药剂学-10(表面活性剂).ppt

第十章 表面活性剂（surface active agents）第一节 概述 一、表面活性剂 一定条件下任何纯液体均具有表面张力，如水的表面张力为72.75mN m-1。使液体表面张力降低的性质称表面活性。具有很强表面活性、能显著降低液体表面张力的物质称表面活性剂(SAA)。具有增溶、乳化、润湿、去污、杀菌、消泡、起泡等应用性质。二、表面活性剂的结构特征 非极性烃链 +极性基团 8个C原子以上 离子基团 亲水基团 羧酸（盐）、磺酸（盐）、硫酸酯（盐）、磷酸酯基、氨（胺）基及盐、羟基、酰胺基、醚键、羧酸酯基等 三、表面活性剂的吸附性（一）SAA在溶液中的正吸附 表面活性剂在溶液表面层聚集的现象。当水中SAA浓度很低时，SAA分子在水空气界面产生定向排列，亲水基朝向水，亲油基朝向空气，完全集中在表面形成单分子层，表面层浓度远高于溶液中浓度，使溶液表面张力降低到纯水的表面张力以下，产生润湿、乳化、起泡等作用。（二）SAA在固体表面的吸附 低浓度离子SAA、极性固体物质 SAA浓度 吸附量 疏水链 亲水链 离子SAA临界胶束浓度、极性固体物质 亲水链 疏水链 亲水链 温度升高 吸附减少 离子SAA、非极性固体物质 亲水链 疏水链 SAA 吸附量 固体表面对非离子SAA的吸附同前，但温度升高吸附量增加，由单层向多层吸附转变。第二节 表面活性剂的分类 离子SAA、非离子SAA 阳离子SAA、阴离子SAA、两性SAA 高分子SAA：降低表面张力、增溶力、渗透力等较低分子SAA弱，乳化力强，常作保护胶体。如海藻酸钠、羧甲基纤维素钠、甲基纤维素、聚乙烯醇、聚维酮等。一、离子表面活性剂（一）阴离子SAA 1、高级脂肪酸盐（肥皂类）（R-COO-)n M n+R：C11C17间，硬脂酸、油酸、月桂酸 M：碱金属皂（一价皂）、碱土金属皂（二价皂）、有机胺皂（三乙醇胺皂）乳化性能好，易被酸破坏，电解质使之盐析，一般只用于外用制剂。2、硫酸化物 硫酸化油、高级脂肪醇硫酸酯类 R O SO3-M+，C12 C18间 硫酸化油：代表是硫酸化蓖麻油（土耳其红油），无刺激性，为去污剂和润湿剂，可用于挥发油或不溶性杀菌剂的增溶。高级脂肪醇硫酸酯类：十二烷基硫酸钠（SDS，月桂醇硫酸钠，SLS）、十六烷基硫酸钠（鲸蜡醇硫酸钠）、十八烷基硫酸钠（硬脂醇硫酸钠）。乳化性强，较肥皂类稳定，较耐酸、钙、镁盐，与一些高分子阳离子药物作用而沉淀，对粘膜有刺激性。主要用于外用软膏的乳化剂、片剂等润湿剂或增溶剂。3、磺酸化物 脂肪族磺酸化物：R SO3-M+烷基芳基磺酸化物：R C6H5SO3-M+水溶性及耐酸、钙、镁盐性较硫酸化物差，但在酸性水溶液中不易水解。二辛基琥珀酸磺酸钠（阿洛索-OT）、二己基琥珀酸磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠（常用的洗涤剂）。甘胆酸钠、牛磺胆酸钠等用于胃肠道脂肪乳化剂与单硬脂酸甘油酯的增溶剂。（二）阳离子SAA 阳离子是主要作用部位，主要是五价N原子，即季铵化合物 水溶性大，在酸、碱溶液中较稳定 表面活性作用及杀菌作用好 常用苯扎氯铵、苯扎溴铵（三）两性离子SAA 分子结构中具有正、负电荷基团，在不同pH值介质中表现出阳离子或阴离子SAA的性质。卵磷脂：豆磷脂、蛋磷脂。甘油磷脂（脑磷脂、磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、丝氨酸磷脂、肌醇磷脂、磷脂酸等），糖脂、中性脂、胆固醇、神经鞘脂等。氨基酸型和甜菜碱型：阴离子部分为羧酸盐，阳离子部分为季铵盐（甜菜碱型）、为胺盐（氨基酸型）。1、卵磷脂 来源和制备过程不同，卵磷脂中各组分的比例不同，影响其性能。磷脂酰胆碱含量高：O/W型乳化剂 肌醇磷脂含量高：W/O型乳化剂 对热十分敏感，酸、碱、酯酶作用下易水解，不溶于水，易溶于氯仿、乙醚、石油醚等 制备注射用乳剂、脂质微粒剂主要辅料 CH2-O-OCR1 CH-O-OCR2 CH2-O-P-O-CH2-CH2-N+-CH3 CH3 CH3 O 卵磷脂结构 2、氨基酸型、甜菜碱型 氨基酸型：R+NH2 CH2CH2 COO-，在等电点时亲水性减弱，可能沉淀 甜菜碱型：R+N（CH3）2CH2 COO-，易溶于酸、碱、中性溶液，不沉淀 两性离子SAA在碱性溶液中呈阴离子SAA的性质，起泡、去污作用强；两性离子SAA在酸性溶液中呈阳离子SAA的性质，杀菌能力强。Tego杀菌强而毒性小于阳离子SAA，1%TegoMHG-甘氨酸盐（Dodecin HCl）的消毒能力强于洗必泰、苯扎溴铵、70%乙醇。二、非离子表面活性剂 在水中不溶解，亲水基为甘油、聚二乙醇、山梨醇等多元醇构成，亲油基为长链脂肪酸或长链脂肪醇及烷基或芳基，以酯键或醚键与亲水基团结合。用于外用制剂、口服制剂、注射剂，个别用于静脉注射剂。（一）脂肪酸甘油酯 脂肪酸单甘油酯、脂肪酸二甘油酯 根据其纯度外观有褐色、黄色或白色的油状、脂状或蜡状 熔点30600C，不溶于水 在水、热、酸、碱、酶作用下水解成甘油和脂肪酸 表面活性较弱，HLB为34，用于W/O型辅助乳化剂。（二）多元醇型 1、蔗糖脂肪酸酯（蔗糖酯）蔗糖+脂肪酸蔗糖酯 单酯、二酯、三酯、多酯，改变取代脂肪酸及酯化度，HLB值不同（513）白色或黄色粉末，脂肪酸酯含量增加，可呈蜡状、膏状、油状 室温下稳定，高温时分解或蔗糖焦化，酸、碱、酶作用下水解 不溶于水、油，在水和甘油中加热形成凝胶。易溶于丙二醇、乙醇等 作O/W型乳化剂、分散剂。2、脂肪酸山梨坦（司盘，span）山梨糖醇（单酐、二酐）+脂肪酸山梨醇脂肪酸酯失水（司盘）O HO OH OH CH2OOCR 脂肪酸根 司盘20 月桂山梨坦 司盘40 棕榈山梨坦 司盘60 硬脂山梨坦 司盘65 三硬脂山梨坦 司盘80 油酸山梨坦 司盘85 三油酸山梨坦 司盘为粘稠状、白色黄色油状液体或蜡状固体 不溶于水，易溶于乙醇，酸、碱、酶易水解 HLB（1.8 3.8），常用W/O型乳化剂 O/W型（S20或S40+吐温）W/O（S60或S65+吐温）3、聚山梨酯（Polysorbate，Tween）Span+环氧乙烷 Tween 与Span相对应，吐温20、80，聚山梨酯40、60、65、85 粘稠黄色液体，对热稳定，酸、碱、酶水解 易溶于水、乙醇及多种有机溶剂，不溶于油。低浓度在水中形成胶束，增溶作用不受pH影响。增溶剂、乳化剂、分散剂和润湿剂 O H(C2H4O)xO O(C2H4O)zH O(C2H4O)yH CH2OOCR Tween结构（三）聚氧乙烯型 1、聚氧乙烯脂肪酸酯（Myrij，卖泽）聚氧乙烯+长链脂肪酸缩合成酯 R COO CH2（CH2OCH2）nCH2 OH 水溶性较强，乳化能力强，O/W型乳化剂 常用聚氧乙烯40硬脂酸酯 2、聚氧乙烯脂肪醇醚（Brij，苄泽）聚二乙醇+脂肪醇缩合成醚 R O（CH2OCH2）nH B30、B35：不同分子量聚二乙醇+月桂酸 西土马哥（Cetomacrogol）：+十六醇 平平加O（PerogolO）：15单位氧乙烯+油醇 埃莫尔弗（Emolphor）：为聚氧乙烯蓖麻油化合物，20单位以上氧乙烯+油醇缩合，淡黄色油状液体或白色糊状物，易溶于水、醇及有机溶剂，HLB在1218，亲水性较强，作增溶剂或O/W型乳化剂。（四）聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物 泊洛沙姆（Poloxamer），商品名“普郎尼克”（Pluronic）HO(C2H4O)a-(C3H6O)b-(C2H4O)aH 分子量100014000，HLB 0.530 分子量增加，液体固体 聚氧丙烯增加（亲油增强），聚氧乙烯增加（亲水增强）乳化、润湿、分散、起泡、消泡性能优良，增溶能力较弱，188（F68）O/W型乳化剂，用于静脉乳剂极少合成乳化剂之一。制成的乳剂耐受热压灭菌或冷冻不影响其物理稳定性。Poloxamer Pluronic 平均分子量 a b 124 L44 20902360 12 20 188 F68 76809510 79 28 237 F87 68408830 64 37 338 F108 1270010400 141 44 407 F127 984014600 101 56 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）SAA分子缔合形成胶束的最低浓度称临界胶束浓度（critical micell concentration）。具有相同亲水基的同系列SAA，若亲油基团大，则CMC小。CMC时溶液的表面张力最小。在CMC到达后的一定范围内，单位体积内胶束数量与SAA的总浓度呈正比。当SAA的正吸附达饱和后继续加入SAA，其分子则转入溶液中，因亲油基团的存在使水分子与SAA分子间的斥力远大于引力，SAA分子依赖范德华力相互聚集，形成亲油基团向内、亲水基团向外、在水中分散稳定、大小在胶体粒子范围内的胶束（micelles）。一定温度、浓度范围内，胶束有一定的分子缔合数，不同SAA有差异。离子SAA的缔合数10100，非离子SAA缔合数较大（月桂醇聚氧乙烯醚，250C缔合5000）（二）胶束的结构 一定浓度范围内，胶束呈球形，C-H链无序缠绕构成内核，具非极性液体性质，亲水基分布在胶束表面。SAA浓度增加（20%），球形胶束转变成缔合数更多的棒状、六角束状，甚至形成板状、层状。球形层状，C-H链从紊乱整齐，完成从液态液晶态的转变，有明显的光学各向异向性质。高浓度SAA水溶液中如存在少量非极性溶剂则可能形成反胶束（亲水基团向内）。（三）临界胶束浓度的测定 SAA溶液浓度将达到CMC时，除表面张力外，溶液的许多物理性质（如摩尔电导、粘度、渗透压、密度、光散射等）均发生急剧变化，此时浓度为CMC。测定SAA溶液这些物理性质的变化可推导出CMC，但应注意温度、浓度、电解质、pH等因素的影响。二、亲水亲油平衡值（HLB）SAA分子中亲水基团和亲油基团对油或水的综合亲和力（hydrophine-lipophile balance,HLB）。HLB范围：040 非离子SAA的HLB：020，完全由疏水碳氢基团组成的石蜡为0，完全由亲水性的氧乙烯组成的聚氧乙烯为20，有碳氢链和氧乙烯链组成的SAA介于之间。亲水性SAA的HLB值较高，而亲油性SAA的HLB值较低。亲油性、亲水性很大的SAA易溶于油或水，在溶液界面的正吸附较少，因此降低表面张力作用强。SAA的HLB值与其应用性质有关，不同的SAA其HLB值不同（P265表10-5）1 3 6 9 12 15 18 亲水 亲油 大部分消泡剂 W/O型乳化剂 润湿剂、铺展剂 O/W型乳化剂 去污剂 增溶剂 非离子SAA的HLB值具有加和性。HLB=HLBaWa+HLBbWb Wa+Wb HLB 值的计算 将SAA分子各基团数贡献的总和作为HLB值，则 HLB=(亲水基亲水基HLB数数)-(亲油基亲油基HLB数数)+7 常用计算HLB值的基团数 亲水基团 基团数 亲油基团 基团数 SO4Na 38.7 CH 0.475 SO3Na 37.4 CH2 0.475 COOK 21.1 CH3 0.475 COONa 19.1 =CH 0.476 N=9.4 CH2CH2CH2O 0.15 酯（失水山梨醇环）6.8 CHCH2O 0.15 酯（自由）2.4 COOH 2.1 苯环 1.662 OH（自由）1.9 CF2 0.870 O 1.3 CF3 0.870 OH（失水山梨醇环）0.5（CH2CH2O）0.33 CH2CHO 0.15 CH3 CH3 三、SAA的增溶作用（一）胶束增溶（一）胶束增溶 SAA在水溶液中达到CMC后，一些水不溶性或微溶性物质在水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（增溶（solubilization）。甲酚：水（2%），肥皂水（50%）胶束增溶体系属热力学稳定体系，也是热力学平衡体系。在CMC以上，增加SAA用量，胶束数量增加，增溶量随之增加。1g的SAA增溶药物达到饱和浓度时为最大增溶浓度（MAC，maximum additive concentration）。继续增加溶质：液体（乳浊