Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен с четвертичного аммония )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Катион четвертичного аммония. Группы R могут быть одинаковыми или разными алкильными или арильными группами. Также могут быть соединены группы R.

Катионы четвертичного аммония , также известные как четвертичные , представляют собой положительно заряженные многоатомные ионы структуры NR.+
4, R представляет собой алкильную группу или арильную группу. [1] В отличие от иона аммония ( NH+
4) И первичные, вторичные, третичные или аммониевые катионы , как четвертичные аммониевые катионы постоянно заряжены, независимо от рНа их раствора. Соли четвертичного аммония или соединения четвертичного аммония (называемые четвертичными аминами на нефтяном языке) являются солями катионов четвертичного аммония. Поликваты представляют собой множество форм сконструированных полимеров, которые содержат множество молекул четвертичного соединения в более крупной молекуле.

Вид «сверху» одного вида Bu 4 N +, определенный с помощью рентгеновской кристаллографии . [2]
"Боковой" вид Bu 4 N +, определенный с помощью рентгеновской кристаллографии. [2]

Синтез [ править ]

Четвертичные аммониевые соединения получают путем алкилирования из третичных аминов с галокарбона . [3] В более ранней литературе это часто называют реакцией Меншуткина , однако современные химики обычно называют это просто кватернизацией . [4] Реакция может быть использована для получения соединения с разными длинами алкильных цепей; например, при изготовлении катионных поверхностно-активных веществ одна из алкильных групп амина обычно длиннее, чем другие. [5] Типичный синтез хлорида бензалкония из длинноцепочечного алкилдиметиламина и бензилхлорида :

CH 3 (CH 2 ) n N (CH 3 ) 2 + ClCH 2 C 6 H 5 → [CH 3 (CH 2 ) n N (CH 3 ) 2 CH 2 C 6 H 5 ] + Cl -

Реакции [ править ]

Катионы четвертичного аммония не реагируют даже с сильными электрофилами , окислителями и кислотами . Они также стабильны по отношению к большинству нуклеофилов . Последний свидетельствуют об устойчивости гидроксида солей , таких как гидроксид тетраметиламмонии и гидроксид тетрабутиламмонии даже при повышенных температурах. Период полураспада Me 4 NOH в 6 М NaOH при 160 ° C составляет> 61 час. [6]

Из-за их упругости многие необычные анионы были выделены в виде солей четвертичного аммония. Примеры включают пентафтороксенат тетраметиламмония , содержащий высокореакционный пентафтороксенат ( XeF-
5) ион. Перманганат может быть солюбилизирован в органических растворителях , если используется в качестве его N Bu.+
4соль. [7] [8]

При исключительно сильных основаниях четвертичные катионы разлагаются. Они проходят Sommelet-Hauser перегруппировки [9] и Stevens перегруппировку , [10] , а также деалкилирование в жестких условиях или в присутствии сильных нуклеофилов, как тиоляты. Катионы четвертичного аммония, содержащие звенья N – C – C – H, также могут подвергаться элиминированию по Гофману и разрушению по Эмде .

Бензалкония хлорид - это обычный тип четвертичной соли, используемый в качестве биоцида , катионного поверхностно-активного вещества и агента фазового переноса . [11] ADBAC представляют собой смесь хлоридов алкилбензилдиметиламмония, в которых алкильная группа имеет различные длины четных алкильных цепей.

Приложения [ править ]

Соли четвертичного аммония используются в качестве дезинфицирующих средств , поверхностно-активных веществ , смягчителей тканей и в качестве антистатических агентов (например, в шампунях ). В жидких кондиционерах для белья часто используются хлоридные соли. В сушильных полосах для защиты от наледи часто используются сульфатные соли. Старые алюминиевые электролитические конденсаторы и спермицидные желе также содержат соли четвертичного аммония.

В качестве противомикробных препаратов [ править ]

Было также показано, что соединения четвертичного аммония обладают антимикробной активностью. [12] Некоторые соединения четвертичного аммония, особенно те, которые содержат длинные алкильные цепи, используются в качестве противомикробных и дезинфицирующих средств . Примерами являются хлорид бензалкония , хлорид бензетония , метилбензэтонийхлорида, хлорид cetalkonium , хлорид цетилпиридиния , цетримониум , Цетримид , хлорид dofanium, бромид тетраэтиламмония , дидецилдиметиламония хлорид и бромид домифена. Также хорош против грибков , амеб.и вирусов в оболочке , [13] четвертичные аммониевые соединения, как полагают, действуют, разрушая клеточную мембрану или вирусную оболочку . [14] Четвертичные аммониевые соединения смертельны для широкого круга организмов, за исключением эндоспор , Mycobacterium tuberculosis и вирусов без оболочки .

Соединения четвертичного аммония являются катионными детергентами , а также дезинфицирующими средствами и как таковые могут использоваться для удаления органических материалов. Они очень эффективны в сочетании с фенолами . Соединения четвертичного аммония дезактивируются анионными детергентами (включая обычное мыло). Кроме того, они лучше всего работают в мягкой воде . [ необходима цитата ] Эффективные уровни составляют 200 частей на миллион. Они эффективны при температурах до 100 ° C (212 ° F).

Соли четвертичного аммония обычно используются в пищевой промышленности в качестве дезинфицирующих средств.

Катализаторы фазового переноса [ править ]

В органической химии соли четвертичного аммония используются в качестве катализаторов межфазного переноса (ПТК). Такие катализаторы ускоряют реакции между реагентами, растворенными в несмешивающихся растворителях. Высокореакционный реагент дихлоркарбен образуется с помощью PTC в результате реакции хлороформа и водного гидроксида натрия .

Анионообменные смолы в форме шариков содержат ионы четвертичного аммония, связанные с полимером.

Кондиционеры для белья и кондиционеры для волос [ править ]

В 1950-х годах в качестве смягчителя тканей был представлен хлорид дистеарилдиметиламмония (DHTDMAC) . Это соединение было прекращено, потому что катион разлагается слишком медленно. Современные смягчители тканей основаны на солях катионов четвертичного аммония, где жирная кислота связана с четвертичным центром через сложноэфирные связи; их обычно называют бетаиновыми эфирами или четвертичными сложными эфирами, и они подвержены разложению, например, путем гидролиза . [15] Как правило, катионы содержат одну или две длинные алкильные цепи, полученные из жирных кислот, связанных с солью этоксилированного аммония. [16] Другие катионные соединения могут быть производнымиимидазолия , гуанидиния , замещенных аминовых солей или четвертичных алкоксиаммониевых солей. [17]

  • Катионные поверхностно-активные вещества, используемые в качестве смягчителей тканей

  • Дистеарилдиметиламмоний хлорид , смягчитель тканей раннего поколения с низкой биоразлагаемостью, который был прекращен.

  • Еще один диэстеркват, современный кондиционер для белья.

  • Диэтиловый эфир диметиламмония хлорид, используемый в качестве смягчителя ткани.

  • Другой диэстеркват используется в качестве смягчителя ткани.

Антистатические свойства, которые делают соли четвертичного аммония полезными в качестве смягчителей ткани, также делают их полезными в кондиционерах для волос и шампунях . [18] Идея была изобретена компанией Henkel в 1984 году. [19] Примеры включают хлорид цетримониума и бегентримониум хлорид . [20]

Замедлители роста растений [ править ]

Цикоцел (хлормекват хлорид) снижает высоту растений, подавляя выработку гиббереллинов , основных гормонов растений, ответственных за удлинение клеток. Следовательно, их воздействие в первую очередь на ткани стебля, черешка и цветоноса. Меньший эффект наблюдается в уменьшении разрастания листьев, в результате чего листья становятся толще и имеют темно-зеленый цвет. [21]

Естественное явление [ править ]

Глицин бетаин , содержащийся в осмолитах , стабилизирует осмотическое давление в клетках. [22]

Глицин бетаин - это встречающийся в природе катион четвертичного аммония. Продукт его распада, триметиламин , отвечает за запах испорченной рыбы.
Холин представляет собой четвертичное соединение.

Холин является предшественником нейромедиатора ацетилхолина . Холин также входит в состав лецитина , который присутствует во многих органах растений и животных. [23] Он содержится в фосфолипидах . Например, фосфатидилхолины , основной компонент биологических мембран , являются членом лецитиновой группы жирных веществ в тканях животных и растений. [24]

Карнитин участвует в бета-окислении жирных кислот.

1-олеоил-2-пальмитоил-фосфатидилхолин

Воздействие на здоровье [ править ]

Соединения четвертичного аммония могут оказывать целый ряд последствий для здоровья, в том числе от легкого раздражения кожи и дыхательных путей [25] до тяжелых ожогов едким веществом на коже и стенке желудочно-кишечного тракта (в зависимости от концентрации), желудочно-кишечные симптомы (например, тошнота и рвота), кома , судороги, гипотония и смерть. [26]

Считается, что они представляют собой химическую группу, ответственную за анафилактические реакции , возникающие при использовании нервно-мышечных блокирующих препаратов во время общей анестезии в хирургии . [27] Quaternium-15 является единственной наиболее часто встречающейся причиной аллергического контактного дерматита рук (16,5% в 959 случаях) [28]

Возможные репродуктивные эффекты у лабораторных животных [ править ]

Дезинфицирующие средства на основе четвертичного аммония (Virex и Quatricide) были предварительно определены как наиболее вероятная причина скачков врожденных дефектов и проблем с фертильностью у лабораторных мышей, содержащихся в клетках. Четвертичные ингредиенты в дезинфицирующих средствах включают хлорид алкилдиметилбензиламмония (ADBAC) и хлорид дидецилдиметиламмония (DDAC). [29] [30] Подобная связь была предварительно выявлена ​​у медсестер. [31] Исследования противоречат более ранним токсикологическим данным, рассмотренным Агентством по охране окружающей среды США (US EPA) и Комиссией ЕС. [32]

Количественная оценка [ править ]

Количественное определение соединений четвертичного аммония в образцах окружающей среды и биологических проб проблематично с использованием обычных методов хроматографии, поскольку соединения хорошо растворимы в воде. При их анализе с помощью тандемной масс-спектрометрии с жидкостной хроматографией было обнаружено, что они следуют правилу исключения. В стандартных условиях ионизации электрораспылением (ESI) соединения моно- и д четвертичного аммония образуют молекулярные ионы с формулойм q/z q скорее, чем m + z/z. [ требуется разъяснение ] Формированием q/2наблюдается для соединений четвертичного аммония (таких как дикват ) в качестве иона-предшественника им q/1как продукт-ион из-за потери одного из четверных зарядов во время CID. В соединениях четвертичного аммония этот процесс также может приводить к образованию ионов-фрагментов с большей массой по сравнению с их ионом-предшественником. Сообщалось, что жидкостное хроматографическое разделение с гидрофильным взаимодействием продемонстрировало успешное разделение соединений четвертичного аммония для их количественного определения в ESI-MS / MS с более высокой точностью. [33]

См. Также [ править ]

  • Иминиум
  • Аммоний

Ссылки [ править ]

  1. ^ ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) « Соединения четвертичного аммония ». DOI : 10,1351 / goldbook.Q05003
  2. ^ a b Керн, Аксель; Нэтер, Кристиан; Студт, Феликс; Тучек, Феликс (2004). «Применение универсального силового поля к смешанным кластерам Fe / Mo-S / Se с кубаном и гетерокубаном. 1. Замещение серы на селен в ряду [Fe4X4 (YCH3) 4] 2-; X = S / Se и y = S / Se † ". Неорганическая химия . 43 (16): 5003–5010. DOI : 10.1021 / ic030347d . PMID  15285677 .
  3. ^ Brasen, WR; Хаузер, CR (1954). «о-Метилбензиловый спирт». Органический синтез . 34 : 58. DOI : 10,15227 / orgsyn.034.0058 .
  4. ^ Смит, Майкл Б .; Марч, Джерри (2001), Расширенная органическая химия: реакции, механизмы и структура (5-е изд.), Нью-Йорк, Нью-Йорк: Wiley-Interscience, ISBN 0-471-58589-0
  5. ^ Косвиг, К. «Поверхностно-активные вещества». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. DOI : 10.1002 / 14356007.a25_747 .
  6. ^ Марино, MG; Кройер, К.Д. (2015). «Щелочная стабильность четвертичных катионов аммония для мембран щелочных топливных элементов и ионных жидкостей». ChemSusChem . 8 (3): 513–523. DOI : 10.1002 / cssc.201403022 . PMID 25431246 . 
  7. ^ Herriott, Arthur W. (1977). «Пурпурный бензол: солюбилизация анионов в органических растворителях». Журнал химического образования . 54 (4): 229. Bibcode : 1977JChEd..54Q.229H . DOI : 10.1021 / ed054p229.1 .
  8. ^ Доэни, Энтони Дж., Младший; Ганем, Брюс (1980). «Возвращение к пурпурному бензолу». Журнал химического образования . 57 (4): 308. Bibcode : 1980JChEd..57..308D . DOI : 10.1021 / ed057p308.1 .
  9. ^ Brasen, WR; Хаузер, CR (1963). «2-Метилбензилдиметиламин» . Органический синтез .; Сборник , 4 , с. 585
  10. ^ Сосна, Стэнли Х. (2011). "Перегруппировки четвертичных аммониевых солей, стимулированные основанием". Органические реакции . С. 403–464. DOI : 10.1002 / 0471264180.or018.04 . ISBN 978-0471264187.
  11. ^ Лакнер, Максимилиан; Гуггенбихлер, Йозеф Петер (2013). «Антимикробные поверхности». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . С. 1–13. DOI : 10.1002 / 14356007.q03_q01 . ISBN 9783527306732.
  12. ^ Цзя, Чжишен; Шен, Дунфэн; Сюй, Вэйлян (2001). «Синтез и антибактериальная активность четвертичной аммониевой соли хитозана». Исследование углеводов . 333 (1): 1–6. DOI : 10.1016 / S0008-6215 (01) 00112-4 . PMID 11423105 . 
  13. ^ Абедон, Стивен Т. «Специфические противомикробные препараты» . Государственный университет Огайо. Архивировано из оригинала на 2008-10-15 . Проверено 14 февраля 2020 .
  14. ^ Кокко, Александра; Веллингтон Луис де Оливейра да Роса; Адриана Фернандес да Силва; Рафаэль Герра Лунд; Эвандро Пива (2015). «Систематический обзор антибактериальных мономеров, используемых в стоматологических адгезивных системах, текущего состояния и дальнейших перспектив». Журнал стоматологических материалов . 31 : 1345–1362. DOI : 10.1016 / j.dental.2015.08.155 .
  15. ^ Хеллберг, Пер-Эрик; Бергстрём, Карин; Холмберг, Кристер (январь 2000 г.). «Расщепляемые поверхностно-активные вещества». Журнал ПАВ и детергентов . 3 (1): 81–91. DOI : 10.1007 / s11743-000-0118-Z .
  16. ^ "Информация для потребителей Henkel" . Henkelconsumerinfo.com. Архивировано из оригинала на 2019-10-18 . Проверено 4 июня 2009 .
  17. ^ Смолдерс, E .; Сун, Э. "Моющие средства для стирки, 2. Ингредиенты и продукты". Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. DOI : 10.1002 / 14356007.o15_013 .
  18. ^ Запись в базе данных товаров для дома NLM
  19. ^ "Кондиционеры для волос на основе четвертичного аммония US4744977" . Патенты Google . 14 ноября 1985 г.
  20. ^ Что такое цетримония хлорид? Архивировано 4 марта 2012 года в Wayback Machine на сайте naturalcurly.com.
  21. ^ "Архивная копия" . Архивировано из оригинального 25 сентября 2011 года . Проверено 19 июля 2012 года .CS1 maint: archived copy as title (link) Вагенингенский сельскохозяйственный университет, Нидерланды
  22. ^ Слейтор, Рой Д .; Воутерс, Джерун; Гахан, Кормак GM; Аби, Тьякко; Хилл, Колин (2001). «Анализ роли OpuC, транспортной системы осмолита, в устойчивости к солям и потенциал вирулентности Listeria monocytogenes» . Прикладная и экологическая микробиология . 67 (6): 2692–2698. DOI : 10,1128 / AEM.67.6.2692-2698.2001 . PMC 92926 . PMID 11375182 .  
  23. ^ Zeisel, SH ; да Коста, штат Калифорния (ноябрь 2009 г.). «Холин: важное питательное вещество для здоровья населения» . Обзоры питания . 67 (11): 615–23. DOI : 10.1111 / j.1753-4887.2009.00246.x . PMC 2782876 . PMID 19906248 .  
  24. ^ Jackowski, Сюзанна; Кронан младший, Джон Э .; Рок, Чарльз О. (1991). «Глава 2: Липидный обмен у прокариот» . В Вэнсе, Деннис Э .; Вэнс, Дж. (Ред.). Биохимия липидов, липопротеинов и мембран . Эльзевир. С.  80–81 . ISBN 0-444-89321-0.
  25. ^ Белло, Анила; Куинн, Маргарет М .; Перри, Мелисса Дж .; Милтон, Дональд К. (2009). «Характеристика профессионального воздействия чистящих средств, используемых для общих задач по уборке - пилотное исследование больничных уборщиков» . Здоровье окружающей среды . 8 : 11. DOI : 10,1186 / 1476-069X-8-11 . PMC 2678109 . PMID 19327131 .  
  26. ^ Четвертичный аммоний (PIM G022)
  27. ^ Харпер, Нью-Джерси; и другие. (2009). «Подозрение на анафилактические реакции, связанные с анестезией» . Анестезия . 64 (2): 199–211. DOI : 10.1111 / j.1365-2044.2008.05733.x . PMC 3082210 . PMID 19143700 .  
  28. ^ Уоршоу, EM; и другие. (2007). "Контактный дерматит рук: перекрестный анализ данных Североамериканской группы контактного дерматита, 1994-2004 гг.". Журнал Американской академии дерматологии . 57 (2): 301–314. DOI : 10.1016 / j.jaad.2007.04.016 . PMID 17553593 . 
  29. Перейти ↑ Hunt, P (июнь 2008 г.). «Лабораторное дезинфицирующее средство вредит фертильности мышей. Интервью Патрисии Хант с Бренданом Махером» . Природа . 453 (7198): 964. DOI : 10.1038 / 453964a . PMID 18563110 . 
  30. ^ Мелин В.Е., Potineni H, P, Hunt Griswold J, Siems B, Werre SR, Hrubec TC (2014). «Воздействие обычных дезинфицирующих средств на основе четвертичного аммония снижает фертильность мышей» . Репродуктивная токсикология . 50 : 163–70. DOI : 10.1016 / j.reprotox.2014.07.071 . PMC 4260154 . PMID 25483128 .  
  31. ^ Гаскинс, Одри (2017). «Профессиональное использование дезинфицирующих средств высокого уровня и плодовитость среди медсестер» . Scand J Work Environ Health . 43 (2): 171–180. DOI : 10.5271 / sjweh.3623 . PMC 5840865 . PMID 28125764 .  
  32. ^ Управление по профилактике, пестицидам и токсичным веществам, Агентство по охране окружающей среды США (август 2006 г.). «Решение о праве на перерегистрацию для алифатических алкилчетвертичных соединений (DDAC)». Epa739-R-06-008 .CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  33. ^ Велпандиана, Тирумурти; Нирмала, Джаябалан; Арораа, красота; Равиа, Алок Кумар; Котналаа, Анкита (октябрь 2012 г.). «Понимание проблем заряда в моно- и двухчетвертичных соединениях аммония для их определения с помощью LC / ESI-MS / MS». Аналитические письма . 45 (16): 2367–2376. DOI : 10.1080 / 00032719.2012.693140 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Токсичность четвертичного аммония
  • Чжан, Чанг; Цуй, Фанг; Цзэн, Гуан-мин; Цзян, Мин; Ян, Чжун-чжу; Ю, Чжи-ганг; Чжу, Мэн-ин; Шэнь, Лю-цин (15 июня 2015 г.). «Четвертичные аммониевые соединения (ЧАС): обзор возникновения, судьбы и токсичности в окружающей среде». Наука об окружающей среде в целом . 518–519: 352–362. Bibcode : 2015ScTEn.518..352Z . DOI : 10.1016 / j.scitotenv.2015.03.007 . PMID  25770948 .