Hydrotrop
Hydrotrop to związek, który rozpuszcza związki hydrofobowe w roztworach wodnych w sposób inny niż solubilizacja micelarna . Zazwyczaj hydrotropy składają się z hydrofilowej i części hydrofobowej (podobnie jak środki powierzchniowo czynne ), ale część hydrofobowa jest na ogół zbyt mała, aby spowodować spontaniczną samoagregację. Hydrotropy nie mają stężenia krytycznego , powyżej którego zaczyna spontanicznie zachodzić samoagregacja (jak stwierdzono dla miceli - i pęcherzyków - tworzące środki powierzchniowo czynne, które mają krytyczne stężenie miceli (cmc) i krytyczne stężenie pęcherzyków (cvc)). Zamiast tego niektóre hydrotropy agregują w stopniowym procesie samoagregacji, stopniowo zwiększając rozmiar agregacji. Jednak wydaje się, że wiele hydrotropów w ogóle nie ulega samoagregacji, chyba że dodano solubilizat. Przykłady hydrotropów obejmują mocznik , tosylan , kumenosulfonian i ksylenosulfonian.
Termin hydrotropia został pierwotnie zaproponowany przez Carla Neuberga w celu opisania wzrostu rozpuszczalności substancji rozpuszczonej przez dodanie dość wysokich stężeń soli metali alkalicznych różnych kwasów organicznych. Jednak termin ten był używany w literaturze do oznaczania substancji nietworzących miceli, cieczy lub ciał stałych, zdolnych do rozpuszczania nierozpuszczalnych związków.
Struktura chemiczna konwencjonalnych hydrotropowych soli Neuberga (prototyp, benzoesan sodu ) składa się zasadniczo z dwóch zasadniczych części, grupy anionowej i hydrofobowego aromatycznego pierścienia lub układu pierścieniowego. Grupa anionowa bierze udział w doprowadzeniu do wysokiej rozpuszczalności w wodzie, co jest warunkiem koniecznym dla substancji hydrotropowej. Wydaje się, że rodzaj anionu lub jonu metalu ma niewielki wpływ na to zjawisko. Z drugiej strony podkreślano płaskość części hydrofobowej jako ważny czynnik w mechanizmie solubilizacji hydrotropowej
Aby utworzyć hydrotrop, aromatyczny rozpuszczalnik węglowodorowy jest sulfonowany, tworząc aromatyczny kwas sulfonowy . Następnie neutralizuje się go zasadą .
Dodatki mogą zwiększać lub zmniejszać rozpuszczalność substancji rozpuszczonej w danym rozpuszczalniku. Mówi się, że sole, które zwiększają rozpuszczalność, „zasolają” substancję rozpuszczoną, a sole, które zmniejszają rozpuszczalność, „wysalają” substancję rozpuszczoną. Działanie dodatku zależy w dużym stopniu od jego wpływu na strukturę wody lub jej zdolności do konkurowania z cząsteczkami wody rozpuszczalnika. Wygodną ilościową ocenę wpływu dodatku substancji rozpuszczonej na rozpuszczalność innej substancji rozpuszczonej można uzyskać za pomocą równania Setschetowa:
- ,
Gdzie
- 0 S to rozpuszczalność w nieobecności dodatku
- S to rozpuszczalność w obecności dodatku
- C a to stężenie dodatku
- K to współczynnik solenia, który jest miarą wrażliwości współczynnika aktywności substancji rozpuszczonej na sól.
Aplikacje
Hydrotropy są stosowane przemysłowo i komercyjnie w preparatach produktów do czyszczenia i higieny osobistej, aby umożliwić bardziej skoncentrowane preparaty środków powierzchniowo czynnych. Około 29 000 ton metrycznych jest produkowanych (tj. produkowanych i importowanych) rocznie w Stanach Zjednoczonych. Roczna produkcja (plus import) w Europie i Australii wynosi odpowiednio około 17 000 i 1100 ton metrycznych.
Typowe produkty zawierające hydrotropy obejmują detergenty do prania, środki do czyszczenia powierzchni, detergenty do zmywania naczyń, mydła w płynie, szampony i odżywki. Są środkami sprzęgającymi, stosowanymi w stężeniach od 0,1 do 15% w celu ustabilizowania receptury, modyfikacji lepkości i punktu zmętnienia, zmniejszenia rozdziału faz w niskich temperaturach oraz ograniczenia pienienia.
| Chemiczny | Nr CAS |
|---|---|
| Kwas toluenosulfonowy, sól Na | 12068-03-0 |
| Kwas toluenosulfonowy, sól K | 16106-44-8 30526-22-8 |
| Kwas ksylenosulfonowy, sól Na | 1300-72-7 827-21-4 |
| Kwas ksylenosulfonowy, sól amonowa | 26447-10-9 |
| Kwas ksylenosulfonowy, sól K | 30346-73-7 |
| Kwas ksylenosulfonowy, sól Ca | 28088-63-3 |
| Kwas kumenosulfonowy, sól Na | 28348-53-0 32073-22-6 |
| Kwas kumenosulfonowy, sól amonowa | 37475-88-0 |
Wykazano, że trifosforan adenozyny (ATP) zapobiega agregacji białek w normalnych stężeniach fizjologicznych i jest w przybliżeniu o rząd wielkości skuteczniejszy niż ksylenosulfonian sodu w klasycznym teście hydrotropowym. Wykazano, że hydrotropowa aktywność ATP jest niezależna od jego aktywności jako „waluty energetycznej” w komórkach. Ponadto wykazano, że funkcja ATP jako biologicznego hydrotopu obejmuje cały proteom w warunkach zbliżonych do natywnych. Jednak w niedawnym badaniu zakwestionowano właściwości hydrotropowe ATP, ponieważ ma on silne właściwości wysalania ze względu na ugrupowanie trifosforanowe.
Względy środowiskowe
Hydrotropy mają niski potencjał bioakumulacji , jako współczynnik podziału oktanol-woda wynosi <1,0. Badania wykazały, że hydrotopy są bardzo mało lotne, z prężnością par <2,0x10-5 Pa. Ulegają biodegradacji tlenowej. Usuwanie w procesie wtórnego oczyszczania ścieków osadu czynnego wynosi >94%. Badania ostrej toksyczności na rybach wykazują LC50 >400 mg aktywnego składnika (ai)/l. W przypadku rozwielitek EC50 wynosi >318 mg ai/l. Gatunkiem najbardziej wrażliwym są zielenice o wartościach EC50 w zakresie 230–236 mg s.c./l i stężeniach, przy których nie obserwuje się zmian (NOEC) w zakresie 31–75 mg s.c./l. Stwierdzono, że przewidywane stężenie niepowodujące zmian w środowisku wodnym (PNEC) wynosi 0,23 mg ai/l. Określono, że stosunek przewidywanego stężenia w środowisku (PEC)/PNEC wynosi < 1, w związku z czym hydrotropy w domowych produktach do prania i czyszczenia nie stanowią zagrożenia dla środowiska.
Ludzkie zdrowie
Łączne narażenie konsumentów (bezpośredni i pośredni kontakt ze skórą, połknięcie i wdychanie) oszacowano na 1,42 ug/kg masy ciała/dzień. Wykazano, że ksylenosulfonian wapnia i kumenosulfonian sodu powodują tymczasowe, lekkie podrażnienie oczu u zwierząt. Badania nie wykazały, że hydrotropy są mutagenne, rakotwórcze lub mają toksyczny wpływ na reprodukcję.