl-L-glutámovú a kyselinu N-palmitoyl-L-glutámovú.

4.2 Na základe substituentov alifatického reťazca

Na základe substituentov alifatického reťazca možno povrchovo aktívne látky na báze aminokyselín rozdeliť na 2 typy.

Podľa polohy substituenta

①N-substituované AAS

V N-substituovaných zlúčeninách je aminoskupina nahradená lipofilnou skupinou alebo karboxylovou skupinou, čo vedie k strate zásaditosti. Najjednoduchším príkladom N-substituovaných AAS sú N-acylaminokyseliny, ktoré sú v podstate aniónové povrchovo aktívne látky. n-substituované AAS majú amidovú väzbu pripojenú medzi hydrofóbnou a hydrofilnou časťou. Amidová väzba má schopnosť vytvárať vodíkovú väzbu, ktorá uľahčuje degradáciu tejto povrchovo aktívnej látky v kyslom prostredí, čím sa stáva biologicky odbúrateľnou.

②C-substituované AAS

V C-substituovaných zlúčeninách k substitúcii dochádza na karboxylovej skupine (prostredníctvom amidovej alebo esterovej väzby). Typické C-substituované zlúčeniny (napr. estery alebo amidy) sú v podstate katiónové povrchovo aktívne látky.

③N- a C-substituované AAS

V tomto type povrchovo aktívnej látky sú ako amino, tak karboxylové skupiny hydrofilnou časťou. Tento typ je v podstate amfotérna povrchovo aktívna látka.

4.3 Podľa počtu hydrofóbnych chvostov

Na základe počtu skupín hláv a hydrofóbnych chvostov možno AAS rozdeliť do štyroch skupín. AAS s priamym reťazcom, Gemini (dimérový) typ AAS, glycerolipidový typ AAS a bicefalický amfifilný (Bola) typ AAS. povrchovo aktívne látky s priamym reťazcom sú povrchovo aktívne látky pozostávajúce z aminokyselín iba s jedným hydrofóbnym koncom (obrázok 3). Gemini typ AAS má dve skupiny polárnych hlavičiek aminokyselín a dva hydrofóbne konce na molekulu (obrázok 4). V tomto type štruktúry sú dva AAS s priamym reťazcom navzájom spojené medzikusom, a preto sa tiež nazývajú diméry. Na druhej strane v glycerolipidovom type AAS sú dva hydrofóbne konce pripojené k rovnakej hlavnej aminokyselinovej skupine. Tieto povrchovo aktívne látky možno považovať za analógy monoglyceridov, diglyceridov a fosfolipidov, zatiaľ čo v AAS typu Bola sú dve hlavné skupiny aminokyselín spojené hydrofóbnym koncom.

4.4 Podľa typu hlavovej skupiny

①Katiónový AAS

Hlavná skupina tohto typu povrchovo aktívnej látky má kladný náboj. Najskorší katiónový AAS je etylkokoylarginát, čo je pyrolidónkarboxylát. Jedinečné a rôznorodé vlastnosti tohto povrchovo aktívneho činidla ho robia užitočným v dezinfekčných prostriedkoch, antimikrobiálnych činidlách, antistatických činidlách, vlasových kondicionéroch, ako aj šetrné k očiam a pokožke a ľahko biologicky odbúrateľné. Singare a Mhatre syntetizovali katiónové AAS na báze arginínu a vyhodnotili ich fyzikálno-chemické vlastnosti. V tejto štúdii tvrdili vysoké výťažky produktov získaných za podmienok Schotten-Baumannovej reakcie. So zvyšujúcou sa dĺžkou alkylového reťazca a hydrofóbnosťou sa zistilo, že povrchová aktivita povrchovo aktívnej látky sa zvyšuje a kritická koncentrácia micel (cmc) klesá. Ďalším je kvartérny acylový proteín, ktorý sa bežne používa ako kondicionér v produktoch starostlivosti o vlasy.

②Aniontové AAS

V aniónových povrchovo aktívnych látkach má polárna hlavová skupina povrchovo aktívnej látky záporný náboj. Sarkozín (CH 3 -NH-CH 2 -COOH, N-metylglycín), aminokyselina bežne sa vyskytujúca u morských ježkov a morských hviezd, je chemicky príbuzná glycínu (NH 2 -CH 2 -COOH,), základnej aminokyseline v bunkách cicavcov. -COOH,) je chemicky príbuzný glycínu, čo je základná aminokyselina nachádzajúca sa v bunkách cicavcov. Kyselina laurová, kyselina tetradekánová, kyselina olejová a ich halogenidy a estery sa bežne používajú na syntézu sarkozinátových povrchovo aktívnych látok. Sarkozináty sú vo svojej podstate mierne, a preto sa bežne používajú v ústnych vodách, šampónoch, sprejových penách na holenie, opaľovacích krémoch, prípravkoch na čistenie pokožky a iných kozmetických výrobkoch.

Ďalšie komerčne dostupné aniónové AAS zahŕňajú Amisoft CS-22 a AmiliteGCK-12, čo sú obchodné názvy pre N-kokoyl-L-glutamát sodný a N-kokoylglycinát draselný. Amilite sa bežne používa ako penidlo, detergent, solubilizátor, emulgátor a dispergátor a má mnoho aplikácií v kozmetike, ako sú šampóny, mydlá do kúpeľa, telové vody, zubné pasty, čistiace prostriedky na tvár, čistiace mydlá, čističe kontaktných šošoviek a povrchovo aktívne látky pre domácnosť. Amisoft sa používa ako jemný čistiaci prostriedok na pokožku a vlasy, hlavne v čistiacich prostriedkoch na tvár a telo, blokových syntetických čistiacich prostriedkoch, výrobkoch starostlivosti o telo, šampónoch a iných výrobkoch starostlivosti o pokožku.

③zwitteriónové alebo amfotérne AAS

Amfotérne povrchovo aktívne látky obsahujú kyslé aj zásadité miesta, a preto môžu meniť svoj náboj zmenou hodnoty pH. V alkalickom prostredí sa správajú ako aniónové povrchovo aktívne látky, zatiaľ čo v kyslom prostredí sa správajú ako katiónové povrchovo aktívne látky a v neutrálnych médiách ako amfotérne povrchovo aktívne látky. Lauryllyzín (LL) a alkoxy (2-hydroxypropyl)arginín sú jediné známe amfotérne povrchovo aktívne látky na báze aminokyselín. LL je kondenzačný produkt lyzínu a kyseliny laurovej. Vďaka svojej amfotérnej štruktúre je LL nerozpustný takmer vo všetkých typoch rozpúšťadiel, okrem veľmi alkalických alebo kyslých rozpúšťadiel. Ako organický prášok má LL vynikajúcu priľnavosť k hydrofilným povrchom a nízky koeficient trenia, čo dáva tejto povrchovo aktívnej látke vynikajúce mazacie schopnosti. LL je široko používaný v pleťových krémoch a vlasových kondicionéroch a používa sa aj ako lubrikant.

④Neiónové AAS

Neiónové povrchovo aktívne látky sú charakterizované polárnymi hlavovými skupinami bez formálnych nábojov. osem nových etoxylovaných neiónových povrchovo aktívnych látok pripravil Al-Sabagh a kol. z α-aminokyselín rozpustných v oleji. V tomto procese sa L-fenylalanín (LEP) a L-leucín najskôr esterifikovali hexadekanolom, potom nasledovala amidácia s kyselinou palmitovou za vzniku dvoch amidov a dvoch esterov a-aminokyselín. Amidy a estery potom podstúpili kondenzačné reakcie s etylénoxidom, čím sa pripravili tri deriváty fenylalanínu s rôznym počtom polyoxyetylénových jednotiek (40, 60 a 100). Zistilo sa, že tieto neiónové AAS majú dobré detergentné a penivé vlastnosti.

05 Syntéza

5.1 Základná syntetická cesta

V AAS môžu byť hydrofóbne skupiny pripojené k miestam amínu alebo karboxylovej kyseliny alebo prostredníctvom bočných reťazcov aminokyselín. Na základe toho sú dostupné štyri základné syntetické cesty, ako je znázornené na obrázku 5.

Obr. 5 Základné cesty syntézy povrchovo aktívnych látok na báze aminokyselín

Cesta 1.

Amfifilné esterové amíny sa vyrábajú esterifikačnými reakciami, pričom v tomto prípade sa syntéza povrchovo aktívnej látky zvyčajne dosiahne refluxovaním mastných alkoholov a aminokyselín v prítomnosti dehydratačného činidla a kyslého katalyzátora. V niektorých reakciách pôsobí kyselina sírová ako katalyzátor aj ako dehydratačné činidlo.

Cesta 2.

Aktivované aminokyseliny reagujú s alkylamínmi za vzniku amidových väzieb, čo vedie k syntéze amfifilných amidoamínov.

Cesta 3.

Amidokyseliny sa syntetizujú reakciou amínových skupín aminokyselín s amidokyselinami.

Cesta 4.

Alkylaminokyseliny s dlhým reťazcom boli syntetizované reakciou amínových skupín s halogénalkánmi.

5.2 Pokroky v syntéze a výrobe

5.2.1 Syntéza jednoreťazcových aminokyselinových/peptidových povrchovo aktívnych látok

N-acyl alebo O-acylaminokyseliny alebo peptidy môžu byť syntetizované enzýmom katalyzovanou acyláciou amínových alebo hydroxylových skupín mastnými kyselinami. Najstaršia správa o syntéze amidov aminokyselín alebo metylesterových derivátov bez rozpúšťadiel katalyzovanej lipázou používala Candida antarctica s výťažkami v rozmedzí od 25 % do 90 % v závislosti od cieľovej aminokyseliny. V niektorých reakciách sa ako rozpúšťadlo používa aj metyletylketón. Vonderhagen a kol. tiež opísali lipázou a proteázou katalyzované N-acylačné reakcie aminokyselín, proteínových hydrolyzátov a/alebo ich derivátov s použitím zmesi vody a organických rozpúšťadiel (napr. dimetylformamid/voda) a metylbutylketónu.

V prvých dňoch boli hlavným problémom enzýmovo katalyzovanej syntézy AAS nízke výťažky. Podľa Valivety et al. výťažok derivátov N-tetradekanoylaminokyseliny bol iba 2 % až 10 % aj po použití rôznych lipáz a inkubácii pri 70 °C počas mnohých dní. Montet a kol. sa tiež stretli s problémami týkajúcimi sa nízkeho výťažku aminokyselín pri syntéze N-acyllyzínu s použitím mastných kyselín a rastlinných olejov. Podľa nich bol maximálny výťažok produktu 19 % v podmienkach bez rozpúšťadiel a pri použití organických rozpúšťadiel. s rovnakým problémom sa stretli Valivety et al. pri syntéze metylesterových derivátov N-Cbz-L-lyzínu alebo N-Cbz-lyzínu.

V tejto štúdii tvrdili, že výťažok 3-O-tetradekanoyl-L-serínu bol 80 % pri použití N-chráneného serínu ako substrátu a Novozyme 435 ako katalyzátora v prostredí bez roztaveného rozpúšťadla. Nagao a Kito študovali O-acyláciu L-serínu, L-homoserínu, L-treonínu a L-tyrozínu (LET) pri použití lipázy Výsledky reakcie (lipázu získali Candida cylindracea a Rhizopus delemar vo vodnom tlmivom médiu) a uviedli, že výťažky acylácie L-homoserínu a L-serínu boli trochu nízke, zatiaľ čo nedošlo k žiadnej acylácii L-treonínu a LET.

Mnoho výskumníkov podporilo použitie lacných a ľahko dostupných substrátov na syntézu nákladovo efektívnych AAS. Soo a spol. tvrdil, že príprava povrchovo aktívnych látok na báze palmového oleja funguje najlepšie s imobilizovaným lipoenzýmom. Poznamenali, že výťažok produktov by bol lepší napriek časovo náročnej reakcii (6 dní). Gerova a kol. skúmali syntézu a povrchovú aktivitu chirálnych N-palmitoylových AAS na báze metionínu, prolínu, leucínu, treonínu, fenylalanínu a fenylglycínu v cyklickej/racemickej zmesi. Pang a Chu opísali syntézu monomérov na báze aminokyselín a monomérov na báze dikarboxylových kyselín v roztoku Séria funkčných a biodegradovateľných polyamidových esterov na báze aminokyselín bola syntetizovaná ko-kondenzačnými reakciami v roztoku.

Cantaeuzene a Guerreiro opísali esterifikáciu skupín karboxylových kyselín Boc-Ala-OH a Boc-Asp-OH s alifatickými alkoholmi a dioly s dlhým reťazcom, s dichlórmetánom ako rozpúšťadlom a agarózou 4B (Sepharose 4B) ako katalyzátorom. V tejto štúdii reakcia Boc-Ala-OH s mastnými alkoholmi do 16 uhlíkov poskytla dobré výťažky (51 %), zatiaľ čo pre Boc-Asp-OH boli lepšie 6 a 12 uhlíky, so zodpovedajúcim výťažkom 63 % [64 ]. 99,9 %) vo výťažkoch v rozmedzí od 58 % do 76 %, ktoré boli syntetizované tvorbou amidových väzieb s rôznymi alkylamínmi s dlhým reťazcom alebo esterových väzieb s mastnými alkoholmi pomocou Cbz-Arg-OMe, kde papaín pôsobil ako katalyzátor.

5.2.2 Syntéza aminokyselinových/peptidových povrchovo aktívnych látok na báze gemini

gemini povrchovo aktívne látky na báze aminokyselín pozostávajú z dvoch molekúl AAS s priamym reťazcom, ktoré sú navzájom spojené medzi sebou pomocou spojovacej skupiny. Existujú 2 možné schémy chemoenzymatickej syntézy povrchovo aktívnych látok na báze aminokyselín typu gemini (obrázky 6 a 7). Na obrázku 6 reagujú 2 deriváty aminokyselín so zlúčeninou ako spacerovou skupinou a potom sa zavedú 2 hydrofóbne skupiny. Na obrázku 7 sú 2 štruktúry s priamym reťazcom spolu priamo spojené bifunkčnou dištančnou skupinou.

Najskorší vývoj enzymaticky katalyzovanej syntézy gemini lipoaminokyselín bol priekopníkom Valivety et al. Yoshimura a kol. skúmali syntézu, adsorpciu a agregáciu gemini surfaktantu na báze aminokyselín na báze cystínu a n-alkylbromidu. Syntetizované povrchovo aktívne látky sa porovnávali so zodpovedajúcimi monomérnymi povrchovo aktívnymi látkami. Faustino a kol. opísali syntézu aniónových monomérnych AAS na báze močoviny na báze L-cystínu, D-cystínu, DL-cystínu, L-cysteínu, L-metionínu a L-sulfoalanínu a ich párov gemini pomocou vodivosti, rovnovážneho povrchového napätia a ustálenia - ich stavová fluorescenčná charakterizácia. Ukázalo sa, že hodnota cmc gemini bola nižšia pri porovnaní monoméru a gemini.

Obr.6 Syntéza gemini AAS s použitím AA derivátov a spacera, po ktorej nasleduje vloženie hydrofóbnej skupiny

Obr.7 Syntéza gemini AAS s použitím bifunkčného spacera a AAS

5.2.3 Syntéza glycerolipidových aminokyselinových/peptidových povrchovo aktívnych látok

Glycerolipidové aminokyselinové/peptidové povrchovo aktívne látky sú novou triedou lipidových aminokyselín, ktoré sú štrukturálnymi analógmi glycerol mono- (alebo di-) esterov a fosfolipidov, vďaka ich štruktúre jedného alebo dvoch mastných reťazcov s jednou aminokyselinou spojenou s glycerolovou kostrou. esterovou väzbou. Syntéza týchto povrchovo aktívnych látok začína prípravou glycerolesterov aminokyselín pri zvýšených teplotách a v prítomnosti kyslého katalyzátora (napr. BF 3). Enzýmom katalyzovaná syntéza (s použitím hydroláz, proteáz a lipáz ako katalyzátorov) je tiež dobrou možnosťou (obrázok 8).

Bola publikovaná enzýmom katalyzovaná syntéza dilaurylovaných arginínových glyceridových konjugátov pomocou papaínu. Bola tiež publikovaná syntéza diacylglycerolesterových konjugátov z acetylarginínu a vyhodnotenie ich fyzikálno-chemických vlastností.

Obr. 8 Syntéza mono a diacylglycerolových aminokyselinových konjugátov

spacer: NH-(CH₂)₁₀-NH: zlúčenina B1

spacer: NH-C₆H₄-NH: zlúčenina B2

spacer: CH₂-CH₂: zlúčenina B3

Obr.9 Syntéza symetrických amfifilov odvodených od Tris(hydroxymetyl)aminometánu

5.2.4 Syntéza aminokyselinových/peptidových povrchovo aktívnych látok na báze bola

Amfifily typu bola na báze aminokyselín obsahujú 2 aminokyseliny, ktoré sú spojené s rovnakým hydrofóbnym reťazcom. Franceschi a kol. opísali syntézu amfifilov typu bola s 2 aminokyselinami (D- alebo L-alanín alebo L-histidín) a 1 alkylovým reťazcom rôznej dĺžky a skúmali ich povrchovú aktivitu. Diskutujú o syntéze a agregácii nových amfifilov typu bola s aminokyselinovou frakciou (s použitím buď nezvyčajnej β-aminokyseliny alebo alkoholu) a C12-C20 spacerovou skupinou. Menej časté používané β-aminokyseliny môžu byť cukrová aminokyselina, aminokyselina odvodená od azidotymínu (AZT), aminokyselina norbornén a aminoalkohol odvodený od AZT (obrázok 9). syntéza symetrických amfifilov typu bola odvodených od tris(hydroxymetyl)aminometánu (Tris) (obrázok 9).

06 Fyzikálno-chemické vlastnosti

Je dobre známe, že povrchovo aktívne látky na báze aminokyselín (AAS) sú svojou povahou rôznorodé a všestranné a majú dobrú použiteľnosť v mnohých aplikáciách, ako je dobrá solubilizácia, dobré emulgačné vlastnosti, vysoká účinnosť, vysoká povrchová aktivita a dobrá odolnosť voči tvrdej vode (vápenatý ión tolerancia).

Na základe povrchovo aktívnych vlastností aminokyselín (napr. povrchové napätie, cmc, fázové správanie a Krafftova teplota) sa po rozsiahlych štúdiách dospelo k nasledujúcim záverom – povrchová aktivita AAS je lepšia ako u jeho konvenčného povrchovo aktívneho náprotivku.

6.1 kritická koncentrácia miciel (cmc)

Kritická koncentrácia miciel je jedným z dôležitých parametrov povrchovo aktívnych látok a riadi mnohé povrchovo aktívne vlastnosti, ako je solubilizácia, lýza buniek a jej interakcia s biofilmami atď. Vo všeobecnosti vedie predlžovanie dĺžky reťazca uhľovodíkov (zvýšenie hydrofóbnosti) k zníženiu v hodnote cmc roztoku povrchovo aktívnej látky, čím sa zvyšuje jej povrchová aktivita. Povrchovo aktívne látky na báze aminokyselín majú zvyčajne nižšie hodnoty cmc v porovnaní s bežnými povrchovo aktívnymi látkami.

Prostredníctvom rôznych kombinácií hlavných skupín a hydrofóbnych koncov (mono-katiónový amid, bi-katiónový amid, bi-katiónový ester na báze amidu) Infante a kol. syntetizovali tri AAS na báze arginínu a študovali ich cmc a γcmc (povrchové napätie pri cmc), čo ukazuje, že hodnoty cmc a γcmc klesali so zvyšujúcou sa dĺžkou hydrofóbneho chvosta. V ďalšej štúdii Singare a Mhatre zistili, že cmc N-α-acylarginínových povrchovo aktívnych látok klesala so zvyšujúcim sa počtom hydrofóbnych koncových uhlíkových atómov (tabuľka 1).

Yoshimura a kol. skúmali cmc gemini povrchovo aktívnych látok na báze aminokyselín odvodených od cysteínu a ukázali, že cmc sa znížil, keď sa dĺžka uhlíkového reťazca v hydrofóbnom reťazci zvýšila z 10 na 12. Ďalšie zvyšovanie dĺžky uhlíkového reťazca na 14 viedlo k zvýšeniu cmc, ktorý potvrdil, že povrchovo aktívne látky gemini s dlhým reťazcom majú nižšiu tendenciu k agregácii.

Faustino a kol. opísali tvorbu zmiešaných miciel vo vodných roztokoch aniónových povrchovo aktívnych látok gemini na báze cystínu. Povrchovo aktívne látky gemini boli tiež porovnané so zodpovedajúcimi konvenčnými monomérnymi povrchovo aktívnymi látkami (C8 Cys). Hodnoty cmc zmesí lipidov a povrchovo aktívnych látok boli hlásené ako nižšie ako hodnoty čistých povrchovo aktívnych látok. gemini surfaktanty a 1,2-diheptanoyl-sn-glyceryl-3-fosfocholín, vo vode rozpustný fosfolipid tvoriaci micely, mali cmc v milimolárnej hladine.

Shrestha a Aramaki skúmali tvorbu viskoelastických červovitých miciel vo vodných roztokoch zmiešaných aniónových-neiónových povrchovo aktívnych látok na báze aminokyselín v neprítomnosti prímesových solí. V tejto štúdii sa zistilo, že N-dodecylglutamát má vyššiu Krafftovu teplotu; avšak po neutralizácii bázickou aminokyselinou L-lyzínom generoval micely a roztok sa pri 25 °C začal správať ako newtonovská tekutina.

6.2 Dobrá rozpustnosť vo vode

Dobrá rozpustnosť AAS vo vode je spôsobená prítomnosťou ďalších väzieb CO-NH. Vďaka tomu je AAS biologicky odbúrateľnejší a šetrnejší k životnému prostrediu ako zodpovedajúce konvenčné povrchovo aktívne látky. Rozpustnosť kyseliny N-acyl-L-glutámovej vo vode je ešte lepšia vďaka jej 2 karboxylovým skupinám. Rozpustnosť Cn(CA) 2 vo vode je tiež dobrá, pretože v 1 molekule sú 2 iónové arginínové skupiny, čo vedie k efektívnejšej adsorpcii a difúzii na bunkovom rozhraní a dokonca k účinnej bakteriálnej inhibícii pri nižších koncentráciách.

6.3 Krafftova teplota a Krafftov bod

Krafftovu teplotu možno chápať ako špecifickú rozpustnosť povrchovo aktívnych látok, ktorých rozpustnosť nad určitou teplotou prudko stúpa. Iónové povrchovo aktívne látky majú tendenciu vytvárať pevné hydráty, ktoré sa môžu z vody vyzrážať. Pri určitej teplote (takzvaná Krafftova teplota) sa zvyčajne pozoruje dramatický a diskontinuálny nárast rozpustnosti povrchovo aktívnych látok. Krafftovým bodom iónovej povrchovo aktívnej látky je jej Krafftova teplota pri cmc.

Táto charakteristika rozpustnosti je zvyčajne pozorovaná pre iónové povrchovo aktívne látky a možno ju vysvetliť nasledovne: rozpustnosť monoméru bez povrchovo aktívnej látky je obmedzená pod Krafftovu teplotu, kým sa nedosiahne Krafftov bod, kde sa jeho rozpustnosť postupne zvyšuje v dôsledku tvorby miciel. Na zabezpečenie úplnej rozpustnosti je potrebné pripraviť formulácie povrchovo aktívnych látok pri teplotách nad Krafftovým bodom.

Študovala sa Krafftova teplota AAS a porovnávala sa s teplotou bežných syntetických povrchovo aktívnych látok. Shrestha a Aramaki študovali Krafftovu teplotu AAS na báze arginínu a zistili, že kritická koncentrácia miciel vykazuje agregačné správanie vo forme premiciel nad 2-5 ×10-6 mol-L-1, po ktorej nasledovala normálna tvorba miciel (Ohta a kol. syntetizovali šesť rôznych typov N-hexadekanoylových AAS a diskutovali o vzťahu medzi ich Krafftovou teplotou a aminokyselinovými zvyškami.

V experimentoch sa zistilo, že Krafftova teplota N-hexadekanoyl AAS sa zvyšuje so zmenšujúcou sa veľkosťou aminokyselinových zvyškov (výnimkou je fenylalanín), zatiaľ čo teplo rozpustnosti (prijímanie tepla) sa zvyšuje so zmenšujúcou sa veľkosťou aminokyselinových zvyškov (s s výnimkou glycínu a fenylalanínu). Dospelo sa k záveru, že v alanínovom aj fenylalanínovom systéme je interakcia DL silnejšia ako interakcia LL v pevnej forme soli N-hexadekanoyl AAS.

Brito a kol. určili Krafftovu teplotu troch sérií nových povrchovo aktívnych látok na báze aminokyselín pomocou diferenciálnej skenovacej mikrokalorimetrie a zistili, že zmena trifluóracetátového iónu na jodidový ión viedla k významnému zvýšeniu Krafftovej teploty (asi 6 °C) zo 47 °C na 53 °C. C. Prítomnosť cis-dvojitých väzieb a nenasýtenosť prítomná v Ser-derivátoch s dlhým reťazcom viedli k významnému zníženiu Krafftovej teploty. Uvádza sa, že n-dodecylglutamát má vyššiu Krafftovu teplotu. Neutralizácia bázickou aminokyselinou L-lyzínom však viedla k vytvoreniu miciel v roztoku, ktoré sa pri 25 °C správali ako newtonovské tekutiny.

6.4 Povrchové napätie

Povrchové napätie povrchovo aktívnych látok súvisí s dĺžkou reťazca hydrofóbnej časti. Zhang a kol. určili povrchové napätie kokoylglycinátu sodného metódou Wilhelmyho platne (25±0,2)°C a určili hodnotu povrchového napätia pri cmc ako 33 mN-m-1, cmc ako 0,21 mmol-L-1. Yoshimura a kol. určili povrchové napätie povrchovo aktívnych činidiel na báze aminokyselín typu 2CnCys na báze 2CnCys. Zistilo sa, že povrchové napätie pri cmc klesalo so zvyšujúcou sa dĺžkou reťazca (až do n = 8), zatiaľ čo trend bol opačný pre povrchovo aktívne látky s n = 12 alebo dlhšími dĺžkami reťazca.

Študoval sa aj účinok CaCl2 na povrchové napätie povrchovo aktívnych látok na báze dikarboxylovaných aminokyselín. V týchto štúdiách sa CaCl2 pridal do vodných roztokov troch povrchovo aktívnych látok typu dikarboxylovaných aminokyselín (C12 MalNa2, C12 AspNa2 a C12 GluNa2). Porovnali sa hodnoty plató po cmc a zistilo sa, že povrchové napätie klesalo pri veľmi nízkych koncentráciách CaCl2. Je to spôsobené vplyvom vápenatých iónov na usporiadanie povrchovo aktívnej látky na rozhraní plynu a vody. povrchové napätie solí N-dodecylaminomalonátu a N-dodecylaspartátu bolo na druhej strane tiež takmer konštantné až do koncentrácie 10 mmol-L -1 CaC12. Nad 10 mmol-L-1 sa povrchové napätie prudko zvyšuje v dôsledku tvorby precipitácie vápenatej soli povrchovo aktívnej látky. V prípade dvojsodnej soli N-dodecylglutamátu viedlo mierne pridanie CaCl2 k významnému zníženiu povrchového napätia, zatiaľ čo pokračujúce zvyšovanie koncentrácie CaCl2 už nespôsobovalo významné zmeny.

Na stanovenie adsorpčnej kinetiky AAS typu gemini na rozhraní plyn-voda sa dynamické povrchové napätie stanovilo pomocou metódy maximálneho tlaku bublín. Výsledky ukázali, že počas najdlhšieho času testu sa dynamické povrchové napätie 2C 12 Cys nezmenilo. Pokles dynamického povrchového napätia závisí len od koncentrácie, dĺžky hydrofóbnych chvostov a počtu hydrofóbnych koncov. Zvyšujúca sa koncentrácia povrchovo aktívnej látky, klesajúca dĺžka reťazca ako aj počet reťazcov viedli k rýchlejšiemu rozpadu. Zistilo sa, že výsledky získané pre vyššie koncentrácie Cn Cys (n = 8 až 12) sú veľmi blízke γ cmc meranej Wilhelmyho metódou.

V ďalšej štúdii sa dynamické povrchové napätie dilaurylcystinu sodného (SDLC) a didekaminocystinu sodného určilo metódou Wilhelmyho platne a navyše sa stanovilo rovnovážne povrchové napätie ich vodných roztokov metódou objemu kvapiek. Reakcia disulfidových väzieb bola ďalej skúmaná aj inými metódami. Pridanie merkaptoetanolu do 0,1 mmol-L-1SDLC roztoku viedlo k rýchlemu zvýšeniu povrchového napätia z 34 mN-m-1 na 53 mN-m-1. Pretože NaClO môže oxidovať disulfidové väzby SDLC na skupiny kyseliny sulfónovej, neboli pozorované žiadne agregáty, keď sa k 0,1 mmol-L-1 SDLC roztoku pridal NaClO (5 mmol-L-1). Výsledky transmisnej elektrónovej mikroskopie a dynamického rozptylu svetla ukázali, že v roztoku sa nevytvorili žiadne agregáty. Zistilo sa, že povrchové napätie SDLC sa zvýšilo z 34 mN-m-1 na 60 mN-m-1 v priebehu 20 minút.

6.5 Binárne povrchové interakcie

V biologických vedách niekoľko skupín študovalo vibračné vlastnosti zmesí katiónových AAS (povrchovo aktívnych látok na báze diacylglycerolarginínu) a fosfolipidov na rozhraní plyn-voda, pričom nakoniec dospeli k záveru, že táto neideálna vlastnosť spôsobuje prevahu elektrostatických interakcií.

6.6 Vlastnosti agregácie

Dynamický rozptyl svetla sa bežne používa na stanovenie agregačných vlastností monomérov na báze aminokyselín a povrchovo aktívnych látok gemini pri koncentráciách nad cmc, čím sa získa zdanlivý hydrodynamický priemer DH (= 2R H ). Agregáty tvorené CnCys a 2CnCys sú relatívne veľké a majú širokú škálu distribúcie v porovnaní s inými povrchovo aktívnymi látkami. Všetky povrchovo aktívne látky okrem 2C12Cys typicky tvoria agregáty s veľkosťou približne 10 nm. veľkosti miciel gemini povrchovo aktívnych látok sú výrazne väčšie ako veľkosti ich monomérnych náprotivkov. Zvýšenie dĺžky uhľovodíkového reťazca tiež vedie k zvýšeniu veľkosti miciel. ohta a spol. opísali agregačné vlastnosti troch rôznych stereoizomérov N-dodecyl-fenyl-alanyl-fenyl-alanín tetrametylamónia vo vodnom roztoku a ukázali, že diastereoizoméry majú rovnakú kritickú koncentráciu agregácie vo vodnom roztoku. Iwahashi a kol. skúmané cirkulárnym dichroizmom, NMR a osmometriou tlaku pár. Tvorba chirálnych agregátov kyseliny N-dodekanoyl-L-glutámovej, N-dodekanoyl-L-valínu a ich metylesterov v rôznych rozpúšťadlách (ako je tetrahydrofurán, acetonitril, 1,4 -dioxán a 1,2-dichlóretán) s rotačnými vlastnosťami sa skúmal cirkulárnym dichroizmom, NMR a osmometriou tlaku pár.

6.7 Medzifázová adsorpcia

Jedným zo smerov výskumu je aj medzifázová adsorpcia povrchovo aktívnych látok na báze aminokyselín a jej porovnanie s konvenčným náprotivkom. Napríklad boli skúmané medzifázové adsorpčné vlastnosti dodecylesterov aromatických aminokyselín získaných z LET a LEP. Výsledky ukázali, že LET a LEP vykazovali nižšie medzifázové oblasti na rozhraní plyn-kvapalina a na rozhraní voda/hexán.

Bordes a kol. skúmali správanie v roztoku a adsorpciu na rozhraní plyn-voda troch dikarboxylovaných aminokyselinových povrchovo aktívnych látok, dvojsodných solí dodecylglutamátu, dodecyl aspartátu a aminomalonátu (s 3, 2 a 1 atómami uhlíka medzi dvoma karboxylovými skupinami). Podľa tejto správy bola cmc dikarboxylovaných povrchovo aktívnych látok 4-5 krát vyššia ako u monokarboxylovanej dodecylglycínovej soli. To sa pripisuje tvorbe vodíkových väzieb medzi dikarboxylovanými povrchovo aktívnymi látkami a susednými molekulami prostredníctvom amidových skupín v nich.

6.8 Fázové správanie

Izotropné diskontinuálne kubické fázy sa pozorujú pre povrchovo aktívne látky vo veľmi vysokých koncentráciách. Molekuly povrchovo aktívnej látky s veľmi veľkými hlavovými skupinami majú tendenciu vytvárať agregáty s menším pozitívnym zakrivením. marques a spol. študovali fázové správanie systémov 12Lys12/12Ser a 8Lys8/16Ser (pozri obrázok 10) a výsledky ukázali, že systém 12Lys12/12Ser má zónu separácie fáz medzi oblasťami micelárneho a vezikulárneho roztoku, zatiaľ čo systém 8Lys8/16Ser Systém 8Lys8/16Ser ukazuje kontinuálny prechod (oblasť predĺženej micelárnej fázy medzi oblasťou malej micelárnej fázy a oblasťou vezikulárnej fázy). Je potrebné poznamenať, že pre oblasť vezikúl systému 12Lys12/12Ser vezikuly vždy koexistujú s micelami, zatiaľ čo oblasť vezikúl systému 8Lys8/16Ser má iba vezikuly.

Kataniónové zmesi povrchovo aktívnych látok na báze lyzínu a serínu: symetrický pár 12Lys12/12Ser (vľavo) a asymetrický pár 8Lys8/16Ser (vpravo)

6.9 Emulgačná schopnosť

Kouchi a kol. skúmali emulgovateľnú schopnosť, medzifázové napätie, dispergovateľnosť a viskozitu N-[3-dodecyl-2-hydroxypropyl]-L-arginínu, L-glutamátu a iných AAS. V porovnaní so syntetickými povrchovo aktívnymi látkami (ich konvenčnými neiónovými a amfotérnymi náprotivkami) výsledky ukázali, že AAS majú silnejšiu emulgačná schopnosť ako bežné povrchovo aktívne látky.

Baczko a spol. syntetizovali nové aniónové aminokyselinové povrchovo aktívne látky a skúmali ich vhodnosť ako rozpúšťadlá pre chirálne orientovanú NMR spektroskopiu. Séria amfifilných derivátov L-Phe alebo L-Ala na báze sulfonátu s rôznymi hydrofóbnymi koncami (pentyl-tetradecyl) sa syntetizovala reakciou aminokyselín s anhydridom kyseliny o-sulfobenzoovej. Wu a kol. syntetizované sodné soli N-mastných acylových AAS askúmali ich emulgačné schopnosti v emulziách typu olej vo vode a výsledky ukázali, že tieto povrchovo aktívne látky fungovali lepšie s etylacetátom ako olejovou fázou ako s n-hexánom ako olejovou fázou.

6.10 Pokroky v syntéze a výrobe

Odolnosť voči tvrdej vode môže byť chápaná ako schopnosť povrchovo aktívnych látok odolávať prítomnosti iónov, ako je vápnik a horčík v tvrdej vode, tj schopnosť zabrániť zrážaniu do vápenatých mydiel. Povrchovo aktívne látky s vysokou odolnosťou voči tvrdej vode sú veľmi užitočné pre detergentné prípravky a výrobky osobnej starostlivosti. Odolnosť voči tvrdej vode sa dá vyhodnotiť výpočtom zmeny rozpustnosti a povrchovej aktivity povrchovo aktívnej látky v prítomnosti vápenatých iónov.

Ďalším spôsobom, ako vyhodnotiť odolnosť voči tvrdej vode, je vypočítať percento alebo gramy povrchovo aktívnej látky potrebnej na vápenaté mydlo vytvorené zo 100 g oleátu sodného, ktoré sa má dispergovať vo vode. V oblastiach s vysokou tvrdou vodou môžu vysoké koncentrácie iónov vápnika a horčíka a obsah minerálov sťažiť niektoré praktické aplikácie. Sodíkový ión sa často používa ako protiión syntetickej aniónovej povrchovo aktívnej látky. Pretože dvojmocný vápenatý ión je naviazaný na obe molekuly povrchovo aktívnej látky, spôsobuje, že povrchovo aktívna látka sa ľahšie zráža z roztoku, čím je detergencia menej pravdepodobná.

Štúdia odolnosti AAS voči tvrdej vode ukázala, že odolnosť voči kyselinám a tvrdej vode bola silne ovplyvnená ďalšou karboxylovou skupinou a odolnosť voči kyselinám a tvrdej vode sa ďalej zvyšovala so zvyšovaním dĺžky dištančnej skupiny medzi dvoma karboxylovými skupinami. . Poradie odolnosti voči kyselinám a tvrdej vode bolo C 12 glycinát < C 12 aspartát < C 12 glutamát. Porovnaním dikarboxylovanej amidovej väzby a dikarboxylovanej amínovej povrchovo aktívnej látky sa zistilo, že rozsah pH posledne menovanej látky bol širší a jej povrchová aktivita sa zvýšila pridaním vhodného množstva kyseliny. Dikarboxylované N-alkylaminokyseliny vykazovali chelatačný účinok v prítomnosti iónov vápnika a aspartát C12 vytvoril biely gél. Glutamát c12 vykazoval vysokú povrchovú aktivitu pri vysokej koncentrácii Ca2+ a očakáva sa, že sa bude používať pri odsoľovaní morskej vody.

6.11 Dispergovateľnosť

Dispergovateľnosť sa týka schopnosti povrchovo aktívnej látky zabrániť koalescencii a sedimentácii povrchovo aktívnej látky v roztoku.Dispergovateľnosť je dôležitou vlastnosťou povrchovo aktívnych látok, ktorá ich robí vhodnými na použitie v detergentoch, kozmetike a liečivách.Dispergačné činidlo musí obsahovať esterovú, éterovú, amidovú alebo amino väzbu medzi hydrofóbnou skupinou a koncovou hydrofilnou skupinou (alebo medzi hydrofóbnymi skupinami s priamym reťazcom).

Vo všeobecnosti sú aniónové povrchovo aktívne látky, ako sú alkanolamidosulfáty a amfotérne povrchovo aktívne látky, ako je amidosulfobetaín, obzvlášť účinné ako dispergačné činidlá pre vápenaté mydlá.

Mnohé výskumné snahy určili dispergovateľnosť AAS, kde sa zistilo, že N-lauroyllyzín je zle kompatibilný s vodou a ťažko sa používa v kozmetických prípravkoch.V tejto sérii majú N-acyl-substituované bázické aminokyseliny vynikajúcu dispergovateľnosť a používajú sa v kozmetickom priemysle na zlepšenie formulácií.

07 Toxicita

Bežné povrchovo aktívne látky, najmä katiónové povrchovo aktívne látky, sú vysoko toxické pre vodné organizmy. Ich akútna toxicita je spôsobená fenoménom adsorpcie-iónovej interakcie povrchovo aktívnych látok na rozhraní bunka-voda. Zníženie cmc povrchovo aktívnych látok zvyčajne vedie k silnejšej medzifázovej adsorpcii povrchovo aktívnych látok, čo zvyčajne vedie k ich zvýšenej akútnej toxicite. Zvýšenie dĺžky hydrofóbneho reťazca povrchovo aktívnych látok tiež vedie k zvýšeniu akútnej toxicity povrchovo aktívnej látky.Väčšina AAS je nízka alebo netoxická pre ľudí a životné prostredie (najmä pre morské organizmy) a sú vhodné na použitie ako zložky potravín, liečiv a kozmetiky.Mnoho výskumníkov preukázalo, že aminokyselinové povrchovo aktívne látky sú jemné a nedráždia pokožku. Je známe, že povrchovo aktívne látky na báze arginínu sú menej toxické ako ich konvenčné náprotivky.

Brito a kol. študovali fyzikálno-chemické a toxikologické vlastnosti amfifilov na báze aminokyselín a ich [derivátov z tyrozínu (Tyr), hydroxyprolínu (Hyp), serínu (Ser) a lyzínu (Lys)] spontánnej tvorby katiónových vezikúl a poskytli údaje o ich akútnej toxicite Daphnia magna (IC 50). Syntetizovali katiónové vezikuly dodecyltrimetylamóniumbromidu (DTAB)/Lys-derivátov a/alebo Ser-/Lys-derivátov a testovali ich ekotoxicitu a hemolytický potenciál, pričom ukázali, že všetky AAS a ich zmesi obsahujúce vezikuly boli menej toxické ako konvenčná povrchovo aktívna látka DTAB. .

Rosa a kol. skúmali väzbu (asociáciu) DNA na stabilné katiónové vezikuly na báze aminokyselín. Na rozdiel od bežných katiónových povrchovo aktívnych látok, ktoré sa často javia ako toxické, interakcia katiónových aminokyselinových povrchovo aktívnych látok sa javí ako netoxická. Katiónový AAS je založený na arginíne, ktorý spontánne vytvára stabilné vezikuly v kombinácii s určitými aniónovými povrchovo aktívnymi látkami. Inhibítory korózie na báze aminokyselín sa tiež uvádzajú ako netoxické. Tieto povrchovo aktívne látky sa ľahko syntetizujú s vysokou čistotou (až 99 %), sú lacné, ľahko biologicky odbúrateľné a úplne rozpustné vo vodnom prostredí. Niekoľko štúdií ukázalo, že aminokyselinové povrchovo aktívne látky obsahujúce síru sú lepšie v inhibícii korózie.

V nedávnej štúdii Perinelli et al. zaznamenali uspokojivý toxikologický profil ramnolipidov v porovnaní s konvenčnými povrchovo aktívnymi látkami. Je známe, že ramnolipidy pôsobia ako zosilňovače permeability. Uviedli tiež vplyv ramnolipidov na epiteliálnu permeabilitu makromolekulárnych liečiv.

08 Antimikrobiálna aktivita

Antimikrobiálna aktivita povrchovo aktívnych látok môže byť hodnotená minimálnou inhibičnou koncentráciou. Antimikrobiálna aktivita povrchovo aktívnych látok na báze arginínu bola podrobne študovaná. Zistilo sa, že gramnegatívne baktérie sú odolnejšie voči povrchovo aktívnym látkam na báze arginínu ako grampozitívne baktérie. Antimikrobiálna aktivita povrchovo aktívnych látok sa zvyčajne zvyšuje prítomnosťou hydroxylových, cyklopropánových alebo nenasýtených väzieb v acylových reťazcoch. Castillo a kol. ukázali, že dĺžka acylových reťazcov a kladný náboj určujú hodnotu HLB (hydrofilno-lipofilná rovnováha) molekuly a tieto majú vplyv na ich schopnosť narúšať membrány. Na-acylarginín metylester je ďalšou dôležitou triedou katiónových povrchovo aktívnych látok so širokospektrálnou antimikrobiálnou aktivitou a je ľahko biologicky odbúrateľný a má nízku alebo žiadnu toxicitu. Štúdie o interakcii povrchovo aktívnych látok na báze metylesteru Na-acylarginínu s 1,2-dipalmitoyl-sn-propyltrioxyl-3-fosforylcholínom a 1,2-ditetradekanoyl-sn-propyltrioxyl-3-fosforylcholínom, modelovými membránami a so živými organizmami v prítomnosť alebo neprítomnosť vonkajších bariér ukázala, že táto trieda povrchovo aktívnych látok má dobrú antimikrobiálnu aktivitu. Výsledky ukázali, že povrchovo aktívne látky majú dobrú antibakteriálnu aktivitu.

09 Reologické vlastnosti

Reologické vlastnosti povrchovo aktívnych látok zohrávajú veľmi dôležitú úlohu pri určovaní a predpovedaní ich aplikácií v rôznych priemyselných odvetviach, vrátane potravinárstva, farmácie, extrakcie ropy, osobnej starostlivosti a výrobkov domácej starostlivosti. Bolo vykonaných mnoho štúdií na diskusiu o vzťahu medzi viskoelasticitou aminokyselinových povrchovo aktívnych látok a cmc.

10 Aplikácie v kozmetickom priemysle

AAS sa používajú pri príprave mnohých produktov osobnej starostlivosti.N-kokoyl glycinát draselný je šetrný k pokožke a používa sa pri čistení tváre na odstránenie kalu a make-upu. Kyselina n-acyl-L-glutámová má dve karboxylové skupiny, vďaka čomu je vo vode rozpustnejšia. Spomedzi týchto AAS sú AAS na báze C12 mastných kyselín široko používané pri čistení tváre na odstránenie kalu a make-upu. AAS s reťazcom C 18 sa používajú ako emulgátory v produktoch starostlivosti o pokožku a je známe, že soli N-Lauryl alanínu vytvárajú krémové peny, ktoré nedráždia pokožku, a preto sa môžu použiť vo formulácii produktov starostlivosti o deti. AAS na báze N-Laurylu používané v zubných pastách majú dobrú čistiacu schopnosť podobnú mydlu a silnú účinnosť inhibujúcu enzýmy.

Počas niekoľkých posledných desaťročí sa výber povrchovo aktívnych látok pre kozmetiku, výrobky osobnej starostlivosti a liečivá zameral na nízku toxicitu, jemnosť, jemnosť na dotyk a bezpečnosť. Spotrebitelia týchto produktov si veľmi dobre uvedomujú potenciálne podráždenie, toxicitu a environmentálne faktory.

Dnes sa AAS používajú na formulovanie mnohých šampónov, farieb na vlasy a mydiel do kúpeľa kvôli ich mnohým výhodám oproti ich tradičným náprotivkom v kozmetike a výrobkoch osobnej starostlivosti.Povrchovo aktívne látky na báze bielkovín majú požadované vlastnosti potrebné pre produkty osobnej starostlivosti. Niektoré AAS majú schopnosť vytvárať film, zatiaľ čo iné majú dobré penivé schopnosti.

Aminokyseliny sú dôležité prirodzene sa vyskytujúce zvlhčujúce faktory v stratum corneum. Keď epidermálne bunky odumierajú, stávajú sa súčasťou stratum corneum a intracelulárne proteíny sa postupne degradujú na aminokyseliny. Tieto aminokyseliny sú potom transportované ďalej do stratum corneum, kde absorbujú tuk alebo tukom podobné látky do epidermálnej stratum corneum, čím zlepšujú elasticitu povrchu kože. Približne 50 % prirodzeného hydratačného faktora v pokožke sa skladá z aminokyselín a pyrolidónu.

Kolagén, bežná kozmetická zložka, obsahuje aj aminokyseliny, ktoré udržujú pokožku jemnú.Kožné problémy, ako je drsnosť a matnosť, sú z veľkej časti spôsobené nedostatkom aminokyselín. Jedna štúdia ukázala, že zmiešanie aminokyseliny s masťou zmiernilo popáleniny kože a postihnuté oblasti sa vrátili do normálneho stavu bez toho, aby sa z nich stali keloidné jazvy.

Zistilo sa, že aminokyseliny sú tiež veľmi užitočné pri starostlivosti o poškodenú kutikulu.Suché, beztvaré vlasy môžu naznačovať zníženie koncentrácie aminokyselín v vážne poškodenej stratum corneum. Aminokyseliny majú schopnosť preniknúť kutikulou do vlasového drieku a absorbovať vlhkosť z pokožky.Táto schopnosť povrchovo aktívnych látok na báze aminokyselín ich robí veľmi užitočnými v šampónoch, farbách na vlasy, zmäkčovačoch vlasov, vlasových kondicionéroch a prítomnosť aminokyselín robí vlasy silnými.

11 Aplikácie v každodennej kozmetike

V súčasnosti celosvetovo rastie dopyt po detergentoch na báze aminokyselín.O AAS je známe, že majú lepšiu čistiacu schopnosť, penivosť a vlastnosti zmäkčovania tkanín, vďaka čomu sú vhodné pre domáce pracie prostriedky, šampóny, telové vody a iné aplikácie.Amfotérny AAS odvodený od kyseliny asparágovej sa uvádza ako vysoko účinný detergent s chelatačnými vlastnosťami. Zistilo sa, že použitie detergentných zložiek pozostávajúcich z N-alkyl-β-aminoetoxykyselín znižuje podráždenie pokožky. Kvapalná detergentná formulácia pozostávajúca z N-kokoyl-P-aminopropionátu sa uvádza ako účinný detergent na olejové škvrny na kovových povrchoch. Ukázalo sa tiež, že povrchovo aktívna látka na báze aminokarboxylovej kyseliny, C 14 CHOHCH 2 NHCH 2 COONa, má lepšiu detergentnosť a používa sa na čistenie textílií, kobercov, vlasov, skla atď. Kyselina 2-hydroxy-3-aminopropiónová-N,N- o deriváte kyseliny acetoctovej je známe, že má dobrú komplexotvornú schopnosť, a teda poskytuje stabilitu bieliacim činidlám.

Keigo a Tatsuya vo svojom patente uviedli prípravu detergentných formulácií na báze N-(N'-acyl-β-alanyl)-P-alanínu s dlhým reťazcom pre lepšiu schopnosť prania a stabilitu, ľahké lámanie peny a dobré zmäkčovanie tkanín. . Kao vyvinul detergentnú formuláciu založenú na N-Acyl-1-N-hydroxy-β-alaníne a zaznamenal nízke podráždenie pokožky, vysokú odolnosť voči vode a vysokú schopnosť odstraňovať škvrny.

Japonská spoločnosť Ajinomoto používa nízko toxické a ľahko odbúrateľné AAS na báze kyseliny L-glutámovej, L-arginínu a L-lyzínu ako hlavné zložky šampónov, pracích prostriedkov a kozmetiky (obrázok 13). Bola tiež publikovaná schopnosť enzýmových aditív v detergentných prípravkoch odstraňovať proteínové znečistenie. N-acyl AAS odvodený od kyseliny glutámovej, alanínu, metylglycínu, serínu a kyseliny asparágovej sa uvádza ako vynikajúce kvapalné detergenty vo vodných roztokoch. Tieto povrchovo aktívne látky vôbec nezvyšujú viskozitu ani pri veľmi nízkych teplotách a možno ich ľahko preniesť zo zásobnej nádoby penotvorného zariadenia na získanie homogénnych pien.

Čas odoslania: jún-09-2022