【概述】

烷基糖苷（AlkylPolyglycoside，APG）是一種溫和型非離子表面活性劑，由天然可再生資源脂肪醇和葡萄糖在酸性催化劑下脫水生成，具有良好的生物降解性，有利于環(huán)境保護(hù)，是國際公認(rèn)的首選“綠色”功能性表面活性劑。其具有泡沫豐富細(xì)膩、穩(wěn)泡性能好、較強(qiáng)的配伍性、協(xié)同效應(yīng)明顯、較強(qiáng)的廣譜抗菌活性、耐強(qiáng)堿以及抗鹽性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)。因此,烷基糖苷的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛,如洗滌劑、化妝品、生化、食品添加劑、農(nóng)藥增效劑等領(lǐng)域。

【性能】

1.物理性狀以及溶解性能 APG產(chǎn)品多制成50%～70%的水溶液,純APG為白色粉末,實(shí)際產(chǎn)品為奶油色,淡黃色至琥珀色。它的物理性質(zhì)與合成時(shí)所用烷基碳鏈、糖的種類以及聚合度等密切相關(guān),其熔點(diǎn)隨產(chǎn)品分子中碳鏈的增長而升高,甚至有的高烷基糖苷還沒融化時(shí)就開始分解了,說明烷基糖苷受熱易分解和變色。APG是吸潮固體,一般溶解于水,較易溶于常用有機(jī)溶劑,在酸、堿性溶液中呈現(xiàn)出優(yōu)良的相容性、穩(wěn)定性和表面活性,尤其在無機(jī)成分較高的活性溶劑中。

2.生物降解性 能夠被微生物降解是防止表面活性劑在環(huán)境中累積達(dá)到危險(xiǎn)濃度的重要消除機(jī)制。烷基糖苷是以淀粉及其水解產(chǎn)物與脂肪醇為原料合成的。烷基糖苷在自然界中能夠完全被生物降解,不會形成難于生物降解的代謝物,從而避免了對環(huán)境造成新的污染。

3.去污能力 表面活性劑的去污能力是隨著離子類型、洗滌條件、污垢類型的變化而變化的。滌/棉上的皮脂污垢對非離子洗滌劑敏感,APG與脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉鹽(AES)的去污效果相當(dāng),而且優(yōu)于直鏈烷基苯磺酸鈉(LAS)、AS和SAS。

4.表面活性 脂肪醇烷基碳鏈提供非極性的親油基團(tuán),因此通常烷基碳鏈長度大于8個(gè)碳的烷基糖苷才具有表面活性和臨界膠束濃度(CMC),而且隨著烷基碳鏈的增長,其表面張力明顯降低,CMC值也隨之降低,說明其活性顯著提高。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,APG與脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)、LAS進(jìn)行實(shí)驗(yàn)比較,得出十二脂肪醇烷基糖苷具有很好的表面活性。

【制備方法】

(1)Fischer法 此反應(yīng)是以醇為溶劑，制成糖在醇中的溶液或懸浮液，在酸催化的條件下進(jìn)行反應(yīng)，產(chǎn)物是多種異構(gòu)體的混合物，包括環(huán)元數(shù)不同、端基異構(gòu)產(chǎn)物以及少量鏈型糖。而以己糖為原料時(shí)，反應(yīng)時(shí)間較短時(shí)主要生成呋喃糖，反應(yīng)時(shí)間較長時(shí)則主要產(chǎn)生吡喃糖。長時(shí)間反應(yīng)也會使產(chǎn)物轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃W(xué)上更為穩(wěn)定的α-端基異構(gòu)體。

圖1為Fischer法反應(yīng)方程式

(2)Ferrier重排反應(yīng) 如圖所示，該方法的基本步驟為：

1、首先在乙酸鈉的存在下用乙酸酐將葡萄糖或者寡聚糖乙?；?；

2、然后用溴取代糖環(huán)端位的羥基；

3、用Cu-Zn催化劑作用并加熱，脫去溴化氫，使該部位形成雙鍵；

4、引入脂肪醇，以BF3-Et2O為催化劑；

5、在鉑催化下進(jìn)行加氫還原；

6、用甲醇鈉和甲醇處理。以此方法合成的烷基糖苷在糖環(huán)的2、3位少了兩個(gè)羥基，約94%為α構(gòu)型，約有6%的β構(gòu)型。

圖2為Ferrier重排反應(yīng)的反應(yīng)方程式

(3)四鹵化錫法 先用乙酸酐和無水乙酸鈉將葡萄糖乙酰化，然后以路易斯酸為催化劑，借助于四鹵化錫將脂肪醇導(dǎo)入糖環(huán)的端位羥基，然后再用甲醇將乙?；榛嗵擒沾冀?，分離后得到烷基糖苷。

圖3為四鹵化錫法的反應(yīng)方程式

(4)Koenigs-Knorr法 先將葡萄糖與乙酸酐進(jìn)行乙?；?，再用溴化氫將之轉(zhuǎn)變?yōu)殇宕咸烟撬囊宜狨?，將反?yīng)物水解之后得到烷基葡糖苷。該方法可以制得反式烷基單葡糖苷。

圖4為Koenigs-Knorr法的反應(yīng)方程式

【應(yīng)用】　

1.日化領(lǐng)域

目前烷基糖苷在洗滌劑、化妝品等日化工業(yè)領(lǐng)域的用途最為廣泛。

（1）洗滌劑 在傳統(tǒng)餐具洗滌劑中是以LAS/AEO或AES為主成分,還需加入較多有一定毒性的助溶劑以改善溶解性及溫和性,配方去污力強(qiáng),但脫脂強(qiáng)。LAS/APG混合物則表現(xiàn)優(yōu)異的協(xié)同效應(yīng),泡沫優(yōu)于單一組分,抗硬水性好,對皮膚溫和,用后手感舒適,易漂洗不留痕跡。最近報(bào)道,APG不僅能作為一種輔助表面活性劑,而且更適合用于餐具洗滌劑中作主表面活性。在洗衣粉中,使用APG代替AEO或部分LAS能在保持原有洗滌力的同時(shí),明顯改善溫和性、抗硬水性和對皮脂污垢的洗滌性。在液體洗滌劑中以APG代替AES,可用于各種織物的清洗,有效地去除泥土和油污,同時(shí)具有柔軟、抗靜電及防縮功能,在硬水中使用仍具有優(yōu)良的去污力。

（2）化妝品 APG可在較大的溫度范圍內(nèi)作較長時(shí)間的存放,同時(shí),具有增濕的功能,完全符合化妝品用活性組分的性能要求。國內(nèi)外已將APG作為活性組分制成化妝品,這類新型化妝品顯示出良好的皮膚保濕性和皮膚養(yǎng)護(hù)性能。目前人體用清洗劑中仍存在一些質(zhì)量問題,其中最為嚴(yán)重的是含有超標(biāo)的有毒物質(zhì),如Hg、Pb及As等,不僅嚴(yán)重?fù)p害了皮膚及頭發(fā),也污染了環(huán)境。以APG為基劑制成的新一代香波和浴液起泡力大,泡沫潔白、細(xì)膩,對皮膚有柔軟作用,對眼睛無刺激,對環(huán)境無污染,耐硬水性良好,具有良好的調(diào)養(yǎng)和養(yǎng)護(hù)功能,特別適合制備高檔盥洗用品。APG在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和高濃度電解質(zhì)中性能穩(wěn)定、腐蝕性小,還可作通用清洗劑、浴器清洗劑、玻璃清洗劑、地板保護(hù)用品和家具保護(hù)用品等。

2.食品加工業(yè)

作為食品毒理檢測表明,烷基糖苷可作為乳化劑、防腐劑、發(fā)泡劑、分散劑、潤濕劑、增稠劑、消泡劑和破乳劑等,并有使食品組分混合均勻和改善食品口味的功能,在食品加工中具有廣闊的應(yīng)用前景。其品種主要有甘油脂肪酸酯、蔗糖脂肪酸酯和山梨糖醇脂肪酸酯等以天然原料合成的表面活性劑,烷基糖苷與這些表面活性劑有相同或相近的性質(zhì)。烷基糖苷還具有良好的親水性(HLB10～19),以烷基糖苷作為食品乳化劑不僅解決了我國食品乳化劑只有親油性(HLB5～9)產(chǎn)品的問題,也增加了產(chǎn)品品種。

3.農(nóng)業(yè)

APG有很好的濕潤和滲透性質(zhì),它是非離子表面活性劑,對高濃度電解質(zhì)不敏感,并且APG與聚氧乙烯型非離子表面活性劑不同的是,它沒有逆相濁點(diǎn),因此適合農(nóng)業(yè)應(yīng)用。APG作為農(nóng)藥增效劑具有可生物降解、不污染農(nóng)作物和土地以及吸濕性好等特點(diǎn),適宜作農(nóng)藥乳化劑,并可調(diào)整土壤濕度,對除草劑、殺蟲劑和殺菌劑有顯著的增效作用。它也可用于土壤中起固氮的作用,也可將C8～C22的APG作為防腐劑用于谷物、魚和肉類產(chǎn)品及花卉的保鮮。在生產(chǎn)農(nóng)業(yè)用塑料大棚時(shí),在塑料制品中加入APG作助劑生產(chǎn)的塑料薄膜,可起到穩(wěn)定和阻燃作用,防霧效果尤佳。

4.生化領(lǐng)域

由于APG具有臨界膠束濃度高、紫外光透過率高及不使蛋白質(zhì)變性等優(yōu)點(diǎn),因此,在生物化工中用APG參與細(xì)胞色素C、RNA聚合酶、視紫紅質(zhì)及脂肪酸的精制加工,并且尚有深入應(yīng)用的潛在可能。生物生命科學(xué)為人類生存長壽的“熱門學(xué)科”,上述APG應(yīng)用增添了“綠色”產(chǎn)品的使用效果,意義深遠(yuǎn)。

5.在石油工業(yè)中的應(yīng)用

烷基葡萄糖苷近年來被發(fā)現(xiàn)具有降低水活度、改變頁巖孔隙流體流動狀態(tài)的作用,因此最初被作為抑制劑使用。但實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,這種材料加入到鉆井液以后,體系具備了部分油基鉆井液的特點(diǎn),如潤滑性好、抑制能力強(qiáng)、抗污染能力強(qiáng)及良好的儲層保護(hù)作用等特點(diǎn)。APG能與其他水溶性聚合物相互作用而達(dá)到降濾失效果。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,APG可以拓寬天然聚合物鉆井液使用的溫度限定范圍,且可生物降解,有利于環(huán)境保護(hù),因此,具有比較廣闊的應(yīng)用前景。在三次采油中,使用C12～C16APG復(fù)配溶液為軀替液,實(shí)驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn),隨著烷基鏈的增長,APG的驅(qū)替效果明顯增強(qiáng),與水驅(qū)相比,能使原油采收率提高。

6.在纖維和紡織工業(yè)中的應(yīng)用

紡織印染行業(yè)中,若對絹纖維精煉去除膠絲蛋白過度,會損害絹纖維的強(qiáng)度、光澤和柔軟度,若加入APG可以防止過精煉。另外,以烷基糖苷為非離子的表面活性劑主體組分,適當(dāng)添加各種助劑,開發(fā)無磷、無烷基酚聚氧乙烯醚類的綠色環(huán)保型三合一高效精煉劑,可用于純棉織物高效短流程前處理工藝中。

7.在造紙工業(yè)中的應(yīng)用

造紙工藝的許多工序都使用表面活性劑,如用烷基糖苷處理可改善紙張的上膠劑效果。此外,由于世界范圍內(nèi)造紙?jiān)w維原料日趨緊張,以及環(huán)保意識的日益增強(qiáng),近年來,利用廢紙作為造紙?jiān)弦殉蔀橐豁?xiàng)國際性的運(yùn)動,國內(nèi)外許多工作者對廢紙?jiān)偕M(jìn)行了大量的研究。有文獻(xiàn)報(bào)道,利用表面活性劑烷基糖苷與其他表面活性劑進(jìn)行復(fù)配,對廢報(bào)紙進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室浮選脫墨應(yīng)用研究,利用正交實(shí)驗(yàn)進(jìn)行配比優(yōu)化,選擇出適合的脫墨配方及工藝。

8.在醫(yī)藥中的應(yīng)用

APG具有廣譜的抗菌活性,對革蘭氏陰性菌、陽性菌和真菌,C8～12APG都有抗菌活性,并隨烷基碳原子數(shù)增加活性增加,因此可作衛(wèi)生清洗劑。烷基多苷與中草藥配伍,利用其優(yōu)良配伍性和對皮膚無刺激性等優(yōu)良性能,制備有止癢療效的保健護(hù)膚品,得到外觀穩(wěn)定和藥性優(yōu)良的配方。

9.衍生物的應(yīng)用

APG是一個(gè)多官能團(tuán)化合物,可作為表面活性劑直接使用,但是目前烷基糖苷的成本較高,限制了它在低檔產(chǎn)品中的使用。同時(shí),它的一些性能還需要改善,因此,可利用其糖單元上的羥基活性進(jìn)行化學(xué)改性。近年來,國內(nèi)外對APG衍生物的研究十分活躍。非離子衍生物主要為APG與脂肪酸酯、醚型和環(huán)氧乙烷(EO)/環(huán)氧丙烷(PO)的加合物等;陰離子衍生物是利用氨基磺酸、氯磺酸對APG磺化生成APG硫酸鹽,以提高APG的水溶性;兩性和陽離子衍生物可由APG與丙烯氰化反應(yīng),加氫生成3-氨基丙基APG,如與氯乙酸鈉反應(yīng)可得兩性衍生物,與硫酸二甲酯季銨化可得陽離子衍生物,它們具有兩性和陽離子表面活性及APG的特性,具有廣泛用途。

10.對赤潮生物的治理

APG是一種應(yīng)用廣泛的環(huán)保型表面活性劑,有文獻(xiàn)首次將其應(yīng)用于赤潮生物治理的實(shí)驗(yàn)研究,發(fā)現(xiàn)烷基糖苷在一定濃度范圍內(nèi)對赤潮生物的生長有明顯抑制作用,進(jìn)一步增大烷基糖苷的用量,可以使藻細(xì)胞喪失運(yùn)動性、細(xì)胞破裂乃至溶解消失。可見,烷基糖苷作為除藻劑在赤潮治理中具有一定應(yīng)用前景。

11.其他用途

在建筑制模時(shí),APG可用作破乳劑、增稠劑、分散劑和防塵劑。此外,通過對它們進(jìn)行復(fù)配以及利用微乳液技術(shù),還可以應(yīng)用于材料科學(xué),如在納米材料合成中作為微反應(yīng)器合成納米材料。

【主要參考資料】

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