この記事では、ゲミニ界面活性剤の抗菌メカニズムに焦点を当てています。ゲミニ界面活性剤は、細菌を殺すのに効果的であると予想され、新しいコロナウイルスの拡散を遅らせるのに何らかの助けを提供できます。
界面活性剤。これは、表面、アクティブ、およびエージェントのフレーズの収縮です。界面活性剤は、表面や界面で活性化されており、表面（境界）張力の低下に非常に高い能力と効率を持ち、特定の濃度を超える溶液中に分子的に秩序化されたアセンブリを形成し、幅広いアプリケーション機能を備えています。界面活性剤は、良好な分散性、濡れ性、乳化能力、および骨の骨特性を備えており、細かい化学物質の分野を含む多くの分野の開発のための重要な材料になり、プロセスの改善、エネルギー消費の減少、生産効率の向上に大きく貢献しています。社会の発展と世界の産業レベルの継続的な進歩により、界面活性剤の適用は、抗菌剤、食物添加物、新しいエネルギー分野、汚染物質治療、バイオ医薬品など、日常の化学物質から国民経済のさまざまな分野に徐々に広がりました。
従来の界面活性剤は、極水層グループと非極疎水性基で構成される「両親媒性」化合物であり、その分子構造を図1（a）に示します。
現在、製造業での改良と体系化の開発により、生産プロセスにおける界面活性剤の特性の需要は徐々に増加しているため、より高い表面特性と特殊な構造を持つ界面活性剤を見つけて開発することが重要です。ジェミニ界面活性剤の発見は、これらのギャップを橋渡しし、工業生産の要件を満たしています。一般的なジェミニ界面活性剤は、2つの親水性基（一般的にイオン性または親水性特性を備えた非イオン性）と2つの疎水性アルキル鎖を持つ化合物です。
図1（b）に示すように、従来のシングルチェーン界面活性剤とは対照的に、ジェミニ界面活性剤は、リンクグループ（スペーサー）を介して2つの親水基を結び付けます。要するに、ジェミニ界面活性剤の構造は、従来の界面活性剤の2つの親水性ヘッドグループを連鎖群と巧みに結合することによって形成されると理解できます。
ジェミニ界面活性剤の特別な構造は、その高い表面活性につながります。これは主に次のものです。
（1）ジェミニ界面活性剤分子の2つの疎水性尾鎖の疎水性効果の強化と、界面活性剤が水溶液を残す傾向の増加。
（2）親水性ヘッドグループが互いに分離する傾向、特に静電反発によるイオンヘッドグループは、スペーサーの影響により大幅に弱体化されます。
（3）ジェミニ界面活性剤の特別な構造は、水溶液における凝集挙動に影響を与え、より複雑で可変の凝集形態を与えます。
ジェミニ界面活性剤は、従来の界面活性剤と比較して、表面（境界）活性が高く、臨界ミセル濃度が低く、耐久性が低く、乳化能力、乳化能力、抗菌能力が高くなっています。したがって、ジェミニ界面活性剤の開発と利用は、界面活性剤の開発と応用にとって非常に重要です。
従来の界面活性剤の「両親媒性構造」は、独自の表面特性を与えます。図1（c）に示すように、従来の界面活性剤を水に加えた場合、親水性ヘッド基は水溶液内に溶解する傾向があり、疎水性群は水中の界面活性剤分子の溶解を阻害します。これら2つの傾向の複合効果の下で、界面活性剤分子はガス液体界面で濃縮され、整然とした配置を受け、それによって水の表面張力が減少します。従来の界面活性剤とは異なり、ジェミニ界面活性剤は、スペーサーグループを介して従来の界面活性剤を結び付ける「二量体」であり、水と油/水の界面張力の表面張力をより効果的に減らすことができます。さらに、ジェミニ界面活性剤は、批判的なミセル濃度が低く、水溶解度、乳化、泡立ち、湿潤、抗菌特性が低くなっています。
| ジェミニ界面活性剤の導入 1991年、MengerとLittau [13]は、硬いリンケージグループを使用して最初のビスアルキル鎖界面活性剤を準備し、「ジェミニ界面活性剤」と名付けました。同じ年に、Zana et al [14]は初めて一連の一連の第四紀アンモニウム塩ゲミニ界面活性剤を調製し、この一連の一連の第四紀アンモニウム塩ジェミニ界面活性剤の特性を体系的に調査しました。 1996年、研究者は、従来の界面活性剤と調合した場合、異なるジェミニ界面活性剤の表面（境界）の挙動、境界）の挙動、溶液レオロジー、および相の挙動を一般化し、議論しました。 2002年、Zana [15]は、水溶液中のGemini界面活性剤の凝集挙動に対するさまざまな連鎖群の効果を調査しました。これは、界面活性剤の発達を大きく進め、非常に重要でした。その後、Qiu et al [16]は、臭化セチルと4-アミノ-3,5-ジヒドロキシメチル-1,2,4-トリアゾールに基づいた特別な構造を含むジェミニ界面活性剤の合成のための新しい方法を発明し、ジェミニ界面活性剤合成の方法をさらに濃縮しました。 |
中国のジェミニ界面活性剤に関する研究は遅く始まりました。 1999年、福州大学のJianxi Zhaoは、Gemini界面活性剤に関する外国研究の体系的なレビューを行い、中国の多くの研究機関の注目を集めました。その後、中国のジェミニ界面活性剤に関する研究が繁栄し始め、実り多い結果を達成しました。近年、研究者は、新しいジェミニ界面活性剤の開発と関連する物理化学的特性の研究に専念しています。同時に、ジェミニ界面活性剤の応用は、滅菌と抗菌、食物生産、デフォミングとフォーム阻害、薬物の遅い放出、産業洗浄の分野で徐々に開発されてきました。界面活性剤分子の親水基が帯電しているかどうか、およびそれらが携帯するタイプの電荷であるかどうかに基づいて、ジェミニ界面活性剤は、カチオン性、アニオン性、非イオン性、および両性ゲミニ界面活性剤の次のカテゴリに分けることができます。その中で、カチオン性ジェミニ界面活性剤は一般に四級アンモニウムまたはアンモニウム塩ゲミニ界面活性剤を指し、アニオン性ジェミニ界面活性剤は主に親水性基がスルホン酸、リン酸、カルボン酸、一方でノニオン性ジェミニ界の界面活性剤であるゲミニ界面活性剤を指します。
1.1カチオン性ジェミニ界面活性剤
カチオン性ジェミニ界面活性剤は、主にアンモニウムおよび四紀アンモニウム塩ゲミニ界面活性剤で水溶液中のカチオンを解離できます。カチオン性ジェミニ界面活性剤には、生分解性が良好、強力な除染能力、安定した化学的特性、低毒性、単純な構造、簡単な合成、容易な分離と精製があり、細菌性特性、抗腐食、抗腐食、柔らかさもあります。
第四紀アンモニウム塩ベースのジェミニ界面活性剤は、一般にアルキル化反応により三次アミンから調製されます。次の2つの主要な合成方法があります。1つは、ジブロモ置換アルカンと単一の長鎖アルキルジメチル三次アミンを四級化することです。もう1つは、溶媒および加熱還流として無水エタノールを伴う1-ブロモ置換長鎖アルカンとn、n、n '、n'-テトラメチルアルキルジアミンを四角化することです。ただし、ジブロモ置換アルカンはより高価であり、一般に2番目の方法によって合成され、反応方程式を図2に示します。
1.2アニオン性ジェミニ界面活性剤
アニオン性ジェミニ界面活性剤は、主にスルホン酸塩、硫酸塩、カルボン酸塩、リン酸塩型ジェミニ界面活性剤の水溶液中のアニオンを解離できます。アニオン性界面活性剤は、除染、発泡、分散、乳化、湿潤などのより良い特性を持ち、洗剤、泡立て剤、湿潤剤、乳化剤、分散剤として広く使用されています。
1.2.1スルホネート
スルホン酸ベースのバイオサーファクタントは、良好な水溶性、良好な濡れ性、良好な温度と塩抵抗性、洗剤、強力な分散能力の利点があり、洗剤、泡立ち剤、湿潤剤、乳化剤、乳化剤、乳白色の産業、テキスト産業、幅広い材料の幅広い材料、および幅広い化学物質の吸収剤として広く使用されています。 Li et alは、3段階の反応で原料としてトリクロラミン、脂肪族アミン、タウリンを使用して、典型的なスルホン酸型バリオニック界面活性剤である一連の新しいジアルキルジスルホン酸ジェミニ界面活性剤（2CN-SCT）を合成しました。
1.2.2硫酸塩塩
硫酸塩エステル塩ダブレット界面活性剤には、超低表面張力、高い表面活性、良好な水溶性、広い原材料の供給源、比較的単純な合成の利点があります。また、優れた洗浄性能と泡立ち能力、硬水の安定した性能、および硫酸塩エステル塩は水溶液中の中性またはわずかにアルカリ性です。図3に示すように、Sun Dongらはラウリン酸とポリエチレングリコールを主要な原料として使用し、置換、エステル化、および添加反応を通じて硫酸塩エステル結合を添加したため、硫酸塩エステル塩型バリオン界面活性剤-GA12-S-12を合成しました。
1.2.3カルボン酸塩
カルボキシレートベースのジェミニ界面活性剤は通常、軽度で、緑で、生分解性が容易で、天然原料の豊富な供給源、高金属のキレート特性、良好な硬い耐水性とカルシウム石鹸分散、良好な泡立ちと濡れ特性があり、医薬品、繊維、細かい化学物質、その他の畑で広く使用されています。カルボキシレートベースのバイオサーファクタントにアミド基が導入されると、界面活性剤分子の生分解性を高め、湿潤、乳化、分散、除染特性を良好にします。 Meiらは、ドデシルアミン、ジブロモエタン、および無水物質を原料として使用して、アミド基を含むカルボン酸ベースのバリオニック界面活性剤CGS-2を合成しました。
1.2.4リン酸塩
リン酸エステル塩型ジェミニ界面活性剤は、天然のリン脂質と同様の構造を持ち、逆ミセルや小胞などの構造を形成する傾向があります。リン酸エステル塩型ジェミニ界面活性剤は、抗抗剤および洗濯洗剤として広く使用されていますが、その高乳化特性と比較的低い刺激により、個人のスキンケアでの幅広い使用が導かれています。特定のリン酸エステルは、抗がん、抗腫瘍、抗菌性であり、数十の薬物が開発されています。リン酸エステル塩型バイオサーファクタントは、農薬の乳化特性が高く、抗菌性および殺虫剤としてだけでなく、除草剤としても使用できます。 Zhengらは、P2O5およびOrtho-Quatベースのオリゴマージオールからのリン酸エステル塩のジェミニ界面活性剤の合成を研究しました。リン酸カリウム塩塩界面活性剤の分子式を図4に示します。
1.3非イオン性ジェミニ界面活性剤
非イオン性ジェミニ界面活性剤を水溶液で解離することはできず、分子形で存在します。このタイプのバリオン界面活性剤はこれまでのところあまり研究されておらず、2つのタイプがあります。1つは砂糖誘導体で、もう1つはアルコールエーテルとフェノールエーテルです。非イオン性ジェミニ界面活性剤は、溶液中のイオン状態には存在しないため、安定性が高く、強力な電解質の影響を容易に受けず、他のタイプの界面活性剤と良好な複雑性を持ち、溶解度が良好です。したがって、非イオン性界面活性剤には、良好な洗剤、分散性、乳化、泡立ち、湿潤性、抗抵抗性、滅菌などのさまざまな特性があり、農薬やコーティングなどのさまざまな側面で広く使用できます。 2004年に図5に示すように、Fitzgeraldらは、構造が（CN-2H2N-3CHCH2O（CH2CH2O）MH）2（CH2）6（またはGemnem）として発現したポリオキシエチレンベースのジェミニ界面活性剤（非イオン性界面活性剤）を合成しました。
02ジェミニ界面活性剤の物理化学的特性
2.1ジェミニ界面活性剤の活性
界面活性剤の表面活性を評価する最も単純で最も直接的な方法は、それらの水溶液の表面張力を測定することです。原則として、界面活性剤は、表面（境界）平面上の配向配置により、溶液の表面張力を減らします（図1（c））。ジェミニ界面活性剤の臨界ミセル濃度（CMC）は2桁以上小さく、C20値は、類似の構造を持つ従来の界面活性剤と比較して大幅に低くなっています。バリニック界面活性剤分子は、長い疎水性の長い鎖を持ちながら、良好な水溶性を維持するのに役立つ2つの親水性基を持っています。水/空気界面では、空間的部位抵抗効果と分子の均一な電荷の反発により、従来の界面活性剤がゆるく配置されているため、水の表面張力を減らす能力が低下します。対照的に、ジェミニ界面活性剤のリンクグループは共有結合されているため、2つの親水性グループ間の距離が小さな範囲（従来の界面活性剤の親水性グループ間の距離よりもはるかに小さい）に保たれ、表面のジェミニ界面活性剤のより良い活性をもたらします（境界）。
2.2ジェミニ界面活性剤のアセンブリ構造
水溶液では、バリオニック界面活性剤の濃度が増加すると、その分子は溶液の表面を飽和させ、他の分子が溶液の内部に移動してミセルを形成するように強制します。界面活性剤がミセルの形成を開始する濃度は、臨界ミセル濃度（CMC）と呼ばれます。図9に示すように、濃度がCMCよりも大きい後、球形ミセルを形成するために凝集する従来の界面活性剤とは異なり、ジェミニ界面活性剤は、構造的特性のために、線形や二重層の構造などのさまざまなミセル形態を生成します。ミセルのサイズ、形状、水分補給の違いは、溶液の位相挙動とレオロジー特性に直接的な影響を及ぼし、溶液粘弾性の変化にもつながります。アニオン性界面活性剤（SDS）などの従来の界面活性剤は、通常、球状ミセルを形成しますが、これは溶液の粘度にほとんど影響しません。しかし、ジェミニ界面活性剤の特別な構造は、より複雑なミセル形態の形成につながり、それらの水溶液の特性は従来の界面活性剤の特性とは大きく異なります。ジェミニ界面活性剤の水溶液の粘度は、おそらく形成された線形ミセルが網のような構造に絡み合っているため、ジェミニ界面活性剤の濃度の増加とともに増加します。ただし、おそらくWeb構造の破壊と他のミセル構造の形成により、界面活性剤濃度の増加とともに溶液の粘度は減少します。
03ジェミニ界面活性剤の抗菌特性
一種の有機抗菌剤として、バリオニック界面活性剤の抗菌メカニズムは、主に微生物の細胞膜表面上の陰イオンと結合するか、スルフヒドリル基と反応してタンパク質および細胞膜の産生を破壊し、微生物組織を破壊して微生物を殺します。
3.1アニオン性ジェミニ界面活性剤の抗菌特性
抗菌性アニオン性界面活性剤の抗菌特性は、主にそれらが運ぶ抗菌剤部分の性質によって決定されます。天然のラテックスやコーティングなどのコロイド溶液では、疎水性鎖が水溶性分散剤に結合し、疎水性鎖は方向性吸着により疎水性分散液に結合し、2フェーズ界面を密度のある分子間力膜に変換します。この密な保護層の細菌阻害基は、細菌の成長を阻害します。
アニオン性界面活性剤の細菌阻害のメカニズムは、カチオン性界面活性剤のメカニズムとは根本的に異なります。アニオン性界面活性剤の細菌阻害は、その溶液システムと阻害基に関連しているため、このタイプの界面活性剤は制限される可能性があります。このタイプの界面活性剤は、界面活性剤がシステムの隅々に存在するように、良好な微生物効果を生成するように十分なレベルに存在する必要があります。同時に、このタイプの界面活性剤には局所化とターゲティングが欠けているため、不必要な廃棄物を引き起こすだけでなく、長期間にわたって耐性を生み出します。
例として、アルキルスルホン酸ベースのバイオサーファクタントは臨床医学で使用されています。ブスルファンやトレオスルファンなどのアルキルスルホン酸塩は、主に骨髄増殖性疾患を治療し、グアニンと都市の間に架橋を生成するように作用しますが、この変化は細胞の校正によって修復することはできず、アポトーシス細胞死をもたらします。
3.2カチオン性ジェミニ界面活性剤の抗菌特性
開発されたカチオン性ジェミニ界面活性剤の主なタイプは、第四紀アンモニウム塩型ジェミニ界面活性剤です。第四紀アンモニウム型カチオン性ジェミニ界面活性剤は、四級アンモニウム型バリオニック界面活性剤分子に2つの疎水性の長いアルカン鎖と、疎水性鎖が細胞壁と疎水性吸着吸着を形成するため、強い殺菌効果があります。同時に、それらは2つの正の帯電した窒素イオンを含んでいます。これは、負に帯電した細菌の表面への界面活性剤分子の吸着を促進し、浸透と拡散により、疎水性鎖は細菌細胞膜脂質層に深く浸透し、細胞膜を添加します。タンパク質の奥深くに親水性基があり、酵素活性の喪失とタンパク質の変性につながり、これら2つの効果の効果が組み合わされているため、殺菌剤が強い細菌性効果をもたらします。
しかし、環境の観点から見ると、これらの界面活性剤は溶血活性と細胞毒性を持ち、水生生物との接触時間が長くなり、生分解が毒性を高める可能性があります。
3.3非イオン性ジェミニ界面活性剤の抗菌特性
現在、非イオン性ジェミニ界面活性剤には2種類のタイプがあり、1つは砂糖誘導体であり、もう1つはアルコールエーテルとフェノールエーテルです。
糖由来のバイオサーファクタントの抗菌メカニズムは分子の親和性に基づいており、糖由来の界面活性剤は多数のリン脂質を含む細胞膜に結合することができます。糖誘導体の濃度が一定のレベルに達すると、細胞膜の透過性が変化し、細孔とイオンチャネルが形成され、栄養素とガス交換の輸送に影響し、内容物の流出を引き起こし、最終的には細菌の死に至ります。
フェノールおよびアルコールエーテルの抗菌メカニズムは、細胞壁または細胞膜および酵素に作用し、代謝機能をブロックし、再生機能を破壊することです。たとえば、ジフェニルエーテルとその誘導体（フェノール）の抗菌薬は細菌またはウイルス細胞に浸され、細胞壁と細胞膜を介して作用し、核酸およびタンパク質の合成に関連する酵素の作用と機能を阻害し、細菌の成長と繁殖を制限します。また、細菌内の酵素の代謝および呼吸機能を麻痺させ、その後失敗します。
3.4両性ゲミニ界面活性剤の抗菌特性
両性ゲミニ界面活性剤は、分子構造にカチオンと陰イオンの両方を持ち、水溶液でイオン化することができ、ある培地条件でアニオン性界面活性剤の特性と別の中程度の状態でカチオン性界面活性剤を示す界面活性剤のクラスです。両性界面活性剤の細菌阻害のメカニズムは決定的ではありませんが、一般的に、抑制は、界面活性剤が負に帯電した細菌表面に容易に吸着し、細菌代謝を干渉する四級アンモニウム界面活性剤のそれと類似していると考えられています。
3.4.1アミノ酸ジェミニ界面活性剤の抗菌特性
アミノ酸タイプのバリオニック界面活性剤は、2つのアミノ酸で構成されるカチオン性軸円型バリオニック界面活性剤であるため、その抗菌メカニズムは第四紀アンモニウム塩型バリオニック界面活性剤のそれよりも類似しています。界面活性剤の正に帯電した部分は、静電相互作用のために細菌またはウイルスの表面の負に帯電した部分に引き付けられ、その後疎水性鎖が脂質二重層に結合し、細胞含有量の流出と死まで溶解します。四頭紀アンモニウムベースのジェミニ界面活性剤よりも大きな利点があります：容易な生分解性、低溶血活動、低毒性があるため、その用途向けに開発され、適用分野が拡大されています。
3.4.2非アミノ酸タイプのジェミニ界面活性剤の抗菌特性
非アミノ酸タイプの両系ジェミニ界面活性剤には、非生成不可能な陽性および陰性電荷センターの両方を含む表面活性分子残基があります。主な非アミノ酸タイプのジェミニ界面活性剤は、ベタイン、イミダゾリン、アミン酸化物です。ベタインタイプを例にとると、ベタイン型の両性界面活性剤は分子に陰イオン基とカチオン基にあり、無機塩の影響を容易に影響を受けず、酸性溶液とアルカリ溶液の両方で界面活性剤効果があり、酸性界面活性剤の酸素界面に潜んでいます。ソリューション。また、他のタイプの界面活性剤と優れた複合性能を持っています。
04結論と見通し
ジェミニ界面活性剤は、特別な構造のために生活にますます使用されており、抗菌性滅菌、食料生産、脱脱酵素と泡阻害、薬物のゆっくりした放出、産業洗浄の分野で広く使用されています。緑の環境保護に対する需要の増加に伴い、ジェミニ界面活性剤は徐々に環境に優しい多機能界面活性剤に発展します。ジェミニ界面活性剤に関する将来の研究は、以下の側面で実施できます。特別な構造と機能を備えた新しいジェミニ界面活性剤の開発、特に抗菌および抗ウイルスに関する研究を強化すること。一般的な界面活性剤または添加剤で調合して、パフォーマンスを向上させる製品を形成します。安価で簡単に入手可能な原材料を使用して、環境に優しいジェミニ界面活性剤を合成します。
投稿時間：Mar-25-2022