Este artigo se concentra no mecanismo antimicrobiano dos surfactantes de Gêmeos, que devem ser eficazes na matança de bactérias e podem fornecer alguma ajuda para diminuir a velocidade da disseminação de novos coronavírus.
Surfactante, que é uma contração das frases superficiais, ativas e agentes. Os surfactantes são substâncias ativas em superfícies e interfaces e têm uma capacidade e eficiência muito alta na redução da tensão da superfície (limite), formando conjuntos ordenados molecularmente em soluções acima de uma certa concentração e, portanto, tendo uma série de funções de aplicação. Os surfactantes possuem boa dispersibilidade, molhabilidade, capacidade de emulsificação e propriedades antistáticas, e se tornaram materiais -chave para o desenvolvimento de muitos campos, incluindo o campo de produtos químicos finos, e têm uma contribuição significativa na melhoria dos processos, reduzindo o consumo de energia e o aumento da eficiência da produção . Com o desenvolvimento da sociedade e o progresso contínuo do nível industrial mundial, a aplicação de surfactantes se espalhou gradualmente de produtos químicos de uso diário para vários campos da economia nacional, como agentes antibacterianos, aditivos alimentares, novos campos de energia, tratamento poluente e tratamento e Biofarmacêutica.
Os surfactantes convencionais são compostos "anfifílicos" que consistem em grupos hidrofílicos polares e grupos hidrofóbicos não polares, e suas estruturas moleculares são mostradas na Figura 1 (a).
Atualmente, com o desenvolvimento de refinamento e sistematização na indústria de fabricação, a demanda por propriedades de surfactante no processo de produção está aumentando gradualmente, por isso é importante encontrar e desenvolver surfactantes com propriedades de superfície mais altas e com estruturas especiais. A descoberta de surfactantes de Gêmeos preenche essas lacunas e atende aos requisitos da produção industrial. Um surfactante comum de Gêmeos é um composto com dois grupos hidrofílicos (geralmente iônicos ou não iônicos com propriedades hidrofílicas) e duas cadeias de alquil hidrofóbicas.
Como mostrado na Figura 1 (b), ao contrário dos surfactantes convencionais de cadeia única, os surfactantes de gêmeos ligam dois grupos hidrofílicos através de um grupo de ligação (espaçador). Em suma, a estrutura de um surfactante de Gêmeos pode ser entendida como formada pela ligação inteligente de dois grupos de cabeça hidrofílica de um surfactante convencional, juntamente com um grupo de ligação.
A estrutura especial do surfactante de Gêmeos leva à sua alta atividade superficial, que é principalmente devida a ：
(1) O efeito hidrofóbico aprimorado das duas cadeias de cauda hidrofóbica da molécula de surfactante de Gêmeos e a tendência aumentada do surfactante de deixar a solução aquosa.
(2) a tendência dos grupos de cabeça hidrofílica de se separarem, especialmente os grupos da cabeça iônica devido à repulsão eletrostática, é substancialmente enfraquecida pela influência do espaçador;
(3) A estrutura especial dos surfactantes de Gêmeos afeta seu comportamento de agregação em solução aquosa, dando -lhes uma morfologia de agregação mais complexa e variável.
Os surfactantes de gêmeos têm maior atividade superficial (limite), menor concentração crítica de micelas, melhor molhabilidade, capacidade de emulsificação e capacidade antibacteriana em comparação com surfactantes convencionais. Portanto, o desenvolvimento e a utilização de surfactantes de gêmeos são de grande importância para o desenvolvimento e aplicação de surfactantes.
A "estrutura anfifílica" dos surfactantes convencionais lhes dá propriedades de superfície únicas. Como mostrado na Figura 1 (c), quando um surfactante convencional é adicionado à água, o grupo da cabeça hidrofílica tende a se dissolver dentro da solução aquosa e o grupo hidrofóbico inibe a dissolução da molécula de surfactante na água. Sob o efeito combinado dessas duas tendências, as moléculas de surfactante são enriquecidas na interface gás-líquido e passam por um arranjo ordenado, reduzindo assim a tensão superficial da água. Ao contrário dos surfactantes convencionais, os surfactantes de gêmeos são "dímeros" que ligam surfactantes convencionais através de grupos espaçadores, o que pode reduzir a tensão superficial da tensão interfacial de água e óleo/água com mais eficiência. Além disso, os surfactantes de gêmeos têm concentrações críticas de micelas mais baixas, melhor solubilidade em água, emulsificação, espuma, umedecimento e propriedades antibacterianas.
| Introdução de surfactantes de gêmeos Em 1991, Menger e Littau [13] prepararam o primeiro surfactante da cadeia bis-alquil com um grupo de ligação rígido e o nomeou "Gemini Surfactant". No mesmo ano, Zana et al [14] prepararam uma série de surfactantes de gêmeos de sal de sal de amônio quaternário pela primeira vez e investigaram sistematicamente as propriedades desta série de surfactantes de gêmeos de sal de salium quaternário. 1996, os pesquisadores generalizaram e discutiram o comportamento da superfície (limite), propriedades de agregação, reologia da solução e comportamento de fase de diferentes surfactantes de gêmeos quando compostos com surfactantes convencionais. Em 2002, Zana [15] investigou o efeito de diferentes grupos de ligação no comportamento de agregação dos surfactantes de Gêmeos em solução aquosa, um trabalho que avançou bastante o desenvolvimento de surfactantes e foi de grande significado. Mais tarde, Qiu et al [16] inventaram um novo método para a síntese de surfactantes de gêmeos contendo estruturas especiais baseadas em brometo de cetil e 4-amino-3,5-di-hidroximetil-1,2,4-triazol, que enriqueceram ainda mais o caminho de Síntese de surfactante de Gêmeos. |
Pesquisas sobre surfactantes de gêmeos na China começaram tarde; Em 1999, Jianxi Zhao, da Universidade de Fuzhou, fez uma revisão sistemática de pesquisas estrangeiras sobre surfactantes de Gêmeos e atraiu a atenção de muitas instituições de pesquisa na China. Depois disso, a pesquisa sobre surfactantes de Gêmeos na China começou a florescer e alcançou resultados frutíferos. Nos últimos anos, os pesquisadores se dedicaram ao desenvolvimento de novos surfactantes de Gêmeos e ao estudo de suas propriedades físico -químicas relacionadas. Ao mesmo tempo, as aplicações de surfactantes de gêmeos foram gradualmente desenvolvidas nos campos de esterilização e antibacteriana, produção de alimentos, desmembramento e inibição da espuma, liberação lenta de medicamentos e limpeza industrial. Com base se os grupos hidrofílicos nas moléculas de surfactante são carregados ou não e no tipo de carga que eles carregam, os surfactantes de Gêmeos podem ser divididos nas seguintes categorias: surfactantes catiônicos, aniônicos, não iônicos e anfotéricos. Entre eles, os surfactantes catiônicos de gêmeos geralmente se referem a surfactantes quaternários de amônio ou sal de gêmeos de amônio, os surfactantes aniônicos de gêmeos se referem principalmente a surfactantes de gêmeos cujos grupos hidrofílicos são ácido sulfônico, fosfato e ácido carboxílico, enquanto os surfactantes não -iônicos de geminia são principalmente coloxioxioxietileno, surfatos de geminina.
1.1 surfactantes catiônicos de Gêmeos
Os surfactantes catiônicos de Gêmeos podem dissociar cátions em soluções aquosas, principalmente surfactantes de gêmeos de sal de amônio de amônio e quaternário. Os surfactantes catiônicos de gêmeos têm boa biodegradabilidade, forte capacidade de descontaminação, propriedades químicas estáveis, baixa toxicidade, estrutura simples, síntese fácil, fácil separação e purificação e também possuem propriedades bactericidas, anticorrosão, propriedades antiestáticas e suavidade.
Os surfactantes de gêmeos à base de sal de amônio quaternário são geralmente preparados a partir de aminas terciárias por reações de alquilação. Existem dois métodos sintéticos principais da seguinte forma: um é quaternizar alcaneos dibromo-substituídos e aminas terciárias de alquil dimetil de cadeia longa única; O outro é quaternizar os alcanos de cadeia longa de 1 bromo-bromo e os diaminos alquil alquil n, n, n ', n'-tetrametil alquil com etanol anidro como refluxo de solvente e aquecimento. No entanto, os alcaneos dibromo-substituídos são mais caros e geralmente são sintetizados pelo segundo método, e a equação da reação é mostrada na Figura 2.
1.2 surfactantes aniônicos de Gêmeos
Os surfactantes aniônicos de Gêmeos podem dissociar ânions em solução aquosa, principalmente sulfonatos, sais de sulfato, carboxilatos e sais de fosfato do tipo surfactantes de gêmeos. Os surfactantes aniônicos têm melhores propriedades, como descontaminação, espuma, dispersão, emulsificação e umedecimento, e são amplamente utilizados como detergentes, agentes espumantes, agentes umedecedores, emulsificantes e dispersantes.
1.2.1 sulfonatos
Os biossurfactantes à base de sulfonato têm as vantagens de boa solubilidade em água, boa molhabilidade, boa temperatura e resistência ao sal, boa detergência e forte capacidade de dispersão, e são amplamente utilizados como detergentes, agentes espumantes, agentes umedecionados, emulsificantes e dispersantes no petróleo, Indústria têxtil e produtos químicos de uso diário devido a suas fontes relativamente amplas de matérias-primas, processos de produção simples e baixos custos. Li et al sintetizaram uma série de novos surfactantes de gêmeos de ácido dissulfônico dialquil (2CN-SCT), um surfactante bariário típico do tipo sulfonato, usando tricloramina, amina alifática e taurina como matérias-primas em uma reação em três etapas.
1.2.2 Sais de sulfato
Os sais de éster de sulfato surfactantes de dupleto têm as vantagens de tensão superficial ultra baixa, alta atividade superficial, boa solubilidade em água, ampla fonte de matérias-primas e síntese relativamente simples. Ele também tem bom desempenho de lavagem e capacidade de espuma, desempenho estável em água dura e sais de éster de sulfato são neutros ou ligeiramente alcalinos em solução aquosa. Como mostrado na Figura 3, Sun Dong et al utilizaram ácido láurico e polietileno glicol como as principais matérias-primas e adicionaram ligações éstres de sulfato por substituição, esterificação e reações de adição, sintetizando assim o surfactante de sal do éster de sulfato GA12-S-12.
1.2.3 sais de ácido carboxílico
Os surfactantes de gêmeos à base de carboxilato são geralmente leves, verdes, facilmente biodegradáveis e têm uma rica fonte de matérias-primas naturais, propriedades quelantes de altas metais, boa resistência à água dura e dispersão de sabão de cálcio, boas propriedades de espuma e umedecimento e são amplamente utilizadas em produtos farmacêuticos, Têxteis, produtos químicos finos e outros campos. A introdução de grupos de amida em biossurfactantes à base de carboxilato pode melhorar a biodegradabilidade das moléculas de surfactante e também fazê-los ter boas propriedades de umedecimento, emulsificação, dispersão e descontaminação. Mei et al sintetizaram um surfactante bariônico à base de carboxilato CGS-2 contendo grupos de amida usando dodecilamina, dibromo etotono e anidrido succínico como matérias-primas.
1.2.4 Sais de fosfato
Os surfactantes de gêmeos do tipo éster de éster fosfato têm uma estrutura semelhante aos fosfolipídios naturais e são propensos a formar estruturas como micelas e vesículas reversas. Os surfactantes de gêmeos do tipo éster de éster de fosfato têm sido amplamente utilizados como agentes antistáticos e detergentes para lavanderia, enquanto suas altas propriedades de emulsificação e irritação relativamente baixa levaram a seu amplo uso em cuidados pessoais da pele. Certos ésteres de fosfato podem ser anticâncer, antitumorais e antibacterianos, e dezenas de medicamentos foram desenvolvidos. Os biossurfactantes do tipo de sal éster de fosfato têm altas propriedades de emulsificação para pesticidas e podem ser usados não apenas como antibacterianos e inseticidas, mas também como herbicidas. Zheng et al estudaram a síntese de surfactantes de gêmeos de sal do éster de fosfato de P2O5 e dióis oligoméricos baseados em orto-quat, que têm melhor efeito de umedecimento, boas propriedades antistáticas e um processo de síntese relativamente simples com condições leves de reação. A fórmula molecular do surfactante bariônica de sal fosfato de potássio é mostrada na Figura 4.
1.3 surfactantes de gêmeos não iônicos
Os surfactantes não -iônicos de Gêmeos não podem ser dissociados em solução aquosa e existem na forma molecular. Esse tipo de surfactante bariônico tem sido menos estudado até agora, e existem dois tipos, um é um derivado de açúcar e o outro é éter álcool e éter de fenol. Os surfactantes de Gêmeos não iônicos não existem no estado iônico em solução, portanto, eles têm alta estabilidade, não são facilmente afetados por eletrólitos fortes, têm boa complexabilidade com outros tipos de surfactantes e têm boa solubilidade. Portanto, os surfactantes não iônicos têm várias propriedades, como boa detergência, dispersibilidade, emulsificação, espuma, molhabilidade, propriedade antistática e esterilização e podem ser amplamente utilizadas em vários aspectos, como pesticidas e revestimentos. Como mostrado na Figura 5, em 2004, Fitzgerald et al
02 Propriedades físico -químicas de surfactantes de gêmeos
2.1 Atividade de surfactantes de gêmeos
A maneira mais simples e direta de avaliar a atividade superficial dos surfactantes é medir a tensão superficial de suas soluções aquosas. Em princípio, os surfactantes reduzem a tensão superficial de uma solução por arranjo orientado no plano da superfície (limite) (Figura 1 (c)). A concentração crítica de micelas (CMC) de surfactantes de gêmeos é superior a duas ordens de magnitude menor e o valor C20 é significativamente menor em comparação aos surfactantes convencionais com estruturas semelhantes. A molécula de surfactante bariônica possui dois grupos hidrofílicos que o ajudam a manter uma boa solubilidade em água enquanto possui longas cadeias longas hidrofóbicas. Na interface de água/ar, os surfactantes convencionais são fracamente organizados devido ao efeito de resistência do local espacial e à repulsão de cargas homogêneas nas moléculas, enfraquecendo assim sua capacidade de reduzir a tensão superficial da água. Por outro lado, os grupos de ligação de surfactantes de gêmeos são ligados covalentemente, de modo que a distância entre os dois grupos hidrofílicos é mantida dentro de uma pequena faixa (muito menor que a distância entre os grupos hidrofílicos de surfactantes convencionais), resultando em uma melhor atividade de surfactantes de gêmeos em a superfície (limite).
2.2 Estrutura de montagem de surfactantes de gêmeos
Nas soluções aquosas, à medida que a concentração de surfactante bariônica aumenta, suas moléculas saturam a superfície da solução, que por sua vez força outras moléculas a migrar para o interior da solução para formar micelas. A concentração na qual o surfactante começa a formar micelas é chamado de concentração crítica de micelas (CMC). Como mostrado na Figura 9, após a concentração ser maior que o CMC, diferentemente dos surfactantes convencionais que se agregam para formar micelas esféricas, os surfactantes de gêmeos produzem uma variedade de morfologias de micelas, como estruturas lineares e bicamadas, devido às suas características estruturais. As diferenças no tamanho, forma e hidratação de micelas têm um impacto direto no comportamento da fase e nas propriedades reológicas da solução e também levam a mudanças na viscoelasticidade da solução. Surfactantes convencionais, como surfactantes aniônicos (SDs), geralmente formam micelas esféricas, que quase não têm efeito na viscosidade da solução. No entanto, a estrutura especial dos surfactantes de Gêmeos leva à formação de morfologia mais complexa da micela e as propriedades de suas soluções aquosas diferem significativamente das dos surfactantes convencionais. A viscosidade de soluções aquosas de surfactantes de gêmeos aumenta com o aumento da concentração de surfactantes de gêmeos, provavelmente porque as micelas lineares formadas se entrelaçam em uma estrutura semelhante à web. No entanto, a viscosidade da solução diminui com o aumento da concentração de surfactante, provavelmente devido à interrupção da estrutura da Web e à formação de outras estruturas de micelas.
03 Propriedades antimicrobianas de surfactantes de gêmeos
Como um tipo de agente antimicrobiano orgânico, o mecanismo antimicrobiano do surfactante bariônico é principalmente que ele combina com ânions na superfície da membrana celular dos microorganismos ou reage com grupos sulfidilosos para interromper a produção de suas proteínas e membranas celulares, assim, destruindo tecidos microbianos para inibir a inibição para inibir ou matar microorganismos.
3.1 Propriedades antimicrobianas de surfactantes aniônicos de Gêmeos
As propriedades antimicrobianas dos surfactantes aniônicos antimicrobianos são determinados principalmente pela natureza das porções antimicrobianas que eles carregam. Em soluções coloidais, como látex e revestimentos naturais, as cadeias hidrofílicas se ligam a dispersantes solúveis em água e as cadeias hidrofóbicas se ligarão a dispersões hidrofóbicas por adsorção direcional, transformando assim a interface bifásica em um filme interfacial molecular denso. Os grupos inibitórios bacterianos nessa densa camada protetora inibem o crescimento de bactérias.
O mecanismo de inibição bacteriana de surfactantes aniônicos é fundamentalmente diferente da dos surfactantes catiônicos. A inibição bacteriana dos surfactantes aniônicos está relacionada ao seu sistema de solução e aos grupos de inibição; portanto, esse tipo de surfactante pode ser limitado. Esse tipo de surfactante deve estar presente em níveis suficientes para que o surfactante esteja presente em todos os cantos do sistema para produzir um bom efeito microbicida. Ao mesmo tempo, esse tipo de surfactante carece de localização e direcionamento, o que não apenas causa resíduos desnecessários, mas também cria resistência por um longo período de tempo.
Como exemplo, biossurfactantes à base de alquil sulfonato têm sido usados na medicina clínica. Alquilsulfonatos, como Busulfan e Treossulfan, tratam principalmente doenças mieloproliferativas, agindo para produzir reticulação entre guanina e ureapurina, enquanto essa alteração não pode ser reparada pela revisão celular, resultando em morte celular apoptótica.
3.2 Propriedades antimicrobianas de surfactantes catiônicos de Gêmeos
O principal tipo de surfactantes catiônicos de Gêmeos desenvolvidos são os surfactantes de gêmeos do tipo salão de amônio quaternário. Os surfactantes de gêmeos caticiais do tipo quaternário de amônio têm forte efeito bactericida, porque existem duas cadeias de alcano longas hidrofóbicas nas moléculas de surfactante bariônico do tipo quaternário de amônio, e as cadeias hidrofóbicas formam adsorção hidrofóbica com a parede celular (peptidoglycan); Ao mesmo tempo, eles contêm dois íons nitrogênio carregados positivamente, que promoverão a adsorção de moléculas de surfactante na superfície de bactérias carregadas negativamente e, por meio da penetração e difusão, as cadeias hidrofóbicas penetram profundamente na camada da membrana celular bacteriana, a mudança a alteração Permeabilidade da membrana celular, levando à ruptura da bactéria, além de grupos hidrofílicos profundamente A proteína, levando à perda da atividade enzimática e desnaturação de proteínas, devido ao efeito combinado desses dois efeitos, fazendo com que o fungicida tenha um forte efeito bactericida.
No entanto, do ponto de vista ambiental, esses surfactantes têm atividade hemolítica e citotoxicidade, e o tempo de contato mais longo com organismos aquáticos e biodegradação pode aumentar sua toxicidade.
3.3 Propriedades antibacterianas de surfactantes não iônicos de gêmeos
Atualmente, existem dois tipos de surfactantes de Gêmeos não iônicos, um é um derivado de açúcar e o outro é éter álcool e éter fenol.
O mecanismo antibacteriano de biossurfactantes derivados de açúcar é baseado na afinidade das moléculas e os surfactantes derivados de açúcar podem se ligar às membranas celulares, que contêm um grande número de fosfolipídios. Quando a concentração de derivados de açúcar surfactantes atinge um certo nível, muda a permeabilidade da membrana celular, formando poros e canais de íons, o que afeta o transporte de nutrientes e trocas gasosas, causando a saída de conteúdo e, eventualmente, levando à morte da morte da morte da morte da morte da morte da morte da morte da morte da morte da morte da morte da morte da morte da morte da morte da morte e, eventualmente bactéria.
O mecanismo antibacteriano de agentes antimicrobianos de éteres fenólicos e alcoólicos é atuar na parede celular ou na membrana celular e nas enzimas, bloquear funções metabólicas e interromper as funções regenerativas. Por exemplo, os medicamentos antimicrobianos de éteres de difenil e seus derivados (fenóis) estão imersos em células bacterianas ou virais e agem através da parede e da membrana celular, inibindo a ação e a função das enzimas relacionadas à síntese de acidos nucleicos e proteínas, limitando o Crescimento e reprodução de bactérias. Também paralisa as funções metabólicas e respiratórias das enzimas dentro das bactérias, que depois falham.
3.4 Propriedades antibacterianas de surfactantes anfotéricos de gêmeos
Os surfactantes anfotéricos de Gêmeos são uma classe de surfactantes que possuem cátions e ânions em sua estrutura molecular, podem ionizar em solução aquosa e exibir as propriedades dos surfactantes aniônicos em uma condição média e surfactantes catiônicos em outra condição média. O mecanismo de inibição bacteriana dos surfactantes anfotéricos é inconclusiva, mas geralmente acredita -se que a inibição possa ser semelhante à dos surfactantes quaternários de amônio, onde o surfactante é facilmente adsorvido na superfície bacteriana carregada negativamente e interfere com metabolismo bacteriano.
3.4.1 Propriedades antimicrobianas de surfactantes de gêmeos de aminoácidos
O surfactante bariônico do tipo aminoácido é um surfactante bariário anfotérico catiônico composto por dois aminoácidos, de modo que seu mecanismo antimicrobiano é mais semelhante ao do surfactante bariônico do tipo salão de sal de amônio quaternário. A parte carregada positivamente do surfactante é atraída para a parte carregada negativamente da superfície bacteriana ou viral devido à interação eletrostática e, posteriormente, as cadeias hidrofóbicas se ligam à bicamada lipídica, levando ao efluxo do conteúdo celular e da lise até a morte. Possui vantagens significativas sobre os surfactantes de gêmeos à base de amônio quaternário: fácil biodegradabilidade, baixa atividade hemolítica e baixa toxicidade, por isso está sendo desenvolvido para sua aplicação e seu campo de aplicação está sendo expandido.
3.4.2 Propriedades antibacterianas de surfactantes de gêmeos do tipo não aminoácido
Os surfactantes anfotéricos de gêmeos do tipo não aminoácido têm resíduos moleculares ativos de superfície contendo centros de carga positiva e negativa não ionizáveis. Os principais surfactantes de gêmeos do tipo não aminoácido são betaína, imidazolina e óxido de amina. Tomando o tipo de betaína como exemplo, os surfactantes anfotéricos do tipo betaína têm grupos aniônicos e catiônicos em suas moléculas, que não são facilmente afetadas por sais inorgânicos e têm efeitos surfactantes em soluções ácidas e alcalinas, e o mecanismo antimicrobiano de surfacentes catiônicos de gemini é seguido em soluções ácidas e a dos surfactantes aniônicos de Gêmeos em soluções alcalinas. Ele também possui excelente desempenho de composição com outros tipos de surfactantes.
04 Conclusão e Outlook
Os surfactantes de gêmeos são cada vez mais usados na vida por causa de sua estrutura especial e são amplamente utilizados nos campos de esterilização antibacteriana, produção de alimentos, negação e inibição de espuma, liberação lenta de medicamentos e limpeza industrial. Com a crescente demanda por proteção do ambiente verde, os surfactantes de Gêmeos são gradualmente desenvolvidos em surfactantes ecológicos e multifuncionais. Pesquisas futuras sobre surfactantes de gêmeos podem ser realizadas nos seguintes aspectos: Desenvolvendo novos surfactantes de Gêmeos com estruturas e funções especiais, fortalecendo especialmente a pesquisa sobre antibacterianos e antivirais; compor com surfactantes ou aditivos comuns para formar produtos com melhor desempenho; e usando matérias -primas baratas e facilmente disponíveis para sintetizar surfactantes de gêmeos ecológicos.
Hora de postagem: 25-2022 de março