表面活性劑的結(jié)構(gòu)特點、性質(zhì)和應用

1、表面活性劑的結(jié)構(gòu)特點、性質(zhì)和應用第一節(jié) 概述一、定義表面活性劑：(surfactant)是指具有很強表面活性、加入少量就能使液體的表面張力顯著下降的物質(zhì)。還有增溶、乳化等作用，區(qū)別于表面活性物質(zhì)。兩親結(jié)構(gòu)二、表面活性劑的結(jié)構(gòu)特點親油基（ 碳氫鏈 R-、 C8C18之間 ）親水基（-OH、COO-、 -NH2、 -COOR )親油基 親水基(1) 表面活性劑在溶液的表面層聚集的現(xiàn)象稱為正吸附。(2) 正吸附改變了溶液表面的性質(zhì)，最外層呈現(xiàn)出碳氫鏈性質(zhì)，體現(xiàn)出較低的表面張力，進而產(chǎn)生較好的潤濕性、乳化性、起泡性等。(3) 當表面活性劑濃度低時，降低表面張力很顯著，它的表面活性越強。 三、表面活性劑

2、的吸附性1.表面活性劑分子在溶液中的正吸附表面活性劑溶液與固體接觸時，表面活性劑分子可能在固體表面發(fā)生吸附，使固體表面性質(zhì)發(fā)生改變。對于極性固體物質(zhì)在表面活性劑濃度較低時形成單層吸附，當其達到臨界膠束濃度時，轉(zhuǎn)為雙層吸附。對于非極性固體，一般只發(fā)生單分子層吸附。三、表面活性劑的吸附性2.表面活性劑在固體表面的吸附表面活性劑在溶液表面的吸附 水根據(jù)分子組成特點和劑型基團的解離性質(zhì)：一、離子表面活性劑（一） 陰離子表面活性劑：高級脂肪酸鹽、硫酸化物、磺酸化物，膽酸鹽（二）陽離子表面活性劑：季銨化物、新潔爾滅（三）兩性離子表面活性劑：卵磷脂，氨基酸型和甜菜堿型二、非離子表面活性劑（一）脂肪酸甘油酯（

3、二）多元醇型（三）聚氧乙烯型（四）聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物第二節(jié) 表面活性劑的分類表面活性劑 離子型 （水中能電離） 非離子型（水中不電離）脂肪酸甘油酯多元醇型聚氧乙烯型聚氧乙烯-聚氧丙烯型陰離子型陽離子型兩性離子型一、離子表面活性劑1、高級脂肪酸鹽： 通式：(RCOO-)nMn+ 分類：一價金屬皂(鉀、鈉皂)；二價或多價皂(鉛、鈣、鋁皂)；有機胺皂(三乙醇胺皂) 性質(zhì)：具有良好的乳化能力，易被酸及多價鹽破壞，電解質(zhì)使之鹽析。 應用：具有一定的刺激性，用于外用制劑。不可口服。（一）陰離子表面活性劑2、硫酸化物 通式：ROSO3-M+ 分類：硫酸化油(硫酸化蓖麻油)；高級脂肪醇硫酸酯(十二烷基硫

4、酸鈉) 。 性質(zhì)：可與水混溶，乳化性很強，穩(wěn)定、耐酸、鈣，易與一些高分子陽離子藥物發(fā)生沉淀。 應用：代替肥皂洗滌皮膚；有一定刺激性，主要用于外用軟膏的乳化劑。有時也用于片劑等固體制劑的潤濕劑或增溶劑。 3、磺酸化物 通式：RSO3-M+ 分類：脂肪族磺酸化物，如二辛琥珀酸磺酸鈉；烷基芳基磺酸化物，如十二烷基苯磺酸鈉，常用洗滌劑；烷基苯磺酸化物；膽酸鹽，如?；悄懰徕c。 性質(zhì)：水溶性, 耐酸、鈣、鎂鹽性比硫酸化物差, 不易水解。 應用： 黏度低、去污力、油脂分散力都強，常用優(yōu)良洗滌劑。1.結(jié)構(gòu)：含有一個五價氮原子，帶正電荷。2.特點：水溶性大，在酸性和堿性溶液中較穩(wěn)定，具有良好的表面活性和殺菌作用

5、。但易與一些大分子陰離子藥物發(fā)生沉淀。 3.應用：殺菌；防腐；毒性大，主要用于皮膚、粘膜和手術(shù)器械的消毒。4.常用品種：苯扎氯銨(潔爾滅)；苯扎溴銨 (新潔爾滅) （二）陽離子表面活性劑陽離子表面活性劑苯扎氯銨(潔爾滅)和苯扎溴銨(新潔爾滅)等。苯扎溴銨：十二烷基二甲基芐基溴化銨CH3(CH2)11N+Me2C7H7Br- （R1R2N+R3R4X-） 分子結(jié)構(gòu)上同時具有正負電荷基團的表面活性劑，隨介質(zhì)的pH可成陽或陰離子型。卵磷脂：不溶于水，可作注射用乳劑的乳化劑、脂質(zhì)體主要原料；氨基酸型和甜菜堿型兩性離子型表面活性劑。后者最大優(yōu)點：適用于任何pH溶液，在等電點時也無沉淀。性質(zhì)：堿性水溶液中

6、呈陰離子性質(zhì)，去污力強； 酸性水溶液中呈陽離子性質(zhì)，殺菌力強。 （三）兩性離子表面活性劑1. 結(jié)構(gòu)組成 親水基團 (甘油、聚乙二醇、山梨醇)； 親油基團(長鏈脂肪酸、長鏈脂肪醇、烷基或芳基)； 親水基和親油基以酯鍵、醚鍵結(jié)合2. 性質(zhì)： 毒性小，不解離，不受pH的影響；能與大多數(shù)藥物配伍，廣泛應用于外用、內(nèi)服、注射制劑。二、非離子表面活性劑（一）脂肪酸甘油酯 種類：有脂肪酸單甘油酯和脂肪酸二甘油酯。 性質(zhì)：不溶于水，在水、熱、酸、堿及酶等作用下易水解成甘油和脂肪酸， HLB為34。 應用：主要用作W/O型輔助乳化劑。 常用品種（二）多元醇型 1.蔗糖脂肪酸酯種類：單酯、二酯、三酯及多酯。 性質(zhì)

7、：在酸、堿及酶等作用下易水解成游離脂肪酸和蔗糖， HLB為513。溶于丙二醇、乙醇，但不溶于水，但在水和甘油中加熱可形成凝膠。應用：主要用作O/W型乳化劑、分散劑。常用品種2.脂肪酸山梨坦（司盤類 Span） 不溶于水，易溶于乙醇，酸、堿和酶作用易水解，HLB值小，常用作W/O型乳化劑。司盤20（月桂山梨坦） 司盤40（棕櫚山梨坦） 司盤60（硬脂山梨坦） 司盤65（三硬脂山梨坦） 司盤80（油酸山梨坦） 司盤85（三油酸山梨坦） 司盤分子通式常用品種3. 聚山梨酯 ( 吐溫 Tween)易溶于水和乙醇，酸、堿和酶作用易水解，HLB值大，常用作O/W型乳化劑、增溶劑。聚山梨酯20(吐溫20)

8、聚山梨酯 40(吐溫40) 聚山梨酯60(吐溫60) 聚山梨酯65(吐溫65) 聚山梨酯80(吐溫80) 聚山梨酯85(吐溫85)吐溫分子通式常用品種1.聚氧乙烯脂肪酸酯（賣澤類，Myrij）通式：RCOOCH2(CH2O CH2)nCH2OH 品種： Myrij-45 Myrij-49 Myrij-51 Myrij -52 Myrij-53 應用：具有較強水溶性，乳化能力強，作增溶劑和O/W型乳化劑。（三）聚氧乙烯型常用品種2. 聚氧乙烯脂肪醇醚 通式：RO(CH2O CH2)nH 產(chǎn)品: （1）芐澤類(Brij)，如Brij-30 、Brij-35，作O/W乳化劑。（2）西土馬哥(ceto

9、macrogol)為O/W型乳化劑或揮發(fā)油增溶劑。（3）平平加O(perogol O)（4）埃莫爾弗(emlphor) 易溶于水和醇及多種有機溶劑， HLB為1218，具有較強親水性，乳化能力強，作增溶劑和O/W型乳化劑。常用品種又泊洛沙姆(poloxamer)，商品名普朗尼克 (Pluronic) 通式：HO(C2H4O)a-(C3H6O)b-(C2H4O)cH 性質(zhì)：為淡黃色液體或固體；分子量100010000以上；HLB值為0.530；聚氧丙烯為親油基；聚氧乙烯為親水性基；具有乳化、潤濕、分散、起泡和消泡等多種優(yōu)良性能，但增溶能力較弱。Poloxamer188 (pluronic F68

10、)特點：無毒、無抗原性、無致敏性、無刺激性、化學性質(zhì)穩(wěn)定，可作為靜脈乳劑o/w型乳化劑， 用本品制備的乳劑能耐受熱壓滅菌和低溫冰凍而不改變其物理穩(wěn)定性。（四）聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物常用品種泊洛沙姆的命名規(guī)則1. 根據(jù)聚合反應中環(huán)氧丙烷和環(huán)氧乙烷的配比。命名規(guī)則是在Poloxamer后附三位數(shù)字，前兩位表示聚氧丙烯鏈段的分子量，后一位表示聚氧乙烯鏈段分子量在共聚物中所占的比例。比如：Poloxamer188：18代表聚氧丙烯鏈段的分子量18*1001800 （實際為1750，取整數(shù)）；8代表聚氧乙烯鏈段分子量在共聚物中所占的比例80；由此可以推算Poloxamer188 的分子量為9000（實

11、際為8350）。2. 在Poloxamer命名規(guī)則中，尾數(shù)為7或8的共聚物均為固體，5以下為半固體或液體。第三節(jié) 表面活性劑的基本性質(zhì)（一）臨界膠束濃度膠束（micelles)：當水溶液內(nèi)表面活性劑分子數(shù)目不斷增加時，依靠自身的范德華力相互聚集，形成親油基向內(nèi)，親水基向外的分子締合體，稱為膠束。一、表面活性劑膠束（掌握CMC、HLB的定義和HLB的計算）第三節(jié) 表面活性劑的基本性質(zhì)臨界膠束濃度（ critical micell concentration, CMC）：表面活性劑分子締合形成膠束的最低濃度。 （掌握CMC的定義，p37）或：在水中的表面活性劑低濃度時呈分子狀態(tài)，分散在水中；當濃度

12、逐漸增大到一定程度時，許多表面活性劑分子立刻結(jié)合成大基團，形成“膠束”，表面活性劑在水中形膠束所需的最低濃度稱為臨界膠束濃度，即CMC。 一、表面活性劑膠束（二）膠束的結(jié)構(gòu) CMC時，溶液表面張力基本達到最低值，溶液的多種物理性質(zhì)如摩爾電導、粘度、滲透壓、密度、光散射等多種物理性質(zhì)發(fā)生急劇變化。利用這些性質(zhì)與表面活性劑濃度之間的關(guān)系，可推測出表面活性劑的臨界膠束濃度。溫度、濃度、電解質(zhì)、pH值等因素對測定結(jié)果也會產(chǎn)生影響。（三）臨界膠束濃度的測定 二、親水親油平衡值（一）HLB值的概念親水親油平衡值(hydrophile-lipophile balance，HLB)系表面活性劑分子中親水和親油

13、基團對油或水的綜合親合力。數(shù)值范圍：HLB值范圍為040，其中非離子表面活性劑HLB值范圍為020。HLB 值愈大，親水性愈強； HLB 值愈大，親水性愈強；HLB 值愈小，親油性愈強。 值愈小，親油性愈強。（掌握HLB值的定義，熟練掌握其計算)阿拉伯膠，西黃蓍（sh）膠，明膠表面活性劑的HLB值應用范圍HLB=38(6) 可作為W/O型乳化劑HLB=79 可作為潤濕劑HLB=818 可作為O/W型乳化劑HLB=15以上 可作為增溶劑181512 9 6 3 0 增溶劑 去污劑O/W乳化劑 潤濕劑W/O乳化劑消泡劑圖3-2 不同HLB表面活性劑適用范圍(1) 非離子型表面活性劑的HLB值具有加

14、和性，混合后的HLB值可通過經(jīng)驗式求得： HLBab=(HLBaWa+HLBbWb)/(Wa+Wb) (2) 理論計算法：如果HLB值是由表面活性劑分子中各結(jié)構(gòu)基團貢獻的總和，則每個基團對HLB值的貢獻可用HLB基團數(shù)表示，則： HLB=(親水基團HLB)+(親油基團HLB)+7HLB值的計算 (熟練掌握，p39)HLB值的計算實例1. 乳化硅油所需HLB值為，若選用55%的聚山梨酯60（HLB值為）與45%另一待測表面活性劑混合取得最佳乳化效果，試計算該表面活性劑的HLB值？解：由乳化硅油的HLB值知，HLB=(HLB1W1+HLB2W2)/(W1+W2) =(14.90.55+HLB20.

15、45)/(0.55+0.45) =10.5 由此，HLB2=5.12 答：該表面活性劑的HLB值。（2分）（1分）（1分）（1分）三、表面活性劑的增溶作用（一）膠束增溶一些揮發(fā)油、脂溶性維生素、甾體激素等許多難溶性藥物在表面活性劑溶液中增溶，形成澄明溶液及提高濃度。膠束增溶體系是熱力學穩(wěn)定體系，也是熱力學平衡體系。 膠束增溶表面活性劑用量為1 g時增溶藥物達到飽和濃度即為最大增溶濃度(maximum additive concentration, MAC)。一定條件下，增溶濃度是恒定值。舉例：（1）1 g吐溫80可增溶0.19 g丁香油。（2）煤酚在水中的溶解度僅3%左右，但在肥皂溶液中，卻能

16、增加到50%左右，此即“煤酚皂”溶液。 （3）甲酚，p40 （4）非洛地平，黃體酮，丁香油，p41 （掌握）（二）溫度對增溶的影響1. krafft點 （熟練掌握定義）krafft點（克拉夫特點）：離子表面活性劑在水中的溶解度隨溫度升高，當至某一溫度時，其溶解度急劇升高， 該溫度稱為krafft點， 相對應的溶解度即為該離子表面活性劑的臨界膠束濃度(CMC)。 krafft點亦是離子表面活性劑應用溫度的下限，即只有高于krafft點，表面活性劑才能更大程度地發(fā)揮作用。如SDS例題（A型選擇題）下列那種表面活性劑具有Krafft點 ( ) A. 十二烷基硫酸鈉;B. Span 80;C. Twe

17、en 80;D. Poloxamer 188E. 平平加O 2. 起曇與曇點某些含聚氧乙烯基的非離子表面活性劑，溫度升高至某一溫度時，其溶解度急劇下降并析出，溶液出現(xiàn)混濁，此現(xiàn)象稱為起曇，此時溫度稱為曇點(或濁點）。（熟練掌握曇點的定義）原因：溫度升高到一定程度時，可導致聚氧乙烯鏈與水之間的氫鍵斷裂，聚氧乙烯鏈發(fā)生強烈的脫水和收縮，使增溶空間減小，增溶能力下降，表面活劑溶解度急劇降低。在聚氧乙烯鏈相同時，碳氫鏈越長，濁點越低；在碳氫鏈長相同時，聚氧乙烯鏈越長則濁點越高。PEO與PEG的區(qū)別主要是兩者的合成方法不同：PEG（聚乙二醇）采用縮聚反應得到，所以兩端都是羥基；而PEO（聚氧乙烯）是由環(huán)

18、氧乙烷經(jīng)烷氧化物引發(fā)陰離子開環(huán)聚合 得到，端基上會帶上烷氧基團，所以由于聚合方法不一樣，二者分子量會有差別。但不能把二者分子量的差異當成區(qū)分二者的標準，分子量是可以控制的。聚合方法不同帶來的實質(zhì)區(qū)別是端基結(jié)構(gòu)的不同。 四、表面活性劑的生物學性質(zhì)表面活性劑可能增加藥物吸收，也可能降低藥物的吸收。 若藥物被增溶在膠束內(nèi)，且能順利從膠束內(nèi)擴散或膠束迅速與胃腸粘膜融合，則增加吸收；表面活性劑溶解生物膜脂質(zhì)，增加上皮細胞的通透性，從而改善吸收；形成高粘度團塊，降低胃空速率，增加藥物吸收。（一）對藥物吸收的影響離子型表面活性劑在酸性或堿性介質(zhì)中都可能與蛋白質(zhì)結(jié)合。 蛋白質(zhì)在堿性下，羧基解離而帶負電荷時，與

19、陽離子表面活性劑發(fā)生電性結(jié)合； 蛋白質(zhì)在酸性下，氨基或胺基解離而帶正電荷時，與陰離子表面活性劑發(fā)生電性結(jié)合。表面活性劑還可破壞蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中的鹽鍵、氫鍵和疏水鍵，使蛋白質(zhì)的螺旋結(jié)構(gòu)被破壞，最終蛋白質(zhì)發(fā)生變性。（二）表面活性劑與蛋白質(zhì)的相互作用1. 表面活性劑毒性大小： 一般是陽離子型陰離子型非離子型2. 口服給藥：陽離子型陰離子型非離子型，非離子型表面活性劑口服一般沒有毒性。 3. 靜脈給藥的毒性口服， 其中仍非離子型毒性較低，Poloxamer188靜脈注射毒性很低。4. 溶血作用：陰、陽離子表面活性劑不僅毒性較大，而且有溶血作用。非離子型表面活性劑也有溶血作用，但一般較小。 （三）表面活性劑

20、的毒性各類表面活性劑以外用制劑的形式長期應用或高濃度使用時可能出現(xiàn)皮膚或粘膜損害。但仍以非離子型的對皮膚，粘膜的刺激性為最小。 （四）表面活性劑的刺激性第四節(jié) 表面活性劑的應用 一、增溶劑（一）增溶劑加入量的選擇 增溶體系是溶劑、增溶劑和增溶質(zhì)組成的三元體系，三元體系的最佳配比常通過實驗制作三元相圖確定。 制作三元相圖：按一組比例取增溶劑和增溶質(zhì)混勻，分別滴加純化水，計算各混濁點處三組分的重量或體積百分數(shù)，并繪入三角坐標圖中。增溶的方式： a 內(nèi)部溶解型 b 交錯插入型 c 表面吸附型 d 外殼溶解型苯、甲苯水楊酸 對羥基苯甲酸 苯、甲苯水楊酸 對羥基苯甲酸 影響增溶作用的因素1. 增溶劑的性

21、質(zhì)同系物增溶劑隨碳原子數(shù)的增加而增大，CMC減小，膠束聚集數(shù)增加，增溶量增加。加入順序：通常將增溶質(zhì)與增溶劑先行混合要比增溶劑先與水混合的效果好。2. 增溶質(zhì)的性質(zhì)當解離藥物與帶有相反電荷的表面活性劑混合時，在不同配比下可能出現(xiàn)增溶、形成可溶性復合物和不溶性復合物等復雜情況。解離藥物與非離子表面活性劑配伍時，pH可明顯影響藥物的增溶量。弱酸性藥物在偏酸性下有較大的增溶；弱堿性藥物，則在偏堿性下有更多的增溶；兩性藥物則在等電點時有最大增溶量。多組分增溶質(zhì)的增溶制劑中有多組分時，對主藥的增溶效果取決于各組分與表面活性劑的相互作用。多種組分與主藥競爭同一增溶位置，主藥的增溶量減少；某一組分吸附或結(jié)合

22、表面活性劑分子，主藥的增溶量減少；某些組分也可擴大膠束體積而增加主藥的增溶量。抑菌劑或其他抗菌藥物在表面活性劑溶液中易被增溶而降低其活性，需增加用量才能達到原來相同的抑菌效果。（二）表面活性劑溶液的化學穩(wěn)定性藥物增溶后的穩(wěn)定性可能與膠束表面性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和膠束締合體的反應性、藥物本身的降解途徑、環(huán)境的pH、離子強度等多種因素有關(guān)。（三）表面活性劑的復配1. 與中性無機鹽的配伍離子表面活性劑溶液中加入可溶性的中性無機鹽，主要受反離子影響：反離子結(jié)合率和濃度越高，表面活性劑CMC就越低，從而增加了膠束數(shù)量，增加了烴類增溶質(zhì)的增溶量，但卻降低了極性藥物的增溶量。2. 有機添加劑脂肪醇與表面活性劑分子形成

23、混合膠束，烴核的體積增大，對碳氫化合物的增溶量增加；極性有機物，如尿素、N-甲基乙酰胺、乙二醇等均升高表面活性劑的臨界膠束濃度。水溶性高分子吸附表面活性劑，減少溶液中游離表面活性劑分子數(shù)量，臨界膠束濃度升高； 陽離子表面活性劑與含羧基的水溶性高分子生成不溶性復凝聚物；但在含有高分子的溶液中，一旦有膠束形成，其增溶效果卻顯著增加。 3. 水溶性高分子（1）同系物混合體系二個同系物等量混合體系的表面活性介于各自表面活性之間，而更趨于活性較高（即碳鏈更長）的組分，對CMC較小組分有更大的影響。（2）非離子型表面活性劑與離子型表面活性劑混合體系兩者更容易形成混合膠束，CMC介于兩種表面活性劑CMC之間

24、或低于其中任一表面活性劑的CMC。對于陰離子型表面活性劑-聚氧乙烯型非離子表面活性劑體系，當聚氧乙烯數(shù)增加時，可能發(fā)生更強的協(xié)同作用，但電解質(zhì)可使協(xié)同作用減弱。4. 表面活性劑混合體系（3）陽離子型表面活性劑與陰離子型表面活性劑混合體系水溶液中，帶有相反電荷的離子型表面活性劑的適當配伍可形成具有很高表面活性的分子復合物，對潤濕、增溶、起泡、殺菌等均有增效作用。如混合比例不當、混合方法不適，可導致溶解度很小的離子化合物從溶液中沉淀。二、表面活性劑的其他應用乳化劑： HLB=38，可作為W/O型乳化劑； HLB=816，可作為O/W型乳化劑。潤濕劑： HLB=79，可作為潤濕劑。起泡劑和消泡劑：起

25、泡劑通常具有較強的親水性和較高的HLB值。在產(chǎn)生穩(wěn)定泡沫的情況下，加入一些HLB值為13的親油性較強的表面活性劑，可使泡沫破壞。去污劑：最適HLB值一般在1316，非離子表面活性劑去污最強，其次為陰離子表面活性劑。消毒劑和殺菌劑：大多數(shù)陽離子表面活性劑和兩性離子表面活性劑都可用作消毒劑，少數(shù)陰離子表面活性劑也有類似作用。本章考點1：HLB值和CMC的定義1親水親油平衡值（HLB值）（1）定義：表面活性劑分子中親水基團和親油基團對油或水的綜合親和力稱為親水親油平衡值（HLB）。（2）表面活性劑的HLB值越高，其親水性越強；HLB值越低，其親油性越強。非離子型表面活性劑的HLB值具有加和性。2 Critical micelle concentration (CMC). Critical micelle concentration (CMC)：臨界膠束濃度，表面活性劑分子締合形成膠束的最低濃度即為臨界膠束濃度。（A卷考題）P37 本章考點2：表面活性劑的應用表面活性劑作為W/O型乳化劑的HLB值：38； 表面活性劑作為O/W 型乳化劑的HLB值：816。表面活性劑作為潤濕劑的HLB值： 79本章考點3：HLB值的計算例1：已知Span