이 글은 세균을 효과적으로 죽이고 신종 코로나바이러스의 전파를 늦추는 데 도움이 될 것으로 기대되는 Gemini 계면활성제의 항균 메커니즘을 중점적으로 소개했다。
계면활성제는'계면활성제','활성제','제제'의 줄임말이다。계면활성제는 표면과 계면에서 활성을 가진 물질로서 표면(경계)의 장력을 낮추고 일정한 농도보다 높은 용액에서 분자유렬조립체를 형성하는 면에서 아주 높은 능력과 효률을 갖고있기에 일련의 응용기능을 갖고있다。계면활성제는 양호한 분산성, 윤습성, 유화성과 정전기 방지 성능을 가지고 있으며, 이미 정밀화학공업 분야를 포함한 많은 분야 발전의 핵심 재료가 되었으며, 공정 개선, 에너지 소모 감소 및 생산 효율 향상에 중대한 기여를 하였다。사회의 발전과 세계 공업 수준의 부단한 진보에 따라 표면활성제의 응용은 이미 일용 화학품에서 점차 국민경제의 각 분야, 예를 들면 항균제, 식품첨가제, 신에너지 분야, 오염물 처리와 생물 제약으로 확대되었다。
재래식 계면활성제는 극성 친수기단과 비극성 소수기단으로 구성된'양친성'화합물로, 분자구조는 그림 1(a)과 같다。
현재 제조업의 정밀화와 체계화 발전에 따라 생산 과정에서 계면활성제의 성능에 대한 수요가 점차 증가하고 있기 때문에 더욱 높은 계면성능과 특수구조를 가진 계면활성제를 찾고 개발하는 것은 중요한 의의가 있다。Gemini 표면 활성제의 발견은 이러한 공백을 메우고 산업 생산의 요구를 충족시켰다。흔히 볼 수 있는 Gemini 계면활성제는 두 개의 친수 기단(일반적으로 친수 성질을 가진 이온 또는 비이온)과 두 개의 소수 알킬 사슬을 가진 화합물이다。
그림 1 (b) 에서 볼 수 있듯이, Gemini 표면 활성제는 기존의 단일 체인 표면 활성제와 달리 연결 기단 (간격 기) 을 통해 두 개의 친수 기단을 연결합니다。간단히 말해서, Gemini 계면활성제의 구조는 전통적인 계면활성제 중 두 개의 친수성 머리 기단과 연결 기단을 교묘하게 결합하여 형성된 것으로 이해할 수 있다。
Gemini 계면활성제의 특수한 구조는 그 높은 계면활성을 초래하는데 이는 주로 다음과 같다。
(1) Gemini 계면활성제 분자의 두 개의 소수 꼬리사슬의 소수작용이 강화되어 계면활성제가 수용액을 벗어나는 추세가 증가한다。
(2) 친수성 두기단, 특히 이온성 두기단이 정전기 배척으로 서로 분리되는 추세는 간격물의 영향으로 현저하게 약화된다。
(3) Gemini 계면활성제의 특수한 구조는 수용액에서의 집결행위에 영향을 주어 더욱 복잡하고 변화무쌍한 집결형태를 가지게 한다。
Gemini 표면 활성제는 기존 표면 활성제에 비해 표면 (경계) 활성도가 높고 임계 접착 농도가 낮으며 윤습성, 유화 능력 및 항균 능력이 뛰어납니다。따라서 쌍둥이 계면활성제의 개발과 이용은 계면활성제의 개발과 응용에 중요한 의미를 가진다。
전통적인 표면활성제의"양친성구조"는 그들에게 독특한 표면성질을 부여하였다。그림 1(c)과 같이 일반 계면활성제를 물에 첨가할 때 친수성 두기단은 수용액에 용해되는 경향이 있으며, 소수성 기단은 계면활성제 분자의 물 용해를 억제한다。이 두가지 추세의 공동작용하에 표면활성제분자는 기액계면에 풍부하고 질서있게 배렬되여 물의 표면장력을 낮추었다。기존 계면활성제와 달리 게미니 계면활성제는 간격기단을 통해 기존 계면활성제를 연결하는'이중합체'로 물의 표면장력과 유/수계면 장력을 더욱 효과적으로 낮출 수 있다。또한 Gemini 계면활성제는 낮은 임계 접착제 농도, 좋은 수용성, 유화성, 발포성, 윤습성 및 항균 성능을 가지고 있습니다。
Gemini 표면활성제 소개 1991년에 Menger와 Littau[13]는 강성 연결 기단을 가진 최초의 이중 알킬 체인 계면활성제를 제조하여"Gemini 계면활성제"라고 명명했다。같은 해, Zana 등[14]은 처음으로 일련의 계절암모늄염 Gemini 계면활성제를 제조하였고, 이 계열의 계절암모늄염 쌍둥이 계면활성제의 성능을 체계적으로 연구하였다。1996년, 연구자들은 부동한 Gemini 표면활성제가 전통적인 표면활성제와 복합될 때의 표면(경계)행위, 집결성질, 용액류변학, 상행위를 개괄하고 토론하였다。2002년, Zana[15]는 서로 다른 연결기단이 Gemini 표면활성제가 수용액에 모이는 행위에 미치는 영향을 연구하였는데, 이 작업은 표면활성제의 발전을 크게 추진하여 중요한 의의를 가지고 있다。후에 구등[16]은 16알킬브롬과 4-아미노기-3,5-하이드록시메틸-1,2,4-삼졸을 기초로 특수한 구조를 가진 쌍자표면활성제를 합성하는 새로운 방법을 발명하여 쌍자표면활성소의 합성경로를 한층 더 풍부하게 하였다。 |
Gemini 계면활성제의 우리나라 연구는 비교적 늦게 시작되었다;1999년에 복주대학에서 온 조는 국외의 쌍자성표면활성제에 관한 연구를 체계적으로 회고하였고 국내의 많은 연구기관의 주목을 받았다。이후 우리나라는 쌍둥이 계면활성제에 대한 연구가 활발히 진행되기 시작했고 풍성한 성과를 거두었다。최근 몇 년 동안 연구자들은 신형 쌍둥이 표면 활성제의 개발과 그 관련 물리 화학 성질의 연구에 주력했다。이와 동시에 Gemini 계면활성제는 살균항균, 식품생산, 소포억제, 약물완화와 공업세척 등 분야에서의 응용도 점차 발전하기 시작하였다。Gemini 표면활성제는 계면활성제 분자 중의 친수 기단이 전하를 띠고 있는지와 가지고 있는 전하 유형에 따라 양이온, 음이온, 비이온, 양성 Gemini 표층 활성제로 나눌 수 있다。그 중 양이온형 쌍둥이 표면활성제는 일반적으로 계절암모늄염 또는 암모늄염형 쌍둥이 표면활성제를 가리키며, 음이온형 쌍둥이 표면활성제는 대부분 친수기단이 술폰산, 인산, 카르복실산인 쌍둥이 표면활성소를 가리키며, 비이온형 쌍둥이 표면활성제는 대부분 폴리옥시에틸렌 쌍둥이 표면활성물질이다。
1。1 양이온 쌍둥이 표면활성제
양이온 쌍자 표면활성제는 수용액 중의 양이온을 분해할 수 있는데, 주로 암모늄염과 계절 암모늄염 쌍자 표면활성소이다。양이온 쌍자 표면 활성제는 생물 분해성이 우수하고 오염 제거 능력이 강하며 화학 성능이 안정적이고 저독성, 구조가 간단하며 합성하기 쉽고 분리 순화되기 쉬우며 살균, 방부, 정전기 방지, 유연 등의 성능도 가지고 있다。
계절 암모늄 염기 쌍자 표면 활성제는 일반적으로 아미드가 알킬화 반응을 통해 제조한다。주로 두 가지 합성 방법이 있다: 하나는 브롬디알킬탄화수소와 단장사슬알킬디메틸아미드의 계절암모늄화이다;다른 하나는 무수 에탄올을 용제로 가열하여 환류하고, 1-브롬으로 대체된 긴 체인 알킬탄화수소와 N, N, N'-사메틸 알킬이아민에 대해 계절 암모늄화 반응을 한다。그러나 브롬이 알킬탄화수소를 대체하는 것은 더 비싸다。 보통 두 번째 방법을 통해 합성한다。 반응 방정식은 그림 2와 같다。
1。2 음이온 쌍둥이 표면활성제
음이온형 쌍둥이 표면활성제는 수용액에서 음이온을 분해할 수 있는데, 주로 황산염, 황산염, 카르복실산염과 인산염형 쌍둥이 표면활성제이다。음이온표면활성제는 오염제거, 발포, 분산, 유화, 윤습 등 우수한 성능을 갖고있어 세제, 발포제, 윤습제, 유화제와 분산제로 널리 사용되고있다。
1。2。1 황산염
술폰산기 생체표면활성제는 수용성이 좋고 윤습성이 좋으며 내온내염성이 좋고 청정성이 좋으며 분산능력이 강한 등 장점이 있다。 그 원료원천이 상대적으로 광범위하여 석유, 방직, 일용화학품에서 세제, 발포제, 윤습제, 유화제와 분산제로 널리 사용되고 있다。생산 공정이 간단하고 원가가 낮다。리 등은 트리클로로아민, 지방아민, 타우린을 원료로 하여 3단계 반응을 거쳐 일련의 신형 디알킬 디술폰산 쌍둥이 계면활성제 (2Cn-SCT) 를 합성하였는데, 이는 전형적인 술폰산형 중성자 계면활성제이다。
1。2。2 황산염
황산염 이중 표면활성제는 표면 장력이 매우 낮고 표면 활성도가 높으며 수용성이 좋고 원료 공급원이 넓으며 합성이 상대적으로 간단하다는 장점이 있다。또한 좋은 세척 성능과 발포 능력을 가지고 있으며 경수에서는 성능이 안정적이며 황산염은 수용액에서 중성 또는 미알칼리성을 띤다。그림 3에서 볼 수 있듯이 손동 등은 월계산과 폴리에틸렌글리콜을 주원료로 대체, 에스테르화, 가성 반응을 통해 황산 에스테르 키를 첨가하여 황산 에스테르 염형 중성자 표면활성제 GA。12-S-12를 합성하였다。
1。2。3 카르복실산염
카르복실산염기 Gemini 표면활성제는 일반적으로 온화하고 녹색이며 생분해가 쉽고 풍부한 천연원료원천, 고금속집게집게성능, 량호한 경수성과 칼슘비누분산성, 량호한 발포와 윤습성능을 갖고있어 제약, 방직, 정밀화학공업 등 분야에 널리 응용되고있다。카르복실산염기 생물표면활성제에 아미노기단을 도입하면 표면활성제 분자의 생물분해성을 높여 윤습, 유화, 분산, 오염제거 성능이 우수하다。메이 등은 십이지아미드, 디브롬에탄, 호박산무수를 원료로 아세틸아미드를 함유한 카르복실산염 중성자 표면활성제 CGS-2를 합성했다。
1。2。4 인산염
인산 에스테르 염형 쌍둥이 표면활성제는 천연 인지와 비슷한 구조를 가지고 있으며 반접착제와 낭포 등의 구조를 형성하기 쉽다。인산 에스테르 소금형 Gemini 계면활성제는 정전기 방지제와 세제로 널리 사용되고 있으며, 높은 유화 성능과 상대적으로 낮은 자극성으로 인해 개인 피부 관리에서 널리 사용되고 있다。일부 인산 에스테르는 항암, 항종양 및 항균 작용을 가지고 있으며 현재 수십 가지 약물이 개발되었습니다。인산에스테르염형 생체계면활성제는 농약에 대한 유화성능이 높아 항균제와 살충제는 물론 제초제로도 쓰인다。정 등은 P2O5와 린갈기 폴리에틸렌글리콜을 원료로 인산에스테르염 Gemini 계면활성제를 합성했다。 이 계면활성제는 비교적 좋은 윤습효과, 좋은 정전기저항성능을 갖고있어 합성공정이 상대적으로 간단하고 반응조건이 온화하다。인산칼륨염 중성자 표면활성제의 분자식은 그림 4와 같다。
1。3 비이온 Gemini 표면활성제
비이온 Gemini 계면활성제는 수용액에서 해리되지 않고 분자 형태로 존재한다。 이런 중성자 계면활성제는 지금까지 연구가 비교적 적어 두 종류가 있는데, 하나는 당 파생물이고, 다른 하나는 알코올 에테르와 페놀 에테르이다。비이온형 Gemini 계면활성제는 용액에 이온 상태로 존재하지 않기 때문에 안정성이 높고 강한 전해질의 영향을 잘 받지 않으며 다른 유형의 계면활성제와 좋은 락합성을 가지고 있으며 좋은 용해성을 가지고 있다。따라서 비이온계면활성제는 청정성, 분산성, 유화성, 발포성, 윤습성, 정전기 저항성과 살균성 등 다양한 성능을 갖추고 있어 농약, 도료 등에 널리 활용될 수 있다。그림 5에서 볼 수 있듯이 2004 년 FitzGerald 등은 폴리옥시 에틸렌 Gemini 표면 활성제 (비이온 표면 활성제) 를 합성했으며 그 구조는 (Cn-2H2-3CH2O (CH2CH2O) mH) 2 (CH2) 6 (또는 GemnEm) 로 표시됩니다。
02 Gemini 계면활성제의 이화학적 성질
2。1 Gemini 계면활성제의 활성
표면활성제의 표면활성을 평가하는 가장 간단하고 직접적인 방법은 그 수용액의 표면장력을 측정하는 것이다。원칙적으로 표면 활성제는 표면 (경계) 평면의 정방향 배열을 통해 용액의 표면 장력을 낮춘다 (그림 1 (c)。Gemini 계면활성제는 유사한 구조를 가진 기존 계면활성제보다 임계접착제 농도(CMC)가 두 단계 이상 작고 C20 수치가 현저히 낮다。중성자 표면활성제 분자는 두 개의 친수 기단을 가지고 있는데, 이는 그것이 좋은 수용성을 유지하는 데 도움이 되며, 동시에 긴 소수성 긴 사슬을 가지고 있다。물/공기 계면에서는 공간 위치 저항 효과와 분자 중의 균일한 전하의 배척 작용으로 인해 전통적인 표면 활성제의 배열이 느슨해져서 물 표면의 장력을 낮추는 능력을 약화시켰다。반면 Gemini 계면활성제의 연결 기단은 공가 결합이므로 두 친수 기단 사이의 거리가 작은 범위 내 (전통 계면활성제 친수 기단 간의 거리보다 훨씬 작음) 로 유지되어 Gemini 표면 활성 물질이 표면 (경계) 에서 더 나은 활성을 가질 수 있습니다。
2。2 Gemini 계면활성제의 조립 구조
수용액에서는 중성자 계면활성제의 농도가 증가함에 따라 그 분자가 용액 표면에 포화되어 다른 분자가 용액 내부로 이동하여 접착제를 형성하도록 강요한다。계면활성제가 접착제를 형성하기 시작한 농도를 임계 접착제 농도(CMC)라고 한다。그림 9에서 볼 수 있듯이 농도가 CMC보다 크면 구형 접착제를 형성하는 기존 계면활성제와 달리 Gemini 계면활성제는 선형 및 이중 구조와 같은 구조적 특성으로 인해 다양한 접착제 형태를 생성합니다。접착제의 크기, 형상과 수합작용의 차이는 용액의 상행위와 류변성질에 직접적인 영향을 주고 용액의 점탄성의 변화도 초래한다。음이온 표면 활성제 (SDS) 와 같은 전통적인 표면 활성제는 일반적으로 구형 접착제를 형성하며 용액의 점도에 거의 영향을 미치지 않습니다。그러나 Gemini 계면활성제의 특수한 구조는 더욱 복잡한 접착형태를 형성하게 되는데 그 수용액의 성질은 전통적인 계면활성제와 뚜렷한 차이가 있다。Gemini 계면활성제 수용액의 점도는 Gemini 표면 활성물질의 농도가 증가함에 따라 증가하는데, 이는 형성된 선형 접착제가 그물 모양의 구조로 교차하기 때문일 수 있습니다。그러나 용액의 점도는 표면활성제 농도가 증가함에 따라 낮아지는데, 이는 그물 구조의 파괴와 기타 접착 구조의 형성 때문일 수 있다。
03 Gemini 계면활성제의 항균 성능
중성자 표면 활성제는 유기 항균제로서, 그 항균 기능은 주로 미생물 세포막 표면의 음이온과 결합하거나 메타포름과 반응하여 그 단백질과 세포막의 생성을 파괴함으로써 미생물 조직을 파괴하여 미생물을 억제하거나 죽인다。
3。1 음이온 Gemini 계면활성제의 항균 성능
항미생물 음이온 표면활성제의 항미생물 성능은 주로 그가 가지고 있는 항미생물 부분의 성질에 의해 결정된다。천연 젤라틴과 도료 등 콜로이드 용액에서 친수사슬은 수용성 분산제와 결합하고, 소수사슬은 정방향 흡착을 통해 소수성 분산체와 결합함으로써 양상계면을 치밀한 분자계 마스크팩으로 전환한다。이런 치밀한 보호층의 세균은 기단을 억제하여 세균의 성장을 억제한다。
음이온 계면활성제의 세균 억제 기능은 양이온 계면활성제와 근본적으로 다르다。음이온 계면활성제는 세균에 대한 억제 작용이 용액 체계와 억제 기단과 관련이 있기 때문에 이런 계면활성제는 제한될 수 있다。이런 유형의 표면활성제는 반드시 충분한 수준으로 존재하여 표면활성제를 시스템의 구석구석에 존재하게 하여 좋은 살미생물 효과를 발생시켜야 한다。이와 동시에 이런 류형의 계면활성제는 위치확정과 표적성이 결핍하여 불필요한 랑비를 초래할뿐만아니라 오랜 시간내에 저애력을 산생하게 된다。
예를 들어, 알킬 술폰산 염기 생물 표면 활성제는 이미 임상 의학에 사용되었다。백소안과 Treosulfan과 같은 알킬황산염은 주로 골수증식성질병을 치료하는데 구아닌과 요소푸린 사이에 교련을 일으키는데 이런 변화는 세포교정을 통해 복구할수 없어 세포가 쇠망하게 된다。
3。2 양이온 Gemini 계면활성제의 항균 성능
개발된 양이온 쌍둥이 계면활성제의 주요 유형은 계절암모늄염형 쌍둥이 계면활성소다。계절암모늄형 양이온 쌍둥이 표면활성제는 매우 강한 살균작용을 가지고 있다。 왜냐하면 계절암모늄형 중성자 표면활성제 분자 중 두 개의 소수성 장사슬탄화수소가 있기 때문이다。 소수사슬과 세포벽 (펩타이드 폴리당) 은 소수흡착을 형성한다。또한 양전기를 띤 질소이온 두개를 함유하고 있는데 이는 계면활성제분자가 음전기를 띤 세균표면에 흡착되도록 촉진하고 침투와 확산을 통해 소수사슬이 세균세포막의 지질층에 깊이 들어가 세포막의 침투성을 개변하여 세균이 파렬되고친수기단이 단백질에 깊이 파고드는 것 외에 효소의 활성 상실과 단백질의 변성을 초래하는데, 이 두 가지 작용의 종합적인 작용으로 인해 살균제는 비교적 강한 살균 작용을 가지고 있다。
그러나 환경적인 관점에서 볼 때, 이러한 계면활성제는 용혈 활성과 세포 독성을 가지고 있으며, 수생 생물과의 접촉 시간과 생분해는 그 독성을 증가시킨다。
3。3 비이온 Gemini 계면활성제의 항균 성능
현재 두 가지 유형의 비이온 Gemini 계면활성제가 있는데, 하나는 당 파생물이고, 다른 하나는 알코올 에테르와 페놀 에테르이다。
설탕에서 파생된 생물계면활성제의 항균메커니즘은 분자의 친화력에 기초한것으로서 설탕에서 파생된 계면활성제는 대량의 린지를 함유한 세포막과 결합할수 있다。당 파생물 계면활성제의 농도가 일정 수준에 도달하면 세포막의 침투성을 변화시켜 공극과 이온 통로를 형성하고 영양물질의 운송과 가스 교환에 영향을 주어 내용이 물류되어 결국 세균이 죽게 된다。
페놀류와 알코올에테르류 항균제의 항균기능은 세포벽이나 세포막과 효소에 작용해 대사기능을 차단하고 재생기능을 파괴하는 것이다。예를 들어 디페닐에테르와 그 파생물(페놀류)의 항균제는 세균이나 바이러스 세포에 담가 세포벽과 세포막을 통해 작용을 발휘하고 핵산과 단백질 합성과 관련된 효소의 작용과 기능을 억제해 세균의 성장과 번식을 제한한다。그것은 또한 박테리아 내 효소의 대사와 호흡 기능을 마비시킨 후 효력을 상실시킨다。
3。4 양성 Gemini 계면활성제의 항균 성능
양성쌍자계면활성제는 분자구조에 양이온과 음이온이 모두 있는 계면활성제로서 수용액에서 이온화하여 한 매체조건에서 음이온계면활성제와 다른 매체상태에서 양이온계면활성제의 성질을 나타낼수 있다。양성 계면활성제의 세균 억제 메커니즘은 아직 불확실하지만, 이러한 억제 작용은 계암모늄 계면활성제와 유사할 수 있으며, 계암모늄 계면활성제는 음전기를 띤 세균 표면에 쉽게 흡착되어 세균 대사를 방해할 수 있다는 것이 일반적인 견해이다。
3。4。1 Gemini 아미노산 계면활성제의 항균 성능
아미노산형 중성자 계면활성제는 두 가지 아미노산으로 구성된 양이온 양성 중성자 계면활성제이기 때문에 항균 기능은 계절암모늄염형 중성자 활성제와 더욱 비슷하다。계면활성제의 양전기가 있는 부분은 정전기 상호작용으로 세균이나 바이러스 표면의 음전기가 있는 부분으로 유인되고, 그 후 소수사슬과 지질이 이중으로 결합하여 세포 내용이 출류되고 분해되어 사망할 때까지 발생한다。계절암모늄기 Gemini 계면활성제에 비해 생분해가 쉽고 용혈활성이 낮으며 독성이 낮기 때문에 응용이 개발되고 응용 분야가 확대되고 있다。
3。4。2 비아미노산형 쌍둥이 표면활성제의 항균성
비아미노산형 양성인 Gemini 계면활성제는 계면활성분자 잔기를 가지고 있으며 이온화가 불가능한 양전하 중심과 음전하 중심을 함유하고 있다。주요 비아미노산형 쌍둥이 계면활성제는 글리코겐, 미졸린, 산화아민이다。사탕무 알칼리형의 경우 사탕무 알칼리형 양성 계면활성제 분자에는 음이온과 양이온 기단이 동시에 있어 무기염의 영향을 잘 받지 않으며 산성과 알칼리성 용액에는 모두 계면활성제 작용을 한다。산성 용액에서의 양이온 Gemini 계면 활성제의 항균 기능과 알칼리성 용액에서의 음이온 Gemini 표면 활성 물질의 항미생물 기능은 일치합니다。또한 다른 유형의 계면활성제와 우수한 배합 성능을 가지고 있다。
04 결론과 전망
쌍둥이표면활성제는 그 특수한 구조로 하여 생활에서의 응용이 갈수록 많아지고있으며 항균살균, 식품생산, 소포억제, 약물완화와 공업청결 등 분야에 널리 응용되고있다。녹색 환경 보호에 대한 요구가 끊임없이 높아짐에 따라 쌍둥이 표면활성제는 점차 환경 친화적이고 다기능적인 표면활성제로 발전하였다。앞으로 쌍둥이 표면활성제에 대한 연구는 다음과 같은 몇 가지 측면에서 진행할 수 있다: 특수한 구조와 기능을 가진 신형 쌍둥이 표면활성물질을 개발하고, 특히 항균과 항바이러스에 대한 연구를 강화한다;흔히 볼 수 있는 표면활성제나 첨가제와 복합하여 성능이 더 좋은 제품을 형성한다。그리고 값싸고 쉽게 구할 수 있는 원료를 사용하여 환경 친화적인 Gemini 계면활성제를 합성한다。