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第十章 表面活性剂

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  1. 第十章 表面活性剂

  2. 复习 • 影响药物溶解度的因素有哪些? 1. 溶质(药物)的性质 2. 溶剂的性质 (pH、混合溶剂、同离子) 3. 晶型 4. 粒子的大小 5. 温度 6. 添加物的影响

  3. 内 容 纲 要 • 表面活性剂的结构特征、用途(乳化剂、助悬剂、增溶剂、促吸收剂、润湿剂、起泡剂与消泡剂、去污剂等)。 • 重点讨论表面活性剂的基本性质(如CMC值、HLB值、Krafft点与昙点等)与测定方法等。

  4. 一、表面活性剂的概念 第一节 概述 ※表面活性剂(surfactant)是指那些具有很强的表面活性、能使液体的表面张力显著下降的物质。 此外,其还具有增溶、乳化、去污、杀菌、消泡、起泡等作用。

  5. 由极性的亲水基和非极性的亲油基组成,且分处两端。表面活性剂具有既亲水又亲油的两亲性质。由极性的亲水基和非极性的亲油基组成,且分处两端。表面活性剂具有既亲水又亲油的两亲性质。 二、表面活性剂的结构特征 注 具有两亲性的分子不一定都是表面活性剂。 三、表面活性剂的吸附性 • 表面活性剂分子在溶液中的正吸附 • 表面活性剂在固体表面的吸附(了解)

  6. 第二节表面活性剂的分类 • 根据来源:天然与合成; • 根据溶解性质:水溶性与油溶性; • 根据极性基团的解离性质:离子型与非离子型; • 根据离子型表面活性剂所带电荷:阳离子、阴离子、两性离子。 每类可根据亲水或亲油基团分为不同的种类。

  7. 一、离子表面活性剂 (一)阴离子表面活性剂 • 1.高级脂肪酸盐 通式(RCOO- )nMn+, 如硬脂酸钠、钙、镁等。外用 • 2.硫酸化物 通式:ROSO3-M+,如硫酸化蓖麻油、十二烷基硫酸钠等。外用软膏 • 3.磺酸化物 RSO3-M+,或RC6H5 SO3-M+ ,如二辛基琥珀酸磺酸钠,十二烷基苯磺酸钠等。 • 4. 胆盐 如甘胆酸钠、牛胆磺酸钠等。胃肠道脂肪的乳化剂。

  8. (二)阳离子表面活性剂(阳性皂、季铵盐) [R1R2N+R3R4]X-,洁尔灭、新洁尔灭,杀菌作用 • (三)两性离子表面活性剂 1. 氨基酸型 R·+NH2 ·CH2CH2 COO-,等电点时沉淀。 2. 甜菜碱型 R ·+N·(CH3) 2CH2 COO- ,等电点无沉淀。 ※3. 磷脂类 天然表面活性剂,含有 PC、PE、PS等,分子的结构式见下页: 磷脂用于静注用乳剂与脂质体

  9. 磷脂结构 头基 磷脂酰部分 1 2 3 • 磷脂酰胆碱 PC • 磷脂酰乙醇胺 PE • 磷脂酰色氨酸 PS • 磷脂酰甘油 PG • 磷脂酸 PA • 磷脂酰肌醇 PI 4 5 6

  10. 二、非离子表面活性剂 (一)脂肪酸甘油酯 脂肪酸单(二)甘油酯。如:单硬脂酸甘油酯,W/O型乳剂的辅助乳化剂,HLB 3~4。 (二)多元醇型 ※1. 失水山梨醇脂肪酸酯类(司盘:Span) 通式:

  11. span类有span 20,span 40 ,span 60, span 80 ,span 65(三硬脂山梨坦),span 85 (三油酸山梨坦)。 不溶于水,易溶于乙醇,易水解,HLB值1.8~3.8。W/O乳剂的乳化剂。 ※ 2. 聚山梨酯(聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯)(吐温:Tween) 通式:

  12. Tween系列有 20, 40, 60, 80, 65, 85。 增溶作用不受pH影响,是常用的增溶剂、乳化剂。 3. 蔗糖脂肪酸酯(蔗糖酯,sucrose esters,简称SE) 单酯、二酯、三酯及多酯。 HLB值5~13。 做W / O乳化剂。 无毒、无味、无嗅、无刺激性,在体内能降解成脂肪酸和蔗糖,兼具营养价值。SE已被广泛用于食品、日用化学及制糖等工业。

  13. 1. 酯型 通式:RCOOCH2(CH2OCH2)nCH2OH,n是聚合度;卖泽(Myrij)类,如聚氧乙烯40硬脂酸酯。2. 醚型 通式:RO(CH2OCH2)nH,苄泽(Brij)类。如Brij 30与Brij 35、西土马哥、平平加等。 (三)聚氧乙烯型 聚氧乙烯型特点:水溶性强,乳化能力强,O/W乳剂的乳化剂、增溶剂。

  14. (四)聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物 • 结构式为HO-(C2H4O)a-(C3H6O)b-(C2H4O)a-H。 • 泊洛沙姆(Poloxamer),商品名(普朗尼克 pluronic),品种很多,分子量从1000到14000。特点:新型的优良乳化剂、增溶剂。 • 无毒、无抗原性、无致敏性、无刺激性、化学性质稳定、不溶血。 • 目前能应用于静脉注射乳剂的一种合成的乳化剂。

  15. 第三节 表面活性剂的基本性质和应用 一、表面活性剂胶束 ※(一)临界胶束浓度(CMC) 定义 表面活性剂在溶液中超过一定浓度时会从单体(单个离子或分子)缔合成为胶态聚合物,即胶束(或称胶团,micelles)。开始形成胶束的浓度称为临界胶束(团)浓度 (critical micell concentration) 。

  16. 当溶液中形成胶束后溶液的性质如渗透压、密度、界面张力、摩尔电导等都存在突变现象。当溶液中形成胶束后溶液的性质如渗透压、密度、界面张力、摩尔电导等都存在突变现象。 十二烷基硫酸钠溶液的性质

  17. (二)胶束的结构 胶束是怎样形成的呢? 不同类型的表面活性剂所形成的胶束有不同的形状。 • 1. 离子型表面活性剂胶束 Hartley首先发现,浓度比CMC稍大,胶束为球状,见图10-1a。

  18. a球状 b 棒状 c束状 d 板状 e层状 图10-1 胶束的形态 光散射法对胶束的研究也证实了大于CMC值的一定浓度范围内,胶束呈球状,且缔合度不变。浓度继续增加后,形成棒状胶束、六角束状、板状、层状。

  19. (三)临界胶束浓度的测定 1. 表面张力法 表面活性剂水溶液的表面张力开始时随溶液浓度增大而急剧下降,当达到CMC值后,这种下降则变得缓慢或不再下降。因此,以表面张力对浓度的对数作图,曲线的转折点即为CMC值。 2. 电导法 以表面活性剂溶液的摩尔电导率对浓度或浓度的平方根作图,曲线的转折点即为CMC值。

  20. *表面活性剂分子中亲水和亲油基团对油和水的综合亲和力,称为亲水亲油平衡值(Hydrophile-lipophile balance, HLB值) ,是个相对值。 二、亲水亲油平衡值(HLB) • HLB值大小可以确定乳剂的类型,HLB值小的乳化剂可形成W/O型乳剂;HLB值较大的乳化剂可形成O/W型乳剂。 • 但HLB值不能说明乳化能力的大小。

  21. *非离子型表面活性剂形成的混合乳化剂,其HLB值,可由下式计算 40g吐温80(HLB=15) 与60 g 司盘80(HLB=4.3)混合后的HLB 为()。 A. 12.6 B. 4.3 C. 6.5 D. 8.6 E. 10.0 (二) HLB值的理论计算法

  22. 三、表面活性剂的增溶作用 (一)胶束增溶 *表面活性剂在水溶液中达到CMC后,一些水不溶性物质在胶束溶液中的溶解度可显著增加,形成透明胶体溶液,这种作用称为增溶(solubilization)。 • 药剂中应用:难溶性药物 • 当表面活性剂用量为1g时,增溶药物(增溶质)达到饱和的浓度即为最大增溶浓度(maximum additive concentration, MAC)。 • 例如,1g 十二烷基硫酸钠可增溶0.262g黄体酮。

  23. (二)温度对增溶的影响 • 温度对增溶的影响:①胶束的形成 ②增溶质的溶解 ③表面活性剂的溶解度 *1. Krafft点(克拉费特点) 十二烷基硫酸钠在水中的溶解度随温度变化曲线。

  24. Krafft点是离子型表面活性剂的特征值,也是该类表面活性剂应用的温度下限。 2. 昙点(Cloud Point) • 加热聚氧乙烯型非离子型表面活性剂溶液而发生混浊的现象成为起昙,此时的温度称为昙点(Cloud point),亦称浊点。 • 昙点是非离子型表面活性剂的特征值。此类表面活性剂的昙点在70~100℃。

  25. 五、增溶作用的应用 1. 增溶相图 增溶体系是三元体系,三元体系的最佳配比常通过实验制作三元相图来确定。 • 薄荷油-吐温20-水的三元相图,两曲线上的各点均为出现混浊或由浊变清的比例点,以曲线为分界限,表明在Ⅱ、Ⅳ两相区内均不能制得澄明溶液;在Ⅰ、Ⅲ相区内任一比例均可制得澄明溶液。

  26. 图10-4 薄荷油 — 吐温20 —水三元相图(20℃)

  27. 当解离药物与带有相反电荷的表面活性剂混合时,在不同配比下可能出现增溶、形成可溶性复合物或不溶性复合物等复杂情况。当解离药物与带有相反电荷的表面活性剂混合时,在不同配比下可能出现增溶、形成可溶性复合物或不溶性复合物等复杂情况。 • 例:表面活性剂氯苯甲烷铵 2.解离型药物的增溶 解离药物与非解离表面活性剂的配伍很少形成不溶性复合物。对弱酸碱性药物pH值可明显影响药物的增溶量。

  28. 3. 多组分增溶质的增溶 • 制剂中存在多种组分时,对主药的增溶效果取决于各组分与表面活性剂的相互作用。如苯甲酸可增加羟苯甲酯在聚氧乙烯脂肪醇醚溶液中的溶解,而二氯酚则减少其溶解。 4. 抑菌剂的增溶 抑菌剂或其它抗菌药物在表面活性剂溶液中往往被增溶而降低活性,在这种情况下必须增加用量。如果在表面活性剂溶液中的溶解度越高,要求的抑菌浓度就越大。 例:

  29. 5. 表面活性剂溶液的化学稳定性 稳定性可能与胶束表面的性质、结构、胶束缔合体的反应性、药物本身的降解途径、环境的pH 、离子强度等多种因素有关。 例:酯类药物 6. 增溶剂加入的顺序 增溶质与增溶剂先行混合较好。

  30. 四、表面活性剂的复配(自学) (一)与中性无机盐配伍 • 复配: (二)有机添加剂 (三)水溶性高分子 1.同系物 2.非离子型和离子型 *3.阳离子型和阴离子型 辛基硫酸钠、溴化辛基三甲铵 (四)表面活性剂混合体系

  31. 六、表面活性剂的其他应用 1. 起泡剂和消泡剂 • 有较强的亲水性和较高的HLB值,在溶液中可降低溶液的界面张力而使泡沫稳定的表面活性剂,称为起泡剂(foaming agent)。 在产生稳定的泡沫情况下,加入一些HLB值为1~3的亲油性的表面活性剂,则可与泡沫液层争夺液膜表面而吸附在泡沫表面上,代替原来的起泡剂,而其本身并不能形成稳定的液膜,故使泡沫破坏,这种表面活性剂称为消泡剂(antifoaming agent)。

  32. 2. 去污剂 • 去污剂或洗涤剂(detergent)是用于除去污垢的表面活性剂,HLB值一般为13~16。 常用的去污剂有油酸钠和其它脂肪酸的钠盐、钾盐、十二烷基硫酸钠或烷基磺酸钠等阴离子性表面活性剂。

  33. 3. 消毒剂和杀菌剂 大多数阳离子表面活性剂和两性离子表面活性剂都可用作消毒剂,少数阴离子表面活性剂也有类似作用,如甲酚皂、甲酚磺酸钠等。 苯扎溴铵为一种广谱杀菌剂。 皮肤消毒、局部湿敷和器械消毒。

  34. 第四节 表面活性剂的生物学性质 一、表面活性剂对药物吸收的影响 表面活性剂的存在可能增进药物的吸收也可能降低药物的吸收,取决于多种因素的影响。 如果药物被增溶在胶束内,并可以顺利从胶束内扩散或胶束本身迅速与胃肠粘膜融合,则增加吸收,例如吐温80明显促进螺内酯的口服吸收。

  35. 表面活性剂能溶解生物膜脂质,增加上皮细胞的通透性,从而改善吸收。表面活性剂能溶解生物膜脂质,增加上皮细胞的通透性,从而改善吸收。 • 如十二烷基硫酸钠改进头孢菌素钠、四环素、等药物的吸收。吐温80、85增加一些难溶性药物的吸收,是因其在胃肠中形成高粘度团块,降低了胃排空速率。 • 但当聚氧乙烯类或纤维素类表面活性剂增加胃液粘度而阻止药物向粘膜面的扩散时,则吸收速率随粘度上升而降低。

  36. 二、表面活性剂与蛋白质的作用 蛋白质分子结构中氨基酸的羧基在碱性条件下 带负电荷,在酸性条件下 带正电荷。因此在两种不同带电情况下,分别与阳离子或阴离子表面活性剂发生电性结合。 表面活性剂还可能破坏蛋白质二维结构中的盐键、氢键和疏水键,从而使蛋白质各残基之间的交联作用减弱,螺旋结构变得无序或受到破坏,最终使蛋白质发生变性。

  37. 三、表面活性剂的毒性和刺激性 • 1. 毒性 阳离子›阴离子›非离子 • 两性离子‹阳离子 • 溶血 阳离子≈ 阴离子≫非离子 • 聚氧乙烯型非离子表面活性剂中,吐温类溶血作用最小。 • 刺激性 皮肤粘膜刺激性。 • 吐温类对皮肤、粘膜的刺激性很低。

  38. 谢谢