Ця стаття зосереджена на антимікробному механізмі поверхнево -активних речовин Gemini, які, як очікується, будуть ефективними у вбивстві бактерій і можуть надати допомогу у уповільненні поширення нових коронавірусів.
ПАР, яка є скороченням фраз, активної та агента. Поверхнево -активні речовини - це речовини, які активні на поверхнях та інтерфейсах і мають дуже високу здатність та ефективність зменшення поверхневого (межі) натягу, утворюючи молекулярно впорядковані збірки в розчинах вище певної концентрації і, таким чином, мають ряд функцій застосування. Поверхнево -активні речовини мають хорошу дисперсність, змочуваність, здатність до емульгування та антистатичні властивості, і стали ключовими матеріалами для розвитку багатьох полів, включаючи поле тонких хімічних речовин, і мають вагомий внесок у покращення процесів, зменшення споживання енергії та підвищення ефективності виробництва. З розвитком суспільства та постійним прогресом світового промислового рівня застосування поверхнево-активних речовин поступово поширилося від хімічних речовин щоденного використання до різних галузей національної економіки, таких як антибактеріальні засоби, харчові добавки, нові енергетичні поля, обробка забруднюючих речовин та біофармацевтичні препарати.
Звичайні поверхнево -активні речовини - це "амфіфільні" сполуки, що складаються з полярних гідрофільних груп та неполярних гідрофобних груп, а їх молекулярні структури показані на малюнку 1 (а).
В даний час, при розробці вдосконалення та систематизації у виробничій промисловості, попит на властивості ПАР у виробничому процесі поступово збільшується, тому важливо знайти та розробити поверхнево -активні речовини з більш високими поверхневими властивостями та з спеціальними структурами. Відкриття поверхнево -активних речовин Близнюків мостить ці прогалини та відповідає вимогам промислового виробництва. Поширена поверхнево -активна речовина Gemini - це сполука з двома гідрофільними групами (як правило, іонними або неіонними з гідрофільними властивостями) та двома гідрофобними алкільними ланцюгами.
Як показано на малюнку 1 (b), на відміну від звичайних одноланцюгових поверхнево-активних речовин, поверхнево-активні речовини Gemini пов'язують дві гідрофільні групи разом через групу, що посилається (спейсер). Коротше кажучи, структуру поверхнево -активної речовини Близнюків можна розуміти як утворене шляхом спритно зв’язування двох гідрофільних головних груп звичайної поверхнево -активної речовини разом із групою зв'язку.
Спеціальна структура поверхнево -активної речовини Gemini призводить до його високої поверхневої активності, яка в основному пов'язана з:
(1) Посилений гідрофобний ефект двох гідрофобних хвостових ланцюгів молекули поверхнево -активної речовини GEMINI та підвищена тенденція поверхнево -активної речовини залишати водний розчин.
(2) тенденція гідрофільних груп голови до відокремлення один від одного, особливо іонних груп головних головних завдяки електростатичному відштовхуванні, суттєво ослаблена впливом спейсера;
(3) Спеціальна структура поверхневих речовин Близнюків впливає на їх поведінку агрегації у водному розчині, надаючи їм більш складну та змінну морфологію агрегації.
Поверхнево -активні речовини Gemini мають більш високу поверхневу (межу) активність, нижчу критичну концентрацію міцели, кращу змочуваність, здатність до емульгування та антибактеріальну здатність порівняно зі звичайними поверхнево -активними речовинами. Тому розвиток та використання поверхнево -активних речовин Gemini мають велике значення для розвитку та застосування ПАР.
"Амфіфільна структура" звичайних поверхнево -активних речовин дає їм унікальні поверхневі властивості. Як показано на малюнку 1 (с), коли у воду додається звичайна поверхнево -активна речовина, гідрофільна група головки має тенденцію до розчинення всередині водного розчину, а гідрофобна група інгібує розчинення молекули ПАР у воді. Під комбінованим ефектом цих двох тенденцій молекули поверхнево-активної речовини збагачені на інтерфейсі газо-рідини і зазнають впорядкованого розташування, тим самим зменшуючи поверхневе натяг води. На відміну від звичайних поверхнево -активних речовин, поверхнево -активні речовини Gemini - це "димери", які пов'язують звичайні поверхнево -активні речовини через спекерські групи, що може ефективніше зменшити поверхневий натяг водної та водної міжфазної напруги. Крім того, поверхнево -активні речовини Gemini мають менші критичні концентрації міцел, кращу розчинність води, емульгування, піноутворення, змочування та антибактеріальні властивості.
| Введення ПАР Близнюків У 1991 році Менгер і Літтау [13] підготували першу поверхневу речовину BIS-алкильного ланцюга з жорсткою групою зв'язку і назвали її "ПАР Близнюків". Того ж року Zana та ін [14] вперше готували серію четвертинних поверхневих речовин амонієвої солі Gemini та систематично досліджували властивості цієї серії четвертинних поверхнево -активних речовин аміонії. 1996 р. Дослідники узагальнювали та обговорили поверхневу (межу) поведінку, властивості агрегації, реологію розчину та фазову поведінку різних поверхнево -активних речовин Gemini при складі звичайних ПАР. У 2002 році Зана [15] досліджувала вплив різних груп зв'язку на поведінку агрегації поверхневих речовин Близнюків у водному розчині, робота, яка значно просунула розвиток ПАР і мала велике значення. Пізніше Qiu et al [16] винайшли новий метод синтезу поверхнево-активних речовин Gemini, що містять спеціальні структури, засновані на цетилброміді та 4-аміно-3,5-дигідроксиметил-1,2,4-тріазолу, що ще більше збагачував спосіб синтезу поверхневих речовин Gemini. |
Дослідження ПАР Близнюків у Китаї розпочалися пізно; У 1999 році Цзянсі Чжао з університету Фучжоу здійснив систематичний огляд іноземних досліджень ПАР Близнюків та привернув увагу багатьох науково -дослідних інститутів у Китаї. Після цього дослідження поверхневих речовин Близнюків у Китаї почали процвітати і досягти плідних результатів. В останні роки дослідники присвятили себе розвитку нових поверхнево -активних речовин Близнюків та вивченню їх пов'язаних фізико -хімічних властивостей. У той же час, застосування поверхнево -активних речовин Gemini поступово розвиваються в полях стерилізації та антибактеріалу, вироблення продуктів харчування, гальмування піни, повільного вивільнення препарату та промислового очищення. Виходячи з того, чи заряджаються гідрофільні групи в молекулах поверхнево -активної речовини, і тип заряду, який вони несуть, поверхнево -активні речовини Gemini можна розділити на такі категорії: катіонні, аніонні, неіонні та амфотеричні поверхнево -активні речовини Gemini. Серед них катіонні поверхнево -активні речовини Gemini, як правило, посилаються на четвертинні поверхнево -активні речовини амонію або амонію солі, що живуть, аніонні поверхневі речовини Gemini здебільшого посилаються на поверхнево -активні речовини Gemini, гідрофільні групи сульфонової кислоти, фосфату та карбонової кислоти, тоді як неіонні поверхневі речовини Gemini - це поліоксиетиленові сперми.
1.1 Катічні поверхневі речовини Близнюків
Катічні поверхнево -активні речовини Gemini можуть дисоціювати катіонів у водних розчинах, переважно амонієвих та четвертинних поверхнево -активних речовинах амонієвої солі. Катнічні поверхнево -активні речовини Gemini мають хорошу біологічну розкладання, сильну здатність до знезараження, стабільні хімічні властивості, низьку токсичність, просту структуру, легкий синтез, легке розділення та очищення, а також мають бактерицидні властивості, антикорозію, антистатичні властивості та м'якість.
Четвертинні поверхнево-активні речовини на основі солі на основі солі, як правило, готують з третинних амінів реакціями алкілування. Існують два основні синтетичні методи наступним чином: один-це кватернізувати алкан, заміщені дибромо та одиночні алкільні диметил-третинні аміни; Інший-кватернізувати 1-бромо-заміщений алканами, n, n, n ', n'-тетраметил алкільних діамінів з безводним етанолом як розчинник і нагрівальний рефлюкс. Однак алкани, що заміщуються з дібромо, дорожчі і зазвичай синтезуються другим методом, а рівняння реакції показано на малюнку 2.
1.2 аніонні поверхневі речовини Близнюків
Аніонні поверхнево -активні речовини Gemini можуть дисоціювати аніони у водному розчині, переважно сульфонати, сульфатні солі, карбоксилатів та фосфатних солей. Аніонні поверхнево -активні речовини мають кращі властивості, такі як дезактивація, піноутворення, дисперсія, емульгування та змочування, і широко використовуються як миючі засоби, піноутворюючі засоби, змочувальні агенти, емульгатори та диспергатори.
1.2.1 Сульфонати
Біосурантки на основі сульфонату мають переваги хорошої розчинності з водою, хорошої змоги, хорошої температури та стійкості до солі, хорошої смуги та сильної здатності до розповсюдження, і вони широко використовуються як миючі засоби, пінопластові агенти, агенти вологих, емульгаторів та розсіювачів у нафтових, текстильних промисловості, та щоденні хімічні речовини, що використовуються, і відносно широкі джерела сировини, прості виробничі виробничі виробничі виробничі виробничі. Лі та ін синтезували серію нових поверхнево-активних речовин діалкіл-дисульфонової кислоти (2CN-SCT), типового баріонського поверхнево-активного речовини сульфонатного типу, використовуючи трихлорамін, аліфатичний амін та таурин як сировину в триступінці.
1.2.2 Сульфатні солі
Солі сульфату ефірів Дублетні ПАР мають переваги наднизького поверхневого натягу, високої поверхневої активності, хорошої розчинності з водою, широкого джерела сировини та відносно простого синтезу. Він також має хороші показники промивання та здатність до піноутворення, стабільна продуктивність у жорсткій воді, а солі ефіру сульфату є нейтральними або трохи лужними у водному розчині. Як показано на малюнку 3, Sun Dong та ін. Використовували лауринову кислоту та поліетиленгліколь як основну сировину та додали сульфатні ефірні зв'язки за допомогою заміни, ефітерифікації та додавання, таким чином, синтезуючи сульфатну ефірну солі типу баріонської поверхнево-активної речовини-GA12-12.
1.2.3 Солі карбонової кислоти
Поверхнево-активні речовини на основі карбоксилатів, як правило, м'які, зелені, легко розкладаються і мають багате джерело природної сировини, високогірні властивості хелатування, хороша стійкість до кальцієвого мила, хороші спінювання та вологіння, і широко застосовуються в фармацевтичних препаратах, текстильах, тонких хімічних речовинах та інших полях. Впровадження амідних груп у біосуртантитети на основі карбоксилату може підвищити біорозкладаність молекул поверхнево-активної речовини, а також змусити їх мати хороші властивості змочування, емульгування, дисперсію та дезактивацію. Mei та ін синтезували карбоксилатну баріонську поверхнево-активну речовину CGS-2, що містять амідні групи з використанням додециламіну, дибромоетану та сукцинного ангідриду як сировини.
1.2.4 Фосфатні солі
Поверхнево -активні речовини фосфатного ефіру солі мають подібну структуру до природних фосфоліпідів і схильні утворювати такі структури, як зворотні міцели та везикули. Поверхнево -активні речовини для ефірних речовин фосфатного ефіру, широко використовуються як антистатичні засоби та миючі засоби для білизни, тоді як їх високі властивості емульгування та відносно низьке роздратування призвели до їх широкого використання в особистому догляді за шкірою. Окремі ефіри фосфатів можуть бути протипухлинними, протипухлинними та антибактеріальними та десятками препаратів. Фосфатні ефіри типу солі Біосурантні речовини мають високі властивості емульгування для пестицидів і можуть використовуватися не лише як антибактеріальні та інсектициди, але і як гербіциди. Чжен та ін вивчали синтез поверхнево-активних речовин солі фосфатного ефіру з олігомерних діолів на основі P2O5 та орто-цвітів, які мають кращий ефект змочування, хороші антистатичні властивості та відносно простий процес синтезу з легкими умовами реакції. Молекулярна формула баріонської поверхнево -активної речовини калію фосфатної солі показана на малюнку 4.
1,3 неіонні поверхнево-активні речовини
Поверхнево -активні речовини неіонних Близнюків не можна дисоційувати у водному розчині і існувати в молекулярній формі. Цей тип баріонської поверхнево -активної речовини до цього часу був менш вивчений, а є два типи, один - похідне цукру, а другий - алкогольний ефір та фенольний ефір. Поверненні речовини неіонних Gemini не існує в іонному стані в розчині, тому вони мають високу стабільність, не легко впливають на сильні електроліти, мають хорошу складність з іншими видами ПАР та мають хорошу розчинність. Таким чином, неіонні поверхнево -активні речовини мають різні властивості, такі як хороша настороженість, дисперсність, емульгування, піноутворення, змочуваність, антистатична властивість та стерилізація, і їх можна широко використовувати в різних аспектах, таких як пестициди та покриття. Як показано на малюнку 5, у 2004 році Фіцджеральд та ін. Синтезовані поліоксиетиленові поверхнево-активні речовини (неіонні поверхнево-активні речовини), структура яких виражалася як (CN-2H2N-3CH2O (CH2CH2O) MH) 2 (CH2) 6 (або Gemnem).
02 фізико -хімічні властивості поверхнево -активних речовин Gemini
2.1 Активність ПАР Близнюків
Найпростіший і найбільш прямий спосіб оцінити поверхневу активність ПАР - це вимірювання поверхневого натягу їх водних розчинів. В принципі, поверхнево -активні речовини зменшують поверхневий натяг розчину орієнтованою розташуванням на поверхні (граничній) площині (мал. 1 (с)). Критична концентрація міцел (CMC) поверхнево -активних речовин GEMINI більше двох порядків менша, а значення C20 значно нижча порівняно зі звичайними поверхнево -активними речовинами з подібними структурами. Молекула баріонської поверхнево -активної речовини має дві гідрофільні групи, які допомагають їй підтримувати хорошу розчинність води, маючи довгі гідрофобні довгі ланцюги. На інтерфейсі води/повітря звичайні поверхнево -активні речовини вільно розташовані через ефект стійкості просторової ділянки та відштовхування однорідних зарядів у молекулах, тим самим послаблюючи їх здатність зменшити поверхневе натяг води. На відміну від цього, пов'язані групи поверхнево -активних речовин Gemini ковалентно скріплені таким чином, щоб відстань між двома гідрофільними групами зберігалася в межах невеликого діапазону (значно менша, ніж відстань між гідрофільними групами звичайних ПАР), що призводить до кращої активності поверхнево -активних речовин Геміні на поверхні (межа).
2.2 Структура складання поверхневих речовин Близнюків
У водних розчинах, коли концентрація баріонської поверхнево -активної речовини збільшується, його молекули насичують поверхню розчину, що, в свою чергу, змушує інші молекули мігрувати до внутрішньої частини розчину з утворенням міцел. Концентрація, при якій ПАР починає утворювати міцели, називається критичною концентрацією міцел (CMC). Як показано на малюнку 9, після концентрації більший за КМК, на відміну від звичайних поверхнево -активних речовин, які агрегуються, утворюючи сферичні міцели, поверхнево -активні речовини Gemini виробляють різноманітні морфології міцел, такі як лінійні та двошарові структури, через їх структурні характеристики. Відмінності розміру, форми та гідратації міцели мають прямий вплив на поведінку фаз та реологічні властивості розчину, а також призводять до змін в'язкопружності розчину. Звичайні поверхнево -активні речовини, такі як аніонні поверхнево -активні речовини (SDS), зазвичай утворюють сферичні міцели, які майже не впливають на в'язкість розчину. Однак спеціальна структура поверхнево -активних речовин Близнюків призводить до утворення більш складної морфології міцел, а властивості їх водних розчинів значно відрізняються від властивостей звичайних ПАР. В'язкість водних розчинів поверхнево-активних речовин Gemini збільшується зі збільшенням концентрації поверхнево-активних речовин Близнюків, ймовірно, тому, що утворені лінійні міцели переплітаються у веб-подібну структуру. Однак в'язкість розчину зменшується зі збільшенням концентрації ПАР, ймовірно, через порушення структури веб -сайту та утворення інших міцел -структур.
03 Антимікробні властивості поверхнево -активних речовин Близнюків
Як своєрідний органічний антимікробний засіб, антимікробний механізм баріонської поверхнево -активної речовини в основному полягає в тому, що він поєднує з аніонами на поверхні клітинної мембрани мікроорганізмів або реагує з сульфгідрилами, щоб порушити вироблення їх білків та клітинних мембранів, тим самим руйнуючи мікрофільми для інгібіти або вбивства.
3.1 Антимікробні властивості аніонних поверхнево -активних речовин
Антимікробні властивості антимікробних аніонних поверхнево -активних речовин визначаються в основному за характером антимікробних фрагментів, які вони несуть. У колоїдних розчинах, таких як природні латекси та покриття, гідрофільні ланцюги зв'язуються з водорозчинними диспергаторами, а гідрофобні ланцюги зв'язуватимуться з гідрофобними дисперсіями шляхом спрямованої адсорбції, перетворюючи тим самим двофазний інтерфейс у щільну молекулярну міжфазову плівку. Бактеріальні інгібіторні групи на цьому щільному захисному шарі гальмують ріст бактерій.
Механізм гальмування бактерій аніонних поверхнево -активних речовин принципово відрізняється від механізму катіонних ПАР. Інгібування бактерій аніонних поверхнево -активних речовин пов'язане з їх системою розчину та групами гальмування, тому цей тип ПАР може бути обмеженим. Цей тип поверхнево -активної речовини повинен бути присутнім на достатніх рівнях, щоб поверхнево -активна речовина присутня в кожному куточку системи для отримання хорошого мікробіцидного ефекту. У той же час, цей тип поверхнево -активної речовини не вистачає локалізації та націлювання, що не тільки викликає непотрібні відходи, але й створює стійкість протягом тривалого періоду часу.
Наприклад, біосуртанти на основі алкілсульфонату використовувались у клінічній медицині. Алкілсульфонати, такі як бульфан та треосульфан, в основному лікують мієлопроліферативні захворювання, діючи для отримання зшивання між гуаніном та урапурином, тоді як ця зміна не може бути відремонтована за допомогою клітинної коректування, що призводить до загибелі апоптотичної клітини.
3.2 Антимікробні властивості катіонних поверхнево -активних речовин
Основним типом катіонних поверхневих речовин Близнюків є четвертинний поверхнево -активний речовина типу солі амонію. Четвертинний тип амонію катіонні поверхнево -активні речовини GEMINI мають сильний бактерицидний ефект, оскільки в четвертинних ланцюгах типу амонію є два гідрофобні ланцюги алкану, а гідрофобні ланцюги утворюють гідрофобну адсорбцію з клітинною стінкою (пептидоглікан); at the same time, they contain two positively charged nitrogen ions, which will promote the adsorption of surfactant molecules to the surface of negatively charged bacteria, and through penetration and diffusion, the hydrophobic chains penetrate deeply into the Bacterial cell membrane lipid layer, change the permeability of the cell membrane, leading to the rupture of the bacterium, in addition to hydrophilic groups Глибоко в білок, що призводить до втрати активності ферменту та денатурації білка, через комбінований ефект цих двох ефектів, що робить фунгіцид має сильний бактерицидний ефект.
Однак, з точки зору навколишнього середовища, ці поверхнево -активні речовини мають гемолітичну активність та цитотоксичність, і більш тривалий час контакту з водними організмами та біодеградація може підвищити їх токсичність.
3.3 Антибактеріальні властивості неіонних поверхнево -активних речовин
В даний час існує два типи неіонних поверхневих речовин Близнюків, один - похідне цукру, а другий - алкогольний ефір та фенольний ефір.
Антибактеріальний механізм біологічних речовин, отриманих цукром, заснований на спорідненості молекул, а поверхнево-активні речовини, отримані цукром, можуть зв'язуватися з клітинними мембранами, які містять велику кількість фосфоліпідів. Коли концентрація поверхнево -активних речовин похідних цукру досягає певного рівня, вона змінює проникність клітинної мембрани, утворюючи пори та іонні канали, що впливає на транспорт поживних речовин та обміну газом, викликаючи відтік вмісту і врешті -решт, що призводить до загибелі бактерії.
Антибактеріальний механізм фенольних та алкогольних ефірів антимікробних засобів полягає в тому, щоб діяти на клітинну стінку або клітинну мембрану та ферменти, блокуючи метаболічні функції та порушувати регенеративні функції. Наприклад, антимікробні препарати дифенілових ефірів та їх похідних (фенолів) занурюються в бактеріальні або вірусні клітини і діють через клітинну стінку та клітинну мембрану, інгібуючи дію та функцію ферментів, пов'язаних із синтезом нуклеїнових кислот та протеїнів, обмежуючи росту та відтворення бактерій. Він також паралізує метаболічні та дихальні функції ферментів всередині бактерій, які потім виходять з ладу.
3.4 Антибактеріальні властивості поверхнево -активних речовин амфотеричних Близнюків
Поверхнево -активні речовини амфотеричних Близнюків - це клас ПАР, які мають як катіонів, так і аніонів у своїй молекулярній структурі, можуть іонізувати у водному розчині та виявляти властивості аніонних ПАР у одному середовищі та катіонних поверхнево -активних речовинах в іншому середньому стані. Механізм інгібування бактерій амфотеричних поверхнево -активних речовин є непереконливим, але, як правило, вважається, що гальмування може бути аналогічним, ніж у четвертинних поверхнево -активних речовин амонію, де поверхнево -активна речовина легко адсорбується на негативно зарядженій бактеріальній поверхні і заважає бактеріальному метаболізму.
3.4.1 Антимікробні властивості поверхнево -активних речовин амінокислоти Близнюки
Баріонська поверхнево -активна речовина типу амінокислот - це катіонний амфотеричний баріонський поверхнево -активний речовин, що складається з двох амінокислот, тому його антимікробний механізм більш схожий на тип четвертинного типу солі амонію. Позитивно заряджену частину ПАР притягується до негативно зарядженої частини бактеріальної або вірусної поверхні через електростатичну взаємодію, а згодом гідрофобні ланцюги зв'язуються з ліпідним двошаровим, що призводить до витікання вмісту клітин та лізису до смерті. Він має значні переваги перед четвертинним поверхнево-активним речовинами на основі амонію: легка біологічна розкладання, низька гемолітична активність та низька токсичність, тому він розробляється для свого застосування та поля застосування розширюється.
3.4.2 Антибактеріальні властивості неамінокислотних поверхнево-активних речовин
Амфотеричні поверхнево-активні поверхневі молекулярні залишки, що містять не-амінокислоту, мають як неіонізовані позитивні, так і негативні центри зарядки. Основними поверхнево-активними речовинами, що не амінокислоти, є бетаїн, імідазолін та оксид аміну. Taking betaine type as an example, betaine-type amphoteric surfactants have both anionic and cationic groups in their molecules, which are not easily affected by inorganic salts and have surfactant effects in both acidic and alkaline solutions, and the antimicrobial mechanism of cationic Gemini Surfactants is followed in acidic solutions and that of anionic Gemini Surfactants in alkaline рішення. Він також має відмінні сполучні показники з іншими видами ПАР.
04 Висновок та світогляд
ПАР -активні речовини GEMINI все частіше використовуються в житті через їх особливу структуру, і вони широко використовуються в галузі антибактеріальної стерилізації, вироблення продуктів харчування, дефомування та гальмування піни, повільного вивільнення наркотиків та промислового очищення. Зі збільшенням попиту на захист зеленого навколишнього середовища поверхнево -активні речовини Gemini поступово перетворюються на екологічно чисті та багатофункціональні ПАР. Майбутні дослідження поверхнево -активних речовин Gemini можуть бути проведені в таких аспектах: розробка нових поверхнево -активних речовин Gemini зі спеціальними структурами та функціями, особливо посилення дослідження антибактеріальних та антивірусних; Складання із загальними поверхневими речовинами або добавками для формування продуктів з кращими показниками; та використання дешевої та легко доступної сировини для синтезу екологічно чистих поверхневих речовин Близнюків.
Час посади: 25-2022 рр.