1. Sintesis Surfaktan Asid Amino Rantaian{{1} Tunggal:
Bahan mentah untuk sintesisnya datang daripada pelbagai asid amino berasid, asas atau neutral seperti asid aspartik, asid glutamat, arginin, alanin, glisin, leucine, prolin, serin dan produk hidrolisis protein. Hujung hidrofobik, seperti asid lemak atau alkil klorida, boleh dilekatkan pada kumpulan amino, -kumpulan COOH atau kumpulan rantai sisi asid amino. Jika asid lemak atau alkil halida bertindak balas dengan kumpulan amino, N-asil atau N-derivatif asid amino alkil yang sepadan dihasilkan; jika amina berlemak atau alkohol berlemak terpeluwap dengan kumpulan karboksil, N-alkil atau O-derivatif asid amino alkil ester diperoleh. Kaedah tindak balas yang berbeza menghasilkan pelbagai jenis produk; oleh itu, surfaktan asid amino mempamerkan kepelbagaian dalam struktur kimia dan sifat fizikokimia dan biologi. Kaedah kimia, kaedah sintesis enzimatik atau kaedah sintesis enzima-kemo semuanya digunakan untuk mensintesis surfaktan asid amino. Disebabkan oleh aliran proses dan peralatan kaedah kimia yang agak mudah, dan bahan mentah yang sedia ada, kaedah kimia menjadi semakin aktif pada tahun 1970-an selepas Bondi menggunakannya untuk mensintesis N-asid asilglutamat pada tahun 1909, dan merupakan kaedah utama yang digunakan di dalam dan di luar negara.
1.1 N-Surfaktan Asid Amino Asil
N-Surfaktan asid amino acyl kekal sebagai surfaktan asid amino yang paling penting.
Kaedah sintetik N-surfaktan asid amino:
(1) Kaedah langsung:Sintesis langsung bahan mentah asid lemak termasuk sintesis bermangkin-enzim dan pemeluwapan dehidrasi. Sintesis bermangkin-enzim dihadkan oleh kadar penukaran yang rendah, masa tindak balas yang lama dan penyediaan enzim yang mahal; manakala pemeluwapan dehidrasi dihadkan oleh keadaan tindak balas yang keras, keperluan peralatan yang tinggi, dan penggunaan tenaga yang tinggi, dan memerlukan penambahbaikan.
(2) Kaedah sintesis tidak langsung:Ini termasuk hidrolisis nitril lemak, asilasi anhidrida asid lemak, dan karbonilasi amida.
① Kaedah asilasi asil klorida lemak: Kaedah pemeluwapan Shorton-Baumann, di mana asid lemak asil klorida menggantikan asid lemak dalam larutan alkali, ialah kaedah sintesis yang paling banyak digunakan dalam makmal atau industri. Ia mempunyai kelebihan seperti keperluan peralatan yang agak rendah, bahan mentah yang murah dan mudah didapati, keadaan tindak balas yang ringan, dan pengendalian produk sampingan yang mudah. Penyelidikan lanjut sedang dijalankan tentang cara mengurangkan hidrolisis asil klorida dan memudahkan-pemprosesan selepas produk. Kaedah ini terutamanya diselesaikan melalui empat langkah seperti yang ditunjukkan di bawah: asilasi, pemeluwapan, pengasidan, dan pembentukan garam:
Asilasi: R1COOH + PCl3 → R1COCl
Pemeluwapan: HOOCCHR2NH2 + R1COCl → NaOOCCHR2NHCOR1
Pengasidan: NaOOCCHR2NHCOR1 + HCl → HOOCCHR2NHCOR1
Pembentukan garam: HOOCCHR2NHCOR1 + NaOH →NaOOCCHR2NHCOR1
② Asilasi Nitril Lemak: Proses asilasi nitril lemak telah dicadangkan pada tahun 1955. Hasil tindak balas dan selektiviti adalah lebih daripada 95%, tetapi disebabkan keperluan peralatan yang tinggi dan penjanaan bahan yang sangat toksik HCN dan NaCN semasa tindak balas, ia belum diindustrikan. Persamaan tindak balas adalah seperti berikut: CH3NH2+CH2O+HCN→CH3NHCH2CN+RCOCl→RCON(CH3)CH2COOH
③ Asilasi Asid Lemak Anhidrida: Proses asilasi asid lemak anhidrida dan garam asid amino telah dicadangkan oleh Thompsons et al. pada tahun 1960-an. Anhidrida bertindak balas dengan garam asid amino dalam air di atas takat leburnya (tidak melebihi 100 darjah ). Tiada pemangkin atau kawalan isipadu air diperlukan, tetapi penggunaan besar anhidrida asid lemak membawa kepada kos yang tinggi dan kesukaran pengasingan, oleh itu ia tidak digunakan untuk-pengeluaran industri berskala besar.
④ Proses tindak balas karbonilasi amida, yang dicadangkan oleh Beller et al., menawarkan kelebihan seperti kos bahan mentah yang rendah, tiada penggunaan asil klorida, tiada hasil sampingan (dengan itu mengelakkan pencemaran alam sekitar), ekonomi atom yang tinggi, dan hasil melebihi 90%. Walau bagaimanapun, tindak balas ini memerlukan-CO tekanan tinggi, memerlukan peralatan yang canggih, dan pemangkin, kompleks karbonil kobalt [Co2(CO)8], mempunyai aktiviti yang rendah, menjadikan perindustrian sukar.
1.2 N-surfaktan asid amino alkil
Ini terutamanya disintesis dengan membina struktur asid amino daripada amina alifatik dan sebatian akrilik, menggunakan bahan mentah seperti metil akrilat, akrilonitril, asid akrilik atau -propiolakton.
① Sebagai contoh, laurilamin (C12H25NH2) mula-mula dicairkan pada 60-70 darjah, dan kemudian 1.0-2.0 mol metil akrilat ditambah secara perlahan-lahan sambil dikacau. Persamaan tindak balas adalah seperti berikut: CH2=CHCOOCH3 + C12H25NH2 → C12H25NH(CH2CH2COOCH3)n
② Kaedah akrilonitril lebih menjimatkan daripada kaedah metil akrilat, tetapi keperluan tindak balas adalah lebih tinggi, jadi terdapat kajian terhad mengenainya. Telah dilaporkan bahawa kualiti produk kaedah ini adalah buruk dan tidak stabil.
③ Asid akrilik dan amina alifatik dicampur terus dan dipanaskan pada 110-120 darjah di bawah keadaan bebas-pelarut untuk mensintesis N-alkil- -asid aminopropionik. Kaedah ini mudah dan cepat, tetapi kelikatan sistem adalah tinggi, dan tindak balas pempolimeran atau pembentukan sebatian imina mungkin berlaku, menjadikan pemisahan sukar.
④ Tindak balas -propiolakton dengan amina alifatik menghasilkan campuran dua produk: N-asid amino alkil dan surfaktan asid amino N-.
1.3 Ester Asid Amino
Surfaktan ester asid amino disediakan melalui pengesteran pemangkin alkohol lemak dengan asid amino [4]. Tidak seperti surfaktan asid amino N- dan N-alkil, ester asid amino membentuk ikatan ester dalam tindak balas sintesis, dengan itu melindungi kumpulan karboksil dengan berkesan. Oleh itu, mereka mempunyai dua fungsi khas:
① Dalam tindak balas ikatan peptida, mereka boleh menghalang tindak balas sampingan yang disebabkan oleh pengaktifan kumpulan karboksil yang tidak perlu bertindak balas apabila kumpulan karboksil diaktifkan dengan kaedah tertentu;
② Mereka boleh menghalang kumpulan amino komponen amino daripada membentuk garam dalaman dengan kumpulan karboksil dan melepaskannya sepenuhnya, dengan itu memudahkan tindak balas dengan kumpulan karboksil untuk membentuk ikatan peptida. Pada tahun 1906, Fischer mula-mula mengkaji kaedah pengesteran asid amino. Kebanyakan penyelidikan memberi tumpuan kepada pemangkin untuk tindak balas. Pemangkin telah berkembang daripada pemangkin asid tak organik awal kepada pemangkinan asid Lewis, kemudian kepada pemangkinan pemindahan fasa, pemangkinan asid pepejal, pemangkin ayak molekul, pemangkin resin penukar ion, dan lain-lain, manakala agen pengesteran telah berkembang daripada alkohol awal kepada hidrokarbon terhalogen, alkena, dan lain-lain. Ejen pemilihan pengemaskinian dan pemankinan yang berterusan telah mengemas kini dan mengester dengan hebat. pengesteran, menjadikan tindak balas pengesteran lebih meluas dan keadaan lebih sempurna. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh ciri khusus kumpulan asid amino dan keterlarutan dalam pelarut organik, pengasingan dan penulenan produk memerlukan keadaan tindak balas yang lebih ketat, mengehadkan penggunaan tindak balas pengesteran biasa.
Pengesteran asid amino secara amnya mengikut dua laluan:
① pengesteran langsung asid amino bebas;
② pengesteran selepas melindungi kumpulan amino, diikuti dengan penyingkiran kumpulan pelindung. Yang pertama lebih mudah tetapi mempunyai hasil yang lebih rendah dan tidak sesuai untuk asid amino yang sensitif kepada asid dan haba; yang kedua adalah lebih kompleks tetapi mempunyai hasil yang lebih tinggi dan sesuai untuk semua asid amino kerana keadaannya yang lebih ringan. Pemangkin termasuk pemangkin gas seperti hidrogen klorida, pemangkin cecair seperti tionyl klorida dan asid klorosulfonik, pemangkin cecair ionik dan pemangkin pepejal seperti p-asid toluenesulfonat, triphosgen, resin dan zeolit. Selain itu, terdapat pemangkinan enzim dan pemangkinan bantuan gelombang mikro-.
2. Asid Amino-Jenis Gemini Surfaktan
Kaedah sintetik: mensintesis rantai tunggal dahulu dan kemudian menghubungkannya ke dalam gemini; mensintesis dua rantai hidrofobik terlebih dahulu dan kemudian menambah kumpulan hidrofilik; mensintesis dua kumpulan hidrofilik dahulu dan kemudian menambah rantai hidrofobik.
2.1-Kaedah Gandingan Rantaian Tunggal: Mula-mula, sintesiskan-surfaktan asid amino rantai tunggal, kemudian pautkannya dengan penyambung untuk membentuk surfaktan gemini jenis-asid amino.
2.2-Kaedah Kefungsian Rantaian Berganda: Mula-mula, pautkan dua rantai hidrofobik dengan penghubung, kemudian sintesiskan surfaktan gemini jenis asid amino-melalui karboksilasi. Diamines sering digunakan sebagai penghubung.
2.3 Bihydrophilic Double-Kaedah Pembentukan Rantaian: Pautkan dua kumpulan kepala asid amino hidrofilik dengan penghubung, kemudian perkenalkan dua kumpulan hidrofobik untuk mensintesis surfaktan gemini jenis asid amino-. Diamines juga biasa digunakan sebagai penghubung.