이 기사는 박테리아를 죽이는 데 효과적일 것으로 예상되고 새로운 코로나바이러스의 확산을 늦추는 데 어느 정도 도움을 줄 수 있는 Gemini 계면활성제의 항균 메커니즘에 초점을 맞춥니다.
표면(Surface), 활성(Active), 에이전트(Agent)의 합성어인 계면활성제.계면활성제는 표면과 계면에서 활성을 가지며 표면(경계) 장력을 감소시키는 능력과 효율성이 매우 높은 물질로, 특정 농도 이상의 용액에서 분자적으로 정렬된 어셈블리를 형성하여 다양한 적용 기능을 갖습니다.계면활성제는 분산성, 습윤성, 유화성, 대전방지성이 우수하여 정밀화학분야를 비롯한 많은 분야의 발전에 핵심소재가 되고 있으며, 공정개선, 에너지 절감, 생산효율 향상에 크게 기여하고 있습니다. .사회의 발전과 세계 공업수준의 지속적인 발전에 따라 계면활성제의 응용은 일상적으로 사용하는 화학물질에서 항균제, 식품첨가물, 신에너지분야, 공해처리, 바이오 의약품.
기존의 계면활성제는 극성 친수성 그룹과 비극성 소수성 그룹으로 구성된 "양친매성" 화합물이며, 그 분자 구조는 그림 1(a)에 나와 있습니다.
현재 제조업의 고도화 및 계통화의 발달로 생산공정에서의 계면활성제 특성에 대한 수요가 점차 증가하고 있어 표면 특성이 보다 높고 특수한 구조를 갖는 계면활성제를 발굴 및 개발하는 것이 중요하다.Gemini 계면활성제의 발견은 이러한 격차를 해소하고 산업 생산의 요구 사항을 충족합니다.일반적인 Gemini 계면활성제는 2개의 친수성 그룹(일반적으로 친수성을 갖는 이온성 또는 비이온성)과 2개의 소수성 알킬 사슬을 가진 화합물입니다.
그림 1(b)에서 볼 수 있듯이 기존의 단일 사슬 계면활성제와 달리 Gemini Surfactants는 연결기(스페이서)를 통해 두 개의 친수성 그룹을 함께 연결합니다.요컨대, Gemini 계면활성제의 구조는 기존 계면활성제의 두 친수성 헤드기를 연결기로 교묘하게 결합하여 형성된 것으로 이해할 수 있습니다.
Gemini Surfactant의 특수 구조는 주로 다음과 같은 이유로 높은 표면 활동으로 이어집니다.
(1) Gemini Surfactant 분자의 2개의 소수성 꼬리 사슬의 강화된 소수성 효과 및 계면활성제가 수용액을 떠나는 증가된 경향.
(2) 친수성 헤드 그룹, 특히 정전기 반발로 인한 이온 헤드 그룹이 서로 분리되는 경향은 스페이서의 영향에 의해 실질적으로 약해집니다.
(3) Gemini 계면활성제의 특별한 구조는 수용액에서 응집 거동에 영향을 미쳐 더 복잡하고 가변적인 응집 형태를 제공합니다.
Gemini 계면활성제는 기존 계면활성제에 비해 높은 표면(경계) 활성, 낮은 임계 미셀 농도, 우수한 습윤성, 유화 능력 및 항균 능력을 가지고 있습니다.따라서 Gemini 계면활성제의 개발과 활용은 계면활성제의 개발과 응용에 큰 의미가 있습니다.
기존 계면활성제의 "양친매성 구조"는 고유한 표면 특성을 부여합니다.도 1(c)에서 보는 바와 같이 기존의 계면활성제를 물에 첨가하면 친수성인 헤드기는 수용액 내부에서 용해되는 경향이 있고, 소수성기는 계면활성제 분자가 물에 용해되는 것을 억제한다.이 두 가지 경향이 결합된 효과로 계면활성제 분자는 기체-액체 계면에서 풍부해지고 규칙적인 배열을 거쳐 물의 표면 장력을 감소시킵니다.기존의 계면활성제와 달리 Gemini 계면활성제는 스페이서 그룹을 통해 기존의 계면활성제를 함께 연결하는 "다이머"로서 물의 표면 장력과 오일/물 계면 장력을 보다 효과적으로 줄일 수 있습니다.또한 Gemini 계면활성제는 임계 미셀 농도가 낮고 수용성, 유화, 발포, 습윤 및 항균 특성이 우수합니다.
| 제미니 계면활성제 소개 1991년 Menger와 Littau[13]는 단단한 연결기를 가진 최초의 비스-알킬 사슬 계면활성제를 제조하고 "Gemini 계면활성제"라고 명명했습니다.같은 해에 Zana 등[14]은 처음으로 일련의 4급 암모늄염 Gemini 계면활성제를 준비하고 이 일련의 4급 암모늄염 Gemini 계면활성제의 특성을 체계적으로 조사했습니다.1996년 연구원들은 기존의 계면활성제와 혼합될 때 다양한 Gemini 계면활성제의 표면(경계) 거동, 응집 특성, 용액 유변학 및 위상 거동을 일반화하고 논의했습니다.2002년에 Zana[15]는 수용액에서 Gemini 계면활성제의 응집 거동에 대한 서로 다른 연결 그룹의 영향을 조사했으며, 이는 계면활성제의 개발을 크게 발전시켰고 매우 중요한 작업이었습니다.나중에 Qiu 등[16]은 세틸 브로마이드 및 4-아미노-3,5-디하이드록시메틸-1,2,4-트리아졸을 기본으로 하는 특수 구조를 포함하는 Gemini 계면활성제의 합성을 위한 새로운 방법을 발명했습니다. 제미니 계면활성제 합성. |
중국의 Gemini 계면활성제에 대한 연구는 늦게 시작되었습니다.1999년에 Fuzhou University의 Jianxi Zhao는 Gemini 계면활성제에 대한 해외 연구를 체계적으로 검토했으며 중국의 많은 연구 기관의 관심을 끌었습니다.그 후 중국에서 Gemini 계면활성제에 대한 연구가 활발해지기 시작했고 유익한 성과를 거두었습니다.최근 몇 년 동안 연구원들은 새로운 Gemini 계면활성제의 개발과 관련 물리화학적 특성 연구에 전념했습니다.동시에 살균 및 항균, 식품 생산, 소포 및 거품 억제, 약물 서방성 및 산업 세척 분야에서 Gemini 계면활성제의 응용 분야가 점차 개발되었습니다.계면활성제 분자의 친수성 그룹이 전하를 가졌는지 여부와 전하 유형에 따라 Gemini 계면활성제는 양이온성, 음이온성, 비이온성 및 양쪽성 Gemini 계면활성제로 분류할 수 있습니다.그 중 양이온성 Gemini 계면활성제는 일반적으로 4급 암모늄 또는 암모늄염 Gemini 계면활성제를 말하며, 음이온성 Gemini 계면활성제는 대부분 친수성 그룹이 술폰산, 인산염 및 카르복실산인 Gemini 계면활성제를 말하며, 비이온성 Gemini 계면활성제는 대부분 폴리옥시에틸렌 Gemini 계면활성제입니다.
1.1 양이온 제미니 계면활성제
양이온 제미니 계면활성제는 주로 암모늄 및 4차 암모늄염 제미니 계면활성제와 같은 수용액에서 양이온을 분리할 수 있습니다.양이온 제미니 계면활성제는 우수한 생분해성, 강력한 오염 제거 능력, 안정적인 화학적 특성, 낮은 독성, 간단한 구조, 쉬운 합성, 쉬운 분리 및 정제가 있으며 살균 특성, 부식 방지, 정전기 방지 특성 및 부드러움도 있습니다.
4차 암모늄 염 기반 Gemini 계면활성제는 일반적으로 알킬화 반응에 의해 3차 아민으로부터 제조됩니다.다음과 같은 두 가지 주요 합성 방법이 있습니다. 하나는 디브로모 치환된 알칸과 단일 장쇄 알킬 디메틸 3차 아민을 4차화하는 것입니다.다른 하나는 1-브로모 치환된 장쇄 알칸과 N,N,N',N'-테트라메틸 알킬 디아민을 무수 에탄올을 용매로 사용하고 가열 환류로 4차화하는 것입니다.그러나 디브로모 치환 알칸은 가격이 더 비싸고 일반적으로 두 번째 방법으로 합성되며 반응식은 그림 2와 같다.
1.2 음이온 제미니 계면활성제
음이온 제미니 계면활성제는 주로 설포네이트, 설페이트 염, 카르복실레이트 및 인산염 유형 제미니 계면활성제와 같은 수용액에서 음이온을 분리할 수 있습니다.음이온성 계면활성제는 오염제거, 발포, 분산, 유화, 습윤 등의 특성이 우수하여 세제, 발포제, 습윤제, 유화제, 분산제로 널리 사용된다.
1.2.1 설포네이트
Sulfonate계 바이오계면활성제는 수용성이 좋고 젖음성이 좋고 온도와 염에 대한 저항성이 좋고 세정력이 좋고 분산력이 강한 장점이 있어 석유계에서 세제, 기포제, 습윤제, 유화제, 분산제로 널리 사용되고 있으며, 상대적으로 광범위한 원재료 공급원, 간단한 생산 공정 및 저렴한 비용으로 인해 섬유 산업 및 일상 사용 화학 물질.Li 등은 3단계 반응에서 트리클로라민, 지방족 아민 및 타우린을 원료로 사용하여 전형적인 술포네이트 유형 바리온계 계면활성제인 일련의 새로운 디알킬 디술폰산 제미니 계면활성제(2Cn-SCT)를 합성했습니다.
1.2.2 황산염
황산 에스테르 염 이중 계면 활성제는 초저 표면 장력, 높은 표면 활성, 우수한 수용성, 광범위한 원료 공급원 및 비교적 간단한 합성의 장점을 가지고 있습니다.또한 우수한 세척 성능과 거품 형성 능력, 경수에서 안정적인 성능을 가지며 황산 에스테르 염은 수용액에서 중성 또는 약 알칼리성입니다.Figure 3에서와 같이 Sun Dong 등은 라우르산과 폴리에틸렌글리콜을 주원료로 하여 치환, 에스테르화, 부가반응을 통해 황산에스테르 결합을 첨가하여 황산에스테르염형 바리온 계면활성제-GA12-S-12를 합성하였다.
1.2.3 카르복실산 염
카르복실레이트 기반 제미니 계면활성제는 일반적으로 순하고 녹색이며 쉽게 생분해되며 풍부한 천연 원료 공급원, 높은 금속 킬레이트 특성, 우수한 내수성 및 칼슘 비누 분산, 우수한 거품 및 습윤 특성을 가지고 있으며 의약품에 널리 사용됩니다. 섬유, 정밀 화학 및 기타 분야.카르복실레이트 기반 생물계면활성제에 아미드 그룹을 도입하면 계면활성제 분자의 생분해성을 향상시킬 수 있으며 우수한 습윤, 유화, 분산 및 오염 제거 특성을 갖게 할 수 있습니다.Mei 등은 도데실아민, 디브로모에탄 및 무수 숙신산을 원료로 사용하여 아미드기를 함유하는 카르복실레이트계 바리온계 계면활성제 CGS-2를 합성하였다.
1.2.4 인산염
Phosphate ester salt type Gemini 계면활성제는 천연 인지질과 유사한 구조를 가지고 있으며 역미셀 및 소포와 같은 구조를 형성하는 경향이 있습니다.인산에스테르염계 제미니계면활성제는 대전방지제 및 세탁세제로 널리 사용되어 왔으며 유화성이 높고 자극이 비교적 적어 퍼스널 스킨케어용으로 널리 사용되고 있습니다.특정 인산염 에스테르는 항암, 항종양 및 항균 작용을 할 수 있으며 수십 가지 약물이 개발되었습니다.Phosphate ester salt type 바이오계면활성제는 살충제에 대한 유화성이 높아 항균, 살충제 뿐만 아니라 제초제로도 사용할 수 있다.Zheng 등은 P2O5 및 ortho-quat 기반 올리고머 디올로부터 인산염 에스테르 염 Gemini 계면활성제의 합성을 연구했습니다. 이들은 더 나은 습윤 효과, 우수한 정전기 방지 특성 및 온화한 반응 조건으로 비교적 간단한 합성 공정을 갖습니다.인산칼륨 염 중입자 계면활성제의 분자식은 그림 4에 나와 있습니다.
1.3 비이온성 Gemini 계면활성제
비이온성 Gemini 계면활성제는 수용액에서 해리될 수 없으며 분자 형태로 존재합니다.이러한 유형의 바리온 계면활성제는 지금까지 연구된 바가 적고, 당 유도체인 것과 알코올 에테르 및 페놀 에테르인 두 가지 유형이 있다.비이온성 제미니 계면활성제는 용액에서 이온 상태로 존재하지 않아 안정성이 높고 강한 전해질에 쉽게 영향을 받지 않으며 다른 종류의 계면활성제와 착화성이 좋고 용해도가 좋다.따라서 비이온성 계면활성제는 우수한 세정성, 분산성, 유화성, 기포성, 습윤성, 대전방지성, 살균성 등의 다양한 특성을 가지며, 살충제, 코팅제 등 다양한 방면에서 널리 사용될 수 있다.그림 5에서 볼 수 있듯이 2004년 FitzGerald 등은 구조가 (Cn-2H2n-3CHCH2O(CH2CH2O)mH)2(CH2)6(또는 GemnEm)으로 표시되는 폴리옥시에틸렌 기반 Gemini 계면활성제(비이온성 계면활성제)를 합성했습니다.
02 제미니계면활성제의 물리화학적 성질
2.1 Gemini 계면활성제의 활동
계면활성제의 표면 활동을 평가하는 가장 간단하고 직접적인 방법은 수용액의 표면 장력을 측정하는 것입니다.원칙적으로 계면활성제는 표면(경계) 평면에 배향된 배열을 통해 용액의 표면 장력을 감소시킵니다(그림 1(c)).Gemini 계면활성제의 임계 미셀 농도(CMC)는 유사한 구조를 가진 기존 계면활성제에 비해 2배 이상 더 작고 C20 값이 상당히 낮습니다.바리온 계면활성제 분자는 두 개의 친수성 그룹을 가지고 있어 긴 소수성 긴 사슬을 가지면서 우수한 수용성을 유지하는 데 도움이 됩니다.물/공기 계면에서 기존의 계면활성제는 공간적 위치 저항 효과와 분자 내 균일한 전하의 반발로 인해 느슨하게 배열되어 물의 표면 장력을 감소시키는 능력이 약화됩니다.대조적으로, Gemini 계면활성제의 연결 그룹은 두 친수성 그룹 사이의 거리가 작은 범위 내에서 유지되도록 공유 결합되어(기존 계면활성제의 친수성 그룹 사이의 거리보다 훨씬 작음) 표면(경계).
2.2 Gemini 계면활성제의 조립 구조
수용액에서 바리온 계면활성제의 농도가 증가함에 따라 그 분자는 용액의 표면을 포화시키고, 이는 차례로 다른 분자가 용액의 내부로 이동하여 마이셀을 형성하도록 합니다.계면활성제가 미셀을 형성하기 시작하는 농도를 임계 미셀 농도(CMC)라고 합니다.그림 9에서 보는 바와 같이 농도가 CMC보다 큰 후, 응집되어 구형 마이셀을 형성하는 기존 계면활성제와 달리 Gemini Surfactants는 구조적 특성으로 인해 선형 및 이중층 구조와 같은 다양한 마이셀 형태를 생성합니다.마이셀 크기, 모양 및 수화의 차이는 용액의 상 거동 및 유변학적 특성에 직접적인 영향을 미치며 용액의 점탄성도 변화시킵니다.음이온성 계면활성제(SDS)와 같은 기존의 계면활성제는 일반적으로 용액의 점도에 거의 영향을 미치지 않는 구형 미셀을 형성합니다.그러나 Gemini 계면활성제의 특수한 구조로 인해 보다 복잡한 미셀 형태가 형성되며 수용액의 특성이 기존 계면활성제의 특성과 크게 다릅니다.Gemini 계면활성제 수용액의 점도는 Gemini 계면활성제의 농도가 증가함에 따라 증가하는데, 아마도 형성된 선형 미셀이 웹과 같은 구조로 얽혀 있기 때문일 것입니다.그러나 용액의 점도는 아마도 웹 구조의 파괴와 다른 미셀 구조의 형성으로 인해 계면활성제 농도가 증가함에 따라 감소합니다.
03 제미니계면활성제의 항균성
유기항균제의 일종인 바리온 계면활성제의 항균기전은 주로 미생물의 세포막 표면에서 음이온과 결합하거나 sulfhydryl기와 반응하여 단백질과 세포막의 생성을 방해하여 미생물 조직을 파괴하여 억제하는 것이다. 또는 미생물을 죽입니다.
3.1 음이온 제미니 계면활성제의 항균 특성
항미생물 음이온성 계면활성제의 항미생물 특성은 주로 그들이 가지고 있는 항미생물 모이어티의 특성에 의해 결정됩니다.천연 라텍스 및 코팅과 같은 콜로이드 용액에서 친수성 사슬은 수용성 분산제에 결합하고 소수성 사슬은 방향 흡착에 의해 소수성 분산에 결합하여 2상 계면을 조밀한 분자 계면 필름으로 변환합니다.이 조밀한 보호층의 박테리아 억제 그룹은 박테리아의 성장을 억제합니다.
음이온성 계면활성제의 박테리아 억제 메커니즘은 양이온성 계면활성제와 근본적으로 다릅니다.음이온성 계면활성제의 박테리아 억제는 용액 시스템 및 억제 그룹과 관련이 있으므로 이러한 유형의 계면활성제는 제한될 수 있습니다.이러한 유형의 계면활성제는 계면활성제가 시스템의 모든 구석에 존재하여 양호한 살균 효과를 생성할 수 있도록 충분한 수준으로 존재해야 합니다.동시에 이러한 유형의 계면활성제는 국소화 및 타겟팅이 부족하여 불필요한 낭비를 유발할 뿐만 아니라 장기간에 걸쳐 저항을 생성합니다.
예를 들어, 알킬 설포네이트 기반의 생물계면활성제는 임상 의학에서 사용되어 왔습니다.부설판(Busulfan) 및 트레오설판(Treosulfan)과 같은 알킬 설포네이트는 주로 골수 증식성 질환을 치료하며, 구아닌과 우레아퓨린 사이의 교차 결합을 생성하는 역할을 하지만, 이 변경은 세포 교정으로 복구할 수 없어 세포 사멸을 초래합니다.
3.2 양이온 제미니 계면활성제의 항균 특성
개발된 양이온성 Gemini 계면활성제의 주요 유형은 4급 암모늄염 유형의 Gemini 계면활성제입니다.4차 암모늄계 양이온 제미니 계면활성제는 4차 암모늄계 바리온 계면활성제 분자에 2개의 소수성 긴 알칸 사슬이 있고 소수성 사슬이 세포벽(펩티도글리칸)과 소수성 흡착을 형성하기 때문에 강력한 살균 효과가 있습니다.동시에 두 개의 양전하를 띤 질소 이온을 함유하고 있어 음전하를 띤 박테리아의 표면에 계면활성제 분자의 흡착을 촉진하고 침투와 확산을 통해 소수성 사슬이 박테리아 세포막 지질층에 깊숙이 침투하여 박테리아의 파열을 일으키는 세포막의 투과성, 단백질 깊숙이 있는 친수성 그룹 외에도 이 두 가지 효과의 결합된 효과로 인해 효소 활성 및 단백질 변성이 손실되어 살균제가 있습니다. 강력한 살균 효과.
그러나 환경적 관점에서 이들 계면활성제는 용혈 활성 및 세포 독성을 가지며 수중 생물과의 접촉 시간이 길어지고 생분해되면 독성이 증가할 수 있습니다.
3.3 비이온성 Gemini 계면활성제의 항균 특성
현재 비이온성 Gemini 계면활성제에는 두 가지 유형이 있습니다. 하나는 당 유도체이고 다른 하나는 알코올 에테르 및 페놀 에테르입니다.
당 유래 바이오계면활성제의 항균 기전은 분자의 친화력에 기반을 두고 있으며, 당 유래 계면활성제는 다량의 인지질을 포함하는 세포막에 결합할 수 있다.당유도체 계면활성제의 농도가 일정 수준에 도달하면 세포막의 투과성을 변화시켜 기공과 이온채널을 형성하여 영양분의 수송과 가스교환에 영향을 미쳐 내용물이 유출되어 결국은 사멸에 이르게 된다. 박테리아.
페놀계 및 알코올계 에테르계 항균제의 항균 기전은 세포벽 또는 세포막 및 효소에 작용하여 대사 기능을 차단하고 재생 기능을 방해하는 것이다.예를 들어, 디페닐 에테르 및 그 유도체(페놀)의 항균 약물은 박테리아 또는 바이러스 세포에 침지되어 세포벽 및 세포막을 통해 작용하여 핵산 및 단백질 합성과 관련된 효소의 작용 및 기능을 억제하여 박테리아의 성장과 번식.또한 박테리아 내 효소의 대사 및 호흡 기능을 마비시켜 실패합니다.
3.4 양쪽성 Gemini 계면활성제의 항균 특성
양쪽성 제미니 계면활성제는 분자 구조에 양이온과 음이온을 모두 포함하고 수용액에서 이온화할 수 있으며 한 매질 조건에서는 음이온성 계면활성제의 특성을 나타내고 다른 매질 조건에서는 양이온성 계면활성제의 특성을 나타내는 계면활성제 부류입니다.양쪽성 계면활성제의 박테리아 억제 메커니즘은 결정적이지 않지만 일반적으로 억제는 4차 암모늄 계면활성제와 유사할 수 있으며, 여기서 계면활성제는 음전하를 띤 박테리아 표면에 쉽게 흡착되어 박테리아 대사를 방해합니다.
3.4.1 아미노산 Gemini 계면활성제의 항균 특성
아미노산계 바리온계 계면활성제는 2개의 아미노산으로 구성된 양이온성 양쪽성 바리온계 계면활성제이므로 항균 메커니즘이 4차 암모늄염계 바리온계 계면활성제와 유사합니다.계면활성제의 양전하 부분은 정전기적 상호작용으로 인해 박테리아 또는 바이러스 표면의 음전하 부분에 끌리고 이어서 소수성 사슬이 지질 이중층에 결합하여 세포 내용물이 유출되고 죽을 때까지 용해됩니다.4급 암모늄계 제미니계면활성제에 비해 생분해가 용이하고, 용혈활성이 낮고, 독성이 낮은 상당한 장점을 가지고 있어 그 응용을 위해 개발되고 있으며 그 응용분야가 확대되고 있습니다.
3.4.2 비아미노산계 제미니계면활성제의 항균성
비아미노산 유형의 양쪽성 Gemini 계면활성제는 이온화할 수 없는 양전하 센터와 음전하 센터를 모두 포함하는 표면 활성 분자 잔류물을 가지고 있습니다.주요 비아미노산 유형 Gemini 계면활성제는 베타인, 이미다졸린 및 아민 옥사이드입니다.베타인계를 예로 들면 베타인계 양성 계면활성제는 분자 내에 음이온기와 양이온기를 모두 가지고 있어 무기염에 쉽게 영향을 받지 않고 산성 및 알칼리성 용액 모두에서 계면활성제 효과를 나타내며 양이온성 Gemini 계면활성제의 항균 메커니즘은 산성 용액과 알칼리성 용액의 음이온 Gemini 계면활성제가 그 뒤를 따랐습니다.또한 다른 유형의 계면 활성제와 우수한 배합 성능을 가지고 있습니다.
04 결론 및 전망
제미니계면활성제는 특수한 구조로 인해 실생활에서 점점 더 많이 사용되고 있으며 항균 살균, 식품 생산, 소포 및 기포 억제, 약물 서방성 및 산업용 세척 분야에서 널리 사용됩니다.녹색 환경 보호에 대한 요구가 증가함에 따라 Gemini 계면활성제는 점차 친환경 및 다기능 계면활성제로 개발되고 있습니다.제미니 계면활성제에 대한 향후 연구는 다음과 같은 측면에서 수행될 수 있습니다. 특수한 구조와 기능을 가진 새로운 제미니 계면활성제 개발, 특히 항균 및 항바이러스에 대한 연구 강화;더 나은 성능을 가진 제품을 형성하기 위해 일반적인 계면 활성제 또는 첨가제와 혼합;저렴하고 쉽게 구할 수 있는 원료를 사용하여 환경 친화적인 제미니 계면활성제를 합성합니다.
게시 시간: 2022년 3월 25일