Классификация и общая характеристика ПАВ. Применение ПАВ в фармации

 

http://ogli.org/2014/02/26/v-vannoy-komnate-vozbuzhdennyy-kobel-strastno-nasiluet-svoyu-appetitnuyu-krasotku.html

Иркутский государственный медицинский университет

Фармацевтический факультет

Заочное отделение

Кафедра общей химии

 

 

 

 

 

Реферат

Классификация и общая характеристика ПАВ. Применение ПАВ в фармации.

 

 

 

Выполнил: Студентка 3-го        курса фармацевтического отделения  заочной формы обучения Кошелева Н.А.

Проверил:      

 

 

 

Иркутск

2013 г

Содержание:

1.содержание………………………………………………………………

2.введение………………………………………………………………….

3.Применение ПАВ………………………………………………………….

4.Классификация……………………………………………………………

1. По характеру абсорбции и механизмом стабилизации дисперсных систем…………………………………………………………………
2. По химическим свойствам………………………………………….
3. По полярности групп…………………………………………………

5.вывод ……………………………………………………………………….

6. используемая литература и ссылки……………………………………….

 

 

Введение:

Поверхностно - активные вещества́ (ПАВ) — химические соединения, которые, концентрируясь на поверхности раздела термодинамических фаз, вызывают снижение поверхностного натяжения.

Как правило, ПАВ — органические соединения, имеющие амфифильное строение, то есть их молекулы имеют в своём составе полярную часть, гидрофильный компонент(функциональные группы -ОН, -СООН, -SOOOH, -O- и т. п., или, чаще, их соли -ОNa, -СООNa, -SOOONa и т. п.) и неполярную (углеводородную) часть, гидрофобный компонент. Примером ПАВ могут служить обычное мыло (смесь натриевых солей жирных карбоновых кислот — олеата, стеарата натрия и т. п.) и СМС (синтетические моющие средства), а также спирты, карбоновые кислоты, амины и т. п.

 

Применение ПАВ в фармации

Наиболее широко используются в фармацевтической технологии, в частности в производстве лекарств аптечным способом, неионогенные поверхностно-активные вещества.  Типичным примером  анионактивных поверхностно-активных  веществ являются мыла, представляющие  собой; смесь натриевых (или калиевых) солей высших жирных кислот - пальмитиновой, стеариновой, олеиновой и т. д. Наиболее  распространены натриевые соли, имеющие в обычных условиях характер твердой массы. Мыла довольно широко используются в медицинской практике в лекарствах наружного применения в виде линиментов, лосьонов, мазей (линимент терпентинового масла, аммонийный линимент, мази «Цинкундан», «Ундецин» и т. д.). Еще более широко используется органическое мыло - триэтаноламино-стеарат и натрия лаурилсульфат, представляющий собой натриевую соль сульфоэфира и высокомолекулярного спирта, получаемого из кокосового масла. Катионактивные поверхностно-активные вещества вследствие неблагоприятного биологического действия и сравнительно низкого стабилизирующего эффекта нашли ограниченное применение в фармации как средства, понижающие поверхностное натяжение. Наиболее известные поверхностно-активные вещества этой группы - диметилцетилбензиламмония хлорид, це-тилтриметиламмония хлорид, додецилдиметилдихлорбензилам-мония хлорид - применяются скорее из-за своей бактерицидной активности. Наиболее приемлемы в фармацевтической технологии неионогенные поверхностно-активные вещества, характеризующиеся» большой биологической индифферентностью (по сравнению с представителями двух других групп), высокой стабильностью по отношению к кислотам, электролитам и к смене рН среды. В настоящее время известно более 2500 веществ, способных понижать поверхностное натяжение на границе раздела фаз. Далеко не все из них изучены с целью выявления возможности использования в фармацевтической практике, и лишь совсем немногие получили разрешение для медицинского использования. Дело в том, что в подавляющем большинстве случаев применение поверхностно-активных веществ ограничивается их неблагоприятным биологическим воздействием или влиянием на другие компоненты лекарств. Это в первую очередь относится к синтетическим поверхностно-активным веществам.   Исследование действия поверхностно-активных веществ на организм показало, что даже многие наиболее безвредные из них - неионогенные (твины, спены) обладают определенным, так называемым коканцерогенным свойством, т. е. способностью в определенных условиях резко усиливать действие активных канцерогенов. Поэтому вполне понятно стремление впредь до установления полной безвредности синтетических поверхностно-активных веществ (а это иногда требует многих лет работы) пользоваться тщательно изученными природными веществами, обладающими поверхностной активностью и эмульгирующей способностью. Наиболее известными веществами этой группы являются ланолин и его производные, особенно спирты шерстяного воска и жидкий ланолин, лецитин, сапонины, аравийская камедь, желатин и др.

 

 

 

 

 

 

Классификация поверхностно-активных веществ

Выделяют два больших класса поверхностно-активных веществ, различающихся характером абсорбции и механизмом стабилизации дисперсных систем.

К первому классу относят:

• низкомолекулярные соединения дифильного характера, то есть соединения, имеющие гидрофильную «голову» (одну или несколько неполярных групп, например: -OH, -COOH, -SO3H, -OSO3H, -COOMe, -NH2) и гидрофобный «хвост» (как правило, алифатическую цепь, иногда включающую и ароматическую группу). По своему применению ПАВ данного класса делят на смачиватели, солюбилизаторы, эмульгаторы, моющие агенты, пенообразователи и так далее.

 

По химическим свойствам (характеру гидрофильных групп) они разделяются на:

• ионогенные.
• неионогенные.

I.  Ионогенные

А) Анионактивные   

 1) чисто алифатические:    

- С одной гидрофильной  группой на конце молекулы;   

- С одной гидрофильной  группой в середине молекулы;   

- С несколькими  гидрофильными группами;   

 2) алифатические – циклические с изоциклическими и кольцевыми системами:   

- гидрированные  алкилбензосульфонаты;   

- алкилнафталинсульфонаты;    

- алкилбензосульфонаты;

Б) Катионактивные   

 1) чисто алифатические:    

- соли первичных  аминов;   

- соли вторичных  аминов;   

- соли третичных  аминов;   

- четвертичные соли аммония;    

 2) Алифатические – циклические соли пиридина

В) Амфолитные (амфотерные).

II. Неионогенные   

 1) чисто алифатические;    

- полиглицериновые  эфиры;   

- полиэтиленовые  эфиры жирных спиртов;   

- полиэтиленовые  эфиры жирных кислот;   

- полиэтиленовые  эфиры жирных меркантанов;   

- полиэтиленовые  эфиры жирных аминов;   

- полиэтиленовые  эфиры жирных полиаминов;   

 2) Алифатические – циклические полиэтиленовые эфиры из алкилфенолов. Ко второму классу относятся высокомолекулярные соединения, в которых чередуются гидрофильные и гидрофобные группы равномерно распределённые по всей длине полимерной цепи.

От них следует отличать высокомолекулярные ПАВ, построенные из двух или трёх отрезков, каждый из которых состоит из гидрофильного или гидрофобного блоков – мономеров.

Классификация ПАВ по полярным группам

Первая классификация ПАВ основана на заряде полярной группы. Общепринято подразделять ПАВ на анионные, катионные, неионные и цвиттер-ионные. Молекулы ПАВ, входящих в последнюю группу, содержат при обычных условиях оба заряда: анионный и катионный. В литературе они часто называются «амфотерными» ПАВ, но этот термин не всегда корректен и не должен использоваться как синоним термина «цвиттер-ионное» ПАВ. Амфотерные ПАВ — это вещество, которое в зависимости от рН раствора может быть катионным, цвиттер-ионным или анионным. Наглядным примером амфотерных органических веществ служат простые аминокислоты. Подобными свойствами обладает и большинство так называемых цвитер-ионных ПАВ. Однако некоторые цвиттер-ионным ПАВ сохраняют один из зарядов в широком диапазоне рН, например соединения, в состав которых входит катионная четвертичная аммониевая группа. Таким образом, ПАВ, содержащее карбоксилатную и четвертичную аммониевую группы, будет цвиттер-ионным вплоть до весьма низких значений рН, но не будет амфотерным.

Большинство ионных ПАВ одновалентны, но встречаются и важные представители двухвалентных анионных ПАВ. На физико-химические свойства ионных ПАВ оказывает влияние природа противоиона. В большинстве случаев у анионных ПАВ в качестве противоиона выступает ион натрия, тогда как другие катионы, например ионы лития, калия, кальция или протонированных аминов, используются в таком качестве только для специальных целей. Противоионами для катионных ПАВ обычно служат галогенид-ионы или метилсульфат-ион.

Гидрофобные группы ПАВ обычно представлены углеводородными радикалами, а также полидиметилсилоксановыми или фторуглеродными группами. ПАВ двух последних типов особенно эффективны в неводных средах.

Для небольшого числа ПАВ существует некоторая неопределенность в классификации. Например, ПАВ, содержащие аминоксиды, иногда относят к цвиттер-ионным, иногда к катионным и даже к неионным ПАВ. Заряд молекул этих веществ зависит от рН водной фазы; можно ситать, что в нейтральном состоянии они несут анионные и катионные заряды или являются неионными дипольными молекулами. Этоксилированные жирные амины, содержащие атом азота аминогруппы и полиоксиэтиленовую цепь, могут быть включены в класс катионных или неионных ПАВ. Неионный характер таких ПАВ преобладает в случае очень длинных полиокси-этиленовых цепей, в то время как при коротких или средних длинах полиоксиэти-леновых цепей физико-химические свойства, как правило, соответствуют катионным ПАВ. Весьма также распространены ПАВ, содержащие в молекуле анионную группу, например сульфатную, фосфатную или карбоксилатную, и полиоксиэтиленовые цепи. Такие ПАВ, например сульфоэфиры и др., обычно содержат короткие полиоксиэтиленовые цепи, и поэтому всегда рассматриваются как анионные ПАВ.

Анионные ПАВ

Полярными группами в анионных ПАВ обычно служат карбоксилатные, сульфатные, сульфонатные и фосфатные группы. На рис. 6 представлены структуры молекул наиболее распространенных ПАВ этого класса.

Анионные ПАВ используются в значительно больших объемах, чем ПАВ других типов. По приблизительной оценке мировое производство ПАВ составляет 10 млн. т в год, из них 60% приходится на долю анионных ПАВ.

Рис. 6. Структуры некоторых типичных анионных ПАВ

Главная причина популярности этих ПАВ — простота и низкая стоимость производства. Анионные ПАВ входят в состав большинства моющих средств, причем наилучшим моющим действием обладают ПАВ с алкильными или алкиларильными группами, содержащими в гидрофобной цепи 12-18 атомов углерода.

В качестве противоионов обычно выступают ионы Na+, К+, NH4+, Са2+ и различные протонированные алкиламины. Ионы натрия и калия усиливают растворимость ПАВ в воде, в то время как ионы кальция и магния способствуют увеличению растворимости ПАВ в масляной фазе. Протонированные амины и алканоламины обеспечивают растворимость ПАВ в обеих фазах.

Мыла также составляют огромный класс ПАВ. Они производятся путем омыления природных масел и жиров. Обычно мылами называют соли щелочных металлов карбоновых кислот, получаемых из животных жиров или растительных масел. Твердые мыла, как правило, содержат жирные кислоты, которые получают из таллового, пальмового и кокосового масел. При использовании в оптимальных условиях мыла являются идеальными ПАВ. Главный их недостаток — чувствительность к жесткой воде, что и определило необходимость создания синтетических ПАВ. Весьма специфическое применение находит литиевая соль жирной кислоты, а именно 12-гидроксистеарат лития, который используется в качестве основного компонента смазок.

Алкилбензолсульфонаты составляют группу синтетических ПАВ, которые принято считать основными «рабочими лошадками». Они широко используются в моющих средствах бытового назначения, а также в самых разных областях промышленности. Их получают в процессе сульфирования алкилбензолов. В крупномасштабном синтезе в качестве сульфирующего агента чаще всего используется триоксид серы, но возможно использование и других веществ например серной кислоты, олеума, хлорсульфоновой, или амидосульфоновой кислот. В ряде случаев они оказываются даже более предпочтительными. Промышленный синтез осуществляется в непрерывном процессе с использованием пленочного аппарата со свободно стекающей пленкой. На первой стадии процесса образуется пиросульфоновая кислота, которая медленно и самопроизвольно реагирует далее, образуя сульфоновую кислоту.

 

 

Затем сульфокислоту нейтрализуют каустической содой, при этом образуется соль алкилбензолсульфоната. Из-за большого объема алкильных заместителей образуются почти исключительно и-сульфокислоты. На представленной выше схеме R — это алкильная группа, обычно содержащая 12 атомов углерода. Первоначально в качестве промежуточного продукта при синтезе ПАВ использовались разветвленные алкилбензолы, но в настоящее время они почти полностью заменены на линейные производные, поэтому такие ПАВ называют линейными алкилбензолсульфонатами. Отказ от разветвленных производных и замена их на линейные обусловлены главным образом их более быстрой биодеградацией. Алкилбензолы в свою очередь получают алкилированием бензола н-алкенами или алкилхлоридами при использовании HF или AICI3 в качестве катализаторов. В результате реакции образуется смесь изомеров с фенильной группой, присоединенной к одному из неконцевых положений в алкильной цепи.

Другим типом сульфонатных ПАВ, применяемых в составе моющих средств, являются сульфонаты парафинов и а-олефинов, последние часто называют AOS. В общих случаях получаемые ПАВ представляют собой сложные смеси веществ, различающихся по физико-химическим свойствам. Сульфонаты парафинов, или вторичные сульфонаты н-алканов, в основном производят в Европе. Их получают, как правило, сульфоокислением парафиновых углеводородов диоксидом серы и кислородом при облучении ультрафиолетовым светом. В более старом процессе, который, однако, еще используется, сульфонаты парафинов получают по реакции сульфохлорирования. Оба процесса относятся к радикальным реакциям, а так как вторичные атомы углерода образуют более стабильные свободные радикалы, чем первичные атомы углерода, сульфогруппа вводится статистически к любому неконцевому атому углерода алкановой цепи. Смесь углеводородов С14-С17, иногда называемая «Евро-фракция», является наиболее распространенным гидрофобным сырьем, а конечные продукты в этом случае представлены очень сложными смесями изомеров и гомологов.

Сульфонаты а-олефинов получают по реакции линейных а-олефинов с три-оксидом серы; в результате получается смесь алкенсульфонатов, 3- и 4-гидроксиалкансульфонатов и некоторого количества дисульфонатов и других веществ. В качестве исходного сырья используют в основном две оле-финовые фракции: С12-С16 и С16-С18. Отношение алкенсульфонатов к гидро-ксиалкансульфонатам в некоторой степени регулируется соотношением количеств вводимых в реакционную смесь SO3 и олефинов: чем выше это соотношение, тем больше образуется алкенсульфоновой кислоты. Образование гидроксиалкансульфокислоты происходит через промежуточный циклический сультон, который затем расщепляется щелочью. Сультон токсичен, поэтому важно, чтобы его концентрация в конечном продукте была очень низкой. Схему получения можно записать следующим образом: