Воробьев С.И. Неионогенные поверхностно-активные вещества. Физико-химические и биологические свойства
Подождите немного. Документ загружается.
Ф8Д8Рanьное
areHcyвo
по
образованию
Российской
Федерации
Московская
rосударстВ8ННая
академия
тонкой
химической
технолоrии
ИМ.
М.В.Ломоносова
Кафедра
коллоидной
химии
Лаборатория
перфторуrлеродиых
змульсий
ВОРОБЬ~В
с.и.
НЕИОНОГЕННЫЕ
ПОВЕРХНОСТНО
АКТИВНЫЕ
ВЕЩЕСТВА
ФИЗИКО
ХИМИЧЕСКИЕ
И
БИОЛОГИЧЕСКИЕ
СВОЙСТВА
Учебное
пособие
www.mitht.ru/e-library
ББК23.9
УДК
541.183
Проф.
Воробьёв
С.И.
Учебное пособие
«Неионоreнные
поверхностно-акrивные
вещества
физико
химические
и
биолоrические
свойства».
М.:
ИПЦ
МИТХТ,
2007,
SS
с.
Учебное
пособие
«Неионогенные
поверхностно-активные
вещества
физика-химические
и
биологические
свойства»
является
дополнением
к
существующему
курсу
лекций
«Коллоидная
химия
поверхностно-активных
веществ»,
а
тзюке
учебным
пособием
по
спецкурсу
«Физико-химические
и
биологические
свойства
перфторуглеродных
эмульсий»
И
предназначено
для
студентов
I\4ЗГИСТРатуры
по
направлениям:
510500
«ХИМИЯ»,
550800
«ХИМИ"iЕА;КЗЯ
'Г:::
'ivЛОГИЯ
ItбиQ"'leХнОЛОГИЯ»
очной
формы
обучения.
www.mitht.ru/e-library
Содержание
1.
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ
СВОЙСТВА
••.•••••••••..••••.•...••.•.••••••••.•.••.•.••••...•.••
4
2.
БИОЛОГИЧЕСКИЕ
СВОйСТВА
............................................................... 15
2.1.
ПОВЫШЕНИЕ
РЕЗИСТЕНТНОСТИ
ЭРИТРОЦИТОВ
ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫМ
ВЕЩЕСТВОМ
.....................................................................................................
15
ОСМОТИЧЕСКИЙ
ГЕМОлИЗ
.................................................................................
15
2.2.
УВЕЛИЧЕНИЕ
БИОСИНТЕЗА
АНТИБИОТИКА
КАНАМИЦИНА
ПОВЕРХНОСТНО-
АКТИВНЫМ
веЩЕСТВОМ
......................................................................
19
2.3.
КАрдиотропное
деЙСТВИЕ
ПОВЕРХНОСТНО-
АКТИВНЫХ
ВЕЩЕСТВ
.........................................................................................
25
2.4.
ИНОТРОПНЫЕ
СВОЙСТВА
ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ
веЩЕСТВ
................
30
2.5.
МЕМБРАНОТРОПНЫЕ
СВОЙСТВА
ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ
ВЕЩЕСТВ
.....
34
~.
ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫЕ
ВЕЩЕСТВА
-
СТАБИЛИЗАТОРЫ
ПЕРФТОРУГЛЕРОДНЫХ
ЭМУЛЬСИЙ
........................................................
38
3.1.
ОБЩАЯ
СХЕМА
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
ЦИКЛА
ПОЛУЧЕНИЯ
ПРОКСАНОЛЬНО
ПЕРФТОРУГЛЕРОДНЫХ
ЭМУЛЬСИЙ
НА
ФАРМАЦЕВТИЧЕСКОМ
ПРОИ3ВОДСТВЕ
....
51
3
www.mitht.ru/e-library
1.
Физико-химические
свойства
Многие вещества
нерастворимы
в
воде,
и
для
медико
биологических
целей
могут
применяться
только
в
виде
эмульсий.
Наиболее
распростраНёННЫМИ
эмульгаторами
являются
неионогенные
поверхностно-активные
вещества,
которые
способны
растворяться
в
воде.
Свойства
эмульсий
зависят во
многом,
от
поверхностного
слоя,
который
образуют
эмульгаторы.
Среди
стабилизаторов
эмульсий
особое место
занимают
неионогенные
блок-сополимеры
окиси
этилена
и
пропилена
-
проксанолы
(зарубежные
аналоги
называются:
плюроник
F-68).
Проксанолы
получают
путём
оксиэтилирования
полипропиленгликолей
различного
молекулярного
веса.
Блок-
сополимеры
окиси
этилена
и
пропилена
являются
синтетическими
соединениями,
с
общей
формулой:
х,
z -
гидрофильные
группы
(полиоксиэтиленовые
ПОЗ),
у
-
гидрофобная
группа
(полиоксипропиленовая
ПОПР).
Ориентация
адсорбционного
слоя
ПАВ
происходит
по
правилу
полярности
Ребиндера.
Рассмотрим
взаимодействие
проксанола
с
не
полярной
жидкостью.
В
качестве
не
полярного
компонента
будет
являться
перфторорганическое
соединение
(ПФОС).
Полярная
часть
молекулы
проксанола
обращена
к
полярной
жидкости,
а
не
полярная
-
к
не
полярной
к
ПФОС.
Гидрофобная
часть
(не
полярная)
проксанола
находится
в
центре
линейной
молекулы,
а
гидрофильные
части
(полярные)
на
её
концах.
Известно,
что
хорошее
эмульгирующее
4
www.mitht.ru/e-library
действие
обнаруживают
те
ПАВ,
которые
наряду
со
снижением
межфазного
натяжения
способны
создать
структурно-механический
барьер,
обеспечивающий
устойчивость капель
жира
относительно
коалесценции.
>::';
:;:'
~};,
-. ,
...
~3~1.1.""
.
.....
Стабилизирующее
действие
проксанолов
усиливается
с
увеличением
длины
полиоксиэтиленовой
группы.
Считается,
чем
меньше
полиоксиэтиленовых
групп
в
молекуле
ПАВ,
тем
глубже
эта
молекула
может
погрузиться
в
масляную
фазу.
Если
же
молекула
ПАВ
глубоко
погружена
в
масло,
то
снижается
барьер,
препятствующий
сближению
капель
на
такие
расстояния,
при
которых
они
сольются.
При
больших
длинах
полиоксиэтиленовых
группах
на
поверхности
5
www.mitht.ru/e-library
масляной
капли
может
образоваться
плотная
структурная
оболочка
из
переплетённых
между
собой
гидрофильных
цепей,
обладающая
определенными
структурно-реологическими
свойствами.
Наиболее
сильным
фактором
стабилизации,
способным
обеспечить
практически
неограниченную
агрегативную
устойчивость
дисперсных
систем
является
структурно-механический
барьер,
рассмотренный
впервые
Ребиндером
и
его
сотрудниками.
По
Ребиндеру
структурно-механический
барьер
возникает
при
адсорбции
ПАВ,
которые
могут
быть
и
не
сильно
поверхностно-активными
для
данной
границы
раздела,
но
способны
к
Образованию
гелеобразного
структурированного
слоя
на
межфазной
границе.
Этот слой
подобен
трёхмерной
структуре-гелю,
который
может
возникать
на
межфазной
границе
веществ
при
достаточной
их
концентрации.
Высокую
эффективность
структурно-механического
барьера,
по
Ребиндеру,
определяют
следующие
условия:
-наличие
повышенной
вязкости
и
механической
прочности
адсорбционных
и
межфазных
слоев
ПАВ
-
их
способность
сопротивляться
деформации
и
разрушению
с
достаточной
подвижностью,
обеспечивающей
залечивание
случайно
возникающих
дефектов
слоя;
-лиофильность
наружной
части
межфазного
адсорбционного
слоя,
обеспечивающая
«плавность»
энергетического
перехода
от
дисперсной
фазы
к
дисперсной
среде.
Вязкость
в
таком
слое
может
постепенно
нарастать
от
нормальной
вязкости
дисперсной
среды
до
максимальных
значений
непосредственно
вблизи
дисперсной
среды.
Важной
чертой
структурно-механического
барьера,
по
Ребиндеру,
является,
таким
образом,
реологические
свойства
межфазных
слоев,
обуславливающих
возникновение
упругости
и
гидродинамические
6
www.mitht.ru/e-library
(повышение
вязкости)
эффекты
при
стабилизации.
Чтобы
межфазный
слой
мог
защищать
частицы
дисперсной
фазы
от
коалесценции
он
должен
не
разрушаться
и
не
вытесняться
из
зоны
контакта
частиц
под
действием
тех
напряжений,
которые
возникают
при
соударении
частиц,
поэтому
наряду
с
высокой
структурной
вязкостью
адсорбционных
слоев
необходима
подвижность
молекул
плёнки,
то есть
способность
к
быстрому
затягиванию
образующихся
местных
разрывов
или
к
восстановлению
целостности
адсорбционного
слоя.
Поэтому
устойчивые
системы
могут
бытb
получены
при
использовании
тиксотропных
растворов-стабилизаторов,
создающих
в
объёме
дисперсной
среды
пространственную
структуру,
которая
способна
разрушаться
при
механическом
воздействии
и
легко
восстанавливаться
после
его
окончания.
Повышенная
стабилизация
дисперсных
систем
на
основе
перфторорганических
соединений,
обусловленная
структурно
механическими
свойствами
адсорбционных
слоев
из
проксанола
может
способствовать
длительному
хранению
эмульсий
при
комнатной
температуре
и
жесткой
стерилизации
без
изменения
физико
химических
свойств.
Устойчивые
адсорбционно-сольватные
слои,
обладающие
упругостью
и
механической
прочностью,
MOryт
сопротивляться
значительным
механическим
воздействиям
при
ультрафильтрации.
Известно,
что
при
сильной
стабилизации
понижение
поверхностного
натяжения
на
межфазной
границе
хотя
и
имеет
место
в
той
или
иной
степени
при
адсорбции
эмульгатора,
но
само
по
себе
не
играет
сколько-нибудь
значительной
роли.
Действительно,
весьма
эффективные
эмульгаторы
могут
бытb
сравнительно
слабо
поверхностно
активными,
в
пределе
-
вовсе
не
активными.
Это
имеет
7
www.mitht.ru/e-library
место
в
случае
так
называемых
«бронирующих»
эмульгаторов
(например,
глины),
которые
приобретают
всё
большее
значение.
Они
образуют
высокодисперсные
суспензии,
в
некоторой
степени,
коагулирующие
в
дисперсной
среде образуемой
эмульсии:
своими
лиофобными
участками
поверхности
эти
частицы
избирательно
смачиваются
каплями
дисперсионной
фазы,
лиофильные
же
по
отношению
к
дисперсной среде
участки
образуют
внешнюю
поверхность
«брони»,
устойчивую
по
отношению
к
коагуляции.
Чтобы
данное
вещество
могло
действовать
в
качестве
твердого
эмульгатора,
его
частицы
должны
избирательно
смачиваться
внешней
средой
образующейся
эмульсии
в
присутствии
капелек
дисперсной
фазы.
Это
означает,
что
для
образования
эмульсий
прямого
типа
твёрдый
эмульгатор
должен
быть
гидрофильным
(глины
вполне
удовлетворяют
этому
требованию).
Механизм
образования
защитных
оболочек
из
частиц
твердого
эмульгатора
на
поверхности
капелек
эмульгируемой
жидкости
состоит
в
том,
что
частицы
прилипают
к
поверхности
капелек
своими
олеофильными
участками
с
образованием
конечных.
хотя
бы
и
весьма
малых
краевых
углов.
Наибольшая
часть
поверхности
этих
частиц,
образованная
наиболее
гидрофильными
её
участками,
остается
при
этом
во
внешней
водной
среде
и
покрыта
защитной
сольватной
(гидратной)
оболочкой,
предохраняющей
частицы
от
непосредственного
соприкосновения.
Такое
сплошное
«бронирование»
препятствует
коалесценции
капелек
и в
то
же
время
не
допускает
коагуляции
бронированных
капелек,
Т.е.
их
сцепления
бронями,
в
агрегат
в
той
же
степени,
в
какой
гидрофильные
участки
частиц
твердого
эмульгатора
предохранены
от
коагуляции
в
суспензиях
в
отсутствии
эмульгируемой
жидкости.
Устойчивость
эмульсий
стабилизированных
жидким
эмульгатором
8
www.mitht.ru/e-library
-
проксанолом,
объясняют
ориентацией
дифильных
молекул
ПАВ
на
межфазной
границе
таким
образом,
что
углеводородные
части
молекул
растворены
в
масле,
а
полярные,
гидратированные
группы
обращены
в
воду
и
образуют
мощный
гидратный
слой.
Проксанолы
-
это
коллоидные
вещества,
молекулы
которых
способны
образовывать
в
растворе
мицеллы,
Т.е.
CipyктypbI
-
агрегаты
из
десятков
и
сотен
молекул
ПАВ.
Условием
мицеллообразования
является
наличие
полярной
структуры
в
молекуле
ПАВ
и
большого
углеводородного
радикала.
Мицеллы
коллоидных
ПАВ
могут
формировать
дисперсную
фазу
наряду
с
дисперсной
фазой
из
перфторуглеродов.
Известно,
что
проксанол
-
268
хорошо
растворим
в
воде.
Критическая
концентрация
мицеллООбразования
проксанола-268
составляет
0,018
моль/м
3
.
При
увеличении
концентрации
проксанола
выше
критической
концентрации
мицеллообразования
происходит
увеличение числа
мицелл
и
изменяется
их
форма.
сферические
мицеллы
могут
превратиться
в
пластинчатые,
а
затем
в
ленточные.
Концентрация
проксанола-268
в
отечественных
эмульсиях
ПФОС
составляет
4%,
из
этого
количества
ПАВ
2/3
проксанола
находится
в
не
связанном
с
ПФОС
состоянии
в
виде
сферических
и
частично
ленточных
мицелл.
Проксанолы,
являются
неионогенными
ПАВ
с
высокой
поверхностной
активностью.
Проксанолы
снижают
межфазное
натяжение
на
границе
раздела
фаз
перфторуглеродlвода,
предполагается,
что
чем эффективнее
тот
или
иной
проксанол
снижает
величину
поверхностного
натяжения,
тем
выше
будет
стабильность
эмульсии
ПФОС.
Высокая
поверхностная
активность
обнаружена
у
проксанола
-
268.
Уже
при
концентрации
порядка
10·9
моль/л
происходило
9
www.mitht.ru/e-library
значительное
понижение
поверхностного
натяжения
примерно
на
10
мН/м.
При
определенной
молекулярной
массе
и
соотношении
полимерных
блоков
окиси
пропилена
и
окиси
этилена
(20/80),
проксанолы
удовлетворяют
ряду медико-биологических
и
технических
требований:
хорошо
растворяются
в
воде,
обладают
малой
токсичностью,
предотвращают
агрегацию
тромбоцитов,
улучшают
реологические
свойства
крови
и
могут
оказывать
гемодинамическое
действие
благодаря
своим
коллоидно-осмотическим
свойствам.
Проксанол-168
может
улучшать
микроциркуляцию,
увеличивать
текучесть
крови.
влиять
на
электромеханическое
сопряжение
миокарда,
а
также
взаимодействовать
с
гидрофобными
участками
мембранных
белков.
Проксанол-268
в
больших
концентрациях
(10-3
М)
обратимо
угнетает
кальциевый
ток
сердечных
клеток.
При
этом
отрицательный
инотропный
эффект,
отмеченный
при
воздействии
проксанола
в
концентрациях
0,1-3%
и
развивался
быстро.
Угнетение
изометрического
сокращения
достигало
в
среднем
60±10%.
Эмульгатор
-
проксанол,
как
268.
так
и
168
в
процессе
эмульгирования
связывается
сперфторуглеродами
приблиэительно
на
1/3,
остальная
же
часть
находится
в
свободном
состоянии
и
может
непосредственно
взаимодействовать
как
в
виде
мицелл,
так
и в
виде
молекул
с
биологическими
мембранами
своей
гидрофобной
площадкой,
т.е.
полиоксипропиленовым
(ПОПР)
блоком.
Зарубежный
эмульгатор
-
плюроник
F-68
(аналог
отечественного
проксанала
-268)
имеет
величину
ПОПР
блока
21%,
а
отечественные
проксанолы:
168
N224
-
16%.
168
N238
_.
19%.
Такое
варьирование
относительного
содержания
гидрофобного
блока
от
16
до
21
%.
как
показали
выполненные
исследования,
может
быть
далеко
не
безразличным
для
10
www.mitht.ru/e-library