Гидротроп представляет собой соединение , которое растворяет гидрофобные соединения в водных растворах с помощью других средств , чем мицеллярная солюбилизация . Обычно гидротропы состоят из гидрофильной части и гидрофобной части (аналогично поверхностно-активным веществам ), но гидрофобная часть обычно слишком мала, чтобы вызвать спонтанную самоагрегацию. Гидротропы не имеют критической концентрации, выше которой самопроизвольно начинает происходить самоагрегация (как было обнаружено для мицелл и пузырьков).-образующие поверхностно-активные вещества, которые имеют критическую концентрацию мицелл (cmc) и критическую концентрацию везикул (cvc)). Вместо этого некоторые гидротропы агрегируют в ступенчатом процессе самоагрегирования, постепенно увеличивая размер агрегации. Однако многие гидротропы, кажется, вообще не самоагрегируются, если не был добавлен солюбилизат. Примеры гидротропов включают мочевину , тозилат , аденозинтрифосфат (АТФ), куменсульфонат и ксилолсульфонат .
Термин гидротропия был первоначально предложен Карлом Нойбергом [1] для описания увеличения растворимости растворенного вещества за счет добавления довольно высоких концентраций солей щелочных металлов различных органических кислот. Однако этот термин использовался в литературе для обозначения немицеллообразующих веществ, жидких или твердых, способных растворять нерастворимые соединения.
Химическая структура обычных гидротропных солей Нойберга (прототип, бензоат натрия ) обычно состоит из двух основных частей: анионной группы и гидрофобного ароматического кольца или кольцевой системы. Анионная группа участвует в обеспечении высокой растворимости в воде, что является предпосылкой для гидротропного вещества. Тип аниона или иона металла оказал незначительное влияние на это явление. [1] С другой стороны, планарность гидрофобной части была подчеркнута как важный фактор в механизме гидротропной солюбилизации [2] [3]
Для образования гидротропа ароматический углеводородный растворитель сульфируется, образуя ароматическую сульфоновую кислоту . Затем он нейтрализуется основанием . [4]
Добавки могут увеличивать или уменьшать растворимость растворенного вещества в данном растворителе. Эти соли, которые увеличивают растворимость, называют «солью в» растворенном веществе, а те соли, которые уменьшают растворимость, «выделяют» растворенное вещество. Эффект добавки во многом зависит от ее влияния на структуру воды или ее способность конкурировать с молекулами воды-растворителя. [5] Удобное количественное определение влияния добавки растворенного вещества на растворимость другого растворенного вещества может быть получено с помощью уравнения Сетчетоу: [6]
- ,
где
- S 0 - растворимость в отсутствие добавки
- S - растворимость в присутствии добавки
- C a - концентрация добавки
- K - коэффициент посоления, который является мерой чувствительности коэффициента активности растворенного вещества к соли.
Приложения
Гидротропы используются в промышленных и коммерческих целях в составах продуктов для чистки и личной гигиены, что позволяет создавать более концентрированные составы поверхностно-активных веществ. Ежегодно в США производится (т.е. производится и импортируется) около 29 000 метрических тонн. [4] Годовое производство (плюс импорт) в Европе и Австралии составляет приблизительно 17 000 и 1100 метрических тонн соответственно. [7] [8]
Обычные продукты, содержащие гидротропы, включают моющие средства для стирки, чистящие средства для поверхностей, средства для мытья посуды, жидкое мыло, шампуни и кондиционеры. [4] Это связующие агенты, используемые в концентрациях от 0,1 до 15% для стабилизации формулы, изменения вязкости и температуры помутнения, уменьшения разделения фаз при низких температурах и ограничения пенообразования. [8]
Химическая | CAS № |
---|---|
Толуолсульфоновая кислота, натриевая соль | 12068-03-0 |
Толуолсульфоновая кислота, калиевая соль | 16106-44-8 30526-22-8 |
Ксилолсульфоновая кислота, натриевая соль | 1300-72-7 827-21-4 |
Ксилолсульфоновая кислота, аммониевая соль | 26447-10-9 |
Ксилолсульфоновая кислота, калиевая соль | 30346-73-7 |
Ксилолсульфоновая кислота, кальциевая соль | 28088-63-3 |
Кумолсульфоновая кислота, натриевая соль | 28348-53-0 32073-22-6 |
Кумолсульфоновая кислота, аммониевая соль | 37475-88-0 |
Было показано, что аденозинтрифосфат (АТФ) является гидротропом, способным предотвращать агрегацию белков при нормальных физиологических концентрациях и примерно на порядок более эффективным, чем ксилолсульфонат натрия в классическом гидротропном анализе. [9] Было показано, что гидротропная активность АТФ не зависит от его активности как «энергетической валюты» в клетках. [9] Недавно было показано, что функция АТФ как биологический гидротоп распространяется на весь протеом в условиях, близких к нативным. [10]
Экологические соображения
Гидротропы обладают низким потенциалом биоаккумуляции , так как коэффициент распределения октанол-вода <1,0. [4] Исследования показали, что гидротопы очень малолетучие, с давлением пара <2,0x10-5 Па. [4] Они аэробно биоразлагаемы. Удаление активного ила в процессе вторичной очистки сточных вод составляет> 94%. [8] Исследования острой токсичности на рыбе показывают, что ЛК50 активного ингредиента> 400 мг (а.и.) / л. Для дафний ЕС50 составляет> 318 мг действующего вещества / л. Наиболее чувствительными видами являются зеленые водоросли со значениями EC50 в диапазоне 230–236 мг действующего вещества / л и концентрацией без наблюдаемого эффекта (NOEC) в диапазоне 31–75 мг действующего вещества / л. [8] Расчетная концентрация без воздействия в водной среде (PNEC) составила 0,23 мг действующего вещества / л. [7] Отношение прогнозируемой концентрации в окружающей среде (PEC) / PNEC было определено как <1, и поэтому было установлено, что гидротропы в бытовых стиральных и чистящих средствах не представляют опасности для окружающей среды. [4] [7]
Здоровье человека
Суммарное воздействие на потребителей (прямой и косвенный контакт с кожей, прием внутрь и вдыхание) оценивается в 1,42 мкг / кг массы тела / день. [7] Ксилолсульфонат кальция и кумолсульфонат натрия вызывают временное легкое раздражение глаз у животных. [8] Исследования не показали, что гидротропы обладают мутагенным, канцерогенным или репродуктивным действием. [8]
Рекомендации
- ^ а б Нойберг, С (1916). Biochem. Z . 76 : 107. Отсутствует или пусто
|title=
( справка ) - ^ Евстигнеев, депутат; Евстигнеев, ВП; Эрнандес Сантьяго, AA; Дэвис, Дэвид Б. (2006). «Влияние смеси кофеина и никотинамида на растворимость витамина (B 2 ) в водном растворе» (PDF) . Европейский журнал фармацевтических наук . 28 (1–2): 59–66. DOI : 10.1016 / j.ejps.2005.12.010 . PMID 16483751 .
- ^ Suzuki, H .; Сунада, Х. (1998). «Механистические исследования гидротропной солюбилизации нифедипина в растворе никотинамида» . Химико-фармацевтический бюллетень . 46 (1): 125–130. DOI : 10,1248 / cpb.46.125 . PMID 9468644 .
- ^ Б с д е е г Стэнтон, Кэтлин; Каритас Тибазарва; Ханс Черта; Уильям Греггс; Донна Хиллеболд; Лела Йованович; Дэниел Уолтеринг; Ричард Седлак (2010). «Оценка экологического риска гидротропов в США, Европе и Австралии». Комплексная экологическая оценка и менеджмент . 6 (1): 155–163. DOI : 10.1897 / IEAM_2009-019.1 . PMID 19558203 .
- ^ Да Силва, RC; Spitzer, M .; Да Силва, LHM; Ло, В. (1999). «Исследования механизма увеличения растворимости в воде под действием некоторых гидротропов». Thermochimica Acta . 328 (1–2): 161–167. DOI : 10.1016 / s0040-6031 (98) 00637-6 .
- ^ Singhai, A., 1992. Исследования по солюбилизации, составлению и оценке некоторых лекарств, Фарм. Sci. Доктор Х. С. Гаур вишвавидхьялая., Сагар, 10.
- ^ а б в г д Оценка рисков для человека и окружающей среды в отношении ингредиентов бытовых чистящих средств (HERA) (2005). «Гидротропы» (PDF) . Оценка рисков .
- ^ а б в г д е Консорциум гидротропов (2005 г.). «Отчет о первоначальной оценке SIDS для гидротропов SIAM 21» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 2 апреля 2013 года.
- ^ а б в Патель, Авинаш; Малиновская, Лилиана; Саха, Шамбадитья; Ван, Цзе; Альберти, Саймон; Кришнан, Ямуна; Хайман, Энтони А. (2017). «АТФ как биологический гидротроп». Наука . 356 (6339): 753–756. Bibcode : 2017Sci ... 356..753P . DOI : 10.1126 / science.aaf6846 . ISSN 0036-8075 . PMID 28522535 .
- ^ Савицкий, Михаил М .; Банчефф, Маркус; Хубер, Вольфганг; Доминик Хелм; Гюнтнер, Ина; Вернер, Тило; Курзава, Нильс; Шридхаран, Синдхуджа (11.03.2019). «Профили растворимости и термостабильности протеома выявляют различные регуляторные роли АТФ» . Nature Communications . 10 (1): 1155. Bibcode : 2019NatCo..10.1155S . DOI : 10.1038 / s41467-019-09107-у . ISSN 2041-1723 . PMC 6411743 . PMID 30858367 .