povrchově aktivní látky aminokyselin

Obsah tohoto článku:

1. Vývoj aminokyselin

2. Strukturální vlastnosti

3. Chemické složení

4.Klasifikace

5. Syntéza

6. Fyzikálně chemické vlastnosti

7. Toxicita

8. Antimikrobiální aktivita

9. Reologické vlastnosti

10. Aplikace v kosmetickém průmyslu

11. Aplikace v každodenní kosmetice

Aminokyselinné povrchově aktivní látky (AAS)Jsou třída povrchově aktivních látek vytvořených kombinací hydrofobních skupin s jednou nebo více aminokyselin. V tomto případě mohou být aminokyseliny syntetické nebo odvozeny z proteinových hydrolyzátů nebo podobných obnovitelných zdrojů. Tento článek se zabývá podrobnostmi většiny dostupných syntetických cest pro AAS a vlivem různých cest na fyzikálně-chemické vlastnosti konečných produktů, včetně rozpustnosti, stability disperze, toxicity a biologické rozložitelnosti. Jako třída povrchově aktivních látek se zvyšující poptávkou, všestrannost AAS díky své variabilní struktuře nabízí velké množství komerčních příležitostí.

Vzhledem k tomu, že povrchově aktivní látky jsou široce používány v čisticích prostředcích, emulgátorech, inhibitorech koroze, terciárním získávání oleje a farmaceutikách, výzkumníci nikdy nepřestali věnovat pozornost povrchově aktivním látkám.

Surfaktanty jsou nejreprezentativnějšími chemickými produkty, které se denně konzumují ve velkém množství po celém světě a mají negativní dopad na vodní prostředí.Studie ukázaly, že široké používání tradičních povrchově aktivních látek může mít negativní dopad na životní prostředí.

Netoxicita, biologická rozložitelnost a biokompatibilita jsou dnes pro spotřebitele téměř stejně důležité jako užitečnost a účinnost povrchově aktivních látek.

Biosurfaktanty jsou šetrné k životnímu prostředí udržitelné povrchově aktivní látky, které jsou přirozeně syntetizovány mikroorganismy, jako jsou bakterie, houby a kvasnice, nebo vylučovány extrabuněčně.Proto mohou být biosurfaktivní látky také připraveny molekulárním designem, aby napodobovaly přirozené amfifilní struktury, jako jsou fosfolipidy, alkylglykosidy a acyl aminokyseliny.

Aminokyselinné povrchově aktivní látky (AAS)jsou jedním z typických povrchově aktivních látek, obvykle vyráběných ze živočišných nebo zemědělských surovin. Během posledních dvou desetiletí přitahují AAS velký zájem vědců jako nové povrchově aktivní látky nejen proto, že mohou být syntetizovány z obnovitelných zdrojů, ale také proto, že AAS jsou snadno rozložitelné a mají neškodné vedlejší produkty, což je činí bezpečnější pro životní prostředí.

AAS lze definovat jako třída povrchově aktivních látek sestávající z aminokyselin obsahujících skupiny aminokyselin (HO 2 C-CHR- NH 2) nebo zbytků aminokyselin (HO 2 C-CHR- NH-). Dva funkční oblasti aminokyselin umožňují odvození široké škály povrchově aktivních látek. Celkem dvacet standardních proteinogenních aminokyselin je známo, že existují v přírodě a jsou zodpovědné za veškeré fyziologické reakce při růstu a životních aktivitách. Odlišují se od sebe pouze podle rezidua R (obrázek 1, pk a je záporný logaritmus kyselinové disociační konstanty roztoku). Některé jsou nepolární a hydrofobní, některé polární a hydrofilní, některé jsou základní a některé kyselé.

Protože aminokyseliny jsou obnovitelné sloučeniny, povrchově aktivní látky syntetizované z aminokyselin mají také vysoký potenciál stát se udržitelnými a šetrnými k životnímu prostředí. Jednoduchá a přirozená struktura, nízká toxicita a rychlá biologická rozložitelnost je často činí lepšími než konvenční povrchově aktivní látky. S využitím obnovitelných surovin (např. aminokyselin a rostlinných olejů) lze AAS vyrábět různými biotechnologickými cestami a chemickými cestami.

Na počátku dvacátého století byly poprvé objeveny aminokyseliny jako substráty pro syntézu povrchově aktivních látek.AAS byly používány především jako konzervační látky ve farmaceutických a kosmetických promulacích.Kromě toho bylo zjištěno, že AAS je biologicky aktivní proti různým bakteriím, nádorům a virům způsobujícím onemocnění. Dostupnost nízkonákladových AAS v letech 1988 vyvolala výzkumný zájem o povrchovou aktivitu. Dnes, s rozvojem biotechnologií, některé aminokyseliny jsou také schopny být komerčně syntetizovány ve velkém měřítku kvasinkami, což nepřímo dokazuje, že produkce AAS je šetrnější k životnímu prostředí.

01 Vývoj aminokyselin

Již na počátku devatenáctého století, kdy byly poprvé objeveny přirozeně se vyskytující aminokyseliny, bylo předpokládáno, že jejich struktury jsou mimořádně cenné a použitelné jako suroviny pro přípravu amfifilů. První studie o syntéze AAS byla hlášena Bondi v 1909.

V této studii byly zavedeny N-acylglycin a N-acylalanin jako hydrofilní skupiny pro povrchově aktivní látky. Následná práce zahrnovala syntézu lipoaminokyselin (AAS) pomocí glycinu a alaninu a Hentrich et al. publikovala řadu poznatků,včetně první patentové přihlášky o použití acylsarkosinátu a acylaspartátových solí jako povrchově aktivních látek v čisticích prostředcích pro domácnost (např. šampony, čisticí prostředky a zubní pasty).Následně mnoho vědců zkoumalo syntézu a fyzikálně-chemické vlastnosti acyl aminokyselin. Dosud byla publikována velká literatura o syntéze, vlastnostech, průmyslových aplikacích a biologické rozložitelnosti AAS.

02 Strukturální vlastnosti

Nepolární řetězce hydrofobních mastných kyselin AAS se mohou lišit strukturou, délkou řetězce a počtem.Strukturální diverzita a vysoká povrchová aktivita AAS vysvětlují jejich širokou kompoziční diverzitu a fyzikálně-chemické a biologické vlastnosti. Hlavní skupiny AAS jsou složeny z aminokyselin nebo peptidů. Rozdíly v hlavových skupinách určují adsorpci, agregaci a biologickou aktivitu těchto povrchově aktivních látek. Funkční skupiny v hlavní skupině pak určují typ AAS, včetně kationických, anionických, noniontových a amfoterických. Kombinace hydrofilních aminokyselin a hydrofobních částí s dlouhým řetězcem tvoří amfifilní strukturu, která činí molekulu vysoce povrchovou aktivní. Kromě toho přítomnost asymetrických atomů uhlíku v molekule pomáhá vytvářet chirální molekuly.

03 Chemické složení

Všechny peptidy a polypeptidy jsou polymerizačními produkty těchto téměř 20-α-proteinogenních α-aminokyselin. Všechny 20-α-aminokyseliny obsahují funkční skupinu kyseliny karboxylové (-COOH) a aminofunkční skupinu (-NH 2), oba připojené ke stejnému tetrahedrálnímu α-uhlíkovému atomu. Aminokyseliny se navzájem liší různými skupinami R připojenými k uhlíku α (s výjimkou lycinu, kde skupinou R je vodík) Skupiny R se mohou lišit strukturou, velikostí a nábojem (kyselost, alkalinita). Tyto rozdíly také určují rozpustnost aminokyselin ve vodě.

Aminokyseliny jsou chirální (s výjimkou glycinu) a jsou opticky aktivní, protože mají čtyři různé substituenty spojené s alfa uhlíkem. Aminokyseliny mají dvě možné konpromace; Jsou to nepřekrývající se zrcadlové obrazy navzájem, navzdory skutečnosti, že počet L-stereoizmerů je výrazně vyšší. Skupina R přítomná v některých aminokyselinách (fenylalanin, tyrosin a tryptofan) je aryl, což vede k maximální absorpci UV záření při 280 nm. Kyselý α-COOH a základní α-NH 2 v aminokyselinách jsou schopny ionizace a oba stereoizomery, ať už jsou jakékoliv, konstruují ionizační rovnováhu uvedenou níže.

R-COOH ↔ R-COO^－＋H^＋

R- NH₃^＋↔ R- NH₂＋H^＋

Jak je ukázáno v ionizační rovnováze výše, aminokyseliny obsahují alespoň dvě slabě kyselé skupiny; Nicméně karboxylová skupina je mnohem kyselější ve srovnání s protonovanou aminoskupinou. pH 7.4, karboxylová skupina je deprotonována, zatímco aminoskupina je protonována. Aminokyseliny s neinionizovatelnými skupinami R jsou při tomto pH elektricky neutrální a tvoří zwitterion.

04 Klasifikace

AAS lze klasifikovat podle čtyř kritérií, která jsou popsána níže.

4.1 Podle původu

Podle původu lze AAS rozdělit do dvou kategorií následujícím způsobem. ① Přírodní kategorie

Některé přirozeně se vyskytující sloučeniny obsahující aminokyseliny mají také schopnost snižovat povrchové/mezifázové napětí a některé dokonce překračují účinnost glykolipidů. Tyto AAS jsou také známé jako lipopeptidy. Lipopeptidy jsou sloučeniny s nízkou molekulou hmotnosti, obvykle vyráběné druhy Bacillus.

Tyto AAS jsou dále rozděleny do tří podtříd:surfaktin, iturin a fengycin.

Rodina povrchově aktivních peptidů zahrnuje heptapeptidové varianty různých látek,jak je znázorněno na obrázku 2a, ve kterém je s peptidem spojen řetězec nenasycených β-hydroxy mastných kyselin C12-C16. Povrchově aktivní peptid je makrocyklický lakton, ve kterém je kruh uzavřen katalýzou mezi C-koncem β-hydroxy mastné kyseliny a peptidem.

V podtřídě iturinu existuje šest hlavních variant, a to iturin A a C, mycosubtilin a bacilomycin D, F a L.Ve všech případech jsou heptapeptidy spojeny s C14-C17 řetězci β-amino mastných kyselin (řetězce mohou být různorodé). V případě ekurimycinů může aminoskupina v β-pozici vytvořit amidovou vazbu s C-koncem a vytvořit tak makrocyklickou laktamovou strukturu.

Podtřída fengycinu obsahuje fengycin A a B, které se také nazývají plipastatin, pokud je Tyr9 konfigurován D.Dekapeptid je spojen s C14-C18 nasyceným nebo nenasyceným β-hydroxy mastným kyselinám. Strukturálně je plipastatin také makrocyklický lakton, který obsahuje Tyrový boční řetězec v pozici 3 peptidové sekvence a vytváří esterovou vazbu s C-terminálním zbytkem, čímž tvoří strukturu vnitřního kroužku (jako je tomu u mnoha lipopeptidů Pseudomonas).

② Syntetická kategorie

AAS lze také syntetizovat pomocí kterékoli z kyselých, základních a neutrálních aminokyselin. Běžné aminokyseliny používané pro syntézu AAS jsou kyselina glutamová, serin, prolin, kyselina asparaginová, glycin, arginin, alanin, leucin a proteinové hydrolyzáty. Tato podtřída povrchově aktivních látek může být připravena chemickými, enzymatickými a chemoenzymatickými metodami; Nicméně pro výrobu AAS je chemická syntéza ekonomicky proveditelnější. Mezi běžné příklady patří kyselina N-lauroyl-L-glutamová a kyselina N-palmitoyl-L-glutamová.

4.2 Na bázi substituentů alifatického řetězce

Na základě substituentů alifatického řetězce lze povrchově aktivní látky na bázi aminokyselin rozdělit do dvou typů.

Podle postavení náhradníka

①N substituovaný AAS

V N-substituovaných sloučeninách je aminoskupina nahrazena lipofilní nebo karboxylovou skupinou, což vede ke ztrátě bazicity. Nejjednodušším příkladem N-substituovaného AAS jsou N-acyl aminokyseliny, které jsou v podstatě anionové povrchově aktivní látky. N-substituované AAS mají amidovou vazbu připojenou mezi hydrofobní a hydrofilní částí. Amidová vazba má schopnost vytvořit vodíkovou vazbu, což usnadňuje degradaci této povrchově aktivní látky v kyselém prostředí, čímž je biologicky rozložitelná.

②C nahrazené AAS

U sloučenin substituovaných C dochází k substituci v karboxylové skupině (prostřednictvím amidové nebo esterové vazby). Typické sloučeniny substituované C (např. estery nebo amidy) jsou v podstatě kationtové povrchově aktivní látky.

③N- a C-substituovaný AAS

V tomto typu povrchově aktivní látky jsou jak amino, tak karboxylové skupiny hydrofilní částí. Tento typ je v podstatě amfoterický surfaktant.

4.3 Podle počtu hydrofobních ocasů

Na základě počtu skupin hlavy a hydrofobních ocasů lze AAS rozdělit do čtyř skupin. AAS s přímým řetězcem, Gemini (dimer) typu AAS, glycerolipidový typ AAS a bicefální amfifilní (Bola) typ AAS. Surfaktanty s přímým řetězcem jsou povrchově aktivní látky sestávající z aminokyselin s pouze jedním hydrofobním ocasem (obrázek 3). Gemini typ AAS mají dvě aminokyselinové polární skupiny hlavy a dva hydrofobní ocasy na molekulu (obrázek 4). V tomto typu struktury jsou dva AAS s přímým řetězcem spojeny distančním prvkem a proto se nazývají také dimery. V glycerolipidovém typu AAS jsou naopak dva hydrofobní ocasy připojeny ke stejné hlavní skupině aminokyselin. Tyto povrchově aktivní látky lze považovat za analogy monoglyceridů, diglyceridů a fosfolipidů, zatímco u AAS typu Bola jsou dvě skupiny hlavy aminokyselin propojeny hydrofobním ocasem.

4.4 Podle typu vedoucí skupiny

①Kationové AAS

Hlavní skupina tohoto typu surfaktantu má kladný náboj. Nejstarší kationický AAS je ethyl kokoyl arginát, což je pyrrolidonkarboxylát. Unikátní a různorodé vlastnosti tohoto povrchově aktivního látku činí užitečné v dezinfekčních prostředcích, antimikrobiálních prostředcích, antistatických prostředcích, kondicionérech vlasů, stejně jako je šetrný k očím a pokožce a snadno biologicky rozložitelný. Singare a Mhatre syntetizovaly kationické AAS na bázi argininu a hodnotily jejich fyzikálně-chemické vlastnosti. V této studii tvrdili vysoké výtěžnosti produktů získaných za reakčních podmínek Schotten-Baumann. S rostoucí délkou alkylového řetězce a hydrofobicitou bylo zjištěno, že povrchová aktivita povrchově aktivní látky se zvyšuje a kritická koncentrace micel (cmc) klesá. Dalším je kvartérní acylprotein, který se běžně používá jako kondicionér v přípravcích pro péči o vlasy.

②Anionické AAS

V anionových povrchově aktivních látkách má polární hlavová skupina povrchově aktivního látku záporný náboj. Sarkozin (CH 3 -NH-CH 2 -COOH, N-methylglycin), aminokyselina běžně vyskytující se v mořských ježcích a mořských hvězdách, je chemicky příbuzná s glycinem (NH 2 -CH 2 -COOH), základní aminokyselinou nacházející se v savcích buňkách. COOH,) je chemicky příbuzný s glycinem, což je základní aminokyselina nacházející se v savcích buňkách. Kyselina laurová, kyselina tetradekanová, kyselina olejová a jejich halogenidy a estery se běžně používají k syntetizaci sarkosinátových povrchově aktivních látek. Sarkozináty jsou z podstaty jemné a proto se běžně používají v ústních vodách, šamponech, sprejových pěnách na holení, opalovacích krémech, čisticích prostředcích pleti a dalších kosmetických přípravcích.

Mezi další komerčně dostupné anionové AAS patří Amisoft CS-22 a AmiliteGCK-12, což jsou obchodní názvy pro N-kokoyl-L-glutamát sodný a N-kokoyl-glycinát draselný. Amilit se běžně používá jako pěnicí prostředek, prací prostředek, rozpouštěč, emulgátor a disperzant a má mnoho aplikací v kosmetice, jako jsou šampony, koupelová mýdla, tělová mytí, zubní pasty, čisticí prostředky obličeje, čisticí mýdla, čisticí čočky kontaktních čoček a domácí povrchově aktivní látky. Přípravky pro péči o tělo, šampony a další produkty pro péči o pleť.

③zwitterionické nebo amfoterické AAS

Amfoterické povrchově aktivní látky obsahují kyselé i základní místa, a proto mohou změnit jejich náboj změnou hodnoty pH. V alkalických médiích se chovají jako anionické povrchově aktivní látky, zatímco v kyselém prostředí se chovají jako kationické povrchově aktivní látky a v neutrálních médiích jako amfoterické povrchově aktivní látky. Lauryl lysin (LL) a alkoxy (2-hydroxypropyl) arginin jsou jediné známé amfoterické povrchově aktivní látky na bázi aminokyselin. LL je kondenzační produkt lysinu a kyseliny laurové. Díky své amfoterní struktuře je LL nerozpustný v téměř všech typech rozpouštědel, s výjimkou velmi alkalických nebo kyselých rozpouštědel. LL jako organický prášek má vynikající přilnavost k hydrofilním povrchům a nízký koeficient tření, což dává tomuto surfaktantu vynikající mazací schopnost. LL se široce používá v pleťových krémech a kondicionérech na vlasy a je také používán jako lubrikant.

④Neionické AAS

Neionické povrchově aktivní látky jsou charakterizovány polárními skupinami hlavy bez promálních nábojů. Al-Sabagh et al. připravila osm nových ethoxylovaných neionových povrchově aktivních látek z olejově rozpustných α-aminokyselin. V tomto procesu byly L-fenylalanin (LEP) a L-leucin nejprve esterifikovány hexadekanolem, následně amidací s kyselinou palmitovou, aby vznikly dva amidy a dva estery α-aminokyselin. Amidy a estery pak podstoupily kondenzační reakce s ethylenoxidem a připravily tři fenylalaninové deriváty s různým počtem polyoxyethylenových jednotek (40, 60 a 100). Bylo zjištěno, že tyto noniontové AAS mají dobré detergenční a pěnivé vlastnosti.

05 Syntéza

5.1 Základní syntetická trasa

V AAS, hydrofobní skupiny mohou být připojeny k aminovým nebo karboxylovým kyselinám, nebo přes boční řetězce aminokyselin. Na základě toho jsou k dispozici čtyři základní syntetické trasy, jak je znázorněno na obrázku 5.

Obr.5 Základní cesty syntézy povrchově aktivních látek na bázi aminokyselin

Cesta 1.

Amfifilní esterové aminy jsou produkovány esterifikačními reakcemi, v takovém případě je syntéza povrchově aktivních látek obvykle dosažena refluxí mastných alkoholů a aminokyselin v přítomnosti dehydratačního činidla a kyselého katalyzátoru. V některých reakcích působí kyselina sírová jako katalyzátor a dehydratační činidlo.

Cesta 2.

Aktivované aminokyseliny reagují s alkylaminy a tvoří amidové vazby, což vede k syntéze amfifilních amidoaminů.

Cesta 3.

Aminokyseliny jsou syntetizovány reakcí aminových skupin aminokyselin s aminokyselinami.

Cesta čtyři.

Alkylaminokyseliny s dlouhým řetězcem byly syntetizovány reakcí aminových skupin s haloalkany.

5.2 Pokroky v syntéze a výrobě

5.2.1 Syntéza jednořetězcových aminokyselin/peptidových povrchově aktivních látek

N-acyl nebo O-acyl aminokyseliny nebo peptidy mohou být syntetizovány enzym-katalyzovanou acylací aminů nebo hydroxylových skupin mastnými kyselinami. V první zprávě o bezrozpouštědlové lipáze katalyzované syntéze aminokyselinamidu nebo derivátů methylestru byla použita Candida antarctica s výnosy od 25% do 90% v závislosti na cílové aminokyselině. Methyl ethyl keton byl také použit jako rozpouštědlo v některých reakcích. Vonderhagen et al. také popsal lipázové a proteázově katalyzované N-acylační reakce aminokyselin, proteinových hydrolyzátů a/nebo jejich derivátů za použití směsi vody a organických rozpouštědel (např. dimethylpromamid/voda) a methylbutylketonu.

V prvních dnech byly hlavním problémem enzymkatalyzované syntézy AAS nízké výnosy. Podle Valivety et al. byl výnos derivátů N-tetradekanoyl aminokyselin pouze 2%-10% i po použití různých lipáz a inkubaci při 70°C po mnoho dní. Montet et al. se také setkal s problémy týkajícími se nízkého výtěžku aminokyselin při syntéze N-acyl lysinu pomocí mastných kyselin a rostlinných olejů. Podle nich byl maximální výtěžek produktu 19% za podmínek bez rozpouštědel a za použití organických rozpouštědel. se stejným problémem setkal Valivety et al. při syntéze N-Cbz-L-lysinu nebo N-Cbz-lysinu methylesterových derivátů.

V této studii tvrdili, že výnos 3-O-tetradekanoyl-L-serinu byl 80% při použití N chráněného serinu jako substrátu a Novozyme 435 jako katalyzátoru v prostředí bez roztavených rozpouštědel. Nagao a Kito studovali O-acylaci L-serinu, L-homoserinu, L-threoninu a L-tyrosinu (LET) při použití lipázy Výsledky reakce (lipáza byla získána Candida cylindracea a Rhizopus delemar ve vodném bufferovém médiu) a hlásili, že výnosy acylace L-homoserinu a L-serinu byly poněkud nízké, zatímco k acylaci L-threoninu a LET nedošlo.

Mnoho výzkumníků podporovalo použití levných a snadno dostupných substrátů pro syntézu nákladově efektivního AAS. Soo et al. tvrdila, že příprava povrchově aktivních látek na bázi palmového oleje funguje nejlépe s imobilizovaným lipoenzymem. Poznamenali, že výtěžnost produktů bude lepší i přes časově náročnou reakci (6 dnů). Gerova et al. zkoumala syntézu a povrchovou aktivitu chirálního N-palmitoylu AAS na bázi methioninu, prolinu, leucinu, threoninu, fenylalaninu a fenylglycinu v cyklicko-racemické směsi. Pang a Chu popsali syntézu monomerů na bázi aminokyselin a monomerů na bázi kyseliny dikarboxylové v roztoku Řada funkčních a biologicky rozložitelných polyamidových esterů na bázi aminokyselin byla syntetizována koenzulačními reakcemi v roztoku.

Cantaeuzen a Guerreiro hlásili esterifikaci skupin karboxylových kyselin Boc-Ala-OH a Boc-Asp-OH s alifatickými alkoholy a dioly s dlouhým řetězcem, s dichlormethanem jako rozpouštědlem a agarózou 4B (Sepharóza 4B) jako katalyzátorem. V této studii byla reakce Boc-Ala-OH s mastnými alkoholy až do 16uhlíků dosažena dobrých výnosů (51%) zatímco pro Boc-Asp-OH byly lepší 6 a 12 uhlíky s odpovídajícím výnosem 63% [64]. 99,9%) ve výnosech od 58% do 76%, které byly syntetizovány tvorbou amidových vazeb s různými alkylaminy s dlouhým řetězcem nebo esterovými vazbami s mastnými alkoholy Cbz-Arg-OMe, kde papain působil jako katalyzátor.

5.2.2 Syntéza aminokyselin/peptidových povrchově aktivních látek na bázi gemini

Gemini povrchově aktivní látky na bázi aminokyselin se skládají ze dvou molekul AAS s přímým řetězcem spojených hlavou k sobě distanční skupinou. Existují dva možná schémata pro chemoenzymatickou syntézu povrchově aktivních látek gemini typu aminokyselin (obrázky 6 a 7). Na obrázku 6 jsou deriváty 2 aminokyselin reagovány se sloučeninou jako distanční skupina a pak jsou uvedeny 2 hydrofobní skupiny. V obrázku 7 jsou dvě struktury přímého řetězce přímo spojeny bifunkční distanční skupinou.

Nejstarší vývoj enzymkatalyzované syntézy gemini lipoaminokyselin byl průkopníkem společnosti Valivety et al. Yoshimura et al. zkoumal syntézu, adsorpci a agregaci gemini surfaktantu na bázi aminokyselin na bázi cystinu a n-alkylbromidu. Syntetizované povrchově aktivní látky byly porovnány s odpovídajícími monomerními povrchově aktivními látkami. Faustino et al. popsal syntézu monomerního AAS na bázi anionové močoviny na bázi L-cystinu, D-cystinu, DL-cystinu, L-cysteinu, L-methioninu a L-sulfoalaninu a jejich párů gemini pomocí vodivosti, rovnovážného povrchového napětí a ustáleného stavu fluorescenční charakterizace. Bylo prokázáno, že hodnota cmc gemini byla nižší porovnáním monomeru a gemini.

Obr.6 Syntéza gemini AAS s použitím AA derivátů a distančního prvku, následně vložením hydrofobní skupiny

Obr.7 Syntéza gemini AAS pomocí bifunkčního distančního držáku a AAS

5.2.3 Syntéza glycerolipidové aminokyseliny/peptidových povrchově aktivních látek

Glycerolipidová aminokyselina/peptidové povrchově aktivní látky jsou novou třídou lipidových aminokyselin, které jsou strukturálními analogy glycerolmono- (nebo di-) esterů a fosfolipidů, vzhledem k jejich struktuře jednoho nebo dvou mastných řetězců s jednou aminokyselinou spojenou s glycerolovou páteří esterovou vazbou. Syntéza těchto povrchově aktivních látek začíná přípravou glycerolových esterů aminokyselin při zvýšených teplotách a za přítomnosti kyselého katalyzátoru (např. BF 3). Enzymkatalyzovaná syntéza (pomocí hydroláz, proteáz a lipáz jako katalyzátorů) je také dobrou volbou (obrázek 8).

Byla hlášena enzym katalyzovaná syntéza dilaurylovaných argininglyceridů konjugátů pomocí papainu. Byla rovněž hlášena syntéza konjugátů diacylglycerolesteru z acetylargininu a hodnocení jejich fyzikálně-chemických vlastností.

Obr.8 Syntéza konjugátů aminokyselin mono a diacylglycerol

vzdálenost: NH-(CH)₂)₁₀NH: složeníB1

vzdálenost: NH-C₆H₄NH: složení B2

vzdálenost: CH₂-CH₂sloučeninaB3

Obr.9 Syntéza symetrických amfifilů odvozených z tris(hydroxymethyl)aminomethanu

5.2.4 Syntéza aminokyselin/peptidových povrchově aktivních látek na bázi bola

Amfifily typu bola na bázi aminokyselin obsahují 2-aminokyseliny, které jsou spojeny se stejným hydrofobním řetězcem. Franceschi a další popsali syntézu bola-typu amfifilů s 2-aminokyselinami (D- nebo L-alanin nebo L-histidin) a 1-alkylovým řetězcem různých délek a zkoumali jejich povrchovou aktivitu. Diskutují syntézu a agregaci nových amfifilů bola typu s aminokyselinovou frakcí (buď s využitím neobvyklé β-aminokyseliny nebo alkoholu) a C12-C20 distanční skupiny. Méně časté β-aminokyseliny používané mohou být cukrová aminokyselina, aminokyselina odvozená z azidothyminu (AZT), aminokyselina norbornenová a aminoalkohol odvozený z AZT (obrázek 9). syntéza symetrických amfifilů typu bola odvozených z tris(hydroxymethyl)aminomethanu (Tris) (obrázek 9).

06 Fyzikálně chemické vlastnosti

Je dobře známo, že povrchově aktivní látky na bázi aminokyselin (AAS) jsou různorodé a univerzální povahy a mají dobrou použitelnost v mnoha aplikacích, jako je dobrá rozpustnost, dobré emulgační vlastnosti, vysoká účinnost, vysoká povrchová aktivita a dobrá odolnost vůči tvrdé vodě (tolerance iontů vápníku).

Na základě povrchově aktivních vlastností aminokyselin (např. povrchové napětí, cmc, fázové chování a Krafftova teplota) byly po rozsáhlých studiích dosaženy následujících závěrů, že povrchová aktivita AAS je lepší než jeho konvenční povrchově aktivní protějšek.

6.1 Kritická koncentrace micel (cmc)

Kritická koncentrace micel je jedním z důležitých parametrů povrchově aktivních látek a řídí mnoho povrchově aktivních vlastností, jako je rozpustnost, buněčná lýza a její interakce s biofilmy apod. Obecně platí, že zvýšení délky řetězce uhlovodíkového ocasu (zvýšení hydrofobicity) vede ke snížení cmc hodnoty povrchově aktivního roztoku, čímž se zvyšuje jeho povrchová aktivita. Surfaktanty na bázi aminokyselin mají obvykle nižší hodnoty cmc ve srovnání s konvenčními surfaktanty.

Prostřednictvím různých kombinací skupin hlavy a hydrofobních ocasů (monokationický amid, bikationický amid, bikationický amid ester) Infante a al. syntetizovali tři AAS na bázi argininu a studovali jejich cmc a γ cmc (povrchové napětí při cmc), což prokázalo, že hodnoty cmc a γ cmc klesaly s rostoucí hydrofobní délkou ocasu. V jiné studii Singare a Mhatre zjistili, že cmc N-α-acylargninových povrchově aktivních látek klesá se zvyšováním počtu hydrofobních atomů uhlíku (tabulka 1).

Yoshimura a další zkoumali cmc povrchově aktivních látek na bázi cysteinů aminokyselin a ukázali, že cmc klesá, když se délka uhlíkového řetězce v hydrofobním řetězci zvýšila z 10 na 12. Další zvýšení délky uhlíkového řetězce na 14 vedlo ke zvýšení cmc, což potvrdilo, že gemini povrchově aktivní látky s dlouhým řetězcem mají nižší tendenci agregovat.

Faustino et al. hlásil tvorbu smíšených micel ve vodných roztocích anionových geminičních povrchově aktivních látek na bázi cystinu. Gemini surfaktanty byly rovněž porovnány s odpovídajícími konvenčními monomerními surfaktanty (C 8 Cys). Hodnoty cmc směsí lipidů a povrchově aktivních látek byly hlášeny jako nižší než hodnoty čistých povrchově aktivních látek. Gemini surfaktanty a 1,2-diheptanoyl-sn-glyceryl-3-fosfocholin, ve vodě rozpustný, micely tvořící fosfolipid, měly cmc v milimolární hladině.

Shrestha a Aramaki zkoumali tvorbu viskoelastických micel podobných červům ve vodných roztocích anionově-noniontových povrchově aktivních látek na bázi aminokyselin za absence příměsících solí. V této studii bylo zjištěno, že N-dodecylglutamát má vyšší Krafftovu teplotu; Nicméně, když byl neutralizován základní aminokyselinou L-lysinem, generoval micely a roztok se začal chovat jako newtonská tekutina při 25°C.

6.2 Dobrá rozpustnost ve vodě

Dobrá rozpustnost AAS ve vodě je způsobena přítomností dodatečných CO-NH vazeb. Díky tomu je AAS biologicky rozložitelnější a šetrnější k životnímu prostředí než odpovídající konvenční povrchově aktivní látky. Vodní rozpustnost kyseliny N-acyl-L-glutamové je ještě lepší díky jejím 2-karboxylovým skupinám. Rozpustnost Cn(CA) 2 ve vodě je také dobrá, protože v 1-molekule jsou 2-iontové argininové skupiny, což vede k efektivnější adsorpci a difuzi na buněčném rozhraní a dokonce k účinné bakteriální inhibici při nižších koncentracích.

6.3 Krafftova teplota a Krafftova bod

Krafftovu teplotu lze chápat jako specifické chování rozpustnosti povrchově aktivních látek, jejichž rozpustnost prudce stoupá nad určitou teplotu. Ionické povrchově aktivní látky mají tendenci vytvářet pevné hydraty, které se mohou srážet z vody. Při určité teplotě (tzv. Krafftově teplotě) je obvykle pozorován dramatický a diskontinuální zvýšení rozpustnosti povrchově aktivních látek. Krafftova teplota iontového povrchově aktivního látku je jeho Krafftova teplota při cmc.

Tato charakteristika rozpustnosti je obvykle viděna u iontových povrchově aktivních látek a lze ji vysvětlit následujícím způsobem: rozpustnost monomeru bez povrchově aktivních látek je omezena pod Krafftovou teplotou až do dosažení Krafftova bodu, kde jeho rozpustnost postupně zvyšuje kvůli tvorbě micel. Pro zajištění úplné rozpustnosti je nutné připravit receptury povrchově aktivních látek při teplotách nad Krafftovým bodem.

Krafftova teplota AAS byla studována a porovnána s teplotou konvenčních syntetických povrchově aktivních látek.Shrestha a Aramaki studovali Krafftovu teplotu argininového AAS a zjistili, že kritická koncentrace micel vykazovala agregační chování ve promě předmicel nad 2-5×10-6 mol-L -1 následované normální tvorbou micel (Ohta et al. syntetizovali šest různých typů N-hexadekanoyl AAS a diskutovali o vztahu mezi jejich Krafftovou teplotou a zbytky aminokyselin.

V experimentech bylo zjištěno, že Krafftova teplota N-hexadekanoylu AAS rostla se snižující velikostí zbytků aminokyselin (výjimkou je fenylalanin), zatímco teplo rozpustnosti (příjem tepla) rostlo se snižující velikostí zbytků aminokyselin (s výjimkou glycinu a fenylalaninu). Bylo vyvozeno závěr, že v alaninových i fenylalaninových systémech je D-L interakce silnější než L-L interakce v pevné promě N-hexadekanoyl AAS soli.

Brito et al. stanovili Krafftovu teplotu tří řad nových povrchově aktivních látek na bázi aminokyselin pomocí diferenciální skenovací mikrokalorimetrie a zjistili, že změna trifluoroacetátu na jodidový iont vedla k významnému zvýšení Krafftovy teploty (asi 6 °C), od 47 °C do 53 °C. Přítomnost cis-dvojitých vazeb a nenasycení přítomné v dlouhém řetězci Ser-derivátech vedly k výraznému poklesu Krafftovy teploty. Bylo hlášeno, že n-Dodecylglutamát má vyšší Krafftovu teplotu. Neutralizace základní aminokyselinou L-lysinem však vedla k tvorbě micel v roztoku, který se choval jako newtonovy tekutiny při 25 °C.

6.4 Povrchové napětí

Povrchové napětí povrchově aktivních látek souvisí s délkou řetězu hydrofobní části. Zhang et al. stanovil povrchové napětí kokoyl glycinátu sodného Wilhelmy deskovou metodou (25±0,2)°C a stanovil hodnotu povrchového napětí při cmc jako 33 mN-m -1 a cmc jako 0,21 mmol-L -1. Yoshimura et al. určil povrchové napětí povrchových účinných látek na bázi aminokyselin 2C n Cys typu. Bylo zjištěno, že povrchové napětí při cmc klesá s rostoucí délkou řetězu (až do n,8), zatímco trend byl obrácen u povrchově aktivních látek s n,12 nebo delšími délkami řetězu.

Byl rovněž studován vliv CaC1 2 na povrchové napětí dikarboxylovaných povrchově aktivních látek na bázi aminokyselin. V těchto studiích byl CaC1 2 přidán do vodných roztoků tří dikarboxylovaných povrchově aktivních látek typu aminokyselin (C12 MalNa 2, C12 AspNa 2 a C12 GluNa 2). Byly porovnány hodnoty plošiny po cmc a bylo zjištěno, že povrchové napětí klesá při velmi nízkých koncentracích CaC1 2. To je způsobeno vlivem iontů vápníku na uspořádání povrchově aktivní látky na rozhraní plynu a vody. Na druhé straně bylo povrchové napětí solí N-dodecylaminomalonátu a N-dodecylaspartátu téměř konstantní až do koncentrace 10 mmol-L -1 CaC1 2. Nad 10 mmol-L -1 se povrchové napětí prudce zvyšuje v důsledku tvorby srážek vápenaté soli povrchově aktivní látky. U disodné soli N-dodecylglutamátu vedlo střední přidání CaC1 2 k významnému snížení povrchového napětí, zatímco pokračující zvýšení koncentrace CaC1 2 již nezpůsobilo významné změny.

Pro stanovení adsorpční kinetiky AAS typu gemini na rozhraní plyn-voda bylo stanoveno dynamické povrchové napětí metodou maximálního tlaku bubliny. Výsledky ukázaly, že po nejdelší zkušební dobu se dynamické povrchové napětí 2C 12 Cys nezměnilo. Snížení dynamického povrchového napětí závisí pouze na koncentraci, délce hydrofobních ocasů a počtu hydrofobních ocasů. Zvyšující se koncentrace povrchově aktivních látek, snižující se délka řetězců i počet řetězců vedly k rychlejšímu rozpadu. Výsledky získané pro vyšší koncentrace C n Cys (n,8 až 12) byly zjištěny velmi blízko γ cmc měřené Wilhelmyho metodou.

V další studii byla stanovena dynamická povrchová napětí dilaurylcystinu sodného (SDLC) a didekaminocystinu sodného Wilhelmyho deskovou metodou a navíc byla stanovena rovnovážná povrchová napětí jejich vodných roztoků metodou objemu kapky. Reakce disulfidových vazeb byla dále zkoumána i jinými metodami. Přidání mercaptoothanolu do roztoku 0,1 mmol-L -1SDLC vedlo k rychlému zvýšení povrchového napětí z 34 mN-m -1 na 53 mN-m -1. Vzhledem k tomu, že NaClO může oxidovat disulfidové vazby SDLC do skupin kyseliny sulfonové, nebyly pozorovány žádné agregáty při přidávání NaClO (5 mmol-L -1)-1 roztoku do 0,1 mmol-L -1 SDLC roztoku. Výsledky transmisní elektronové mikroskopie a dynamického rozptylu světla ukázaly, že v roztoku nebyly vytvořeny žádné agregáty. Bylo zjištěno, že povrchové napětí SDLC roste z 34 mN-m -1 na 60 mN-m -1 během období 20 min.

6.5 Binární interakce povrchu

V oblasti přírodních věd byly studovány vibrační vlastnosti směsí kationických AAS (diacylglycerol arginin based surfaktants) a fosfolipidů na rozhraní plynu a vody, a konečně dospěly k závěru, že tato neideální vlastnost způsobuje prevalenci elektrostatických interakcí.

6.6 Agregační vlastnosti

Dynamický rozptyl světla se běžně používá k určení agregačních vlastností monomerů na bázi aminokyselin a gemini povrchově aktivních látek v koncentracích nad cmc, což vytváří zdánlivý hydrodynamický průměr D H (= 2R H). Agregáty tvořené C n Cys a 2Cn Cys jsou relativně velké a mají široké rozložení ve srovnání s jinými povrchově aktivními látkami. Všechny povrchově aktivní látky kromě 2C 12 Cys obvykle tvoří agregáty asi 10 nm. Velikosti micel gemini povrchově aktivních látek jsou výrazně větší než velikosti jejich monomerních protějšků. Zvýšení délky uhlovodíkového řetězce také vede ke zvýšení velikosti micel. ohta et al. popsali agregační vlastnosti tří různých stereoizmerů N-dodecyl-fenyl-alanyl-alanin-tetramethylamonium ve vodném roztoku a ukázali, že diastereoisomery mají stejnou kritickou agregační koncentraci ve vodném roztoku. Tvorba chirálních agregátů kyseliny N-dodekanoyl-L-glutamové, N-dodekanoyl-L-valinu a jejich methylesterů v různých rozpouštědlech (např. tetrahydrofuran, acetonitril, 1,4-dioxan a 1,2-dichlorethan) s rotačními vlastnostmi byla zkoumána kruhovým dichroismem, NMR a osmometrie tlaku pary.

6.7 Mezifázová adsorpce

Mezifázová adsorpce povrchově aktivních látek na bázi aminokyselin a jejich srovnání s jejich konvenčním protějškem je také jedním ze směrů výzkumu. Například byly zkoumány mezifázové adsorpční vlastnosti dodecylesterů aromatických aminokyselin získaných z LET a LEP. Výsledky ukázaly, že LET a LEP vykazovaly nižší rozhraní na rozhraní plynu-kapaliny a na rozhraní voda/hexan.

Bordes et al. zkoumali chování roztoku a adsorpci na rozhraní plynu a vody tří dikarboxylovaných aminokyselinových povrchově aktivních látek, disodných solí dodecylglutamátu, dodecylaspartátu a aminomalonátu (s atomy 3, 2 a 1 uhlíku mezi oběma karboxylovými skupinami). Podle této zprávy byla cmc dikarboxylovaných povrchově aktivních látek 4-5-krát vyšší než cmc monokarboxylované dodecylglycinové soli. To je přičítáno tvorbou vodíkových vazeb mezi dikarboxylovanými povrchově aktivními látkami a sousedními molekulami prostřednictvím amidových skupin v nich.

6.8 Chování fáze

Isotropní diskontinuální kubické fáze jsou pozorovány u povrchově aktivních látek ve velmi vysokých koncentracích. Molekuly surfaktantu s velmi velkými skupinami hlavy mají tendenci tvořit agregáty menšího pozitivního zakřivení. marques et al. studovali fázové chování systémů 12Lys12/12Ser a 8Lys8/16Ser (viz obrázek 10) a výsledky ukázaly, že systém 12Lys12/12Ser má fázovou separační zónu mezi oblastí micelárního a vezikulárního roztoku, Systém 8Lys8/16Ser vykazuje kontinuální přechod (prodloužená micelární fázová oblast mezi oblastí malé micelární fáze a oblastí vezikulární fáze). Je třeba poznamenat, že pro oblast vezikul systému 12Lys12/12Ser, vezikuly vždy koexistují s micelami, zatímco oblast vezikul systému 8Lys8/16Ser má pouze vezikuly.

Katanionové směsi povrchově aktivních látek na bázi lysinu a serinu: symetrický pár 12Lys12/12Ser (vlevo) a asymetrický pár 8Lys8/16Ser (vpravo)

6.9 Emulgační schopnost

Kouchi et al. zkoumali emulgační schopnost, mezifázové napětí, disperzibilitu a viskozitu N-[3-dodecyl-2-hydroxypropyl]-L-argininu, L-glutamátu a dalších AAS. Ve srovnání se syntetickými povrchově aktivními látkami (jejich konvenčními noniontovými a amfoterními protějšky) výsledky ukázaly, že AAS mají silnější emulgační schopnost než konvenční povrchově aktivní látky.

Baczko et al. syntetizovali nové povrchově aktivní anionové aminokyseliny a zkoumali jejich vhodnost jako chirálně orientovaná NMR spektroskopická rozpouštědla. Řada sulfonátových amfifilních L-Phe nebo L-Ala derivátů s různými hydrofobními ocasy (pentyl~tetradecyl) byla syntetizována reakcí aminokyselin s o-sulfobenzovým anhydridem. Wu et al. syntetizované sodné soli N-mastného acylu AAS aVýsledky prokázaly, že tyto povrchově aktivní látky fungují lépe s ethylacetátem jako olejovou fází než s n-hexanem jako olejovou fází.

6.10 Pokroky v syntéze a výrobě

Odolnost proti tvrdé vodě lze chápat jako schopnost povrchově aktivních látek odolat přítomnosti iontů, jako je vápník a hořčík v tvrdé vodě, tj. schopnost vyhnout se srážení do vápníkových mýdel. Povrchově aktivní látky s vysokou odolností proti tvrdé vodě jsou velmi užitečné pro prací prostředky a výrobky osobní péče. Odolnost proti tvrdé vodě lze vyhodnotit výpočtem změny rozpustnosti a povrchové aktivity povrchově aktivní látky v přítomnosti iontů vápníku.

Dalším způsobem, jak vyhodnotit odolnost proti tvrdé vodě, je vypočítat procento nebo gramy povrchově aktivní látky potřebné pro rozptýlení vápenatého mýdla vytvořeného ze 100 g oleátu sodného ve vodě. V oblastech s vysokou tvrdou vodou mohou vysoké koncentrace iontů vápníku a hořčíku a obsah minerálů ztěžovat některé praktické aplikace. Často se iont sodný používá jako protiiont syntetické anionové povrchově aktivní látky. Vzhledem k tomu, že dvojvalentní iont vázán na obě molekuly povrchově aktivní látky, způsobuje, že se povrchově aktivní látka snadněji sráží z roztoku, což činí méně pravděpodobné detergence.

Studie odolnosti proti tvrdé vodě AAS ukázala, že odolnost proti kyselině a tvrdé vodě byla silně ovlivněna další karboxylovou skupinou a odolnost proti kyselině a tvrdé vodě se zvýšila délkou distanční skupiny mezi oběma karboxylovými skupinami. Pořadí odolnosti vůči kyselině a tvrdé vodě bylo C 12 glycinátC 12 aspartátC 12 glutamát. Při srovnání dikarboxylované amidové vazby a dikarboxylovaného aminoprofaktantu bylo zjištěno, že pH rozsah tohoto druhého byl širší a jeho povrchová aktivita se zvýšila přidáním přiměřeného množství kyseliny. Dikarboxylované N-alkylaminokyseliny vykazovaly chelatující účinek v přítomnosti iontů vápníku a C 12 aspartát tvořil bílý gel. c 12-glutamát vykazoval vysokou povrchovou aktivitu při vysoké koncentraci Ca 2+ a očekává se, že bude použit při odsolování mořské vody.

6.11 Rozptylovatelnost

Disperzibilita se vztahuje na schopnost povrchově aktivní látky zabránit koalescenci a sedimentaci povrchově aktivní látky v roztoku.Disperzibilita je důležitou vlastností povrchově aktivních látek, která je činí vhodnými pro použití v čisticích prostředcích, kosmetických a farmaceutických prostředcích.Disperzní činidlo musí obsahovat ester, ether, amid nebo aminovou vazbu mezi hydrofobní skupinou a terminální hydrofilní skupinou (nebo mezi hydrofobními skupinami přímého řetězce).

Obecně platí, že anionové povrchově aktivní látky, jako jsou alkanolamidosulfáty a amfoterické povrchově aktivní látky, jako amidosulfobetain, jsou obzvláště účinné jako disperzní látky pro vápenatá mýdla.

Mnohé výzkumné úsilí zjistilo disperzibilitu AAS, kde N-lauroyl lysin byl špatně kompatibilní s vodou a obtížně se používá pro kosmetické promulace.V této řadě mají N-acyl substituované základní aminokyseliny vynikající disperzibilitu a jsou používány v kosmetickém průmyslu ke zlepšení promulací.

07 Toxicita

Konvenční povrchově aktivní látky, zejména kationtové povrchově aktivní látky, jsou vysoce toxické pro vodní organismy. Jejich akutní toxicita je způsobena fenoménem adsorpce-iontové interakce povrchově aktivních látek na rozhraní buněk-voda. Snížení cmc povrchově aktivních látek obvykle vede k silnější mezifázové adsorpci povrchově aktivních látek, což obvykle vede k jejich zvýšené akutní toxicitě. Zvýšení délky hydrofobního řetězce povrchově aktivních látek také vede ke zvýšení akutní toxicity povrchově aktivních látek.Většina AAS je nízká nebo netoxická pro člověka a životní prostředí (zejména pro mořské organismy) a je vhodná pro použití jako složky potravin, farmaceutika a kosmetika.Mnoho výzkumníků prokázalo, že aminokyselinové povrchově aktivní látky jsou šetrné a nedráždí pokožku. Je známo, že povrchově aktivní látky na bázi argininu jsou méně toxické než jejich konvenční protějšky.

Brito et al. studovala fyzikálně-chemické a toxikologické vlastnosti amfifilů na bázi aminokyselin a jejich spontánní tvorby kationových vezikul [derivátů z tyrosinu (Tyr), hydroxyprolinu (Hyp), serinu (Ser) a lysinu (Lys)]. Syntetizovali kationtové vezikuly dodecyltrimethylamoniumbromidu (DTAB)/Lys-derivátů a/nebo Ser-/Lys-derivátů směsí a testovali jejich ekotoxicitu a hemolytický potenciál, což prokázalo, že všechny AAS a jejich směsi obsahující vezikuly byly méně toxické než konvenční povrchově aktivní látka DTAB.

Rosa et al. zkoumala vazbu (asociaci) DNA na stabilní kationové vezikuly na bázi aminokyselin. Na rozdíl od konvenčních kationových povrchově aktivních látek, které se často jeví jako toxické, interakce kationových aminokyselin povrchově aktivních látek se jeví jako netoxická. Kationový AAS je založen na argininu, který spontánně tvoří stabilní vezikuly v kombinaci s určitými anionovými povrchově aktivními látkami. Inhibitory koroze na bázi aminokyselin jsou rovněž hlášeny jako netoxické. Tyto povrchově aktivní látky jsou snadno syntetizovány s vysokou čistotou (až do 99%) nízké náklady, snadno biologicky rozložitelné a zcela rozpustné ve vodných médiích. Několik studií ukázalo, že aminokyselinové povrchově aktivní látky obsahující síru jsou lepší v inhibici koroze.

V nedávné studii uvedli Perinelli et al. uspokojivý toxikologický profil rhamnolipidů ve srovnání s konvenčními povrchově aktivními látkami. Rhamnolipidy jsou známy tím, že působí jako zvyšující propustnost. Také popsali vliv rhamnolipidů na epiteliální propustnost makromolekulárních léků.

08 Antimikrobiální aktivita

Antimikrobiální aktivitu povrchově aktivních látek lze hodnotit minimální inhibiční koncentrací. Byla podrobně studována antimikrobiální aktivita povrchově aktivních látek na bázi argininu. Bylo zjištěno, že gramnegativní bakterie jsou odolnější vůči povrchově aktivním látkám na bázi argininu než gramnegativní bakterie. Antimikrobiální aktivita povrchově aktivních látek je obvykle zvyšována přítomností hydroxylu, cyklopropanu nebo nenasycených vazeb uvnitř acylových řetězců. Castillo et al. prokázalo, že délka acylových řetězců a kladný náboj určují hodnotu HLB (hydrofilní lipofilní rovnováhu) molekuly, která ovlivňuje jejich schopnost narušit membrány. Nα-acylarginin methylester je další důležitou třídou kationtových povrchově aktivních látek se širokým spektrem antimikrobiální aktivity a je snadno biologicky rozložitelný a má nízkou nebo žádnou toxicitu. Studie interakce povrchově aktivních látek na bázi Nα-acylarginmethylesteru s 1,2-dipalmitoyl-sn-propyltrioxyl-3-fosproylcholinem a 1,2-ditetradekanoyl-sn-propyltrioxyl-3-fosproylcholinem, modelové membrány, a u živých organismů v přítomnosti nebo absenci vnějších bariér ukázaly, že tato třída povrchově aktivních látek má dobrou antimikrobiální účinnost Výsledky ukázaly, že povrchově aktivní látky mají dobrou antibakteriální aktivitu.

09 Reologické vlastnosti

Reologické vlastnosti povrchově aktivních látek hrají velmi důležitou roli při určování a predikci jejich aplikací v různých průmyslových odvětvích, včetně potravinářských, farmaceutických, extrakčních olejů, osobní péče a výrobků pro domácí péči. Bylo provedeno mnoho studií k diskusi vztahu mezi viskoelasticitou povrchově aktivních látek aminokyselin a cmc.

10 Aplikace v kosmetickém průmyslu

AAS se používají při promulaci mnoha produktů pro osobní péči.N-kokoyl glycinát draselný je šetrný k pokožce a používá se při čištění obličeje k odstranění kalu a make-upu. Kyselina n-Acyl-L-glutamová má dvě karboxylové skupiny, což ji činí rozpustnější ve vodě. Mezi těmito AAS, AAS na bázi C 12 mastných kyselin jsou široce používány při čištění obličeje k odstranění kalu a make-upu. AAS s řetězcem C 18 se používají jako emulgátory v přípravcích pro péči o pleť a N-Lauryl alanin soli je známo, že vytvářejí krémové pěny, které nedráždí pokožku, a proto lze použít při promulaci přípravků pro péči o děti. AAS na bázi N-Laurylu používané v zubní pastě mají dobrou detergenci podobnou mýdlu a silnou účinnost inhibující enzymy.

V posledních několika desetiletích se výběr povrchově aktivních látek pro kosmetiku, výrobky pro osobní péči a léčiva zaměřil na nízkou toxicitu, jemnost, šetrnost na dotek a bezpečnost. Spotřebitelé těchto výrobků jsou si dobře vědomi potenciálních podráždění, toxicity a faktorů životního prostředí.

Dnes se AAS používají k promulaci mnoha šamponů, barviv na vlasy a koupelnových mýdel kvůli mnoha výhodám oproti tradičním protějškům v kosmetice a výrobcích osobní péče.Povrchově aktivní látky na bázi proteinů mají žádoucí vlastnosti nezbytné pro výrobky osobní péče. Některé AAS mají schopnosti tvorby filmů, zatímco jiné mají dobré schopnosti pěnění.

Aminokyseliny jsou důležitými přirozeně se vyskytujícími hydratačními faktory ve stratum corneum. Když epidermální buňky zemřou, stávají se součástí stratum corneum a intracelulární proteiny jsou postupně degradovány na aminokyseliny. Tyto aminokyseliny jsou pak transportovány dále do stratum corneum, kde absorbují tuky nebo tukové látky do epidermální stratum corneum, čímž zlepšují pružnost povrchu kůže. Přibližně 50% přirozeného hydratačního faktoru v pokožce se skládá z aminokyselin a pyrrolidonu.

Kolagen, běžná kosmetická složka, také obsahuje aminokyseliny, které udržují pleť hebkou.Kožní problémy, jako je drsnost a matnost, jsou z velké části způsobeny nedostatkem aminokyselin. Jedna studie ukázala, že smíchání aminokyseliny s mastí zmírnilo popáleniny kůže a postižené oblasti se vrátily do normálního stavu, aniž by se staly keloidními jizvami.

Aminokyseliny jsou také velmi užitečné při péči o poškozené kůžičky.Suché, beztvarové vlasy mohou naznačovat snížení koncentrace aminokyselin v těžce poškozené stratum corneum. Aminokyseliny mají schopnost proniknout kůžičkou do vlasového hřídele a absorbovat vlhkost z pokožky.Tato schopnost povrchově aktivních látek na bázi aminokyselin je velmi užitečná v šamponech, barvivech na vlasy, změkčovačích vlasů, kondicionérech vlasů a přítomnost aminokyselin dělá vlasy silné.

11 Aplikace v každodenní kosmetice

V současné době roste poptávka po čisticích prostředcích na bázi aminokyselin po celém světě.AAS jsou známé tím, že mají lepší čisticí schopnost, pěnovou schopnost a změkčovací vlastnosti tkaniny, což je činí vhodné pro domácí čisticí prostředky, šampony, mycí prostředky a další aplikace.Amphoterický AAS získaný z kyseliny asparagové je hlášen jako vysoce účinný čisticí prostředek s chelatátorskými vlastnostmi. Bylo zjištěno, že použití složek čisticích prostředků sestávajících z N-alkyl-β-aminoethoxykyselin snižuje podráždění kůže. Bylo hlášeno, že kapalný čisticí prostředek sestávající z N-kokoyl-β-aminopropionátu je účinným čisticím prostředkem na olejové skvrny na kovových povrchách. Bylo také prokázáno, že povrchově aktivní látka kyseliny aminokarboxylové, C 14 CHOHCH 2 NHCH 2 COONa, má lepší čisticí prostředek a používá se k čištění textilií, koberců, vlasů, skla atd. Derivat kyseliny 2-hydroxy-3-aminopropionové-N,N-octové je známý, že má dobrou komplexní schopnost, a tím poskytuje stabilitu bělicím prostředkům.

Přípravu pracích prostředků na bázi N-(N'-dlouhého acyl-β-alanyl)-β-alaninu oznámili Keigo a Tatsuya ve svém patentu pro lepší mycí schopnost a stabilitu, snadné rozbití pěny a dobré změkčení tkaniny. Kao vyvinula promulaci čisticího prostředku na bázi N-Acyl-1 -N-hydroxy-β-alaninu a hlásila nízké podráždění kůže, vysokou odolnost proti vodě a vysoký výkon odstraňování skvrn.

Japonská společnost Ajinomoto používá jako hlavní složky šamponů, detergentů a kosmetiky nízkotoxické a snadno rozložitelné AAS na bázi kyseliny L-glutamové, L-argininu a L-lysinu (obrázek 13). Byla rovněž hlášena schopnost enzymových přísad v čisticích prostředcích odstranit znečištění proteinů. N-acyl AAS odvozený z kyseliny glutamové, alaninu, methylglycinu, serinu a kyseliny asparagové byl hlášen pro jejich použití jako vynikající kapalné detergenty ve vodných roztocích. Tyto povrchově aktivní látky vůbec nezvyšují viskozitu ani při velmi nízkých teplotách a mohou být snadno přenášeny ze skladovací nádoby pěnového zařízení k získání homogenních pěn.