表面活性剂增溶理论与技术

1第三章表面活性剂中国药科大学药剂学教研室2第一节表面活性剂一、概念表面张力：使液体表面分子向内收缩至最小面积的一种力。表面活性剂(surfactant)：能使液体的表面张力显著下降的物质。如肥皂水溶液。3结构特征：两亲性，一端为亲油的非极性烃链，C数大于8；另外一端为亲水的极性基团，羧酸，磺酸，氨基或胺基及它们的盐。CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2OSO3-1Na+14表面活性剂的作用原理表面活性剂分子结构含有亲水基团和亲油基团，当被溶于水中时，在低浓度时几乎集中于液体表面形成单分子层，其亲水基团插入水中，亲油基团向空中，从而改变了液体的表面张力。表面活性剂在溶液表面层聚集的现象称为正吸附。56三、表面活性剂的种类根据极性基团的解离性质进行分类：①离子型表面活性剂(阴离子型活性剂；阳离子型活性剂，两性离子型)；②非离子型表面活性剂。混合型的7根据分子量大小进行分类：①低分子表面活性剂；②高分子表面活性剂[如海藻酸钠、聚乙烯醇(PVA)、聚维酮(PVP)、聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物(Poloxamer，Pluronic)等]高分子表面活性剂降低表面张力的能力较小，增溶能力和渗透力弱，乳化能力较强。8(一)阴离子型表面活性剂起表面活性作用部分是阴离子，即带负电荷。1、肥皂类①通式：(RCOO)n-Mn+脂肪酸盐。②分类：一价金属皂(钾、钠皂)；二价或多价皂(铅、钙、铝皂)；有机胺皂(三乙醇胺皂)。③性质：具有良好的乳化能力，易被酸及多价盐破坏，电解质使之盐析。④应用：具有一定的刺激性，只供外用。一离子表面活性剂92、硫酸化物①通式：R·O·SO3-M+硫酸化油，高级脂肪醇硫酸脂类。②分类：硫酸化油(硫酸化蓖麻油称土耳其红油)；硫酸化脂肪醇脂(十二烷基硫酸钠，SDS，SLS)。③性质：可与水混溶，为无刺激的去污剂和润湿剂；乳化性很强，稳定、耐酸、钙，易与一些大分子阳离子药物发生沉淀。④应用：代替配皂洗涤皮肤；有一定刺激性，用于外用软膏的乳化剂。103、磺酸化物①通式：R·SO3-M+②分类：脂肪族磺酸化物，如二辛琥珀酸脂磺酸钠；烷基芳基磺酸化物，如十二烷基苯磺酸钠，常用洗涤剂；烷基苯磺酸化物；胆酸盐，如牛磺胆酸钠。③性质：水溶性,耐酸、钙、镁盐性比硫酸化物差,不易水解。④应用：用作胃肠脂肪的乳化剂和单脂肪酸甘油酸的增溶剂；较好的洗涤剂。11(二)阳离子型表面活性剂起作用的是阳离子称阳性皂。1、结构：含有一个五价氮原子。2、特点：良好的表面活性，很强的杀菌作用。3、应用：杀菌、防腐、皮肤、粘膜手术器械的消毒。4、常用品种：①苯扎氯铵(洁尔灭)：常用浓度0.01-0.02%杀菌力强稳定可降低溶液的表面张力。②苯扎溴铵(新洁尔灭)12(三)两性离子型表面活性剂分子上同时具有正负电荷的表面活性剂，随介质的PH可成阳或阴离子型。①分类及常用品种卵磷脂：天然的，注射用乳剂和脂质体的主要辅料。氨基酸型和甜菜碱型两性离子型表面活性剂：合成的。13最大优点：适用于任何PH溶液，在等电点时也无沉淀。②性质：碱性水溶液中呈阴离子性质，起泡性良好、去污力亦强；酸性水溶液中呈阳离子性质，杀菌力很强，毒性小。14二非离子型表面活性剂在水溶液中不是解离状态故称之。1、结构组成：①亲水基团(甘油、聚乙二醇、山梨醇)；②亲油基团(长链脂肪酸、长链脂肪醇、烷基或芳基)；③酯键、醚健。2、性质：毒性、溶血作用较小，化学上不解离，不易受电解质、pH值的影响；能与大多数药物配伍，应用广泛(外用、内服、个别可注射)。3、亲水亲油平衡值：HLB小，亲脂性强。154、常用品种①脂肪酸甘油酯：主要有脂肪酸单甘油酯和脂肪酸二甘油酯。性质：不溶于水，在水、热、酸、碱及酶等作用下易水解成甘油和脂肪酸。应用：HLB3~4，表面活性弱，主要用作W/O型辅助乳化剂。16②蔗糖脂肪酸酯：简称蔗糖酯，是蔗糖和脂肪酸反应生成的一大类化合物，属于多元醇型非离子表面活性剂。根据脂肪酸取代数不同分为：单酯、二酯、三酯及多酯。性质：溶于丙二醇、乙醇，但不溶于水和油；在酸、碱及酶等作用下易水解成蔗糖和脂肪酸。应用：HLB5~13，表面活性弱，主要用作O/W型乳化剂、分散剂。17③脂肪酸山梨坦：司盘类[Span]，即脱水山梨醇脂肪酸酯山梨糖醇及其单酐和二酐+各种脂肪酸→Spans(混合物)根据脂肪酸品种数量不同分为：应用：HLB1.8~3.8，因其亲油性较强，一般用作W/O乳剂的乳化剂。用于搽剂，软膏，亦可作为乳剂的辅助乳化剂。酸碱酶的作用下易水解。Span-20-40-6065-80-85脂肪酸单月桂单棕榈单硬脂三硬脂单油三油18④聚山梨酯(polysorbate)：吐温[Tweens]：即聚氧乙烯脱水山梨醇脂肪酸酯脱水山梨醇脂肪酸酯+环氧乙烷→Tweens(亲水性化合物),有一次和二次脱水，故为混合物。脂肪酸品种和数量不同分为：应用：亲水性大大增加，一般用作O/W乳剂的乳化剂，用作增溶剂、分散剂和润湿剂。HLB值:8-16.吐温类由于聚氧乙烯基的存在易与尼泊金、洁尔灭、苯甲酸等防腐剂络合而失活。酸碱酶的作用下易水解。Tween-20-40-6065-80-85脂肪酸单月桂单棕榈单硬脂三硬脂单油三油19⑤聚氧乙烯脂肪酸酯：卖泽类[Myrj]，系聚乙二醇与长链脂肪酸缩合而成的酯。通式：R·COO·CH2(CH2OCH2)nCH2·OH因n不同，产品常用的有：Myri-45-49-51-52-53应用：具有较强水溶性，乳化能力强，作增溶剂和油/水型乳化剂。常用的有polyoxyl40stearate(聚氧乙烯40硬脂酸酯)。20⑥聚氧乙烯脂肪醇醚：系聚乙二醇与脂肪醇缩合而成的醚。通式为:R·O·(CH2OCH2)nH产品:1）苄泽类(Brij)，如Brij-30和-35分别为不同分子量的聚乙二醇与月桂醇的缩合物，n为10-20时作油/水乳化剂。2）西土马哥(Cetomacrogol)为聚乙二醇与十六醇的缩合物。213）埃莫尔弗(Emlphor)为一类聚氧乙烯蓖麻油化合物，由20个单位以上的氧乙烯与油醇缩合而成。Emlphor易溶于水和醇及多种有机溶剂，HLB12~18，具有较强亲水性，乳化能力强，作增溶剂和油/水型乳化剂，如CremophoreEL为聚氧乙烯蓖麻油甘油醚的氧乙烯单位为35~40，HLB12~14。此类表面活性剂亲水性强，常做为O/W型乳化剂。22⑦聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物：即泊洛沙姆(poloxamer)，商品名普流罗尼克类(Pluronic)。通式：HO(C2H4O)a-(C3H6O)b-(C2H4O)cH性质：为淡黄色液体或固体；分子量103~1.4×103；HBL0.5~30；随聚氧丙烯比例增加，则亲油性增强；随聚氧乙烯比例增加，则亲水性增强；具有乳化、润湿、分散、起泡和消泡等多种优良性能，但增溶能力较弱。23特点：对皮肤无刺激和过敏性，对粘膜刺激性很大，毒性中较小，Poloxamer188(pluronicF68)可作为O/W型乳化剂，是目前用于静脉乳剂少数合成的乳化剂之一，用本品制备的乳剂能耐受热压灭菌和低温冰冻而不改变其物理稳定性。药剂学主要应用:增溶剂,静脉注射乳化剂,栓剂基质等2425第二节表面活性剂的基本特性一、胶束(micelles)溶液的表面正吸附达到饱和后，当溶液内表面活性剂分子数目不断增加时，分子转入溶液中，其疏水部分相互吸引，缔合在一起。表面活性剂分子自身依靠范德华力相互聚集，形成亲油基向内，亲水基向外，在水相中温度分散，大小在胶体粒子范围的缔合体，称为胶束。•临界胶束浓度(criticalmicellconcentration，CMC)：表面活性剂形成胶束的最低浓度。•CMC与物质的结构、组成有关。•亲水基相同，亲油基越大，CMC越小。26CMC27胶体溶液的性质28胶束的结构CMC的测定方法291、表面张力法：适合于离子表面活性剂和非离子型表面活性剂；无机离子的存在不影响表面张力；少量类似物的存在降低纯表面活性剂的表面张力。2、电导法：适合于离子表面活性剂；无机离子存在影响表面张力测定；3、染料法：表面活性剂溶液增溶染料前后吸收光谱的变化；染料的存在影响CMC的准确性；4光散射法：胶束形成与散射光强度成正比；30二、亲水亲油平衡值[HLB](一)定义：HLB(hydrophile-lipophilebalance)系表面活性剂中亲水和亲油基团对油或水的综合亲合力，是用来表示表面活性剂的亲水亲油性强弱的数值。(二)数值范围：HLB0~40，其中非离子表面活性剂HLB0~20，即石蜡为0，聚氧乙烯为20，十二烷基硫酸钠为40。3132三特性与应用亲水性表面活性剂的HLB高；亲油性表面活性剂的HLB低，HLB值在3~6的表面活性剂适合作W/O型乳化剂；HLB值在8~18的表面活性剂适合作O/W型乳化剂；HLB值在13~18的表面活性剂适合作增溶剂；HLB值在7~9(11)的表面活性剂适合作润湿剂。3334四HLB值计算非离子表面活性剂的HLB具有加和性。(1)对非离子型表面活性，可能过经验式求得:HLBab=(HLBa×Wa+HLBb×Wb)/(Wa+Wb)(2)理论计算法：如果HLB值是由表面活性剂分子中各种结构基团贡献的总和，则每个基团对HLB值的贡献可用数值表示，此数值称为HLB基团数(groupnumber)。HLB=∑(亲水基团HLB)+∑(亲油基团HLB)+73536五表面活性剂的增溶作用1、胶束增溶表面活性剂在水中达到CMC后，一些水不溶性或微溶性物质在胶束溶液中得溶解度可显著增加，形成透明胶体溶液，这种作用称为增溶作用（solubilization）当表面活性剂用量固定和增溶达到饱和的增溶质的浓度即为最大增溶浓度（maximumadditiveconcertration,MAC）CMC越低，MAC就越高。372、温度对增溶的影响(1)温度对增溶存在三方面的影响影响胶束的形成影响增溶质的溶解影响表面活性剂的溶解度(2)Krafft点对于离子表面活性剂，温度上升主要是增加增溶质在胶束中的溶解度以及增加表面活性剂的溶解度。38当温度升高至某一温度时，离子表面活性剂在水中的溶解度急剧升高，该温度称为krafft点，相对应的溶解度即为该离子表面活性剂的临界胶束浓度(CMC)。krafft点是离子表面活性剂的特征值，krafft点越高，则CMC越小。krafft点亦是离子表面活性剂应用温度的下限，即只有高于krafft点，表面活性剂才能更大地发挥作用。3940(3)浊点或昙点(cloudpoint)对聚氧乙烯型非离子表面活性剂，温度升高可导致聚氧乙烯链与水之间的氢键断裂，当温度上升到一定程度时，聚氧乙烯链可发生强烈的脱水和收缩，使增溶空间减小，增溶能力下降，表面活剂溶解度急剧下降和析出，溶液出现混浊，此现象称为起昙，此时温度称为昙点。41在聚氧乙烯链相同时，碳氢链越长，浊点越低；碳氢链长相同时，聚氧乙烯链越长，浊点越高。如tween20为90℃，tween60为76℃，tween80为94℃。大多数聚氧乙烯表面活性剂的浊点在70~100℃。42六表面活性剂的生物学性质1、对药物吸收的影响表面活性剂的存在可能增加药物吸收，也可能降低药物的吸收。(1)若药物系被增溶在胶束内，且能顺利从胶束内扩散或胶束本身迅速与胃肠粘膜融合，则可增加吸收，如吐温80促进螺内酯口服吸收。(2)表面活性剂的浓度亦有重要影响，如0.01%吐温80可增加司可巴妥吸收，而1%吐温80反而降低了司可巴妥吸收。43(3)若表面活性剂溶解了生物膜脂质，则可增加上皮细胞的通透性，从而改善吸收，如SDS改进头孢菌素钠、四环素、磺胺脒、氨基苯磺酸等的吸收。(4)若形成高粘度团块，降低胃空速率，增加药物吸收，如吐温80和吐温85能增加一些难溶性药物的吸收。但聚氧乙烯类和纤维类表面活性剂增加胃液粘度而阻止药物向膜面扩散，药物吸收随粘