4 第四章 表面活性剂

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第四章 表面活性剂
本章主要介绍表面活性剂的概念、种类、 性质及在药剂学中的应用。 通过学习掌握常用的表面活性剂,以及 在增溶、乳化、湿润等方面的应用。了 解表面现象与表面张力等概念。
第一节 表面现象与表面活性剂



一、表面现象 (一)界面、表面和界面现象、表面现象的含义 界面是指物质的相与相之间的交界面。相指体系中物 理和化学性质均匀的部分,相与相之间有明显的界面。物 质有固、液、气三相,能形成固-液、固-气、液-液、液-气 等界面。通常将气-固、气-液界面称为表面。表面(界面) 现象时指在物质相与相之间的表面(界面)上,由于表面 分子与内部分子性质的差异,产生一系列物理化学现象。 如一杯水,不考虑杯子与空气表面与界面的话,应有两个 表面与界面,即杯子与水、水与空气;若向水中倒入一层 油,则增加油与水、油于杯子、油与空气增加的三个表面 与界面。
+


R2 R1 –N – R3 R4
X-

两性离子型表面活性剂因介质pH的不同可出现不同的表面活性剂作用。 在碱性水溶液中呈现阴阴离子型表面活性剂的性质,起泡性好去污力 强; 在酸性水溶液中呈现阳离子型表面活性剂的性质,杀菌作用强;
两性离子型表面活性剂续


蛋黄里的卵磷脂是天然的两性离子型表面 活性剂,外观呈现透明黄色或黄褐色油脂 状,对热非常敏感。在酸性、碱性和酯酶 作用下易水解,对油脂的乳化作用很强, 是注射用乳剂和脂质微粒制备中的作用原 料。 十二烷基双(氨乙基)D甘氨酸盐酸盐 TegoMHG是合成的两性离子型表面活性剂, 杀菌力强毒性小于阳离子表面活性剂。




H(C2H4O)nO
O(C2H4O)nH O(C2H4O)nH
聚山梨酯类续





聚山梨酯20 即吐温20(聚氧乙烯脱水山梨醇单月桂酸酯) 聚山梨酯40 即吐温40(聚氧乙烯脱水山梨醇单棕榈酸酯) 聚山梨酯60 即吐温60(聚氧乙烯脱水山梨醇单硬脂酸酯) 聚山梨酯65 即吐温65(聚氧乙烯脱水山梨醇三硬脂酸酯) 聚山梨酯80 即吐温80(聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯) 聚山梨酯85 即吐温85(聚氧乙烯脱水山梨醇三油酸酯 本类表面活性剂因增加了亲水性聚氧乙烯基,亲水性增强, 成为水溶性表面活性剂,常用于增溶和作为O/ W(水包 油)乳剂 的乳化剂。
非离子型表面活性剂常用品种

1、脱水山梨醇脂肪酸酯类(脂肪酸山梨坦) 由 脱水山梨醇与各种不同的脂肪酸组成的脂类化合 物,式中RCOO-为脂肪酸根,山梨醇为六元醇, 因脱水而环合。商品名为司盘,根据脂肪酸品种 和数量的不同科有以下品种
O CH2OOCR


HO OH
OH
脱水山梨醇脂肪酸酯类续
表面活性剂的基本特性续


(三)亲水亲油平衡值
表面活性剂亲水亲油性的强弱,用亲水亲油平衡值表示, 简称HLB值。 表面活性剂由亲水或亲油基团组成,他们能在水-油界面 定向排列。如果过分亲水则完全溶解在水中;如果过分亲 油则完全溶解在油中;此时表面活性剂很少存在于界面上, 就难于降低界面张力。 在生产中将两种或两种以上表面活性剂联合使用,提高制 剂的稳定性和质量。 HLB值即表现表面活性剂分子与水或油的综合亲和力。 HLB值越大亲水越强,反之亲油性越强。如司盘为亲油性, 其HLB值为1.8~8.6之间;吐温是亲水性,其其HLB值为。 9.6~16.7之间,十二烷基硫酸钠HLB值为40,亲水性更强。 常用表面活性剂的HLB值见p101表4-1。
2、聚山梨酯类

聚山梨酯类(卖泽类)系聚氧乙烯脱水山梨醇脂肪酸酯, 是在司盘类表面活性剂结构中的剩余-oH基上,再链接聚 氧乙烯基而制得的醚类化合物,式中-(c2H4O)n为聚氧乙 烯基,n为聚氧乙烯基聚合度。商品名为吐温或卖 (Tween),根据脂肪酸品种和数量不同,有以下品种: O CH2COOCR



司盘20(脱水山梨醇单月桂酸酯) 司盘40(脱水山梨醇单棕榈酸酯) 司盘60(脱水山梨醇单硬脂酸酯) 司盘65(脱水山梨醇三硬脂酸酯) 司盘80(脱水山梨醇单油酸酯) 司盘85(脱水山梨醇三油酸酯) 本类表面活性剂的亲水亲油平衡值(HLB) 1.8~8.6,亲油性较强,常作W/O(油包水)型乳剂 的乳化剂或辅助乳化剂。多用于擦剂和软膏中, 液可用作某些注射用乳剂的乳化剂。
(二)阳离子型表面活性剂பைடு நூலகம்

阳离子型表面活性剂起作用的是阳离子部 分,属季胺类化合物。常有苯扎氯胺、苯 扎溴胺(新洁而灭)等。 特点是水溶性大,在酸性或碱性水溶液中 均稳定。
有很强的杀菌作用,作用作为粘膜、皮肤、 手术器械的消毒剂。某些品种还可作眼用 溶液的抑菌剂。


(三)两性离子型表面活性剂

表面活性剂的基本特性续




(二)起昙现象 表面活性剂的溶解度与温度有关。某些含聚氧乙烯的非离 子型表面活性剂的溶解度,开始时随温度的升高而升高, 当升到一定温度时后,其溶解度急剧下降,使制得的澄明 液变为浑浊,甚至分层,但冷却后又变为澄明液。温度升 高使含的表面活性剂的澄明溶液变成浑浊的现象称为起昙 (又称浑浊)。出现起昙时的温度称为昙点(又称浊点)。 作用机制:聚氧乙烯基表面活性剂的亲水基团在水中与水 形成氢键而溶解,当温度升高到某一点时不稳定的氢键发 生断裂,导致溶解度突然下降,出现浑浊或沉淀,额度降 到昙点以下时,氢键又重新形成二溶解。 表面活性剂不同其起昙点也不同。
表面活性剂的毒性续



表面活性剂的毒性顺序为:阳离子型>阴离子型>非离子 型。从前边LD50表可以看出非离子型表面活性剂毒性最小, 离子型表面活性剂毒性最大。 离子表面活性剂有较强的溶血作用,一般只限于外用;非 离子表面活性剂也有溶血作用;非离子表面活性剂中的聚 山梨酯类溶血作用由强至弱顺序是:聚山梨酯20 >聚山梨 酯60 >聚山梨酯40 >聚山梨酯80。 表面活性剂对皮肤、粘膜的刺激性,非离子型最小; 品种不同刺激性也不同; 同一种表面活性剂浓度越大,刺激性也越大; 聚合度越大,刺激性就越小。
3、其他表面活性剂简介



(1)帕 洛沙姆 (poloxamer) 由亲水性聚氧乙烯 基与亲油性聚氧丙烯基聚合而成,二者数目比例 的不同会出现不同的亲水性、亲油性。因此有不 同的产品。 本类产品对皮肤无刺激性和过敏性,对粘膜刺激 性极小,毒性也比其他非离子表面活性剂小,可 作静脉乳化剂的O/ W(水包油)乳剂 的乳化剂。 (2)聚氧乙烯脂肪酸酯及聚氧乙烯脂肪酸醇醚, 常作增溶剂和O/ W(水包油)乳剂 的乳化剂。
(二)表面张力和界面张力


表面张力是指一种使表面分子具有向内运动的趋势, 并使表面自动收缩至最小面积的力,这就是在外力影响不 大或没有时,液体趋于球形的原因。表面张力的产生是由 于液体内部分子与液体表面层分子的处境不同。液体内部 分子所受到周围相邻分子力是对称的,互相抵消;液体表 面分子受到的力是不对称的,收到垂直于表面向内的吸引 力更大,这个力即表面张力。在一定条件下,任何液体都 有一定的表面张力。 液体表面张力是在空气中测定的,而界面张力则是两种互 不相溶的液体之间的表面张力。两种相互溶解的液体间没 有表面张力。
(四)非离子型表面活性剂

非离子型表面活性剂在溶液中不呈离解状 态,多为脂类或醚类化合物。构成分子中 亲水基团是甘油、聚乙(烯)二醇和山梨 醇等多元醇;构成分子中亲油基团为长链 脂肪酸或长链脂肪醇等。其特点是:毒性 剂溶血性小、化学性质稳定,不易受溶液 pH的影响,能与大多数药物配伍,作内服、 外用,有的可作注射剂溶液中的表面活性 剂。
表面、界面现象现实性




表面、界面现象在制剂及身体对药物吸收过程等随处 可见。 乳状液、混悬液型的液体药剂制备过程中遇到的离子大小、 表面能大小、吸附性能、带电情况、稳定时间等均为界面 或表面现象问题。 在药物提取、精制、发酵等过程经常出现的过冷、过热、 吸附、解吸附、发泡、消泡、胶体形成于破坏也为界面或 表面现象问题。 薄膜制剂、静脉注射乳状液、固体分散剂等液出现面或表 面现象。 皮肤给药的透皮吸收、难溶性药物的胃肠道释放与吸收等 均与界面或表面现象有密切关系。
二、表面活性剂的含义



能使液表面张力显著下降的物质称为表面活性剂。 水溶液的表面张力因溶质的不同而发生变化。如一些糖类 和无机盐可略为提高水的表面张力;一些有机酸和低级醇 可略为降低水的表面张力;肥皂和洗衣粉可显著降低水的 表面张力,并随他们浓度的增加而急剧下降,常把这种能 使液表面张力显著下降的物质称为表面活性剂。 表面活性剂具有增溶、乳化、湿润、去污、杀菌、消泡和 起泡的原因性质。 表面活性一端为亲水基,看一端为亲油基。剂溶于水后, 在浓度时,被吸附在溶液与空气交界的表面上或水与油交 界的表面上,亲水基团插入水中,亲油基团朝向空气或油 相,并在表面(界面)上定向排列,结果,改变了液体表 面的组成,此时表面层的浓度大于液体内部的浓度,称为 溶液表面的正吸附,是表面张力明显降低。
三、表面活性剂的分类
肥皂类

阴离子型 硫酸化物 表 面 阳离子型 为季铵盐类如苯扎溴铵、苯扎氯铵等。 活 两性离子型表面活性剂 性 脱水山梨醇脂肪酸酯类 剂 非离子型表面活性剂 聚山梨酯类 泊洛沙姆 各类介绍见下张幻灯片


表面活性剂各类介绍


(一)阴离子型表面活性剂
起作用的部分是阴离子部分 1、肥皂类 通式为(RCOO-)nMn+是高级脂肪酸 盐,脂肪酸有硬脂酸、油酸等;M表金属离子。 亲 一价肥皂如钾皂、钠皂; 水 皂 有机胺皂如三乙醇胺皂等。 亲油性皂:二价或多价肥皂如钙皂、铅皂等; 优点:具有良好的乳化作用,但易被酸、钙、镁 盐破坏;因有刺激性,只供外用。



阴离子型表面活性剂续


2、硫酸化物 通式为R· O· SO3-M+,是硫酸化油和高级脂肪 醇硫酸酯类,如:土耳其红油(硫酸化蓖麻油) 、十二烷 基硫酸钠、十六烷基硫酸钠、十八烷基硫酸钠(硬脂醇硫 酸钠)等。 本类有较强的乳化能力,亲水性好,较耐酸、钙、镁盐。 比肥皂类稳定。 可与某些阳离子型高分子药物产生化学反应而产生沉淀。 因对粘膜有刺激性主要作外用软膏的乳化剂,有时作片剂 等固体剂的润滑剂或增溶剂。 应用:洗衣粉成分以十二烷基苯磺酸钠为主,渗透力强, 易起泡和消泡,去污力好,在酸性水溶液中稳定,但水溶 液及耐酸、钙、镁性比硫酸化物稍差。
四、表面活性剂的基本特性




(一)胶束的形成 表面活性剂在水中,低浓度时呈单分子分散或被吸附在溶 液表面上(亲水基团插入水相中,亲油基团朝向空气或油 相中);当其浓度增加至溶液表面已经饱和不能再吸附时, 表面活性分子即开始转入溶液内部。由于表面活性剂分子 的疏水端部分与水的亲和力较小,疏水部分之间的吸引力 又较大,分子互相吸引、绨和合在一起,形成多分子或离 子(通常为50~150个)组成的聚合体,这种聚合体被称作 胶束。 开始形成胶束的浓度,即表面活性剂在溶液中形成胶束的 最低浓度称为临界胶束浓度(CMC)。达到临界胶束浓度 时,溶液的一些理化性质发生突变,分散溶液由真溶液变 为胶体溶液。 临界胶束浓度与表面活性剂分子中的碳链长短成反比。若 向分散系中加入其他药物或盐类临界胶束浓度会变低。
(五)表面活性剂的毒性

表面活性剂半致死量(LD50)举例
名 类 型 口服给药 0.3g/kg 1.6~6.5g/kg 25/kg 15g/kg 静脉给药 0.03g/kg 0.06~0.35/kg 5.8g/kg 7.7g/kg 阳离子型 阴离子型 非离子型 非离子型

苯扎氯铵 脂肪酸磺酸钠 聚山梨醇酯80 泊洛沙姆F68



表面活性剂的基本特性续





(四)表面活性剂的配伍变化 1、阳离子表面活性剂与阴离子表面活性剂电荷相反,配 伍会生成不溶于水的沉淀物; 2、阴离子表面活性剂与大分子阳离子表面活性剂形成不 溶性复合物,是吸收降低,如新霉素、卡拉霉素带正电荷 与胆盐形成不溶性复合物;硫酸钡等不溶性无机盐能吸附 阴离子型表面活性剂,是溶液中阴离子型表面活性剂浓度 降低。 3、蛋白质在碱性介质中羧基解离而带负电荷能与阳离子 表面活性剂反应;在酸性介质中,其碱性基团带正电荷, 能与阴离子表面活性剂起反应。 4、含酚羟基的消毒防腐剂,聚氧乙烯基与酚羟基发生氢 键结合,影响消毒剂释放,不能起到防腐作用。
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