氨基酸类外表活性剂
摘 要
氨基酸是具有氨基和羧基的化合物的总称,作为蛋白质和酶的构成成分是生物体必需的化合物之一。此外,从工业观点来看,最近由于氨基酸制造技术的进步,可以得到比较廉价的氨基酸,利用其多官能基性、光学活性或氨基酸支链的多种功能,可以制成各种功能材料。对氨基酸系外表活性剂的研究开发,首先是在化装品领域,接着在各种领域,新功能材料的种类、用途也正在扩展。本文对氨基酸系外表活性剂的物性和应用,以氨基酸衍生物为中心,包括最近开发的材料进行介绍。
关键词：简介，结构，物理化学性质，作用，国内外研究现状〔常用的合成工艺路线、流
程和设备、产品检验〕，结论〔对全文的评述做出简明扼要的总结，重点说明对毕业论文重要论述依据的相关文献已有成果的学术意义、应用价值和不足，提出今后研究的目标〕
一、简介
外表活性剂(surfactant)，是指加入少量能使其溶液体系的界面状态发生明显变化的物质。具有固定的亲水亲油基团，在溶液的外表能定向排列。外表活性剂的分子结构具有两亲性：一端为亲水基团，另一端为疏水基团；亲水基团常为极性基团，如羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其盐，羟基、酰胺基、醚键等也可作为极性亲水基团；而疏水基团常为非极性烃链，如8个碳原子以上烃链。外表活性剂分为离子型外表活性剂〔包括阳离子外表活性剂与阴离子外表活性剂〕、非离子型外表活性剂、两性外表活性剂、复配外表活性剂、其他外表活性剂等。
氨基酸型两性外表活性剂是一种以氨基酸为基础的环保外表活性剂,其良好的无毒、生物可降解和配伍性能,越来越多地被应用到众多工业中
氨基酸与疏水物质发生反应，生成的外表活性物质称为氨基酸型外表活性剂。近年来氨基酸型外表活性剂广泛用于化装品和卫生用品生产中，其年产量快速增长着。 二、结构
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氨基酸分子中既有氨基又有羧基，为两性电解质，在水溶液中发生解离，氨基酸在中性介质中为两性，既有正离子基，也有负离子基，此区域称为等电区域；在碱性介质中，氨基酸变为阴离子型(R-)，形成游离氨基；在酸性介质中，氨基酸变为阳离子型(R+)，生成游离的羧酸。利用氨基酸的胺反应和羧酸反应引入脂肪链疏水基，即生成外表活性剂
氨基酸型外表活性剂结构分类
2.1 按氨基酸的不同分类
根据分子中所含氨基和梭基的相对数目，分为： ①中性，如N-酰基肌氨酸、二(辛氨基乙基)甘氨酸; ②酸性:如N-酰基谷氨酸、N-酰基谷氨酸二酷;
③碱性，如Nβ-酰基-L-赖氨酸(R=十二烷基)、Nα-二甲基-Nα-酰基赖氨酸(R=十二烷基)。
④根据氨基酸结构不同，及其溶于水时的离子类型不同可分为:
⑤阴离子型，如N-酰基谷氨酸、N-酰基肌氨酸;②阳离子型，如Nα-椰子酰精氨酸乙醋 (CAE);③两性型，如N-烷基天冬氨酸-β-烷基酯、Nα-L-赖氨酸(R=十二烷基);④非离子型，如N-酰基谷氨酸二酯、甘油单毗咯烷酮梭酸酯。 四、外表活性剂的物理化学性质
外表活性剂通过在气液两相界面吸附降低水的外表张力，也可以通过吸附在液体界面间来降低油水界面张力。许多外表活性剂也能在本体溶液中聚集成为聚集体。
溶液中的正吸附：增加润湿性、乳化性、起泡性； 固体外表的吸附：非极性固体外表单层吸附， 极性固体外表可发生多层吸附 1．亲疏平衡值与性能之间的关系
H·L·B值：表示外表活性剂的亲水疏水性能 〔Hydrophile-Lipophile Balance〕
外表活性剂要呈现特有的界面活性，必须使疏水基和亲水基之间有一定的平衡。 石蜡HLB值=0〔无亲水基〕聚乙二醇HLB值=20〔完全亲水〕
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对阴离子外表活性剂，可通过乳化标准油来确定HLB值。 HLB值 15~18 13~15 8~16 7~9 3.5~6 1.5~3
用途增溶剂洗涤剂 油/水型乳化剂 润湿剂 水/油乳化剂 消泡剂 HLB值可作为选用外表活性剂的参考依据。
疏水基
疏水基按应用分四种 〔1〕 脂肪烃： 〔2〕芳香烃： 〔3〕 混合烃： 〔4〕 带有弱亲水性基 〔5〕 其他：全氟烃基
疏水性大小：〔5〕>；〔1〕>〔3〕>；〔2〕>；〔4〕
亲水基
末端：净洗作用强，润湿性差；中间：相反。
分子量
HLB值、亲水基、疏水基相同，分子量小，润湿作用好，去污力差； 分子量大，润湿作用差，去污力好。
浊点
对非离子外表活性剂来说，亲水性取决于醚键的多少，醚与水分子的结合是放热反应。 当温度上升，水分子逐渐脱离醚键，而出现混浊现象，刚刚出现混浊时的温度称浊点。此时外表活性剂失去作用。浊点越高，使用的温度范围广。
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五、脂肪酰基氨基酸型外表活性剂合成原理
脂肪酰基氨基酸及其盐的制备方法一般为化学合成法，根据原料不同有几种工艺，如脂肪酸酐与氨基酸盐的酰化反应工艺、脂肪腈水解酰化反应工艺、羰基化反应工艺、脂肪酰氯与氨基酸反应工艺及脂肪酸与氨基酸盐反应工艺。
目前在工业上用得最多的制备脂肪酰基氨基酸及其盐的方法仍是用肖顿-鲍曼 (Schotten-Banmann)缩合反应方法，它是由脂肪酰氯和氨基酸在碱水溶液或其它有机溶剂中一次完成制得脂肪酰基氨基酸盐，然后经无机酸中和别离得脂肪酰基氨基酸粗品，再加碱中和而成为较纯的脂肪酰基氨基酸盐。此法的优点是工艺流程和设备不复杂，原料易得，缩合反应条件温和，反应温度不高，易于实现工业化生产。
六、氨基酸外表活性剂的作用
氨基酸型两性外表活性剂是一种以氨基酸为基础的环保外表活性剂,其良好的无毒、生物可降解和配伍性能,越来越多地被应用到众多工业中 氨基酸与疏水物质发生反应,生成的外表活性物质称为氨基酸型外表活性剂.近年来氨基酸型外表活性剂广泛用于化装品和卫生用品生产中,其年产量快速增长着.
氨基酸分子中既有氨基又有羧基,为两性电解质,在水溶液中发生解离,如下式所示：
性的氨基酸在中性介质中为两性,既有正离子基,也有负离子基,此区域称为等电区域；在碱性介质中,氨基酸变为阴离子型(R-),形成游离氨基；在酸性介质中,氨基酸变为阳离子型(R+),生成游离的羧酸.利用氨基酸的胺反应和羧酸反应引入脂肪链疏水基,即生成外表活性剂,反应如下： 1．十二烷基氨基丙酸钠
十二烷基氨基丙酸钠是由十二伯胺与丙烯酸甲酯进行反应后经水解,再用氢氧化钠中和而制得的,反应如下：
十二烷基氨基丙酸钠易溶于水,呈透明溶液,显碱性,这与阴离子外表活性剂的性质相似,具有良好的起泡性能和洗涤能力.十二烷基氨基丙酸的水溶液显弱酸性,表现为阳离子外表活性剂. 2．十二烷基二亚甲基氨基二甲酸钠
十二烷基二亚甲基氨基二甲酸钠是由十二胺与一氯乙酸钠在氢氧化钠存在下进行反应制得的,反应如下：
十二烷基二亚甲基氨基二甲酸钠的性质与十二烷基氨基丙酸钠相似,此外还有良好的杀菌能力. 3．Na-酰基赖氨酸
Na-酰基赖氨酸的结构式如下：
Na-酰基赖氨酸分子中既有氨基又有羧基,为典型的氨基酸型两性外表活性剂.该分子在等电点内形成内盐,水溶性降低,所以在水(pH=4～10)和有机溶剂中非常难溶.它溶于pH=12的溶液中和pH值在1以下的氯化钾乙醇
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中.在含有硫酸铜的溶液中,它能捕获铜离子形成螯合物.当与强亲水性无机粉末混合时,由于它具有疏水性,从而使粉末体外表也变为有疏水性,故可用作医药、化装品的填充剂,以改性各种粉末体的外表. 4．Na-甲基-Na-月桂酰赖氨酸
Na-二甲基-Na-月桂酰赖氨酸的结构式如下：
Na-酰基赖氨酸的α-氨基经二甲基化和三甲基化后,其碱性增大,结晶度降低,变得易溶于水.二甲基化的Na-月桂酰赖氨酸的克拉夫点(溶解度骤然增大的温度)为39℃.此种外表活性剂与阴离子外表活性剂有很大的相容性及良好的外表活性和起泡性能,用于洗涤剂生产中.
七、外表活性剂国内外研究现状
目前，发达国家在外表活性剂领域的研究已具备了完整的体系，够实现产品研究开发多样化、系列化，开发力度非常大，并且开发理念已突破传统意义上的外表活性剂。
以外表活性剂在农药中应用为例，国外通过外表活性剂对除草剂活性作用的研究说明，外表活性剂并非只单纯地降低药液的外表张力，以提高药量而到达增效的目的，
假设针对各种药剂特性，采用适当种类和浓度的外表活性剂还可以促进药剂对植物的渗透作用，且对药剂具有增溶作用，可见有选择性地开发和应用外表活性剂，可望到达对药剂增效、节约用药、减少对环境污染和降低防治成本的目的。
外表活性剂在医药中也有广泛的用途，它对药物的吸收有着明显的影响，研究发现外表活性剂的存在可能增加药物的吸收也可能降低药物的吸收，还应考虑到外表活性剂与蛋白质的相互作用、毒性、刺激性等。
国外一些著名的外表活性剂公司在2l世纪初的发展趋势如下所述: 国外主要研究方向为安全、温和和易生物降解的产品。如糖苷类外表活性剂，由于原料来自天然、性能优良、低毒低刺激、易生物降解而得到迅速发展。 我国外表活性剂行业的发展趋势在外表活性剂领域，我国的研究开发能力和产业化基础都还比较薄弱，与国外水平差距很大，尤其在高新技术领域差距更大，这主要表现为产品品种单一落后，生产规模小，产品配套能力差，缺少系列化产品的研究开发能力。于产品的质量和性能不能满足许多高新技术产品的要求，缺少能够带动相关行业发展的外表活性剂及助剂的研究开发和生产能力，客观上阻碍了我国精细化工行业的健康发展。
提出了越来越高国外外表活性剂的主要研究方向为安全、温和、易生物降解，而我国在这方面的工作才刚刚起步。由于外表活性剂产品品种多，应用范围广，
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且由于我国在该领域基础薄弱，所涉及的亟待解决的问题也多，首先注重以下问题的解决：
系统开发安全、温和、易生物降解、具有特殊作用的外表活性剂，研究其构效关系，为新型产品的开发和应用提供理论基础。重点开发糖苷类外表活性剂，糖苷有多个游离羟基，类似多元醇，可开发各种多元醇类和醇类外表活性剂。 八、总结
氨基酸型外表活性剂不仅对环境和生物体的安全性高，对头发和皮肤作用温和，刺激性小，低毒，起泡和乳化性能好，去污能力强，生物降解性能好，而且还具有与其它各种外表活性剂的相容性较好以及具有良好的抑菌性能和杀菌性能。正因为它所具有的这些优良的外表性能，使其不仅满足了对环境友好的要求，也满足了人们对产品安全性和温和性不断提高的要求。随着氨基酸型外表活性剂生产技术的不断改良和完善，其生产规模的扩大及成本的降低必将促使其广泛的应用于国民经济发展的各个领域。
参考文献
参考文献：
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1.氨基酸系外表活性剂，冯光柱，谢文磊，孙建军 《日用化学品化学》1989年 第一期 2.脂肪族氨基酸型外表活性剂 成蕴秀 《日用化学工业》 1988年 第六期
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