Tenside von Aminosäuren

Inhaltsverzeichnis zu diesem Artikel:

1. Entwicklung von Aminosäuren

2. Strukturelle Eigenschaften

3. Chemische Zusammensetzung

4.Klassifizierung

5. Synthese

6. Physikochemische Eigenschaften

7. Toxizität

8. Antimikrobielle Aktivität

9. Rheologische Eigenschaften

10. Anwendungen in der kosmetischen Industrie

11. Anwendungen in der Alltagskosmetik

Aminosäure Tenside (AAS)Es handelt sich um eine Klasse von Tensiden, die durch Kombination hydrophober Gruppen mit einer oder mehreren Aminosäuren gebildet werden. In diesem Fall können die Aminosäuren synthetisch oder aus Proteinhydrolysaten oder ähnlichen erneuerbaren Quellen gewonnen werden. Dieses Papier behandelt die Details der meisten verfügbaren synthetischen Wege für AAS und den Einfluss verschiedener Wege auf die physikalisch-chemischen Eigenschaften der Endprodukte, einschließlich Löslichkeit, Dispersionsstabilität, Toxizität und biologische Abbaubarkeit. Als eine Klasse von Tensiden, die zunehmend nachgefragt wird, bietet die Vielseitigkeit von AAS aufgrund ihrer variablen Struktur eine Vielzahl von kommerziellen Möglichkeiten.

Da Tenside in Reinigungsmitteln, Emulgatoren, Korrosionsinhibitoren, Tertiärölrückgewinnung und Pharmazeutika weit verbreitet sind, haben Forscher nie aufgehört, Tenside zu beachten.

Tenside sind die repräsentativsten chemischen Produkte, die täglich in großen Mengen konsumiert werden und sich negativ auf die aquatische Umwelt ausgewirkt haben.Studien haben gezeigt, dass die weit verbreitete Verwendung herkömmlicher Tenside negative Auswirkungen auf die Umwelt haben kann.

Heute sind Nichttoxizität, biologische Abbaubarkeit und Biokompatibilität für Verbraucher fast genauso wichtig wie Nutzen und Leistung von Tensiden.

Biosurfactside sind umweltfreundliche nachhaltige Tenside, die auf natürliche Weise von Mikroorganismen wie Bakterien, Pilzen und Hefe synthetisiert oder extrazellulär abgesondert werden.Daher können Biosurfactside auch durch molekulares Design hergestellt werden, um natürliche amphiphile Strukturen wie Phospholipide, Alkylglykoside und Acylaminosäuren nachzuahmen.

Aminosäure Tenside (AAS)Sie gehören zu den typischen Tensiden, die in der Regel aus tierischen oder landwirtschaftlichen Rohstoffen hergestellt werden. In den letzten zwei Jahrzehnten haben AAS bei Wissenschaftlern als neuartige Tenside großes Interesse geweckt, nicht nur, weil sie aus nachwachsenden Rohstoffen synthetisiert werden können, sondern auch, weil AAS leicht abbaubar sind und harmlose Nebenprodukte enthalten, die sie sicherer für die Umwelt machen.

AAS kann definiert werden als eine Klasse von Tensiden bestehend aus Aminosäuren, die Aminosäuregruppen (HO 2 C-CHR-NH 2) oder Aminosäureresten (HO 2 C-CHR-NH-) enthalten. Die 2-funktionellen Bereiche von Aminosäuren ermöglichen die Ableitung einer Vielzahl von Tensiden. Insgesamt sind 20-Standard-proteinogene Aminosäuren bekannt, die in der Natur existieren und für alle physiologischen Reaktionen im Wachstum und in den Lebensaktivitäten verantwortlich sind. Sie unterscheiden sich nur nach dem Rückstand R (Abbildung 1, pk a ist der negative Logarithmus der Säuredasistenzkonstante der Lösung). Einige sind unpolar und hydrophob, einige polar und hydrophil, einige basisch und einige sauer.

Da Aminosäuren nachwachsende Verbindungen sind, haben Tenside, die aus Aminosäuren synthetisiert werden, auch ein hohes Potenzial, nachhaltig und umweltfreundlich zu werden. Die einfache und natürliche Struktur, die geringe Toxizität und die schnelle biologische Abbaubarkeit machen sie herkömmlichen Tensiden oft überlegen. Mit nachwachsenden Rohstoffen (z.B. Aminosäuren und Pflanzenöle) kann AAS auf verschiedenen biotechnologischen Wegen und chemischen Wegen hergestellt werden.

Jahrhundert wurden Aminosäuren erstmals als Substrate für die Synthese von Tensiden verwendet.AAS wurden hauptsächlich als Konservierungsmittel in pharmazeutischen und kosmetischen Formulierungen verwendet.Zusätzlich wurde festgestellt, dass AAS biologisch aktiv gegen eine Vielzahl von krankheitsverursachenden Bakterien, Tumoren und Viren ist. Die Verfügbarkeit von kostengünstigen AAS weckte im 1988 Forschungsinteresse für Oberflächenaktivität. Heute, mit der Entwicklung der Biotechnologie, können einige Aminosäuren auch kommerziell in großem Maßstab durch Hefe synthetisiert werden, was indirekt beweist, dass die AAS-Produktion umweltfreundlicher ist.

01 Entwicklung von Aminosäuren

Bereits Anfang des 19.Jahrhunderts, als natürlich vorkommende Aminosäuren entdeckt wurden, wurden ihre Strukturen als äußerst wertvoll und als Rohstoffe für die Herstellung von Amphiphilen vorhergesagt. Die erste Studie zur Synthese von AAS wurde von Bondi im 1909 berichtet.

In dieser Studie wurden N-Acylglycin und N-Acylalanin als hydrophile Gruppen für Tenside eingeführt. Die anschließende Arbeit beinhaltete die Synthese von LipoAminosäuren (AAS) unter Verwendung von Glycin und Alanin, und Hentrich et al. veröffentlichte eine Reihe von Ergebnissen,einschließlich der ersten Patentanmeldung über die Verwendung von Acylsarcosinat- und Acylaspartatsalzen als Tenside in Haushaltsreinigungsmitteln (z. B. Shampoos, Waschmittel und Zahnpasten).Anschließend untersuchten viele Forscher die Synthese und physikalisch-chemischen Eigenschaften von Acylaminosäuren. Bisher wurde ein großer Teil der Literatur über Synthese, Eigenschaften, industrielle Anwendungen und biologische Abbaubarkeit von AAS veröffentlicht.

02 Struktureigenschaften

Die unpolaren hydrophoben Fettsäureketten von AAS können in Struktur, Kettenlänge und Anzahl variieren.Die strukturelle Vielfalt und die hohe Oberflächenaktivität von AAS erklären ihre breite Kompositionsvielfalt sowie physikalisch-chemische und biologische Eigenschaften. Die Kopfgruppen von AAS bestehen aus Aminosäuren oder Peptiden. Die Unterschiede in den Kopfgruppen bestimmen die Adsorption, Aggregation und biologische Aktivität dieser Tenside. Die funktionellen Gruppen in der Kopfgruppe bestimmen dann den Typ der AAS, einschließlich kationischer, anionischer, nichtionischer und amphoterer. Die Kombination aus hydrophilen Aminosäuren und hydrophoben langkettigen Anteilen bildet eine amphiphile Struktur, die das Molekül hochgradig oberflächenaktiv macht. Darüber hinaus hilft das Vorhandensein asymmetrischer Kohlenstoffatome im Molekül, chirale Moleküle zu bilden.

03 Chemische Zusammensetzung

Alle Peptide und Polypeptide sind die Polymerisationsprodukte dieser fast 20-α-proteinogenen α-Aminosäuren. Alle 20-α-Aminosäuren enthalten eine Carbonsäurefunktionsgruppe (-COOH) und eine Aminofunktionsgruppe (-NH 2), beide an demselben tetraedrischen α-Kohlenstoffatom befestigt. Aminosäuren unterscheiden sich voneinander durch die verschiedenen R-Gruppen, die am α-Kohlenstoff befestigt sind (außer Lycin, wo die R-Gruppe Wasserstoff ist). Die R-Gruppen können sich in Struktur, Größe und Ladung (Säure, Alkalität) unterscheiden. Diese Unterschiede bestimmen auch die Löslichkeit von Aminosäuren in Wasser.

Aminosäuren sind chiral (außer Glycin) und von Natur aus optisch aktiv, da sie vier verschiedene Substituenten haben, die mit dem Alphakohlenstoff verbunden sind. Aminosäuren haben zwei mögliche Konfürmationen; Sie sind nicht überlappende Spiegelbilder voneinander, obwohl die Anzahl der L-Stereoisomere signifikant höher ist. Die R-Gruppe, die in einigen Aminosäuren (Phenylalanin, Tyrosin und Tryptophan) vorhanden ist, ist Aryl, was zu einer maximalen UV-Absorption bei 280 nm führt. Das saure α-COOH und das basische α-NH 2 in Aminosäuren sind ionisierungsfähig, und beide Stereoisomere, unabhängig davon, was sie sind, konstruieren das nachfolgende Ionisationsgleichgewicht.

R-COOH ↔ R-COO^－＋H^＋

R-NH₃^＋↔ R-NH₂＋H^＋

Wie im obigen Ionisationsgleichgewicht gezeigt, enthalten Aminosäuren mindestens zwei schwach saure Gruppen; Allerdings ist die Carboxylgruppe im Vergleich zur protonierten Aminogruppe viel saurer. Bei pH 7.4 wird die Carboxylgruppe deprotoniert, während die Aminogruppe protoniert wird. Aminosäuren mit nicht ionisierbaren R-Gruppen sind bei diesem pH-Wert elektrisch neutral und bilden Zwitterion.

04 Klassifizierung

AAS kann nach vier Kriterien klassifiziert werden, die nachfolgend nacheinander beschrieben werden.

4.1 Je nach Herkunft

Je nach Herkunft kann AAS wie folgt in zwei Kategorien unterteilt werden. ① Natürliche Kategorie

Einige natürlich vorkommende Verbindungen, die Aminosäuren enthalten, haben auch die Fähigkeit, Oberflächen-/Grenzflächenspannungen zu reduzieren, und einige übertreffen sogar die Wirksamkeit von Glykolipiden. Diese AAS sind auch als Lipopeptide bekannt. Lipopeptide sind niedermolekulare Verbindungen, die normalerweise von Bacillus-Arten produziert werden.

Solche AAS werden weiter in drei Unterklassen unterteilt:Surfactin, Iturin und Fengycin.

Die Familie der oberflächenaktiven Peptide umfasst Heptapeptidvarianten einer Vielzahl von Substanzen,wie in Abbildung 2a gezeigt, in der eine C12-C16 ungesättigte β-Hydroxy-Fettsäurekette mit dem Peptid verbunden ist. Das oberflächenaktive Peptid ist ein makrozyklisches Lacton, bei dem der Ring durch Katalyse zwischen dem C-Endus der β-Hydroxyfettsäure und dem Peptid geschlossen wird.

In der Unterklasse von Iturin gibt es sechs Hauptvarianten, nämlich Iturin A und C, Mycosubtilin und Bacillomycin D, F und L.In allen Fällen sind die Heptapeptide mit den C14-C17 Ketten von β-Amino Fettsäuren verbunden (die Ketten können vielfältig sein). Bei den Ekurimycinen kann die Aminogruppe an der β-Position eine Amidbindung mit dem C-Terminus bilden und so eine makrozyklische Lactamstruktur bilden.

Die Unterklasse Fengycin enthält Fengycin A und B, die auch Plipastatin genannt werden, wenn Tyr9 D-konfiguriert ist.Das Decapeptid ist mit einer C14-C18 gesättigten oder ungesättigten β-Hydroxy-Fettsäurekette verbunden. Strukturell ist Plipastatin auch ein makrozyklisches Lacton, das eine Tyr-Seitenkette an Position 3 der Peptidsequenz enthält und eine Esterbundung mit dem C-terminalen Rückstand bildet, wodurch eine innere Ringstruktur gebildet wird (wie es bei vielen Pseudomonas lipopeptiden der Fall ist).

② Synthetische Kategorie

AAS kann auch durch Verwendung einer der sauren, basischen und neutralen Aminosäuren synthetisiert werden. Häufige Aminosäuren, die für die Synthese von AAS verwendet werden, sind Glutaminsäure, Serin, Prolin, Asparaginsäure, Glycin, Arginin, Alanin, Leucin und Proteinhydrolysate. Diese Unterklasse von Tensiden kann durch chemische, enzymatische und chemoenzymatische Methoden hergestellt werden; Für die Herstellung von AAS ist die chemische Synthese jedoch wirtschaftlicher. Häufige Beispiele sind N-Lauroyl-L-glutaminsäure und N-Palmitoyl-L-glutaminsäure.

4.2 Basierend auf aliphatischen Kettensubstituenten

Basierend auf den aliphatischen Kettensubstituenten können aminosäurebasierte Tenside in zwei Typen unterteilt werden.

Entsprechend der Position des Stellvertreters

①N-substituierte AAS

In N-substituierten Verbindungen wird eine Aminogruppe durch eine lipophile Gruppe oder eine Carboxylgruppe ersetzt, was zu einem Verlust der Basizität führt. Das einfachste Beispiel für N-substituierte AAS sind N-Acylaminosäuren, die im Wesentlichen anionische Tenside sind. N-substituierte AAS haben eine Amidbindung zwischen den hydrophoben und hydrophilen Abschnitten. Die Amidbindung hat die Fähigkeit, eine Wasserstoffbindung zu bilden, die den Abbau dieses Tensids in einer sauren Umgebung erleichtert und somit biologisch abbaubar macht.

②C-substituierte AAS

Bei C-substituierten Verbindungen erfolgt die Substitution an der Carboxylgruppe (über eine Amid- oder Esterbindung). Typische C-substituierte Verbindungen (z.B. Ester oder Amide) sind im Wesentlichen kationische Tenside.

③N- und C-substituierte AAS

Bei dieser Art von Tensid sind sowohl die Amino- als auch die Carboxylgruppen der hydrophile Teil. Diese Art ist im Wesentlichen ein amphoteres Tensid.

4.3 Entsprechend der Anzahl der hydrophoben Schwänze

Basierend auf der Anzahl der Kopfgruppen und hydrophoben Schwänze kann AAS in vier Gruppen unterteilt werden. Straight-chain AAS, Gemini (Dimer) Typ AAS, Glycerolipid Typ AAS und bicephalic amphiphil (Bola) Typ AAS. Geradkettige Tenside sind Tenside, die aus Aminosäuren mit nur einem hydrophoben Schwanz bestehen (Abbildung 3). Gemini Typ AAS haben zwei Aminosäurepolarkopfgruppen und zwei hydrophobe Schwänze pro Molekül (Abbildung 4). Bei dieser Struktur sind die beiden geraden AAS durch einen Spacer miteinander verbunden und werden daher auch Dimere genannt. Beim Glycerolipid-Typ AAS hingegen sind die beiden hydrophoben Schwänze mit derselben Aminosäurekopfgruppe verbunden. Diese Tenside können als Analoga zu Monoglyceriden, Diglyceriden und Phospholipiden betrachtet werden, während bei Bola-Typ AAS zwei Aminosäurekopfgruppen durch einen hydrophoben Schwanz verbunden sind.

4.4 Je nach Art der Kopfgruppe

①Kationische AAS

Die Kopfgruppe dieser Art von Tensid hat eine positive Ladung. Das früheste kationische AAS ist Ethylcocoylarginat, ein Pyrrolidoncarboxylat. Die einzigartigen und vielfältigen Eigenschaften dieses Tensids machen es nützlich in Desinfektionsmitteln, antimikrobiellen Mitteln, Antistatika, Haarspülungen, sowie ist sanft zu Augen und Haut und leicht biologisch abbaubar. Singare und Mhatre synthetisierten argininbasierte kationische AAS und bewerteten ihre physikalisch-chemischen Eigenschaften. In dieser Studie behaupteten sie hohe Erträge der unter Schotten-Baumann-Reaktionsbedingungen gewonnenen Produkte. Mit zunehmender Alkylkettenlänge und Hydrophobie wurde festgestellt, dass die Oberflächenaktivität des Tensids zunahm und die kritische Mizellenkonzentration (cmc) abnahm. Ein weiteres ist das quaternäre Acylprotein, das häufig als Conditioner in Haarpflegeprodukten verwendet wird.

②Anionische AAS

Bei anionischen Tensiden hat die polare Kopfgruppe des Tensids eine negative Ladung. Sarcosin (CH 3 -NH-CH 2 -COOH, N-Methylglycin), eine Aminosäure, die häufig in Seeigeln und Seesternen vorkommt, ist chemisch verwandt mit Glycin (NH 2 -CH 2 -COOH), einer basischen Aminosäure, die in Säugetierzellen vorkommt. COOH,) ist chemisch verwandt mit Glycin, einer basischen Aminosäure, die in Säugetierzellen gefunden wird. Laurinsäure, Tetradecansäure, Ölsäure und ihre Halogenide und Ester werden häufig verwendet, um Sarcosinat Tenside zu synthetisieren. Sarcosinate sind von Natur aus mild und werden daher häufig in Mundspülungen, Shampoos, Sprühschaumstoffen, Sonnenschutzmitteln, Hautreinigern und anderen kosmetischen Produkten verwendet.

Andere handelsübliche anionische AAS sind Amisoft CS-22 und AmiliteGCK-12, die Handelsnamen für Natrium-N-Cocoyl-L-Glutamat bzw. Kalium-N-Cocoyl-Glycinat sind. Amilit wird allgemein als Schaummittel, Waschmittel, Lösemittel, Emulgator und Dispergiermittel verwendet und hat viele Anwendungen in der Kosmetik, wie Shampoos, Badeseifen, Körperwäschen, Zahnpasten, Gesichtsreiniger, Reinigungsseifen, Kontaktlinsenreiniger und Haushaltsoberflächenaktive. Amisoft wird als milder Haut- und Haarreiniger, hauptsächlich in Gesichts- und Körperreinigern, Blocksynthetischen Reinigungsmitteln verwendet, Körperpflegeprodukte, Shampoos und andere Hautpflegeprodukte.

③zwitterionische oder amphoterische AAS

Amphotere Tenside enthalten sowohl saure als auch basische Stellen und können daher ihre Ladung durch Änderung des pH-Wertes ändern. In alkalischen Medien verhalten sie sich wie anionische Tenside, in sauren Umgebungen verhalten sie sich wie kationische Tenside und in neutralen Medien wie amphotere Tenside. Lauryllysin (LL) und Alkoxy (2-Hydroxypropyl) Arginin sind die einzigen bekannten amphoteren Tenside auf Basis von Aminosäuren. LL ist ein Kondensationsprodukt aus Lysin und Laurinsäure. Aufgrund seiner amphoteren Struktur ist LL unlöslich in fast allen Lösungsmitteln, mit Ausnahme von sehr alkalischen oder sauren Lösungsmitteln. Als organisches Pulver hat LL eine ausgezeichnete Haftung auf hydrophilen Oberflächen und einen niedrigen Reibungskoeffizienten, was diesem Tensid eine hervorragende Schmierfähigkeit verleiht. LL ist weit verbreitet in Hautcremes und Haarspülungen und wird auch als Gleitmittel verwendet.

④Nichtionische AAS

Nichtionische Tenside zeichnen sich durch polare Kopfgruppen ohne fürmale Ladungen aus. Acht neue ethoxylierte nichtionische Tenside wurden von Al-Sabagh et al. aus öllöslichen α-Aminosäuren hergestellt. Dabei wurden L-Phenylalanin (LEP) und L-Leucin zunächst mit Hexadecanol verestert, gefolgt von Amidierung mit Palmitinsäure, um zwei Amide und zwei Ester von α-Aminosäuren zu erhalten. Die Amide und Ester durchliefen dann Kondensationsreaktionen mit Ethylenoxid, um drei Phenylalanin-Derivate mit unterschiedlicher Anzahl von Polyoxyethylen-Einheiten (40, 60 und 100) herzustellen. Diese nichtionischen AAS zeigten gute Detergenz- und Schäumeigenschaften.

05 Synthese

5.1 Synthetische Basisroute

In AAS können hydrophobe Gruppen an Amin- oder Carbonsäure-Stellen oder durch die Seitenketten von Aminosäuren befestigt werden. Darauf aufbauend stehen vier grundlegende synthetische Routen zur Verfügung, wie in Abbildung 5 gezeigt.

Abb.5 Grundlegende Synthesepfade von Tensiden auf Aminosäurebasis

Weg 1.

Amphiphile Esteramine werden durch Veresterungsreaktionen produziert, wobei die Tensidsynthese normalerweise durch Refluxen von Fettalkoholen und Aminosäuren in Gegenwart eines Dehydrierungsmittels und eines sauren Katalysators erreicht wird. In einigen Reaktionen wirkt Schwefelsäure sowohl als Katalysator als auch als Dehydrierungsmittel.

Weg 2.

Aktivierte Aminosäuren reagieren mit Alkylaminen zu Amidbindungen, wodurch amphiphile Amidoamine synthetisiert werden.

Weg 3.

Aminosäuren werden synthetisiert, indem die Amingruppen von Aminosäuren mit Aminosäuren reagiert werden.

Weg 4.

Langkettige Alkylaminosäuren wurden durch die Reaktion von Amingruppen mit Haloalkanen synthetisiert.

5.2 Fortschritte in Synthese und Produktion

5.2.1 Synthese von einkettigen Aminosäuren/Peptid Tensiden

N-Acyl- oder O-Acyl-Aminosäuren oder Peptide können durch enzymkatalysierte Acylierung von Aminen oder Hydroxylgruppen mit Fettsäuren synthetisiert werden. Der früheste Bericht über die lösemittelfreie lipase-katalysierte Synthese von Aminosäureamid oder Methylester-Derivaten verwendete Candida antarctica mit Erträgen von 25% bis 90% abhängig von der Zielaminosäure. Methylethylketon wurde auch als Lösungsmittel in einigen Reaktionen verwendet. Vonderhagen et al. beschrieben auch lipase- und protease-katalysierte N-Acylierungsreaktionen von Aminosäuren, Proteinhydrolysaten und/oder deren Derivaten unter Verwendung einer Mischung aus Wasser und organischen Lösungsmitteln (z.B. Dimethylfürmamid/Wasser) und Methylbutylketon.

Das Hauptproblem der enzymkatalysierten Synthese von AAS waren in den Anfangstagen die niedrigen Ausbeuten. Laut Valivety et al. betrug die Ausbeute an N-Tetradecanoyl Aminosäurederivaten nur 2%-10% auch nach Verwendung verschiedener Lipasen und mehrtägiger Inkubation bei 70°C. Montet et al. stieß auch auf Probleme bezüglich der geringen Ausbeute von Aminosäuren bei der Synthese von N-Acyllysin unter Verwendung von Fettsäuren und pflanzlichen Ölen. Die maximale Ausbeute des Produkts betrug laut ihnen 19% unter lösemittelfreien Bedingungen und unter Verwendung organischer Lösungsmittel. Auf das gleiche Problem stießen Valivety et al. bei der Synthese von N-Cbz-L-Lysin- oder N-Cbz-Lysin-Methylester-Derivaten.

In dieser Studie behaupteten sie, dass die Ausbeute von 3-O-Tetradecanoyl-L-serin 80% beträgt, wenn N-geschütztes Serin als Substrat und Novozyme 435 als Katalysator in einer geschmolzenen lösungsmittelfreien Umgebung verwendet wird. Nagao und Kito untersuchten die O-Acylierung von L-Serin, L-Homoserin, L-Threonin und L-Tyrosin (LET) unter Verwendung von Lipase Die Ergebnisse der Reaktion (Lipase wurde durch Candida cylindracea und Rhizopus delemar in wässrigem Puffermedium erhalten) und berichteten, dass die Ausbeuten der Acylierung von L-Homoserin und L-Serin etwas niedrig waren, während keine Acylierung von L-Threonin und LET auftrat.

Viele Forscher haben den Einsatz kostengünstiger und leicht verfügbarer Substrate für die Synthese kostengünstiger AAS unterstützt. Soo et al. behauptete, dass die Herstellung von Tensiden auf Palmöl-Basis am besten mit immobilisiertem Lipoenzym funktioniert. Sie stellten fest, dass die Ausbeute der Produkte trotz der zeitraubenden Reaktion (6 Tage) besser wäre. Gerova et al. untersuchte die Synthese und Oberflächenaktivität von chiralem N-Palmitoyl AAS auf Basis von Methionin, Prolin, Leucin, Threonin, Phenylalanin und Phenylglycin in einer zyklisch-racemischen Mischung. Pang und Chu beschrieben die Synthese von Monomeren auf Aminosäurebasis und Dicarbonsäure-basierten Monomeren in Lösung Eine Reihe funktioneller und biologisch abbaubarer Polyamid-Ester auf Aminosäurebasis wurden durch Kokondensationsreaktionen in Lösung synthetisiert.

Cantaeuzen und Guerreiro berichteten über die Veresterung von Carbonsäuregruppen von Boc-Ala-OH und Boc-Asp-OH mit langkettigen aliphatischen Alkoholen und Diolen, mit Dichlormethan als Lösungsmittel und Agarose 4B (Sepharose 4B) als Katalysator. In dieser Studie ergab die Reaktion von Boc-Ala-OH mit Fettalkoholen bis zu 16-Kohlenstoffen gute Erträge (51%) während für Boc-Asp-OH 6- und 12-Kohlenstoffe besser waren, mit einer entsprechenden Ausbeute von 63% [64]. 99,9%) in Erträgen von 58% bis 76%, die durch die Bildung von Amidbindungen mit verschiedenen langkettigen Alkylaminen oder Esterbindungen mit Fettalkoholen durch Cbz-Arg-OMe synthetisiert wurden, wobei Papain als Katalysator fungierte.

5.2.2 Synthese von Gemini-basierten Aminosäuren/Peptid-Tensiden

Aminosäurebasierte Gemini-Tenside bestehen aus zwei geraden AAS-Molekülen, die Kopf-an-Kopf durch eine Spacer-Gruppe miteinander verbunden sind. Es gibt zwei mögliche Schemata für die chemoenzymatische Synthese von Gemini-Aminosäuren-basierten Tensiden (Abbildungen 6 und 7). In Abbildung 6 werden 2-Aminosäurederivate mit der Verbindung als Abstandsgruppe reagiert und anschließend 2-hydrophobe Gruppen eingeführt. In Abbildung 7 sind die 2-geraden Kettenstrukturen durch eine bifunktionale Abstandsgruppe direkt miteinander verbunden.

Die früheste Entwicklung der enzymkatalysierten Synthese von Gemini-Lipoaminosäuren wurde von Valivety et al. Yoshimura et al. untersucht die Synthese, Adsorption und Aggregation eines aminosäurebasierten Gemini-Tensids auf Basis von Cystin und n-Alkylbromid. Die synthetisierten Tenside wurden mit den entsprechenden monomeren Tensiden verglichen. Faustino et al. beschrieben die Synthese von anionischen Harnstoff-basierten monomeren AAS auf Basis von L-Cystin, D-Cystin, DL-Cystin, L-Cystein, L-Methionin und L-Sulfoalanin und deren Gemini-Paaren mittels Leitfähigkeit, Gleichgewichts-Oberflächenspannung und stationärer Fluoreszenz-Charakterisierung. Durch Vergleich von Monomer und Gemini konnte gezeigt werden, dass der cmc-Wert von Gemini niedriger war.

Abb.6 Synthese von Gemini AAS unter Verwendung von AA-Derivaten und Abstandshaltern, gefolgt von Einfügung der hydrophoben Gruppe

Abb.7 Synthese von Gemini AAS unter Verwendung von bifunktionalen Abstandhaltern und AAS

5.2.3 Synthese von Glycerolipid-Aminosäure/Peptid-Tensiden

Glycerolipid-Aminosäure/Peptid-Tenside sind eine neue Klasse von Lipid-Aminosäuren, die strukturelle Analoga zu Glycerolmono- (oder Di-) Estern und Phospholipiden sind, aufgrund ihrer Struktur aus einer oder zwei Fettketten mit einer Aminosäure, die durch eine Esterbindung mit dem Glycerol-Rückgrat verbunden ist. Die Synthese dieser Tenside beginnt mit der Herstellung von Glycerolestern von Aminosäuren bei erhöhten Temperaturen und in Anwesenheit eines sauren Katalysators (z.B. BF 3). Die enzymkatalysierte Synthese (Hydrolasen, Proteasen und Lipasen als Katalysatoren) ist ebenfalls eine gute Option (Abbildung 8).

Die enzymkatalysierte Synthese von dilaurylierten Argininglyceridekonjugaten unter Verwendung von Papain wurde berichtet. Die Synthese von Diacylglycerolester-Konjugaten aus Acetylarginin und die Bewertung ihrer physikalisch-chemischen Eigenschaften wurden ebenfalls berichtet.

Abb.8 Synthese von Mono- und Diacylglycerol-Aminosäurekonjugaten

Spacer: NH-(CH₂)₁₀-NH: VerbundB1

Spacer: NH-C₆H₄-NH: CompoundB2

Spacer: CH₂-CH₂: VerbundB3

Abb.9 Synthese symmetrischer Amphiphile aus Tris(hydroxymethyl)aminomethan

5.2.4 Synthese von Bola-basierten Aminosäuren/Peptid Tensiden

Aminosäurebasierte Bola-Amphiphile enthalten 2-Aminosäuren, die mit derselben hydrophoben Kette verbunden sind. Franceschi et al. beschrieben die Synthese von Bola-Amphiphilen mit 2-Aminosäuren (D- oder L-Alanin oder L-Histidin) und 1-Alkylkette unterschiedlicher Länge und untersuchten deren Oberflächenaktivität. Sie diskutieren die Synthese und Aggregation neuartiger Bola-Amphiphile mit einer Aminosäurefraktion (entweder mit einer ungewöhnlichen β-Aminosäure oder einem Alkohol) und einer C12-C20 Spacer-Gruppe. Die seltenen β-Aminosäuren können ein Zuckeraminosäure, eine Azidothymin (AZT)-abgeleitete Aminosäure, eine Norbornenaminosäure und ein Aminoalkohol aus AZT sein (Abbildung 9). Synthese symmetrischer Bola-Amphiphile aus Tris(hydroxymethyl)aminomethan (Tris) (Abbildung 9).

06 Physikochemische Eigenschaften

Es ist bekannt, dass Aminosäuren basierte Tenside (AAS) vielfältig und vielseitig in der Natur sind und eine gute Anwendbarkeit in vielen Anwendungen haben, wie gute Löslichkeit, gute Emulgierungseigenschaften, hohe Effizienz, hohe Oberflächenaktivität und gute Beständigkeit gegen hartes Wasser (Kalziumionen Toleranz).

Basierend auf den Tensid-Eigenschaften von Aminosäuren (z.B. Oberflächenspannung, Cmc, Phasenverhalten und Krafft-Temperatur) wurden nach umfangreichen Studien folgende Schlussfolgerungen gezogen: Die Oberflächenaktivität von AAS ist derjenigen seines konventionellen Tensids überlegen.

6.1 Kritische Mizellenkonzentration (cmc)

Kritische Mizellenkonzentration ist einer der wichtigen Parameter von Tensiden und regelt viele oberflächenaktive Eigenschaften wie Löslichkeit, Zelllyse und deren Wechselwirkung mit Biofilmen usw. Im Allgemeinen führt die Erhöhung der Kettenlänge des Kohlenwasserstoffschwanzes (Erhöhung der Hydrophobie) zu einer Abnahme des cmc-Werts der Tensidlösung, wodurch ihre Oberflächenaktivität erhöht wird. Tenside auf Aminosäurenbasis haben im Vergleich zu herkömmlichen Tensiden in der Regel niedrigere cmc-Werte.

Durch verschiedene Kombinationen von Kopfgruppen und hydrophoben Schwänzen (mono-kationisches Amid, bi-kationisches Amid, bi-kationisches Amid-basierter Ester) synthetisierten Infante et al. drei argininbasierte AAS und untersuchten deren cmc und γcmc (Oberflächenspannung bei cmc), was zeigte, dass die cmc- und γcmc-Werte mit zunehmender hydrophober Schwanzlänge abnahmen. In einer anderen Studie fanden Singare und Mhatre heraus, dass die Cmc von N-α-Acylarginin Tensiden mit zunehmender Anzahl hydrophober Kohlenstoffatome abnahm (Tabelle 1).

Yoshimura et al. untersuchten die Cmc von cysteinbasierten Aminosäuren-basierten Gemini-Tensiden und zeigten, dass die Cmc abnahm, wenn die Kohlenstoffkettenlänge in der hydrophoben Kette von 10 auf 12 erhöht wurde. Eine weitere Erhöhung der Kohlenstoffkettenlänge auf 14 führte zu einem Anstieg der Cmc, was bestätigte, dass langkettige Gemini-Tenside eine geringere Tendenz zur Aggregation aufweisen.

Faustino et al. berichteten über die Bildung von Mizellen in wässrigen Lösungen anionischer Gemini-Tenside auf Cystinbasis. Die Gemini Tenside wurden auch mit den entsprechenden konventionellen monomeren Tensiden (C 8 Cys) verglichen. Die Cmc-Werte von Lipid-Tensid-Gemischen waren niedriger als die von reinen Tensiden. Gemini-Tenside und 1,2-Diheptanoyl-sn-glyceryl-3-phosphocholin, ein wasserlösliches, mizellbildendes Phospholipid, hatten cmc im millimolaren Niveau.

Shrestha und Aramaki untersuchten die Bildung von viskoelastischen wurmartigen Mizellen in wässrigen Lösungen von gemischten Aminosäuren-basierten anionisch-nichtionischen Tensiden ohne Zusatzsalze. In dieser Studie wurde festgestellt, dass N-dodecylglutamat eine höhere Krafft-Temperatur aufweist; Wenn es jedoch mit der basischen Aminosäure L-Lysin neutralisiert wurde, erzeugte es Mizellen und die Lösung begann, sich bei 25°C wie eine Newtonsche Flüssigkeit zu verhalten.

6.2 Gute Wasserlöslichkeit

Die gute Wasserlöslichkeit von AAS ist auf das Vorhandensein zusätzlicher CO-NH-Bindungen zurückzuführen. Dadurch ist AAS biologisch abbaubarer und umweltfreundlicher als die entsprechenden konventionellen Tenside. Die Wasserlöslichkeit von N-Acyl-L-Glutaminsäure ist aufgrund ihrer 2-Carboxylgruppen noch besser. Die Wasserlöslichkeit von Cn(CA) 2 ist auch gut, weil es 2-ionische Arginingruppen im 1-Molekül gibt, was zu einer effektiveren Adsorption und Diffusion an der Zelloberfläche und sogar zu einer effektiven bakteriellen Hemmung bei niedrigeren Konzentrationen führt.

6.3 Krafft Temperatur und Krafft Punkt

Unter Krafft-Temperatur versteht man das spezifische Löslichkeitsverhalten von Tensiden, deren Löslichkeit über eine bestimmte Temperatur stark ansteigt. Ionische Tenside neigen dazu, feste Hydrate zu erzeugen, die aus Wasser ausfällt. Bei einer bestimmten Temperatur (der sogenannten Krafft-Temperatur) wird in der Regel ein dramatischer und diskontinuierlicher Anstieg der Löslichkeit von Tensiden beobachtet. Der Krafft-Punkt eines ionischen Tensids ist seine Krafft-Temperatur bei cmc.

Diese Löslichkeitscharakteristik wird üblicherweise bei ionischen Tensiden gesehen und kann wie folgt erklärt werden: Die Löslichkeit des Tensidfreien Monomers ist unterhalb der Krafft-Temperatur begrenzt, bis der Krafft-Punkt erreicht ist, wo seine Löslichkeit durch Mizellenbildung allmählich zunimmt. Um eine vollständige Löslichkeit zu gewährleisten, ist es notwendig, Tensidfürmulierungen bei Temperaturen oberhalb des Krafft-Punktes vorzubereiten.

Die Krafft-Temperatur von AAS wurde untersucht und mit der von konventionellen synthetischen Tensiden verglichen.Shrestha und Aramaki untersuchten die Krafft-Temperatur von Arginin-basierten AAS und fanden heraus, dass die kritische Mizellenkonzentration Aggregationsverhalten in Form von Pre-Mizellen oberhalb von 2-5×10-6 mol-L -1 zeigte, gefolgt von normaler Mizellenbildung (Ohta et al. synthetisierten sechs verschiedene Arten von N-Hexadecanoyl AAS und diskutierten den Zusammenhang zwischen ihrer Krafft-Temperatur und Aminosäurerückständen.

In den Experimenten wurde festgestellt, dass die Krafft-Temperatur von N-Hexadecanoyl AAS mit abnehmender Größe von Aminosäurerückständen ansteigt (Ausnahme Phenylalanin), während die Hitze der Löslichkeit (Wärmeaufnahme) mit abnehmender Größe von Aminosäurerückständen (mit Ausnahme von Glycin und Phenylalanin) zunahm. Es wurde festgestellt, dass sowohl in Alanin- als auch Phenylalanin-Systemen die D-L-Wechselwirkung stärker ist als die L-L-Wechselwirkung in der festen Form des N-Hexadecanoyl AAS-Salzes.

Brito et al. ermittelten die Krafft-Temperatur von drei Serien neuartiger Aminosäuren-basierter Tenside mittels differentieller Scanning-Mikrokalorimetrie und fanden heraus, dass die Änderung des Trifluoracetat-Ions in Jodid-Ion zu einem signifikanten Anstieg der Krafft-Temperatur (etwa 6 °C) von 47 °C auf 53 °C führte. Das Vorhandensein von cis-Doppelbindungen und die in den langkettigen Ser-Derivaten vorhandene ungesättigte Sättigung führten zu einem signifikanten Rückgang der Krafft-Temperatur. Es wurde berichtet, dass n-Dodecylglutamat eine höhere Krafft-Temperatur aufweist. Die Neutralisierung mit der basischen Aminosäure L-Lysin führte jedoch zur Bildung von Mizellen in Lösung, die sich bei 25°C wie Newtonsche Flüssigkeiten verhalten.

6.4 Oberflächenspannung

Die Oberflächenspannung von Tensiden hängt von der Kettenlänge des hydrophoben Teils ab. Zhang et al. ermittelten die Oberflächenspannung von Natriumcocoylglycinat mittels Wilhelmy-Plattenmethode (25±0,2)°C und ermittelten den Oberflächenspannungswert bei cmc als 33 mN-m -1 und cmc als 0,21 mmol-L -1. Yoshimura et al. ermittelte die Oberflächenspannung von 2C n Cys Typ Aminosäuren basierenden Oberflächenspannungen von 2C n Cys basierten Oberflächenwirkstoffen. Es zeigte sich, dass die Oberflächenspannung bei cmc mit zunehmender Kettenlänge (bis n,8) abnahm, während sich der Trend bei Tensiden mit n,12 oder längeren Kettenlängen umgekehrt zeigte.

Der Effekt von CaC1 2 auf die Oberflächenspannung von dicarboxylierten Aminosäuren-basierten Tensiden wurde ebenfalls untersucht. In diesen Studien wurde CaC1 2 zu wässrigen Lösungen von drei dicarboxylierten Aminosäuren-Typ Tensiden (C12 MalNa 2, C12 AspNa 2 und C12 GluNa 2) hinzugefügt. Die Plateauwerte nach cmc wurden verglichen und es wurde festgestellt, dass die Oberflächenspannung bei sehr niedrigen CaC1 2 Konzentrationen abnahm. Dies liegt an der Wirkung von Kalziumionen auf die Anordnung des Tensids an der Gas-Wasser-Grenzfläche. Die Oberflächenspannungen der Salze von N-dodecylaminomalonat und N-dodecylaspartat waren dagegen bis zu 10 mmol-L -1 CaC1 2 Konzentration nahezu konstant. Über 10 mmol-L -1 steigt die Oberflächenspannung aufgrund der Bildung einer Ausfällung des Calciumsalzes des Tensids stark an. Für das Dinatriumsalz von N-dodecylglutamat führte eine moderate Zugabe von CaC1 2 zu einer signifikanten Abnahme der Oberflächenspannung, während die anhaltende Erhöhung der CaC1 2 Konzentration keine signifikanten Veränderungen mehr verursachte.

Um die Adsorptionskinetik von Gemini-AAS an der Gas-Wasser-Grenzfläche zu bestimmen, wurde die dynamische Oberflächenspannung mit der Methode des maximalen Blasendrucks bestimmt. Die Ergebnisse zeigten, dass sich die dynamische Oberflächenspannung 2C 12 Cys für die längste Testzeit nicht änderte. Die Abnahme der dynamischen Oberflächenspannung hängt nur von der Konzentration, der Länge der hydrophoben Schwänze und der Anzahl der hydrophoben Schwänze ab. Zunehmende Tensidkonzentration, abnehmende Kettenlänge sowie die Anzahl der Ketten führten zu einem schnelleren Zerfall. Die Ergebnisse für höhere Konzentrationen von C n Cys (n,8 bis 12) zeigten, dass sie sehr nahe an dem mit der Wilhelmy-Methode gemessenen γ cmc liegen.

In einer weiteren Studie wurden die dynamischen Oberflächenspannungen von Natriumdilaurylcystin (SDLC) und Natriumdidecamino-Cystin mit der Wilhelmy-Plattenmethode bestimmt und die Gleichgewichtsflächenspannungen ihrer wässrigen Lösungen mit der Tropfenvolumenmethode bestimmt. Die Reaktion von Disulfidbindungen wurde ebenfalls mit anderen Methoden untersucht. Die Zugabe von Mercaptopethanol zu 0,1 mmol-L -1SDLC Lösung führte zu einem schnellen Anstieg der Oberflächenspannung von 34 mN-m -1 auf 53 mN-m -1. Da NaClO die Disulfidbindungen von SDLC zu Sulfonsäuregruppen oxidieren kann, wurden keine Aggregate beobachtet, wenn NaClO (5 mmol-L -1) der 0.1 mmol-L -1 SDLC Lösung hinzugefügt wurde. Transmissionselektronenmikroskopie und dynamische Lichtstreuung zeigten, dass in der Lösung keine Aggregate gebildet wurden. Die Oberflächenspannung von SDLC stieg von 34 mN-m -1 auf 60 mN-m -1 über einen Zeitraum von 20 min.

6.5 Binäre Oberflächeninteraktionen

In den Lebenswissenschaften haben eine Reihe von Gruppen die Schwingungseigenschaften von Gemischen von kationischen AAS (Diacylglycerol-Arginin-basierten Tensiden) und Phospholipiden an der Gas-Wasser-Grenzfläche untersucht und schlussendlich festgestellt, dass diese nicht-ideale Eigenschaft die Prävalenz elektrostatischer Wechselwirkungen verursacht.

6.6 Aggregationseigenschaften

Dynamische Lichtstreuung wird häufig verwendet, um die Aggregationseigenschaften von Aminosäure-basierten Monomeren und Gemini-Tensiden bei Konzentrationen über cmc zu bestimmen, was einen scheinbaren hydrodynamischen Durchmesser D H (= 2R H) ergibt. Die von C n Cys und 2Cn Cys gebildeten Aggregate sind relativ groß und haben eine große Skalenverteilung im Vergleich zu anderen Tensiden. Alle Tenside außer 2C 12 Cys bilden typischerweise Aggregate von etwa 10 nm. Mizellgrößen von Gemini-Tensiden sind deutlich größer als die ihrer monomeren Pendants. Eine Zunahme der Kohlenwasserstoffkettenlänge führt auch zu einer Zunahme der Mizellengröße. ohta et al. beschrieben die Aggregationseigenschaften von drei verschiedenen Stereoisomeren von N-dodecyl-phenyl-alanyl-alanin-tetramethylammonium in wässriger Lösung und zeigten, dass die Diastereoisomere die gleiche kritische Aggregationskonzentration in wässriger Lösung aufweisen. Die Bildung chiraler Aggregate von N-Dodecanoyl-L-glutaminsäure, N-Dodecanoyl-L-valin und deren Methylestern in verschiedenen Lösungsmitteln (wie Tetrahydrofuran, Acetonitril, 1,4-Dioxan und 1,2-Dichlorethan) mit Rotationseigenschaften wurde mittels Kreisdichroismus untersucht. NMR und Dampfdruckosmometrie.

6.7 Grenzflächenadsorption

Auch die Grenzflächenadsorption von aminosäurebasierten Tensiden und deren Vergleich mit ihrem konventionellen Pendant ist eine der Forschungsrichtungen. Beispielsweise wurden die Grenzflächenadsorptionseigenschaften von Dodecylestern aromatischer Aminosäuren aus LET und LEP untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass LET und LEP niedrigere Grenzflächen an der Gas-Flüssig-Grenzfläche bzw. an der Wasser-Hexan-Grenzfläche aufweisen.

Bordes et al. untersuchte das Lösungsverhalten und die Adsorption an der Gas-Wasser-Grenzfläche von drei dicarboxylierten Aminosäuren Tensiden, den Dinatriumsalzen von Dodecylglutamat, Dodecylaspartat und Aminomalonat (mit 3-, 2- und 1-Kohlenstoffatomen zwischen den beiden Carboxylgruppen). Laut diesem Bericht war die Cmc der dicarboxylierten Tenside 4-5-mal höher als die des monokarboxylierten Dodecylglycinsalzes. Dies wird auf die Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den dicarboxylierten Tensiden und benachbarten Molekülen durch die darin enthaltenen Amidgruppen zurückgeführt.

6.8 Phasenverhalten

Isotrope diskontinuierliche kubische Phasen werden bei Tensiden in sehr hohen Konzentrationen beobachtet. Tensidmoleküle mit sehr großen Kopfgruppen neigen dazu, Aggregate mit kleineren positiven Krümmungen zu bilden. marques et al. untersuchten das Phasenverhalten der Systeme 12Lys12/12Ser und 8Lys8/16Ser (siehe Abbildung 10), und die Ergebnisse zeigten, dass das System 12Lys12/12Ser eine Phasentrennzone zwischen den mizellaren und vesikulären Lösungsregionen aufweist, Das 8Lys8/16Ser-System zeigt einen kontinuierlichen Übergang (länglicher mizellarer Phasenbereich zwischen dem kleinen mizellaren Phasenbereich und dem vesikulären Phasenbereich). Es ist zu beachten, dass für die Vesikelregion des 12Lys12/12Ser-Systems Vesikel immer mit Mizellen koexistieren, während die Vesikelregion des 8Lys8/16Ser-Systems nur Vesikel hat.

Katanionische Mischungen der Lysin- und Serin-basierten Tenside: symmetrisches 12Lys12/12Ser-Paar(links) und asymmetrisches 8Lys8/16Ser-Paar(rechts)

6.9 Emulgationsfähigkeit

Kouchi et al. untersuchten die Emulgierfähigkeit, Grenzflächenspannung, Dispergierbarkeit und Viskosität von N-[3-dodecyl-2-hydroxypropyl]-L-arginin, L-glutamat und anderen AAS. Im Vergleich zu synthetischen Tensiden (ihre konventionellen nichtionischen und amphoteren Pendants) zeigten die Ergebnisse, dass AAS eine stärkere Emulgationsfähigkeit als herkömmliche Tenside haben.

Baczko et al. synthetisierten neuartige anionische Aminosäuren-Tenside und untersuchten deren Eignung als chirale NMR-Spektroskopie-Lösungsmittel. Eine Reihe von sulfonatbasierten amphiphilen L-Phe- oder L-Ala-Derivaten mit unterschiedlichen hydrophoben Schwänzen (Pentyl~Tetradecyl) wurden durch Reaktion von Aminosäuren mit o-Sulfobenzoeanhydrid synthetisiert. Wu et al. synthetisierte Natriumsalze von N-fettem Acyl AAS undDie Ergebnisse zeigten, dass diese Tenside mit Ethylacetat als Ölphase besser abschneiden als mit n-Hexan als Ölphase.

6.10 Fortschritte in Synthese und Produktion

Hartwasserbeständigkeit kann als die Fähigkeit von Tensiden verstanden werden, dem Vorhandensein von Ionen wie Kalzium und Magnesium in hartem Wasser zu widerstehen, d.h. die Fähigkeit, Ausfällungen in Kalziumseifen zu vermeiden. Tenside mit hoher Hartwasserbeständigkeit sind sehr nützlich für Waschmittelfürmulierungen und Körperpflegeprodukte. Der Hartwasserwiderstand kann durch Berechnung der Änderung der Löslichkeit und Oberflächenaktivität des Tensids in Gegenwart von Kalziumionen bewertet werden.

Eine andere Möglichkeit, die Hartwasserbeständigkeit zu bewerten, besteht darin, den Prozentsatz oder Gramm Tensid zu berechnen, der erfürderlich ist, damit die Kalziumseife, die aus 100 g Natriumoleat gebildet wird, in Wasser dispergiert werden kann. In Bereichen mit hohem hartem Wasser können hohe Konzentrationen an Kalzium- und Magnesiumionen sowie Mineralgehalt einige praktische Anwendungen erschweren. Oft wird das Natriumion als Gegenion eines synthetischen anionischen Tensids verwendet. Da das zweiwertige Kalziumion an beide Tensidmoleküle gebunden ist, bewirkt es, dass das Tensid leichter aus der Lösung ausfällt, wodurch die Detergenz weniger wahrscheinlich ist.

Die Untersuchung der Hartwasserbeständigkeit von AAS zeigte, dass die Säure- und Hartwasserbeständigkeit stark durch eine zusätzliche Carboxylgruppe beeinflusst wurden und die Säure- und Hartwasserbeständigkeit mit zunehmender Länge der Abstandsgruppe zwischen den beiden Carboxylgruppen weiter zunahm. Die Reihenfolge der Säure- und Hartwasserbeständigkeit war C 12-GlycinatC 12-AspartatC 12-Glutamat. Im Vergleich der dicarboxylierten Amidbindung bzw. des dicarboxylierten Amino-Tensids wurde festgestellt, dass der pH-Bereich des letzteren breiter war und seine Oberflächenaktivität mit der Zugabe einer angemessenen Menge an Säure zunahm. Die dicarboxylierten N-Alkylaminosäuren zeigten Chelatwirkung in Anwesenheit von Kalziumionen, und C 12 Aspartat bildete weißes Gel. c 12-Glutamat zeigte eine hohe Oberflächenaktivität bei hoher Ca 2+-Konzentration und wird voraussichtlich in der Meerwasserentsalzung verwendet.

6.11 Dispergierbarkeit

Dispergierbarkeit bezieht sich auf die Fähigkeit eines Tensids, Koaleszenz und Sedimentation des Tensids in Lösung zu verhindern.Dispergierbarkeit ist eine wichtige Eigenschaft von Tensiden, die sie für den Einsatz in Waschmitteln, Kosmetika und Pharmazeutika geeignet macht.Ein Dispergiermittel muss eine Ester-, Ether-, Amid- oder Aminobindung zwischen der hydrophoben Gruppe und der terminalen hydrophilen Gruppe (oder zwischen den hydrophoben Gruppen mit gerader Kette) enthalten.

Im Allgemeinen sind anionische Tenside wie Alkanolamidosulfate und amphotere Tenside wie Amidosulfobetain als Dispergiermittel für Calciumseifen besonders wirksam.

Viele Forschungsbemühungen haben die Dispergierbarkeit von AAS festgestellt, wo N-Lauroyl Lysin schlecht kompatibel mit Wasser und schwierig für kosmetische Formulierungen anzuwenden ist.In dieser Serie haben N-Acyl-substituierte basische Aminosäuren hervorragende Dispergierbarkeit und werden in der Kosmetikindustrie zur Verbesserung von Formulierungen verwendet.

07 Toxizität

Herkömmliche Tenside, insbesondere kationische Tenside, sind hochgiftig für Wasserorganismen. Ihre akute Toxizität ist auf das Phänomen der Adsorption-Ionen-Wechselwirkung von Tensiden an der Zell-Wasser-Grenzfläche zurückzuführen. Eine Verringerung der Cmc von Tensiden führt in der Regel zu einer stärkeren Grenzflächenadsorption von Tensiden, was in der Regel zu einer erhöhten akuten Toxizität führt. Eine Zunahme der Länge der hydrophoben Tensidkette führt auch zu einer Zunahme der Tensidkette akuter Toxizität.Die meisten AAS sind niedrig oder ungiftig für Mensch und Umwelt (insbesondere für Meeresorganismen) und eignen sich für die Verwendung als Lebensmittelzutaten, Pharmazeutika und Kosmetika.Viele Forscher haben gezeigt, dass Aminosäuretenside sanft und nicht reizend für die Haut sind. Arginin-basierte Tenside sind bekanntermaßen weniger toxisch als ihre herkömmlichen Pendants.

Brito et al. untersuchte die physikalisch-chemischen und toxikologischen Eigenschaften von Aminosäuren-basierten Amphiphilen und deren [Derivate aus Tyrosin (Tyr), Hydroxyprolin (Hyp), Serin (Ser) und Lys (Lys)] Spontanbildung von kationischen Vesikeln und gab Daten über ihre akute Toxizität für Daphnia Magna (IC 50). Sie synthetisierten kationische Vesikel aus Dodecyltrimethylammoniumbromid (DTAB)/Lys-Derivaten und/oder Ser-/Lys-Derivaten-Gemischen und testeten deren Ökotoxizität und hämolytisches Potenzial. Sie zeigten, dass alle AAS und ihre vesikelhaltigen Gemische weniger toxisch waren als das konventionelle Tensid DTAB.

Rosa et al. untersuchten die Bindung (Assoziation) von DNA an stabile kationische Vesikel auf Aminosäurebasis. Im Gegensatz zu herkömmlichen kationischen Tensiden, die oft toxisch erscheinen, scheint die Interaktion von kationischen Aminosäuren Tensiden ungiftig zu sein. Das kationische AAS basiert auf Arginin, das in Kombination mit bestimmten anionischen Tensiden spontan stabile Vesikel bildet. Aminosäurebasierte Korrosionsinhibitoren sind ebenfalls ungiftig. Diese Tenside sind leicht synthetisiert mit hoher Reinheit (bis zu 99%) low cost, leicht biologisch abbaubar und vollständig löslich in wässrigen Medien. Mehrere Studien haben gezeigt, dass schwefelhaltige Aminosäuretenside in der Korrosionshemmung überlegen sind.

In einer aktuellen Studie berichteten Perinelli et al. über ein zufriedenstellendes toxikologisches Profil von Rhamnolipiden im Vergleich zu herkömmlichen Tensiden. Rhamnolipide sind dafür bekannt, als Permeabilitätsverstärker zu wirken. Sie berichteten auch über die Wirkung von Rhamnolipiden auf die epitheliale Permeabilität makromolekularer Medikamente.

08 Antimikrobielle Aktivität

Die antimikrobielle Aktivität von Tensiden kann durch die minimale inhibitorische Konzentration beurteilt werden. Die antimikrobielle Aktivität von Arginin-basierten Tensiden wurde im Detail untersucht. Gramnegative Bakterien erwiesen sich als resistenter gegenüber Arginin-basierten Tensiden als grampositive Bakterien. Die antimikrobielle Aktivität von Tensiden wird normalerweise durch das Vorhandensein von Hydroxyl-, Cyclopropan- oder ungesättigten Bindungen innerhalb der Acylketten erhöht. Castillo et al. zeigte, dass die Länge der Acylketten und die positive Ladung den HLB-Wert (hydrophil-lipophiles Gleichgewicht) des Moleküls bestimmen und diese einen Einfluss auf ihre Fähigkeit haben, Membranen zu stören. Nα-Acylargininmethylester ist eine weitere wichtige Klasse kationischer Tenside mit antimikrobieller Breitspektrumaktivität und ist leicht biologisch abbaubar und hat eine geringe oder keine Toxizität. Untersuchungen zur Wechselwirkung von Nα-Acylargininmethylesterbasierten Tensiden mit 1,2-Dipalmitoyl-sn-propyltrioxyl-3-phosphorylcholin und 1,2-Dietradecanoyl-sn-propyltrioxyl-3-phosphorylcholin, Modellmembranen, Die Ergebnisse zeigten, dass die Tenside eine gute antibakterielle Aktivität aufweisen.

09 Rheologische Eigenschaften

Die rheologischen Eigenschaften von Tensiden spielen eine sehr wichtige Rolle bei der Bestimmung und Vorhersage ihrer Anwendungen in verschiedenen Branchen, einschließlich Lebensmittel, Pharma, Ölextraktion, Körperpflege und Haushaltspflegeprodukte. Viele Studien wurden durchgeführt, um den Zusammenhang zwischen Viskoelastizität von Aminosäuretensiden und Cmc zu diskutieren.

10 Anwendungen in der Kosmetikindustrie

AAS werden in der Formulierung vieler Körperpflegeprodukte verwendet.Kalium-N-Cocoyl-Glycinat ist hautschonend und wird in der Gesichtsreinigung verwendet, um Schlamm und Make-up zu entfernen. n-Acyl-L-Glutaminsäure hat zwei Carboxylgruppen, was sie wasserlöslicher macht. Unter diesen AAS, AAS auf Basis von C 12 Fettsäuren werden häufig in der Gesichtsreinigung verwendet, um Schlamm und Make-up zu entfernen. AAS mit einer C 18-Kette werden als Emulgatoren in Hautpflegeprodukten verwendet, und N-Lauryl Alanin Salze sind dafür bekannt, cremige Schäume zu erzeugen, die die Haut nicht reizen und daher in der Formulierung von Babypflegeprodukten verwendet werden können. N-Lauryl-basiertes AAS, das in Zahnpasta verwendet wird, hat eine gute Reinigungswirkung ähnlich wie Seife und eine starke enzymhemmende Wirkung.

In den letzten Jahrzehnten hat sich die Auswahl an Tensiden für Kosmetik, Körperpflegeprodukte und Pharmazeutika auf niedrige Toxizität, Milde, Sanftheit und Sicherheit konzentriert. Verbraucher dieser Produkte sind sich der potenziellen Reizung, Toxizität und Umweltfaktoren bewusst.

Heute werden AAS verwendet, um viele Shampoos, Haarfärbemittel und Badeseifen aufgrund ihrer vielen Vorteile gegenüber ihren traditionellen Gegenstücken in Kosmetik und Körperpflegeprodukten zu fürmulieren.Proteinbasierte Tenside haben wünschenswerte Eigenschaften, die für Körperpflegeprodukte erfürderlich sind. Einige AAS haben filmbildende Fähigkeiten, während andere gute schäumende Fähigkeiten haben.

Aminosäuren sind wichtige natürlich vorkommende Feuchtigkeitsfaktoren im Stratum corneum. Wenn epidermale Zellen absterben, werden sie Teil des Stratum corneum und die intrazellulären Proteine werden allmählich zu Aminosäuren abgebaut. Diese Aminosäuren werden dann weiter in das Stratum corneum transportiert, wo sie Fett oder fettähnliche Substanzen in das epidermale Stratum corneum aufnehmen und so die Elastizität der Hautoberfläche verbessern. Etwa 50% des natürlichen Feuchtigkeitsfaktors in der Haut besteht aus Aminosäuren und Pyrrolidon.

Kollagen, ein häufiger kosmetischer Inhaltsstoff, enthält auch Aminosäuren, die die Haut weich halten.Hautprobleme wie Rauheit und Stumpfheit sind zu einem großen Teil auf einen Mangel an Aminosäuren zurückzuführen. Eine Studie zeigte, dass das Mischen einer Aminosäure mit einer Salbe Hautverbrennungen linderte und die betroffenen Bereiche in ihren normalen Zustand zurückkehrten, ohne zu Keloidnarben zu werden.

Aminosäuren haben sich auch als sehr nützlich bei der Pflege beschädigter Nagelhaut erwiesen.Trockenes, fürmloses Haar kann auf eine Abnahme der Konzentration von Aminosäuren in einem stark geschädigten Stratum corneum hinweisen. Aminosäuren haben die Fähigkeit, die Nagelhaut in den Haarschaft einzudringen und Feuchtigkeit von der Haut aufzunehmen.Diese Fähigkeit von Aminosäuren basierenden Tensiden macht sie sehr nützlich in Shampoos, Haarfärbemitteln, Haarweichmachern, Haarkonditionierern, und das Vorhandensein von Aminosäuren macht das Haar stark.

11 Anwendungen in der Alltagskosmetik

Derzeit besteht weltweit eine wachsende Nachfrage nach Waschmittelfürmulierungen auf Aminosäurebasis.AAS sind dafür bekannt, bessere Reinigungsfähigkeit, Schaumfähigkeit und Weichmachereigenschaften zu haben, was sie für Haushaltswaschmittel, Shampoos, Körperwaschmittel und andere Anwendungen geeignet macht.Ein amphoteres AAS aus Asparaginsäure soll ein hochwirksames Reinigungsmittel mit chelatbildenden Eigenschaften sein. Die Verwendung von waschmittelhaltigen Inhaltsstoffen, die aus N-Alkyl-β-Aminoethoxysäuren bestehen, reduziert Hautirritationen. Es wurde berichtet, dass eine flüssige Waschmittelfürmulierung aus N-Cocoyl-β-Aminopropionat ein wirksames Reinigungsmittel für Ölflecken auf Metalloberflächen ist. Ein Aminocarboxylsäure-Tensid, C 14 CHOHCH 2 NHCH 2 COONa, wurde ebenfalls gezeigt, um eine bessere Reinigungswirkung zu haben und wird für die Reinigung von Textilien, Teppichen, Haaren, Glas usw. verwendet. Das 2-Hydroxy-3-Aminopropionsäure-N,N-Essigsäure-Derivat ist dafür bekannt, eine gute Komplexierungsfähigkeit zu haben und verleiht somit Bleichmitteln Stabilität.

Die Herstellung von Waschmittelfürmulierungen auf Basis von N-(N'-langkettigem Acyl-β-Alanyl)-β-Alanin wurde von Keigo und Tatsuya in ihrem Patent für bessere Waschfähigkeit und Stabilität, leichtes Schaumbrechen und gute Weichmacherei berichtet. Kao entwickelte eine Waschmittelrezeptur auf Basis von N-Acyl-1 -N-Hydroxy-β-Alanin und berichtete über geringe Hautirritationen, hohe Wasserbeständigkeit und hohe Fleckentfernungskraft.

Das japanische Unternehmen Ajinomoto verwendet als Hauptbestandteile in Shampoos, Waschmitteln und Kosmetika toxische und leicht abbaubare AAS auf Basis von L-Glutaminsäure, L-Arginin und L-Lysin (Abbildung 13). Die Fähigkeit von Enzymadditiven in Waschmittelfürmulierungen, Proteinverschmutzungen zu entfernen, wurde ebenfalls berichtet. N-Acyl AAS aus Glutaminsäure, Alanin, Methylglycin, Serin und Asparaginsäure wurden für ihre Verwendung als hervorragende flüssige Reinigungsmittel in wässrigen Lösungen berichtet. Diese Tenside erhöhen die Viskosität selbst bei sehr niedrigen Temperaturen überhaupt nicht und können leicht aus dem Speicherbehälter der Schäumeinrichtung übertragen werden, um homogene Schäume zu erhalten.