Den här artikeln fokuserar på den antimikrobiella mekanismen för gemini -ytaktiva medel, som förväntas vara effektiva för att döda bakterier och kan ge lite hjälp för att bromsa spridningen av nya koronavirus.
Surfaktant, som är en sammandragning av fraserytan, aktivt och medel. Surfaktiva medel är ämnen som är aktiva på ytor och gränssnitt och har en mycket hög förmåga och effektivitet när det gäller att minska ytan (gränsen) spänning, bilda molekylära ordnade enheter i lösningar över en viss koncentration och därmed ha en rad applikationsfunktioner. Ytaktiva medel har god spridbarhet, vätbarhet, emulgeringsförmåga och antistatiska egenskaper och har blivit nyckelmaterial för utvecklingen av många områden, inklusive området med fina kemikalier, och har ett betydande bidrag till att förbättra processerna, minska energiförbrukningen och öka produktionseffektiviteten. Med utvecklingen av samhället och den kontinuerliga framstegen på världens industriella nivå har tillämpningen av ytaktiva medel gradvis spridit sig från kemikalier med daglig användning till olika områden i den nationella ekonomin, såsom antibakteriella medel, livsmedelstillsatser, nya energifält, föroreningar och biofarmaceutikaler.
Konventionella ytaktiva medel är "amfifiliska" föreningar bestående av polära hydrofila grupper och icke -polära hydrofoba grupper, och deras molekylstrukturer visas i figur 1 (a).
För närvarande, med utvecklingen av förfining och systematisering inom tillverkningsindustrin, ökar efterfrågan på ytaktiva egenskaper i produktionsprocessen gradvis, så det är viktigt att hitta och utveckla ytaktiva medel med högre ytegenskaper och med speciella strukturer. Upptäckten av Gemini -ytaktiva medel överbryggar dessa luckor och uppfyller kraven i industriell produktion. Ett vanligt gemini -ytaktivt medel är en förening med två hydrofila grupper (vanligtvis joniska eller nonjoniska med hydrofila egenskaper) och två hydrofoba alkylkedjor.
Såsom visas i figur 1 (b), i motsats till konventionella ytkedjor-ytaktiva medel, kopplar gemini-ytaktiva medel två hydrofila grupper genom en kopplingsgrupp (distans). Kort sagt kan strukturen hos ett gemini -ytaktivt medel förstås som bildas av smart bindning av två hydrofila huvudgrupper av ett konventionellt ytaktivt medel tillsammans med en kopplingsgrupp.
Den speciella strukturen för Gemini -ytaktivet leder till dess höga ytaktivitet, vilket främst beror på ：
(1) Den förbättrade hydrofoba effekten av de två hydrofoba svanskedjorna i Gemini -ytaktiva molekylen och den ökade tendensen hos det ytaktiva ämnet att lämna den vattenhaltiga lösningen.
(2) tendensen hos hydrofila huvudgrupper att skilja sig från varandra, särskilt joniska huvudgrupper på grund av elektrostatisk avstötning, försvagas väsentligt av påverkan från distansen;
(3) Den speciella strukturen för Gemini -ytaktiva ämnen påverkar deras aggregeringsbeteende i vattenlösning, vilket ger dem en mer komplex och varierande aggregeringsmorfologi.
Gemini -ytaktiva medel har högre yta (gräns) aktivitet, lägre kritisk micellkoncentration, bättre vätbarhet, emulgeringsförmåga och antibakteriell förmåga jämfört med konventionella ytaktiva medel. Därför är utvecklingen och användningen av gemini -ytaktiva medel av stor betydelse för utveckling och tillämpning av ytaktiva medel.
Den "amfifiliska strukturen" hos konventionella ytaktiva medel ger dem unika ytegenskaper. Såsom visas i figur 1 (c), när ett konventionellt ytaktivt medel tillsätts till vatten, tenderar den hydrofila huvudgruppen att lösa upp i den vattenhaltiga lösningen, och den hydrofoba gruppen hämmar upplösningen av den ytaktiva molekylen i vatten. Under den kombinerade effekten av dessa två trender berikas de ytaktiva molekylerna vid gas-vätskan och genomgår ett ordnat arrangemang, vilket minskar vattenens ytspänning. Till skillnad från konventionella ytaktiva ämnen är gemini -ytaktiva ämnen "dimerer" som kopplar konventionella ytaktiva medel tillsammans genom distansgrupper, vilket kan minska ytspänningen för vatten och olja/vattengränssnitt mer effektivt. Dessutom har gemini -ytaktiva medel lägre kritiska micellkoncentrationer, bättre vattenlöslighet, emulgering, skummande, vätning och antibakteriella egenskaper.
| Introduktion av Gemini -ytaktiva ämnen 1991 förberedde Menger och Littu [13] det första ytaktiva bis-alkylkedjan med en styv kopplingsgrupp och kallade den "Gemini-ytaktiva medel". Samma år förberedde Zana et al [14] en serie av kvartära ammoniumsaltgemini -ytaktiva ämnen för första gången och undersökte systematiskt egenskaperna för denna serie av kvartära ammoniumsaltgemini -ytaktiva ämnen. 1996 generaliserade och diskuterade forskare ytan (gränsen) beteende, aggregeringsegenskaper, lösningsreologi och fasbeteende hos olika gemini -ytaktiva medel när de förvärras med konventionella ytaktiva medel. År 2002 undersökte Zana [15] effekten av olika kopplingsgrupper på aggregeringsbeteendet hos gemini -ytaktiva medel i vattenlösning, ett verk som i hög grad avancerade utvecklingen av ytaktiva medel och var av stor betydelse. Senare uppfann Qiu et al. |
Forskning om Gemini -ytaktiva ämnen i Kina startade sent; 1999 gjorde Jianxi Zhao från Fuzhou University en systematisk granskning av utländsk forskning om Tvel -ytaktiva ämnen och väckte uppmärksamheten från många forskningsinstitutioner i Kina. Därefter började forskningen om Tvilliga ytaktiva ämnen i Kina blomstra och uppnådde fruktbara resultat. Under de senaste åren har forskare ägnat sig åt utvecklingen av nya Gemini -ytaktiva ämnen och studien av deras relaterade fysikalisk -kemiska egenskaper. Samtidigt har tillämpningarna av Gemini -ytaktiva medel gradvis utvecklats inom områdena sterilisering och antibakteriell, livsmedelsproduktion, deboming och skuminhibering, långsam frisättning av läkemedel och industriell rengöring. Baserat på huruvida de hydrofila grupperna i ytaktiva molekyler laddas eller inte och den typ av laddning de bär, kan gemini -ytaktiva medel delas in i följande kategorier: katjoniska, anjoniska, nonjoniska och amfoteriska gemini -ytaktiva medel. Bland dem hänvisar katjoniska gemini -ytaktiva ämnen i allmänhet till kvartära ammonium- eller ammoniumsaltgemini -ytaktiva medel, anjoniska gemini -ytaktiva ämnen, medan nonjioniska tandvinnare är mestadels polyoxi -ytor, fosfat och karboxylsyra, medan nonjioniska gemini -ytaktiva ämnen är mestadels polyoxi -tandgemingemifaktursyra.
1.1 Katjoniska gemini -ytaktiva ämnen
Katjoniska gemini -ytaktiva medel kan dissociera katjoner i vattenhaltiga lösningar, främst ammonium och kvartära ammoniumsaltgemini -ytaktiva medel. Katjoniska gemini -ytaktiva medel har god biologiskt nedbrytbarhet, stark saneringsförmåga, stabila kemiska egenskaper, låg toxicitet, enkel struktur, enkel syntes, enkel separering och rening, och har också bakteriedödande egenskaper, antikorrosion, antistatiska egenskaper och mjukhet.
Kvaternära ammoniumsaltbaserade gemini-ytaktiva medel framställs vanligtvis från tertiära aminer genom alkyleringsreaktioner. Det finns två huvudsakliga syntetiska metoder på följande sätt: en är att kvaternisera dibromo-substituerade alkaner och enstaka långkedjiga alkyldimetyl-tertiära aminer; Den andra är att kvaternisera 1-bromo-substituerade långkedjiga alkaner och N, N, N ', N'-tetrametylalkyldiaminer med vattenfri etanol som lösningsmedel och uppvärmning av återflöde. Dibromo-substituerade alkaner är emellertid dyrare och syntetiseras vanligtvis med den andra metoden, och reaktionsekvationen visas i figur 2.
1.2 Anjoniska gemini -ytaktiva ämnen
Anjoniska gemini -ytaktiva medel kan dissociera anjoner i vattenlösning, huvudsakligen sulfonater, sulfatsalter, karboxylater och fosfatsalter typ Gemini -ytaktiva medel. Anjoniska ytaktiva medel har bättre egenskaper såsom dekontaminering, skumning, dispersion, emulgering och vätning och används allmänt som tvättmedel, skummande medel, vätmedel, emulgatorer och dispergeringsmedel.
1.2.1 sulfonater
Sulfonatbaserade biosurfaktanter har fördelarna med god vattenlöslighet, god vätbarhet, god temperatur och saltmotstånd, god tvättstugor och stark spridningsförmåga, och de används allmänt som tvättmedel, skummande medel, vätningsmedel, emulser och spridning av produktionsprocesser. Li et al syntetiserade en serie nya dialkyl disulfonic acid gemini ytaktiva ämnen (2CN-SCT), en typisk sulfonat-typ baryonisk ytaktivt medel, med användning av trikloramin, alifatisk amin och taurin som råmaterial i en tre-steg-reaktion.
1.2.2 sulfatsalter
Sulfatestersalter DUBLET-ytaktiva ämnen har fördelarna med ultralåga ytspänning, hög ytaktivitet, god vattenlöslighet, bred råmaterial och relativt enkel syntes. Den har också god tvättprestanda och skumförmåga, stabil prestanda i hårt vatten och sulfatestersalter är neutrala eller något alkaliska i vattenlösning. Såsom visas i figur 3 använde Sun Dong et al laurinsyra och polyetylenglykol som de viktigaste råvarorna och tillsatte sulfatesterbindningar genom substitution, förestring och tillsatsreaktioner, vilket syntetiserade sulfatester salt typ baryononisk ytaktiva-GA12-S-12.
1.2.3 Karboxylsyrasalter
Karboxylatbaserade gemini-ytaktiva ämnen är vanligtvis milda, gröna, lätt biologiskt nedbrytbara och har en rik källa till naturliga råvaror, högmetallkelaterande egenskaper, god vattenmotstånd och kalciumtvålspridning, bra skummande och vätningsegenskaper och används allmänt i läkemedels, textilier, fina kemiska och andra fält. Införandet av amidgrupper i karboxylatbaserade biosurfaktanter kan förbättra biologiskt nedbrytbarhet av ytaktiva molekyler och gör att de också har god vätning, emulgering, spridning och saneringsegenskaper. Mei et al syntetiserade en karboxylatbaserad baryonisk ytaktivt CGS-2 innehållande amidgrupper med användning av dodecylamin, dibromoetan och suwcinic anhydrid som råvaror.
1.2.4 Fosfatsalter
Fosfatester salttyp Gemini -ytaktiva medel har en liknande struktur som naturliga fosfolipider och är benägna att bilda strukturer såsom omvända miceller och vesiklar. Fosfatester salttyp Gemini -ytaktiva ämnen har använts i stor utsträckning som antistatiska medel och tvättmedel, medan deras höga emulgeringsegenskaper och relativt låg irritation har lett till deras stora användning i personlig hudvård. Vissa fosfatestrar kan vara anticancer, antitumor och antibakteriella, och dussintals läkemedel har utvecklats. Fosfatester salt typ biosurfaktanter har höga emulgeringsegenskaper för bekämpningsmedel och kan användas inte bara som antibakteriella och insekticider utan också som herbicider. Zheng et al studerade syntesen av fosfatester saltgemini-ytaktiva medel från P2O5 och orto-quat-baserade oligomera dioler, som har bättre vätningseffekt, goda antistatiska egenskaper och en relativt enkel syntesprocess med milda reaktionsförhållanden. Molekylformeln för kaliumfosfat salt baryonisk ytaktivt medel visas i figur 4.
1.3 Icke-joniska gemini-ytaktiva ämnen
Nonjoniska gemini -ytaktiva ämnen kan inte dissocieras i vattenlösning och finns i molekylär form. Denna typ av baryonisk ytaktivt medel har hittills studerats, och det finns två typer, en är ett sockerderivat och den andra är alkoholeter och fenoleter. Nonjoniska gemini -ytaktiva medel finns inte i joniska tillståndet i lösning, så de har hög stabilitet, påverkas inte lätt av starka elektrolyter, har god komplexbarhet med andra typer av ytaktiva medel och har god löslighet. Därför har nonjoniska ytaktiva ämnen olika egenskaper såsom god tvättstugor, spridbarhet, emulgering, skumning, vätbarhet, antistatisk egenskap och sterilisering och kan användas i olika aspekter såsom bekämpningsmedel och beläggningar. Såsom visas i figur 5, 2004, syntetiserade Fitzgerald et al.
02 Fysikalisk -kemiska egenskaper hos gemini -ytaktiva ämnen
2.1 Aktivitet av Gemini -ytaktiva ämnen
Det enklaste och mest direkta sättet att utvärdera ytaktiviteten hos ytaktiva ämnen är att mäta ytspänningen för deras vattenhaltiga lösningar. I princip minskar ytaktiva ämnen ytspänningen för en lösning genom orienterat arrangemang på ytan (gräns) plan (figur 1 (c)). Den kritiska micellkoncentrationen (CMC) av gemini -ytaktiva medel är mer än två storleksordningar mindre och C20 -värdet är betydligt lägre jämfört med konventionella ytaktiva medel med liknande strukturer. Den baryoniska ytaktiva molekylen har två hydrofila grupper som hjälper den att upprätthålla god vattenlöslighet samtidigt som de har långa hydrofoba långa kedjor. Vid vatten/luftgränssnittet är de konventionella ytaktiva ämnena löst arrangerade på grund av den rumsliga platsresistenseffekten och avstötningen av homogena laddningar i molekylerna, vilket försvagar deras förmåga att minska vattenspänningen. Däremot är de länkande grupperna av gemini -ytaktiva medel kovalent bundna så att avståndet mellan de två hydrofila grupperna hålls inom ett litet intervall (mycket mindre än avståndet mellan de hydrofila grupperna av konventionella ytaktiva medel), vilket resulterar i bättre aktivitet av gemini -ytaktiva medel vid ytan (gräns).
2.2 Monteringsstruktur av Gemini -ytaktiva ämnen
I vattenhaltiga lösningar, när koncentrationen av baryonisk ytaktivt medel ökar, mättar dess molekyler ytan på lösningen, som i sin tur tvingar andra molekyler att migrera till det inre av lösningen för att bilda miceller. Koncentrationen vid vilken det ytaktiva medelet börjar bilda miceller kallas kritisk micellkoncentration (CMC). Såsom visas i figur 9, efter att koncentrationen är större än CMC, till skillnad från konventionella ytaktiva medel som aggregeras för att bilda sfäriska miceller, producerar gemini -ytaktiva medel en mängd micellmorfologier, såsom linjära och tvåskiktsstrukturer på grund av deras strukturella egenskaper. Skillnaderna i micellstorlek, form och hydrering har en direkt inverkan på lösningens fasbeteende och reologiska egenskaper och leder också till förändringar i lösningens viskoelasticitet. Konventionella ytaktiva medel, såsom anjoniska ytaktiva medel (SDS), bildar vanligtvis sfäriska miceller, som nästan inte har någon effekt på lösningens viskositet. Emellertid leder den speciella strukturen för gemini -ytaktiva ämnen till bildandet av mer komplex micellmorfologi och egenskaperna hos deras vattenhaltiga lösningar skiljer sig avsevärt från konventionella ytaktiva ämnen. Viskositeten hos vattenhaltiga lösningar av gemini-ytaktiva medel ökar med ökande koncentration av gemini-ytaktiva medel, troligen för att de bildade linjära micellerna sammanflätas i en webbliknande struktur. Lösningens viskositet minskar emellertid med ökande ytaktivkoncentration, troligen på grund av störningen av webbstrukturen och bildandet av andra micellstrukturer.
03 Antimikrobiella egenskaper hos gemini -ytaktiva ämnen
Som ett slags organiskt antimikrobiellt medel är den antimikrobiella mekanismen för baryonisk ytaktivt medel främst att det kombineras med anjoner på cellmembranytan hos mikroorganismer eller reagerar med sulfhydryl för att störa produktionen av deras proteiner och cellmembran, vilket förstör mikrobiala vävnader till sulfhydrylgrupper för att störa produktionen av sina proteiner och cellmembran, vilket förstör mikrobiala vävnader på att hämta microism.
3.1 Antimikrobiella egenskaper hos anjoniska gemini -ytaktiva ämnen
De antimikrobiella egenskaperna hos antimikrobiella anjoniska ytaktiva medel bestäms huvudsakligen av arten av de antimikrobiella grupperna de bär. I kolloidala lösningar som naturliga latex och beläggningar binder hydrofila kedjor till vattenlösliga dispergeringsmedel, och hydrofoba kedjor kommer att binda till hydrofoba dispersioner genom riktad adsorption, och därmed omvandla tvåfasgränssnittet till en tät molekylär interfacial film. De bakteriella hämmande grupperna på detta täta skyddande skikt hämmar tillväxten av bakterier.
Mekanismen för bakteriell hämning av anjoniska ytaktiva medel skiljer sig i grunden från den för katjoniska ytaktiva medel. Den bakteriella hämningen av anjoniska ytaktiva medel är relaterade till deras lösningssystem och hämningsgrupperna, så denna typ av ytaktiva medel kan begränsas. Denna typ av ytaktivt medel måste vara närvarande på tillräckliga nivåer så att det ytaktiva ämnet finns i varje hörn av systemet för att ge en god mikrobicidisk effekt. Samtidigt saknar denna typ av ytaktivt medel lokalisering och inriktning, vilket inte bara orsakar onödigt avfall, utan skapar också motstånd under en lång tid.
Som ett exempel har alkylsulfonatbaserade biosurfaktanter använts i klinisk medicin. Alkylsulfonater, såsom Busulfan och Treosulfan, behandlar främst myeloproliferativa sjukdomar, och verkar för att producera tvärbindning mellan guanin och ureapurine, medan denna förändring inte kan repareras genom cellulär korrekturläsning, vilket resulterar i apoptotisk celldöd.
3.2 Antimikrobiella egenskaper hos katjoniska gemini -ytaktiva medel
Den huvudsakliga typen av katjoniska gemini -ytaktiva ämnen som utvecklats är ammoniumsalttyp Gemini -ytaktiva ämnen. Kvaternära ammoniumtyp katjoniska gemini -ytaktiva medel har stark bakteriedödande effekt eftersom det finns två hydrofoba långa alkankedjor i kvartär ammoniumtyp baryoniska ytaktiva molekyler, och de hydrofoba kedjorna bildar hydrofoba adsorption med cellväggen (peptidoglykan); 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 deep into the Protein, vilket leder till förlust av enzymaktivitet och protein denaturering, på grund av den kombinerade effekten av dessa två effekter, vilket gör att fungiciden har en stark bakteriedödande effekt.
Ur miljökraften har emellertid dessa ytaktiva medel hemolytisk aktivitet och cytotoxicitet, och längre kontakttid med vattenlevande organismer och biologisk nedbrytning kan öka deras toxicitet.
3.3 Antibakteriella egenskaper hos nonjoniska gemini -ytaktiva medel
Det finns för närvarande två typer av nonjoniska gemini -ytaktiva medel, en är ett sockerderivat och den andra är alkoholeter och fenoleter.
Den antibakteriella mekanismen för socker-härledda biosurfaktanter är baserade på affiniteten hos molekylerna, och socker härledda ytaktiva medel kan binda till cellmembran, som innehåller ett stort antal fosfolipider. När koncentrationen av sockerderivat ytaktiva medel når en viss nivå, förändrar den permeabiliteten för cellmembranet, bildar porer och jonkanaler, vilket påverkar transport av näringsämnen och gasutbyte, vilket orsakar utflödet av innehållet och så småningom leder till bakteriens död.
Den antibakteriella mekanismen för fenoliska och alkoholhaltiga etrar antimikrobiella medel är att verka på cellväggen eller cellmembranet och enzymer, blockera metaboliska funktioner och störa regenerativa funktioner. Till exempel är antimikrobiella läkemedel av difenyletrar och deras derivat (fenoler) nedsänkta i bakterie- eller viralceller och verkar genom cellväggen och cellmembranet, vilket hämmar verkan och funktionen av enzymer relaterade till syntesen av nukleinsyror och proteiner, vilket begränsar tillväxten och reproduktionen av bakterier. Det förlamar också metaboliska och andningsfunktioner för enzymerna i bakterierna, som sedan misslyckas.
3.4 Antibakteriella egenskaper hos amfoteriska gemini -ytaktiva medel
Amfoteriska gemini -ytaktiva ämnen är en klass av ytaktiva medel som har både katjoner och anjoner i sin molekylstruktur, kan jonisera i vattenhaltig lösning och uppvisa egenskaperna hos anjoniska ytaktiva medel i ett medelstort tillstånd och katjoniska ytaktiva medel i ett annat medelhaltigt tillstånd. Mekanismen för bakteriell hämning av amfoteriska ytaktiva medel är oöverträffad, men man tror generellt att hämningen kan vara lik den hos kvartära ammoniums -ytaktiva medel, där ytaktivet lätt adsorberas på den negativt laddade bakterieytan och stör det bakteriella metabolismen.
3.4.1 Antimikrobiella egenskaper hos aminosyrad Tvivla ytaktiva ämnen
Aminosyratyp Baryonic ytaktivt medel är ett katjoniskt amfotiskt baryoniskt ytaktivt medel som består av två aminosyror, så dess antimikrobiella mekanism är mer lik den hos kvartära ammoniumsalt typ baryonisk ytaktivt medel. Den positivt laddade delen av det ytaktiva ämnet lockas till den negativt laddade delen av bakterie- eller viralytan på grund av elektrostatisk interaktion, och därefter binder de hydrofoba kedjorna till lipid -tvåskiktet, vilket leder till utflöde av cellinnehåll och lys fram till döden. Det har betydande fördelar jämfört med kvartära ammoniumbaserade Gemini-ytaktiva ämnen: enkel biologisk nedbrytbarhet, låg hemolytisk aktivitet och låg toxicitet, så den utvecklas för dess tillämpning och dess tillämpningsfält utvidgas.
3.4.2 Antibakteriella egenskaper hos icke-aminosyratyp Gemini-ytaktiva ämnen
De icke-aminosyratypen amfoteriska gemini-ytaktiva medel har ytaktiva molekylära rester som innehåller både icke-joniserbara positiva och negativa laddningscentra. De huvudsakliga icke-aminosyratypen Gemini-ytaktiva ämnen är betain, imidazolin och aminoxid. Med betain-typ som ett exempel har amfoteriska ytaktiva av beta-typ både anjoniska och katjoniska grupper i sina molekyler, som inte lätt påverkas av oorganiska salter och har ytaktiva effekter i både sura och alkaliska lösningar, och de antimikrobiella mekanismerna hos katjoniska tandköttsort är följda i syra-molja och följer in de antimikrobiella mekanismerna hos katjemini-ytor som följs i syra-molja och följer in en surfinisk geminisk geminisk geminisk geminisk gemik Alkaliska lösningar. Den har också utmärkt sammansättningsprestanda med andra typer av ytaktiva medel.
04 Slutsats och synpunkter
Gemini -ytaktiva ämnen används alltmer i livet på grund av deras speciella struktur, och de används allmänt inom områdena antibakteriell sterilisering, livsmedelsproduktion, defoaming och skuminhibering, långsam frisättning av läkemedel och industriell rengöring. Med den ökande efterfrågan på grönt miljöskydd utvecklas Gemini -ytaktiva medel gradvis till miljövänliga och multifunktionella ytaktiva ämnen. Framtida forskning om Tveini -ytaktiva ämnen kan genomföras i följande aspekter: utveckla nya Tvelaktiva Gemini med speciella strukturer och funktioner, särskilt stärka forskningen om antibakteriell och antiviral; sammansättning med gemensamma ytaktiva medel eller tillsatser för att bilda produkter med bättre prestanda; och använda billiga och lättillgängliga råvaror för att syntetisera miljövänliga Gemini -ytaktiva ämnen.
Posttid: Mar-25-2022