гидротроп
Гидротроп — это соединение, которое солюбилизирует гидрофобные соединения в водных растворах иными способами, 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 спонтанно начинает происходить самоагрегация (как это обнаружено для поверхностно-активных веществ, образующих мицеллы и везикулы , которые имеют критическую концентрацию мицелл (cmc) и критическую концентрацию везикул (cvc)). Вместо этого некоторые гидротропы агрегируют в поэтапном процессе самоагрегации, постепенно увеличивая размер агрегации. Однако многие гидротропы, по-видимому, вообще не подвергаются самоагрегации, если не добавлен солюбилизат. Примеры гидротропов включают мочевину , тозилат , куменсульфонат и ксилолсульфонат .
Термин «гидротропия» впервые предложил Карл Нойберг. [ 1 ] [ 2 ] для описания увеличения растворимости растворенного вещества при добавлении достаточно высоких концентраций солей щелочных металлов и различных органических кислот. Однако в литературе этот термин использовался для обозначения немицеллообразующих веществ, как жидких, так и 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 необходимым условием гидротропного вещества. Тип аниона или иона металла, по-видимому, оказал незначительное влияние на это явление. [ 1 ] С другой стороны, плоскость гидрофобной части подчеркивается как важный фактор в механизме гидротропной солюбилизации. [ 3 ] [ 4 ]
Для образования гидротропа ароматический углеводородный растворитель сульфируется, образуя ароматическую сульфоновую кислоту . Затем его нейтрализуют основанием . [ 5 ]
Добавки могут либо увеличивать, либо уменьшать растворимость растворенного вещества в данном растворителе. Говорят, что эти соли, которые повышают растворимость, «высаливают» растворенное вещество, а те соли, которые уменьшают растворимость, «высаливают» растворенное вещество. Эффект добавки во многом зависит от ее влияния на структуру воды или ее способности конкурировать с молекулами воды-растворителя. [ 6 ] Удобную количественную оценку влияния добавки растворенного вещества на растворимость другого растворенного вещества можно получить с помощью уравнения Сечетова: [ 7 ]
- ,
где
- S 0 – растворимость в отсутствие добавки
- S – растворимость в присутствии добавки
- C a – концентрация добавки
- K — коэффициент солености, который является мерой чувствительности коэффициента активности растворенного вещества к соли.
Приложения
[ редактировать ]Гидротропы используются в промышленности и на коммерческой основе в рецептурах чистящих средств и средств личной гигиены, чтобы обеспечить более концентрированные составы поверхностно-активных веществ. Ежегодно в США производится (то есть изготавливается и импортируется) около 29 000 метрических тонн. [ 5 ] Годовое производство (плюс импорт) в Европе и Австралии составляет примерно 17 000 и 1 100 метрических тонн соответственно. [ 8 ] [ 9 ]
Обычные продукты, содержащие гидротропы, включают стиральные порошки, средства для очистки поверхностей, средства для мытья посуды, жидкое мыло, шампуни и кондиционеры. [ 5 ] Они представляют собой 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. [ 9 ]
| Химическая | Номер CAS |
|---|---|
| Толуолсульфокислота, 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) предотвращает агрегацию белков при нормальных физиологических концентрациях и примерно на порядок более эффективен, чем ксилолсульфонат натрия в классическом гидротропном анализе. [ 10 ] Показано, что гидротропная активность АТФ не зависит от ее активности как «энергетической валюты» в клетках. [ 10 ] Кроме того, функция АТФ как биологического гидротопа была показана во всем протеоме в условиях, близких к нативным. [ 11 ] Однако в недавнем исследовании гидротропные способности АТФ были поставлены под сомнение, поскольку он обладает сильными характеристиками высаливания из-за трифосфатной группы. [ 12 ]
Экологические соображения
[ редактировать ]Гидротропы имеют низкий потенциал биоаккумуляции , поскольку коэффициент распределения октанол-вода составляет <1,0. [ 5 ] Исследования показали, что гидротопы очень слабо летучие, с давлением пара <2,0x10-5 Па. [ 5 ] Они аэробно биоразлагаемы. Удаление активного ила в процессе вторичной очистки сточных вод составляет >94%. [ 9 ] Исследования острой токсичности на рыбе показали, что LC50 >400 мг активного ингредиента (а.и.)/л. Для дафний EC50 составляет >318 мг активного вещества/л. Наиболее чувствительными видами являются зеленые водоросли со значениями EC50 в диапазоне 230–236 мг а.и./л и концентрациями, не оказывающими наблюдаемого воздействия (NOEC) в диапазоне 31–75 мг а.и./л. [ 9 ] Установлено, что прогнозируемая бездействующая концентрация в воде (PNEC) составляет 0,23 мг а.и./л. [ 8 ] Было установлено, что соотношение прогнозируемой концентрации в окружающей среде (PEC)/PNEC составляет < 1, и, следовательно, гидротропы в бытовой химии и чистящих средствах не представляют угрозы для окружающей среды. [ 5 ] [ 8 ]
Здоровье человека
[ редактировать ]Совокупное воздействие на потребителей (прямой и косвенный контакт с кожей, проглатывание и вдыхание) оценивается в 1,42 мкг/кг массы тела/день. [ 8 ] Было показано, что сульфонат кальция и кумолсульфонат натрия вызывают временное легкое раздражение глаз у животных. [ 9 ] Исследования не выявили мутагенности, канцерогенности или репродуктивной токсичности гидротропов. [ 9 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Нойберг, К. (1916). «Гидротропные явления. I». Биохим. З. 76 : 107–76.
- ^ Мерингер, Йоханнес; Кунц, Вернер (август 2021 г.). «Гидротропные явления Карла Нойберга (1916)» . Достижения в области коллоидной и интерфейсной науки . 294 : 102476. doi : 10.1016/j.cis.2021.102476 . ПМИД 34229180 . S2CID 235757195 .
- ^ Евстигнеев, депутат; Евстигнеев, ВП; Эрнандес Сантьяго, А.А.; 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. дои : 10.1016/j.ejps.2005.12.010 . ПМИД 16483751 . S2CID 24920111 .
- ^ Сузуки, Х.; Сунада, Х. (1998). «Механистические исследования гидротропной солюбилизации нифедипина в растворе никотинамида» . Химический и фармацевтический вестник . 46 (1): 125–130. дои : 10.1248/cpb.46.125 . ПМИД 9468644 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Стэнтон, Кэтлин; Каритас Тибазарва; Ганс Серта; 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. дои : 10.1897/IEAM_2009-019.1 . ПМИД 19558203 . S2CID 11467860 .
- ^ Да Силва, RC; Спитцер, М.; Да Силва, LHM; Ло, В. (1999). «Исследования механизма повышения растворимости в воде, вызываемого некоторыми гидротропами». Термохимика Акта . 328 (1–2): 161–167. дои : 10.1016/s0040-6031(98)00637-6 .
- ^ Сингхай, А., 1992. Исследования по солюбилизации, составлению и оценке некоторых лекарств, Департамент фармации. наук. Доктор Х.С. Гаур вишвавидхьялая, Сагар, 10.
- ^ Jump up to: а б с д и Оценка рисков для человека и окружающей среды, связанных с ингредиентами бытовых чистящих средств (HERA) (2005 г.). «Гидротропы» (PDF) . Оценка риска .
- ^ Jump up to: а б с д и ж Консорциум гидротропов (2005). «Отчет о первоначальной оценке СИДС для гидротропов SIAM 21» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2 апреля 2013 г.
- ^ Jump up to: а б с 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. Бибкод : 2017Sci...356..753P . doi : 10.1126/science.aaf6846 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 28522535 . S2CID 24622983 .
- ^ Савицкий Михаил М.; Банщефф, Маркус; Хубер, Вольфганг; Доминик Хелм; Гюнтнер, Ина; Вернер, Тило; Курзава, Нильс; Шридхаран, Синдхуджа (11 марта 2019 г.). «Профилирование растворимости и термостабильности в масштабе всего протеома показывает четкую регуляторную роль АТФ» . Природные коммуникации . 10 (1): 1155. Бибкод : 2019NatCo..10.1155S . дои : 10.1038/s41467-019-09107-y . ISSN 2041-1723 . ПМК 6411743 . ПМИД 30858367 .
- ^ Мерингер, Йоханнес; До, Туан-Мин; Туро, Дидье; Хоэншуц, Макс; Хошсима, Али; Хоринек, Доминик; Кунц, Вернер (февраль 2021 г.). «Хофмейстер против Нойберга: действительно ли АТФ является биологическим гидротропом?» . Отчеты о клетках Физические науки . 2 (2): 100343. doi : 10.1016/j.xcrp.2021.100343 . ISSN 2666-3864 .