Este artigo céntrase no mecanismo antimicrobiano de tensioactivos de xemelgos, que se espera que sexan eficaces para matar bacterias e poden proporcionar axuda para retardar a propagación de novos coronavirus.
Tensioactivo, que é unha contracción das frases superficiais, activas e axentes. Os tensioactivos son substancias activas en superficies e interfaces e teñen unha capacidade e eficiencia moi alta para reducir a tensión superficial (límite), formando conxuntos molecularmente ordenados en solucións por encima dunha certa concentración e, polo tanto, tendo unha serie de funcións de aplicación. Os tensioactivos posúen unha boa dispersibilidade, humedibilidade, capacidade de emulsificación e propiedades antiestáticas e convertéronse en materiais clave para o desenvolvemento de moitos campos, incluído o campo de produtos químicos finos, e teñen unha contribución significativa na mellora dos procesos, reducindo o consumo de enerxía e aumentando a eficiencia da produción. Co desenvolvemento da sociedade e o progreso continuo do nivel industrial mundial, a aplicación de tensioactivos estendeuse gradualmente desde produtos químicos de uso diario a diversos campos da economía nacional, como axentes antibacterianos, aditivos alimentarios, novos campos enerxéticos, tratamento contaminante e biofarmacéuticos.
Os tensioactivos convencionais son compostos "anfifílicos" consistentes en grupos hidrófilos polares e grupos hidrofóbicos non polares, e as súas estruturas moleculares móstranse na figura 1 (a).
Na actualidade, co desenvolvemento de perfeccionamento e sistematización na industria manufactureira, a demanda de propiedades tensioactivas no proceso de produción está aumentando gradualmente, polo que é importante atopar e desenvolver tensioactivos con maiores propiedades superficiais e con estruturas especiais. O descubrimento de tensioactivos de xemelgos ponte estas lagoas e cumpre os requisitos da produción industrial. Un tensioactivo común dos xemelgos é un composto con dous grupos hidrofílicos (xeralmente iónicos ou non iónicos con propiedades hidrofílicas) e dúas cadeas alquilo hidrofóbicas.
Como se mostra na figura 1 (b), en contraste cos tensioactivos convencionais dunha soa cadea, os tensioactivos xemelgos ligan dous grupos hidrofílicos entre si a través dun grupo de enlace (espaciador). En resumo, a estrutura dun tensioactivo xemelio pódese entender como formada con unión intelixentemente dous grupos de cabeza hidrófilos dun tensioactivo convencional xunto cun grupo de enlace.
A estrutura especial do tensioactivo dos xemelgos leva á súa alta actividade superficial, que se debe principalmente a ：
(1) O efecto hidrofóbico mellorado das dúas cadeas de cola hidrofóbicas da molécula tensioactiva dos xemelgos e a maior tendencia do tensioactivo a deixar a solución acuosa.
(2) A tendencia dos grupos de cabeza hidrofílica a separarse uns dos outros, especialmente os grupos de cabeza iónica debido á repulsión electrostática, está substancialmente debilitado pola influencia do espaciador;
(3) A estrutura especial dos tensioactivos dos xemelgos afecta o seu comportamento de agregación en solución acuosa, dándolles unha morfoloxía de agregación máis complexa e variable.
Os tensioactivos dos xemelgos teñen maior actividade superficial (límite), menor concentración de micela crítica, mellor humedibilidade, capacidade de emulsificación e capacidade antibacteriana en comparación cos tensioactivos convencionais. Polo tanto, o desenvolvemento e utilización de tensioactivos de xemelgos son de gran importancia para o desenvolvemento e aplicación de tensioactivos.
A "estrutura anfifílica" de tensioactivos convencionais dálles propiedades superficiais únicas. Como se mostra na figura 1 (c), cando se engade un tensioactivo convencional á auga, o grupo de cabeza hidrofílica tende a disolverse dentro da solución acuosa e o grupo hidrofóbico inhibe a disolución da molécula tensioactiva en auga. Baixo o efecto combinado destas dúas tendencias, as moléculas tensioactivas son enriquecidas na interface gas-líquido e someten un arranxo ordenado, reducindo así a tensión superficial da auga. A diferenza dos tensioactivos convencionais, os tensioactivos xemelgos son "dímeros" que unen tensioactivos convencionais entre si a través de grupos espaciadores, o que pode reducir a tensión superficial da tensión interfacial de auga e aceite/auga. Ademais, os tensioactivos xemelgos teñen concentracións de micela crítica máis baixas, mellor solubilidade por auga, emulsificación, espuma, humectación e propiedades antibacterianas.
| Introdución de tensioactivos xemelgos En 1991, Menger e Littau [13] prepararon o primeiro tensioactivo da cadea bis-alquilo cun grupo de enlace ríxido e nomeouno "tensioactivo xemelado". No mesmo ano, Zana et al [14] prepararon por primeira vez unha serie de tensioactivos de geminos de sal de amonio cuaternario e investigaron sistematicamente as propiedades desta serie de tensioactivos de gemini de sal de amonio cuaternario. 1996, os investigadores xeneralizaron e discutiron o comportamento superficial (límite), as propiedades de agregación, a reoloxía da solución e o comportamento en fase de diferentes tensioactivos xemelgos cando se agravan con tensioactivos convencionais. En 2002, Zana [15] investigou o efecto de diferentes grupos de enlace sobre o comportamento de agregación de tensioactivos xemelgos en solución acuosa, un traballo que avanzou moito o desenvolvemento de tensioactivos e foi de gran importancia. Máis tarde, Qiu et al [16] inventaron un novo método para a síntese de tensioactivos de xemelgos que conteñen estruturas especiais baseadas en bromuro de cetilo e 4-amino-3,5-dihidroximetil-1,2,4-triazol, que enriqueceu aínda máis o xeito de síntese de tensfactantes de gemini. |
A investigación sobre tensioactivos de xemelgos en China comezou tarde; En 1999, Jianxi Zhao, da Universidade de Fuzhou, fixo unha revisión sistemática da investigación estranxeira sobre tensioactivos de xemelgos e atraeu a atención de moitas institucións de investigación en China. Despois diso, a investigación sobre tensioactivos de xemelgos en China comezou a florecer e obtivo resultados fructíferos. Nos últimos anos, os investigadores dedicáronse ao desenvolvemento de novos tensioactivos de xemelgos e ao estudo das súas propiedades fisicoquímicas relacionadas. Ao mesmo tempo, as aplicacións de tensioactivos de xemelgos desenvolvéronse gradualmente nos campos de esterilización e antibacterianos, produción de alimentos, defoaming e inhibición da escuma, liberación lenta de drogas e limpeza industrial. A partir de se os grupos hidrófilos en moléculas tensioactivas se cargan ou non e o tipo de carga que transportan, os tensioactivos xemelgos pódense dividir nas seguintes categorías: tensioactivos catiónicos, aniónicos, non iónicos e anfotéricos. Entre eles, os tensioactivos gemini catiónicos refírense xeralmente a tensioactivos xeminos de amonio cuaternario ou sal de amonio, tensioactivos aniónicos xemelados refírense a tensioactivos xemelados cuxos grupos hidrofílicos son o ácido sulfónico, maioritariamente o ácido fosfato e o ácido carboxílico, mentres que os surfactantes non iónicos.
1.1 tensioactivos de xemelgos catiónicos
Os tensioactivos gemínicos catiónicos poden disociar catións en solucións acuosas, principalmente tensioactivos de gemini de sal de amonio e amonio cuaternario. Os tensioactivos de xemelgos catiónicos teñen unha boa biodegradabilidade, forte capacidade de descontaminación, propiedades químicas estables, baixa toxicidade, estrutura sinxela, síntese fácil, fácil separación e purificación e tamén teñen propiedades bactericidas, anticorrosión, propiedades antistáticas e suavidade.
Os tensioactivos xemelgos baseados en sal de amonio cuaternario son xeralmente preparados a partir de aminas terciarias por reaccións de alquilación. Hai dous métodos sintéticos principais do seguinte xeito: un é cuaternizar alcanos substituídos por dibromo e aminas terciarias de alquilo de cadea longa; O outro é cuaternizar os alcanos de cadea longa de 1-bromo e N, N, N ', N'-tetrametil alquilo diaminas con etanol anhidro como solvente e refluxo de calefacción. Non obstante, os alcanos substituídos por dibromo son máis caros e son normalmente sintetizados polo segundo método, e a ecuación de reacción móstrase na figura 2.
1.2 tensioactivos aniónicos de xemelgos
Os tensioactivos aniónicos de xemelgos poden disociar anións en solución acuosa, principalmente sulfonatos, sales de sulfato, carboxilatos e sales de fosfato tensioactivos xemelgos tipo. Os tensioactivos aniónicos teñen mellores propiedades como a descontaminación, a espuma, a dispersión, a emulsificación e a humectación e son amplamente utilizados como deterxentes, axentes espumantes, axentes húmidos, emulsionantes e dispersantes.
1.2.1 Sulfonatos
Os biosurfactantes baseados en sulfonato teñen as vantaxes dunha boa solubilidade de auga, boa humedibilidade, boa temperatura e resistencia ao sal, boa deterxente e forte capacidade de dispersión, e son moi utilizados como deterxentes, axentes espumantes, axentes humectantes, emulsionantes e dispersantes en materia de baile, procesos simples, produtos químicos diarios debido ás súas redes de interpretes de redes, de baixa materia, a poucos procesos, a poucas reducidas, a poucas redes, a reducións, a poucas relativamente as redes de coruelas. custos. Li et al sintetizou unha serie de novos tensioactivos geminos de ácido disulfónico dialquilo (2cn-SCT), un típico tensioactivo barioónico de tipo sulfonato, empregando tricloramina, amina alifática e taurina como materias primas nunha reacción de tres pasos.
1.2.2 sales de sulfato
As sales de éster de sulfato tensioactivos dobres teñen as vantaxes da tensión superficial ultra-baixa, alta actividade superficial, boa solubilidade en auga, ampla fonte de materias primas e síntese relativamente sinxela. Tamén ten un bo rendemento de lavado e capacidade de espuma, rendemento estable en auga dura e sales de éster sulfato son neutras ou lixeiramente alcalinas en solución acuosa. Como se mostra na figura 3, Sun Dong et al usaron o ácido laurico e o polietilenglicol como materias primas principais e engadiron enlaces de éster de sulfato mediante reaccións de substitución, esterificación e adición, sintetizando así o sulfato de sal de éster tipo de tensioactivo bario-GA12-S-12.
1.2.3 sales de ácido carboxílico
Os tensioactivos de xemelgos a base de carboxilato adoitan ser leves, verdes, facilmente biodegradables e teñen unha rica fonte de materias primas naturais, altas propiedades quelantes de metais, unha boa resistencia á auga dura e dispersión de xabón de calcio, boas propiedades espumantes e humectantes, e son moi utilizadas en farmacéuticos, textiles, produtos químicos e outros campos. A introdución de grupos amida en biosurfactantes baseados en carboxilatos pode mellorar a biodegradabilidade das moléculas tensioactivas e tamén facer que teñan boas propiedades de humectación, emulsificación, dispersión e descontaminación. Mei et al sintetizaron un tensioactivo barioónico baseado en carboxilato CGS-2 que contén grupos amida usando dodecilamina, dibromoetano e anhídrido succínico como materias primas.
1.2.4 sales de fosfato
Os tensioactivos xemelís de tipo de sal de éster fosfato teñen unha estrutura similar aos fosfolípidos naturais e son propensos a formar estruturas como micelas e vesículas inversas. Os tensioactivos de xemelgos tipo sales de éster fosfato foron moi utilizados como axentes antiestáticos e deterxentes de lavandería, mentres que as súas altas propiedades de emulsificación e irritación relativamente baixa levaron ao seu amplo uso no coidado persoal da pel. Algúns ésteres de fosfato poden ser anticanceríxenos, antitumorales e antibacterianos, e desenvolvéronse decenas de fármacos. Os biosurfactantes tipo sal de fosfato de éster teñen altas propiedades de emulsificación para pesticidas e pódense usar non só como antibacterianos e insecticidas, senón tamén como herbicidas. Zheng et al estudaron a síntese de tensioactivos xemeli de sal de éster fosfato a partir de dioles oligoméricos baseados en P2O5 e orto-quat, que teñen un mellor efecto de humectación, boas propiedades antistáticas e un proceso de síntese relativamente sinxelo con condicións de reacción leve. Na figura 4 móstrase a fórmula molecular do tensioactivo barioónico de fosfato de potasio.
1.3 tensioactivos non iónicos de xemelgos
Os tensioactivos non iónicos dos xemelgos non se poden disociar en solución acuosa e existen en forma molecular. Este tipo de tensioactivo barioónico foi menos estudado ata o momento, e hai dous tipos, un é un derivado de azucre e o outro é o éter de alcohol e o éter fenol. Non existen tensioactivos non iónicos en estado iónico en solución, polo que teñen alta estabilidade, non son facilmente afectados por electrólitos fortes, teñen unha boa complexabilidade con outros tipos de tensioactivos e teñen unha boa solubilidade. Polo tanto, os tensioactivos non iónicos teñen diversas propiedades como a boa deterxente, a dispersibilidade, a emulsificación, a espuma, a humedibilidade, a propiedade antitática e a esterilización, e poden usarse amplamente en varios aspectos como pesticidas e revestimentos. Como se mostra na figura 5, en 2004, Fitzgerald et al sintetizaron tensioactivos xemelados a base de polioxietileno (tensioactivos non iónicos), cuxa estrutura se expresou como (CN-2H2N-3CHCH2O (CH2CH2O) MH) 2 (CH2) 6 (ou GEMNEM).
02 Propiedades fisicoquímicas dos tensioactivos xemelgos
2.1 Actividade de tensioactivos xemelgos
O xeito máis sinxelo e directo de avaliar a actividade superficial dos tensioactivos é medir a tensión superficial das súas solucións acuosas. En principio, os tensioactivos reducen a tensión superficial dunha solución mediante arranxo orientado no plano da superficie (límite) (figura 1 (c)). A concentración crítica de micela (CMC) de tensioactivos xemelgos é superior a dúas ordes de magnitude menor e o valor C20 é significativamente menor en comparación cos tensioactivos convencionais con estruturas similares. A molécula de tensioactivo barioónico posúe dous grupos hidrofílicos que o axudan a manter unha boa solubilidade de auga mentres teñen longas cadeas longas hidrofóbicas. Na interface de auga/aire, os tensioactivos convencionais están dispostos pouco debido ao efecto de resistencia ao sitio espacial e á repulsión de cargas homoxéneas nas moléculas, debilitando así a súa capacidade para reducir a tensión superficial da auga. En contraste, os grupos de enlace de tensioactivos xemelgos están unidos covalentemente de xeito que a distancia entre os dous grupos hidrofílicos se mantén dentro dun pequeno rango (moito menor que a distancia entre os grupos hidrófilos de tensioactivos convencionais), obtendo unha mellor actividade de surfactantes de Gemini na superficie (límite).
2.2 Estrutura de montaxe de tensioactivos xemelgos
En solucións acuosas, a medida que aumenta a concentración de tensioactivo barioónico, as súas moléculas saturan a superficie da solución, que á súa vez obriga a outras moléculas a migrar ao interior da solución para formar micelas. A concentración na que o tensioactivo comeza a formar micelas chámase concentración de micela crítica (CMC). Como se mostra na figura 9, despois da concentración é maior que a CMC, a diferenza dos tensioactivos convencionais que agregados para formar micelas esféricas, os tensioactivos xemelgos producen unha variedade de morfoloxías de micelas, como estruturas lineais e bicapa, debido ás súas características estruturais. As diferenzas no tamaño da micela, a forma e a hidratación teñen un impacto directo no comportamento da fase e as propiedades reolóxicas da solución e tamén levan a cambios na viscoelasticidade da solución. Os tensioactivos convencionais, como os tensioactivos aniónicos (SDS), normalmente forman micelas esféricas, que case non teñen efecto sobre a viscosidade da solución. Non obstante, a estrutura especial dos tensioactivos dos xemelgos leva á formación de morfoloxía de micelas máis complexa e as propiedades das súas solucións acuosas difiren significativamente das de tensioactivos convencionais. A viscosidade das solucións acuosas de tensioactivos xemelgos aumenta co aumento da concentración de tensioactivos xemelados, probablemente porque as micelas lineais formadas se entrelazan nunha estrutura similar á web. Non obstante, a viscosidade da solución diminúe co aumento da concentración de tensioactivo, probablemente debido á interrupción da estrutura web e á formación doutras estruturas de micelas.
03 Propiedades antimicrobianas de tensioactivos xemelgos
Como unha especie de axente antimicrobiano orgánico, o mecanismo antimicrobiano do tensioactivo barioónico é principalmente que se combina con anións na superficie da membrana celular de microorganismos ou reacciona cos grupos sulfidricos para interromper a produción de microorganismos e membranas celulares.
3.1 Propiedades antimicrobianas de tensioactivos aniónicos de xemelgos
As propiedades antimicrobianas dos tensioactivos aniónicos antimicrobianos están determinadas principalmente pola natureza dos restos antimicrobianos que transportan. En solucións coloides como látexos e revestimentos naturais, as cadeas hidrofílicas únense a dispersantes solubles en auga e as cadeas hidrofóbicas uniranse ás dispersións hidrofóbicas por adsorción direccional, transformando así a interface dúas fases nunha densa película interfacial molecular. Os grupos inhibidores bacterianos desta densa capa protectora inhiben o crecemento das bacterias.
O mecanismo de inhibición bacteriana de tensioactivos aniónicos é fundamentalmente diferente ao dos tensioactivos catiónicos. A inhibición bacteriana de tensioactivos aniónicos está relacionada co seu sistema de solucións e os grupos de inhibición, polo que este tipo de tensioactivo pode ser limitado. Este tipo de tensioactivo debe estar presente a niveis suficientes para que o tensioactivo estea presente en todos os recunchos do sistema para producir un bo efecto microbicida. Ao mesmo tempo, este tipo de tensioactivo carece de localización e orientación, que non só causa residuos innecesarios, senón que tamén crea resistencia durante un longo período de tempo.
Como exemplo, utilizáronse biosurfactantes baseados en sulfonato de alquilo na medicina clínica. Os sulfonatos de alquilo, como Busulfan e Treosulfan, tratan principalmente enfermidades mieloproliferativas, actuando para producir reticulación entre guanina e ureapurina, mentres que esta alteración non pode ser reparada mediante a lectura celular, resultando na morte de células apoptóticas.
3.2 Propiedades antimicrobianas de tensioactivos geminos catiónicos
O principal tipo de tensioactivos de xemelgos catiónicos desenvolvidos son os tensioactivos de xemelgos tipo sal de amonio cuaternario. Os tensioactivos xemeli catiónicos tipo amonio teñen un forte efecto bactericida porque hai dúas cadeas de alcano longas hidrofóbicas en moléculas de tensioactivo barioónico tipo cuaternario e as cadeas hidrofóbicas forman adsorpción hidrofóbica coa parede celular (péptidoglicano); Ao mesmo tempo, conteñen dous ións de nitróxeno cargados positivamente, o que promoverá a adsorción de moléculas tensioactivas á superficie de bacterias cargadas negativamente, e a través da penetración e a difusión, as cadeas hidrofóbicas penetran profundamente na membrana bacteriana da bacteria, o bacterio da bacteria, a bacteria, a bacteria, a bacteria, a bacteria, a bacteria, a bacteria, a bacteria Os grupos hidrofílicos afondan na proteína, dando lugar á perda de actividade enzimática e desnaturalización das proteínas, debido ao efecto combinado destes dous efectos, facer que o funxicida teña un forte efecto bactericida.
Non obstante, desde o punto de vista ambiental, estes tensioactivos teñen actividade hemolítica e citotoxicidade, e máis tempo de contacto con organismos acuáticos e a biodegradación poden aumentar a súa toxicidade.
3.3 Propiedades antibacterianas de tensioactivos non iónicos
Actualmente hai dous tipos de tensioactivos non iónicos de xemelgos, un é un derivado de azucre e o outro é o éter éter e o fenol.
O mecanismo antibacteriano dos biosurfactantes derivados do azucre baséase na afinidade das moléculas e os tensioactivos derivados do azucre poden unirse ás membranas celulares, que conteñen un gran número de fosfolípidos. Cando a concentración de tensioactivos de derivados de azucre alcanza un certo nivel, cambia a permeabilidade da membrana celular, formando poros e canles de ións, o que afecta ao transporte de nutrientes e intercambio de gases, provocando a saída de contidos e provocando eventualmente a morte do bacterio.
O mecanismo antibacteriano de éteres fenólicos e alcohólicos Os axentes antimicrobianos é actuar na parede celular ou na membrana e enzimas celulares, bloqueando as funcións metabólicas e perturbando as funcións rexenerativas. Por exemplo, os fármacos antimicrobianos dos éteres difenilo e os seus derivados (fenoles) están inmersos en células bacterianas ou virais e actúan a través da parede celular e da membrana celular, inhibindo a acción e a función da enzimas relacionadas coa síntese de ácidos núcleicos e proteínas, limitando o crecemento e a reprodución de bacterias. Tamén paraliza as funcións metabólicas e respiratorias dos encimas dentro das bacterias, que logo fallan.
3.4 Propiedades antibacterianas de tensioactivos de xemelgos anfotéricos
Os tensioactivos anfotéricos de xemelgos son unha clase de tensioactivos que teñen catións e anións na súa estrutura molecular, poden ionizar en solución acuosa e amosar as propiedades dos tensioactivos aniónicos nun estado medio e tensioactivos catiónicos noutra condición media. O mecanismo de inhibición bacteriana de tensioactivos anfotéricos non é concluínte, pero crese que a inhibición pode ser similar ao dos tensioactivos de amonio cuaternario, onde o tensioactivo é facilmente adsorbido na superficie bacteriana cargada negativamente e interfire co metabolismo bacteriano.
3.4.1 Propiedades antimicrobianas dos tensioactivos xemelgos de aminoácidos
O tensioactivo barioónico tipo aminoácido é un tensioactivo barioónico anfotérico catiónico composto por dous aminoácidos, polo que o seu mecanismo antimicrobiano é máis similar ao do tensioactivo barioón de sal de amonio cuaternario. A parte cargada positivamente do tensioactivo está atraída pola parte cargada negativamente da superficie bacteriana ou viral debido á interacción electrostática, e posteriormente as cadeas hidrofóbicas únense á bicapa lipídica, dando lugar a eflujo de contidos celulares e lise ata a morte. Ten vantaxes significativas sobre os tensioactivos de xemelgos baseados en amonio do cuaternario: fácil biodegradabilidade, baixa actividade hemolítica e baixa toxicidade, polo que se está a desenvolver para a súa aplicación e o seu campo de aplicación está a ampliarse.
3.4.2 Propiedades antibacterianas de tensioactivos xemelgos tipo non aminoácidos
Os tensioactivos de xemelgos anfotéricos non aminoácidos teñen residuos moleculares activos de superficie que conteñen centros de carga positivos e negativos non ionizables. Os principais tensioactivos xemelados non aminoácidos son betaína, imidazolina e óxido de amina. Tomando como exemplo, tomando betaína, os tensioactivos anfotéricos de tipo betaína teñen grupos aniónicos e catiónicos nas súas moléculas, que non son facilmente afectadas por sales inorgánicas e teñen efectos tensioactivos tanto en solucións ácidas como alcalinas, e o antimicrobio de gemini ciónicos en Gemini Cuírico en Gemini Círico en Gemini Círico en Gemini Círico en Gemini Círico en Gemini Círico en acidantes en acidantes e no que se sucedeu os ciónicos. Solucións alcalinas. Tamén ten un excelente rendemento composto con outros tipos de tensioactivos.
04 Conclusión e perspectiva
Os tensioactivos xemelgos son cada vez máis empregados na vida debido á súa estrutura especial e son amplamente empregados nos campos de esterilización antibacteriana, produción de alimentos, defoaming e inhibición da escuma, liberación lenta de drogas e limpeza industrial. Coa demanda crecente de protección do ambiente verde, os tensioactivos xemelgos desenvólvense gradualmente en tensioactivos ecolóxicos e multifuncionais. As futuras investigacións sobre tensioactivos de xemelgos pódense realizar nos seguintes aspectos: desenvolver novos tensioactivos xemelgos con estruturas e funcións especiais, especialmente fortalecendo a investigación sobre antibacterianos e antivirales; Comparación con tensioactivos ou aditivos comúns para formar produtos cun mellor rendemento; e empregando materias primas baratas e facilmente dispoñibles para sintetizar tensioactivos xemelgos ecolóxicos.
Tempo post: Mar-25-2022