药剂学课件第三章 表面活性剂-20160906 all

第三章表面活性剂赵春顺Zhaocs@中山大学药学院药剂室表面活性剂的概念、结构特征和分类表面活性剂的物理化学性质表面活性剂的生物学性质表面活性剂的应用表面活性剂表面活性剂的概念、结构特征和分类概念结构特征吸附性概念

表面活性－使液体表面张力降低的性质。表面活性剂－是指那些具有很强表面活性、能使液体的表面张力显著下降的物质。表面活性剂的概念、结构特征和分类结构特征由极性的亲水基和非极性的亲油基组成，且两部分分处两端。表面活性剂具有亲水、亲油的两亲性质，但具有两亲性的分子不一定都是表面活性剂。例：肥皂是脂肪酸类(R-COO-)表面活性剂，其中的脂肪酸碳链(R-)为亲油基团，解离的脂肪酸根(COO-)为亲水基团。表面活性剂的概念、结构特征和分类吸附性表面活性剂在溶液中的正吸附表面活性剂在固体表面的吸附表面活性剂的概念、结构特征和分类吸附性表面活性剂在溶液中的正吸附表面活性剂在固体表面的吸附正吸附－表面活性剂在溶液表面层聚集的现象称为正吸附。表面活性剂浓度越低，而降低表面张力越显著，则表面活性越强，越容易形成正吸附。表面活性剂的概念、结构特征和分类1.离子表面活性剂2.非离子表面活性剂阴离子表面活性剂阳离子表面活性剂两性离子表面活性剂脂肪酸甘油酯多元醇型聚氧乙烯型聚氧乙烯－聚氧丙烯共聚物表面活性剂的分类极性亲水非极性疏水Na+-活性部位（-）（1）阴离子表面活性剂1.离子表面活性剂①高级脂肪酸盐②硫酸化物③磺酸化物④胆盐（1）阴离子表面活性剂①高级脂肪酸盐通式：(RCOO－)nMn＋脂肪酸链C11~C17碱金属皂：硬脂酸钠，硬脂酸钾碱土金属皂：Ca2＋，Mg2＋，Al3＋，有机胺皂：脂肪酸＋三乙醇胺（1）阴离子表面活性剂②硫酸化物主要是硫酸化油和高级脂肪醇硫酸酯类通式：ROSO3－M＋，脂肪烃链C12~C18十二烷基硫酸钠（SDS，月桂醇硫酸钠）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）特点：乳化性能强，较肥皂类稳定，较耐酸和钙、镁盐。缺点：与高分子阳离子药物发生作用而产生沉淀，对粘膜有刺激性，用途：外用软膏的乳化剂，片剂等固体制剂的润湿剂或增溶剂（1）阴离子表面活性剂③磺酸化物脂肪酸或脂肪醇经磺酸化后，用碱中和所得到的化合物。脂肪族磺酸化物和烷基芳基磺酸化物烷基磺酸盐通式：RSO3－M＋，如二己基琥珀酸磺酸钠烷基苯基磺酸盐通式：RC6H5SO3－M＋，如十二烷基苯磺酸钠（1）阴离子表面活性剂

①胺盐型

[RNH3+]X-，[R2NH2+]X-，如氯苄甲乙胺等。

②季铵盐型特点：水溶性大；稳定；有杀菌作用。例：洁尔灭、新洁尔灭等。（2）阳离子表面活性剂①氨基酸型通式：R＋NH2CH2CH2COO－

②甜菜碱型通式：R(CH3)2N+CH2COO-③磷脂类天然表面活性剂，含有磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰丝氨酸等。（3）两性离子表面活性剂HHH1.离子表面活性剂2.非离子表面活性剂阴离子表面活性剂阳离子表面活性剂两性离子表面活性剂脂肪酸甘油酯多元醇型聚氧乙烯型聚氧乙烯－聚氧丙烯共聚物表面活性剂的分类结构：亲水基团是甘油、聚乙二醇和山梨醇等多元醇；亲油基团是长链脂肪酸或长链脂肪醇以及烷基或芳基等，以酯键或醚键与亲水基团结合。特点：毒性低，在水中不解离，不受溶液pH的影响能与多数药物配伍。用途：外用、口服制剂和注射剂，个别用于静脉注射剂。2.非离子型表面活性剂（1）脂肪酸甘油酯2.非离子型表面活性剂例：脂肪酸单甘油酯脂肪酸二甘油酯特点：表面活性较弱，HLB为3～4，主要用做W/O型辅助乳化剂（2）多元醇型2.非离子型表面活性剂脂肪酸山梨坦聚山梨酯蔗糖脂肪酸酯①脂肪酸山梨坦（司盘型：Span）（2）多元醇型该表面活性剂为脂肪酸与山梨醇脱水而环合。span20（脱水山梨醇单月桂酸酯）span40(脱水山梨醇单棕榈酸酯)span60（脱水山梨醇单硬脂酸酯）span65（脱水山梨醇三硬脂酸酯）span80（脱水山梨醇单油酸酯）span85（脱水山梨醇三油酸酯）②聚山梨酯（Polysorbate）（吐温型：Tween）Tween20（聚氧乙烯脱水山梨醇单月桂酸酯）Tween40（聚氧乙烯脱水山梨醇单棕榈酸酯）Tween60（聚氧乙烯脱水山梨醇单硬脂酸酯）Tween80（聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯）Tween85（聚氧乙烯脱水山梨醇三油酸酯）由失水山梨醇脂肪酸酯与环氧乙烷反应生成的亲水性化合物。氧乙烯链节数约为20，可加成在山梨醇的多个羟基上。结构：由蔗糖分子中一个或数个羟基与脂肪酸（硬脂酸、软脂酸、棕榈酸等）酯化而成。SE是单酯、双酯及三酯的混合物，改变其比例，其亲水性就发生变化，HLB值5～13。由于SE分子中同时存在性质相反的两亲性基团结构，且保持一定的均衡性，因此具有较好的降低表面张力的作用。特点：是无毒、无味、无嗅、无刺激性，在体内能降解成脂肪酸和蔗糖，兼具营养价值。③蔗糖脂肪酸酯(sucroseesters，SE)（3）聚氧乙烯型脂肪酸酯型脂肪醇醚型2.非离子型表面活性剂脂肪酸酯型由聚乙二醇与长链脂肪酸缩合而成的酯，通式：RCOOCH2(CH2OCH2)nCH2OH；例：卖泽(Myrij)类，如聚氧乙烯40硬脂酸酯。种类：由于乙二醇部分的分子量和脂肪酸品种不同而有不同品种。特点：水溶性较强，乳化能力强，为O/W型乳化剂。2.非离子型表面活性剂脂肪醇醚型由聚乙二醇与脂肪醇缩合而成的醚，通式：RO(CH2OCH2)nH例：苄泽(Brij)类CremophoreEL为聚氧乙烯蓖麻油甘油醚，氧乙烯单位为35～40，HLB=12～14。2.非离子型表面活性剂泊洛沙姆，Poloxamer结构：由聚氧乙烯和聚氧丙烯聚合而成，结构式：HO-(C2H4O)a-(CHCH2(CH3)O)b-(C2H4O)a-H其中b至少为15，a为化合物总量的10~80％。特点：无毒、无抗原性、无致敏性、无刺激性、化学性质稳定、不溶血，能用于静脉注射乳剂的一种合成的乳化剂。2.非离子型表面活性剂（4）聚氧乙烯－聚氧丙烯型2.非离子型表面活性剂（4）聚氧乙烯－聚氧丙烯型1.离子表面活性剂2.非离子表面活性剂阴离子表面活性剂阳离子表面活性剂两性离子表面活性剂脂肪酸甘油酯多元醇型聚氧乙烯型聚氧乙烯－聚氧丙烯共聚物表面活性剂的分类相对分子质量在数千以上，或达数十万；分子内有极性和非极性部分。分为非离子型、阴离子型、阳离子型和两性离子型：聚氧乙烯聚氧丙烯二醇醚是非离子型：聚丙烯酸钠是阴离子型:聚-4-乙烯溴化十二烷基吡啶是阳离子型表面活性剂高分子型表面活性剂常用的水溶性高分子化合物：蛋白质、树脂、海藻酸钠、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺、聚乙二醇等。高分子型表面活性剂表面活性剂的概念、结构特征和分类表面活性剂的物理化学性质表面活性剂的生物学性质表面活性剂的应用表面活性剂表面活性剂的物理化学性质表面活性胶束（胶团）亲水亲油平衡值（HLB）克氏点和昙点表面活性剂的配伍表面活性剂的物理化学性质表面活性使液体表面张力降低的性质。影响表面活性的因素：浓度分子结构碳链的长短不饱和程度解离程度表面活性剂的物理化学性质表面活性胶束（胶团）亲水亲油平衡值（HLB）克氏点和昙点表面活性剂的配伍表面活性剂溶液表面吸附层结构示意图临界胶束浓度Ciriticalmicellconcentration（CMC）表面活性剂的物理化学性质胶束（胶团）临界胶束浓度(criticalmicelleconcentration)

表面活性剂在溶液中超过一定浓度时会从单体缔合成为胶态聚合物，即胶束(或称胶团)。开始形成胶束的浓度称为临界胶束浓度

(criticalmicelleconcentration)或称临界胶团浓度(CMC)。形成胶束后溶液的性质如渗透压、浓度、界面张力、摩尔电导等都存在突变现象。胶束的结构表面活性剂胶束CMC的测定表面张力法电导法染料吸收光度法荧光光度法核磁共振法AB影响CMC的因素表面活性剂的物理化学性质碳氢链链长碳氢链支链结构极性基团的位置亲水基团的种类疏水基团的种类与结构表面活性剂的种类温度表面活性剂混合体系添加物表面活性剂的物理化学性质表面活性胶束（胶团）亲水亲油平衡值（HLB）克氏点和昙点表面活性剂的配伍亲水亲油平衡值(hydrophile-lipophilebalance,HLB)表面活性剂分子中亲水和亲油基团对油或水的综合亲和力。规定：将表面活性剂的HLB值范围限定在0～40:非离子表面活性剂的HLB值范围为0～20；完全由疏水碳氢基团组成的石蜡的HLB＝0；完全由亲水性的氧乙烯基组成的聚氧乙烯的HLB＝20；既有碳氢链又有氧乙烯链的表面活性剂的HLB值介于两者之间。亲水亲油平衡值（HLB）根据HLB值可确定乳剂类型：HLB值小的油溶性乳化剂--W/O型乳剂HLB值较大的水溶性乳化剂--O/W型乳剂HLB值不能说明乳化能力的大小HLB值的理论计算法表面活性剂的HLB值是分子中各种结构基团贡献的总和，则每个基团对HLB值的贡献可以用数值表示，这些数值称为HLB基团数（groupnumber），按下式可求得：HLB=Σ(亲水基团HLB数)–Σ(亲油基团HLB数)+7

试计算十二烷基硫酸钠的HLB值？HLB值的理论计算法HLB值的理论计算法HLB=Σ(亲水基团HLB数)–Σ(亲油基团HLB数)+7

十二烷基硫酸钠的HLB值为：

HLB=38.7-（0.475×12）+7=40.0混合乳化剂的HLB值的计算非离子型表面活性剂的HLB值具有加和性：注意：该式不能用于混合离子型表面活性剂HLB值的计算。混合乳化剂的HLB值的计算例用40％司盘60(HLB=4.7)和60％的吐温60(HLB=14.9)组成的混合表面活性剂的HLB值是多少？HLBAB=4.7×40%+14.9×60%=10.82表面活性剂的物理化学性质表面活性胶束（胶团）亲水亲油平衡值（HLB）克氏点和昙点表面活性剂的配伍克氏点和昙点Krafft点十二烷基硫酸钠在水中的溶解度与温度关系克氏点和昙点Krafft点对于离子型表面活性剂，温度升高，表面活性剂的溶解度增加，当温度升高至某一温度时，其溶解度急剧升高，该温度成为Krafft点。注：Krafft点是离子型表面活性剂的特征值。Krafft点是离子表面活性剂的特征值；Krafft点是表面活性剂应用温度的下限，只有在温度高于Krafft点时表面活性剂才能更大程度地发挥作用。十二烷基硫酸钠的溶解度曲线思考题：在室温下，下列哪个表面活性剂作为增溶剂较好？为什么？十二烷基硫酸钠8℃十二烷基磺酸钠70℃Krafft点克氏点和昙点昙点（cloudpoint）对于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脱水和收缩，使增溶空间减小，增溶能力下降，表面活性剂溶解度急剧下降和析出，溶液出现混浊，这种因加热聚氧乙烯型非离子表面活性剂溶液而发生混浊的现象称为起昙，此时的温度称为浊点或昙点（cloudpoint）。克氏点和昙点聚氧乙烯链相同时，碳氢链越长，浊点越低；碳氢链长相同时，聚氧乙烯链越长则浊点越高。例：吐温20为90℃，吐温60为76℃，吐温80为93℃，大多数此类表面活性剂的浊点在70～100℃，但很多聚氧乙烯类非离子表面活性剂在常压下观察不到浊点，如泊洛沙姆108，泊洛沙姆188克氏点和昙点昙点（cloudpoint）表面活性剂的物理化学性质表面活性胶束（胶团）亲水亲油平衡值（HLB）克氏点和昙点表面活性剂的配伍表面活性剂的配伍与中性无机盐配伍有机添加剂水溶性高分子表面活性剂混合体系同系物非离子型与离子型阳离子型与阴离子型短链醇，与表面活性剂分子形成混合胶束，对碳氢化合物的增溶量增加；一些短链醇可能破坏胶束的形成，使CMC升高，如C1～C6的醇等；极性有机物如尿素、乙二醇等均升高表面活性剂的CMC，因为增加了表面活性剂的溶解度。明胶、PVA、PEG及PVP等水溶性高分子对表面活性剂分子有吸附作用，减少溶液中游离表面活性剂分子数量，CMC因此升高。阳离子表面活性剂与含羧基的羧甲基纤维素、阿拉伯胶、海藻酸以及含磷酸根的核糖核酸、去氧核糖核酸等生成不溶性复凝聚物。可溶性的中性无机盐的加入使离子表面活性剂的CMC降低，从而增加了胶束数量，增加了烃类增溶质的增溶量。不溶性无机盐如硫酸钡能化学吸附阴离子表面活性剂，使溶液中表面活性剂浓度下降。而皂土、白陶土、滑石粉等具负电荷的固体也可与阳离子表面活性剂生成不溶性复合物。表面活性剂的配伍表面活性剂混合体系同系物混合体系非离子型与离子型阳离子型与阴离子型

二个同系物等量混合体系的表面活性介于各自表面活性之间，而且更趋于活性较高的组分（即碳氢链更长的同系物），对CMC较小组分有更大的影响。混合体系的CMC与各组分摩尔分数不呈线性关系，也不等于简单加和平均值。容易形成混合胶束，CMC介于两种表面活性剂CMC之间或低于其中任一CMC。对于阴离子型表面活性剂──聚氧乙烯型非离子表面活性剂体系，当聚氧乙烯数增加时，可能发生更强的协同作用，而电解质的加入可使协同作用减弱。疏水基相同的聚氧乙烯型非离子表面活性剂，与阴离子型表面活性剂配伍的协同作用强于与阳离子的配伍。由于强烈的静电中和形成溶解度很小的离子化合物，从溶液中沉淀出来。在水溶液中，带有相反电荷的离子型表面活性剂的适当配伍可形成具有很高表面活性的分子复合物，对润湿、增溶等有增效作用。如辛基硫酸钠与溴化辛基三甲铵以1:1配伍时，复合物的CMC仅为两种表面活性剂CMC的1/20～1/35。两种离子型表面活性剂的碳氢链长度越相近以及碳氢链越长，增溶作用也越强。表面活性剂的概念、结构特征和种类表面活性剂的物理化学性质表面活性剂的生物学性质表面活性剂的应用表面活性剂对药物吸收的影响表面活性剂的毒性表面活性剂的刺激性与蛋白质的相互作用表面活性剂的生物降解表面活性剂的生物学性质对药物吸收的影响可增进药物的吸收也可降低药物的吸收药物在胶束中的扩散、生物膜的通透性改变、对胃空速率的影响、粘度等。表面活性剂的生物学性质对药物吸收的影响促进药物吸收机制：与生物膜融合性△C增加屏障的通透性表面活性剂的生物学性质表面活性剂的毒性阳离子型>阴离子型>非离子型表面活性剂的生物学性质例：0.001%SDS溶液就有强烈的溶血作用。溶血作用阴离子型>阳离子型>非离子型非离子表面活性剂的溶血作用较轻微，聚氧乙烯烷基醚>聚氧乙烯烷芳基醚>聚氧乙烯脂肪酸酯>吐温类吐温20>吐温60>吐温40>吐温80一般吐温类表面活性剂只用于某些肌肉注射液中。表面活性剂的刺激性各类表面活性剂都可外用，但长期应用或高浓度使用可能出现皮肤或粘膜损害。例：季铵盐类化合物浓度高于1%即可对皮肤产生损害十二烷基硫酸钠产生损害浓度为20%以上。一些聚氧乙烯醚类表面活性剂浓度在5%以上即产生损害作用。与蛋白质的相互作用蛋白质发生解离带有电荷，可与阳离子或阴离子表面活性剂发生电性结合。表面活性剂可破坏蛋白质二维结构中的盐键、氢键和疏水键，从而使蛋白质各残基之间的交联作用减弱，螺旋结构变得无序或受到破坏，最终使蛋白质发生变性。表面活性剂的生物学性质表面活性剂的生物降解利用微生物把表面活性剂分解转化为CO2和水的过程：改变物质特性的初级生物降解；转变成二氧化碳和水等无机物的最终生物降解。世界经合组织规定：初级生物降解>80%，最终生物降解>70%的表面活性剂才允许使用。表面活性剂的概念、结构特征和种类表面活性剂的物理化学性质表面活性剂的生物学性质表面活性剂的应用表面活性剂增溶剂（solubilizers）乳化剂（emulsifier）润湿剂（wetters）起泡剂与消泡剂（foamingagentandantifoamingagent）去污剂（decontaminatingagent）消毒剂和杀菌剂（decontaminantanddisinfectant）表面活性剂的应用1.

增溶剂（solubilizers）表面活性剂达到或超过CMC后，形成的胶束能够增加难溶于水的物质的溶解度，称为增溶作用。表面活性剂----增溶剂（solubilizers）被增溶物----增溶质（solubilizates）最大增溶量----1g增溶剂能增溶药物的最大克数。SchematicrepresentationofsitesofsolubilisationinIonicandnon-ionicmicelles:(a)non-polarsolubilisate;(b)amphipathicsolubilisate;(c)Slightlypolarsolubilisate;(d)polarsolubilisateinpolyoxyethyleneshellofanon-ionicmicelle增溶方式ABCD影响增溶作用的因素：增溶剂的性质药物的性质温度增溶剂的用量及加入方法添加物的影响1.

增溶剂（solubilizers）影响增溶作用的因素：1.

增溶剂（solubilizers）胶束增溶剂的性质表面活性剂的种类与分子量大小：碳链越长，增溶量越大；非离子型表面活性剂强极性和非极性药物低极性药物HLBHLB影响增溶作用的因素：1.

增溶剂（solubilizers）药物的性质极性分子量越大体积越大增溶量解离度多组分增溶影响增溶作用的因素：1.

增溶剂温度昙点Krafft点影响增溶作用的因素：1.

增溶剂增溶剂的用量及加入方法溶剂增溶剂增溶质薄荷油-吐温20-水三元相图（20℃）影响增溶作用的因素：1.

增溶剂增溶剂的用量及加入方法先将药物与增溶剂混合、溶解，然后再加水稀释，能较好溶解，增溶量大。在增溶药物时，达到增溶平衡时往往需要较长的时间。影响增溶作用的因素：1.

增溶剂添加物的影响中性无机盐有机物增溶剂（solubilizers）乳化剂（emulsifier）润湿剂（wetters）起泡剂与消泡剂（foamingagentandantifoamingagent）去污剂（decontaminatingagent）消毒剂和杀菌剂（decontaminantanddisinfectant）表面活性剂的应用乳化剂（emulsifier）表面活性剂的应用O/WW/O内相外相内相外相水包油油包水乳化膜向表面张力较大的一面弯曲，即内相具有较高的表面张力。亲水基大于亲油基O/W亲油基大于亲水基W/O表面活性剂的应用乳化剂（emulsifier）增溶剂（solubilizers）乳化剂（emulsifier）润湿剂（wetters）起泡剂与消泡剂（foamingagentandantifoamingagent）去污剂（decontaminatingagent）消毒剂和杀菌剂（decontaminantanddisinfectant）表面活性剂的应用润湿作用：促进液体在固体表面铺展或渗透的作用。润湿剂：能起润湿作用的表面活性剂。表面活性剂，降低表面张力润湿剂，HLB7~9表面活性剂的应用润湿剂（wetters）增溶剂（solubilizers）乳化剂（emulsifier）润湿剂（wetters）起泡剂与消泡剂（foamingagentandantifoamingagent）去污剂（decontaminatingagent）消毒剂和杀菌剂（decontaminantanddisinfectant）表面活性剂的应用泡沫：气体分散在液体中的分散体系。起泡剂：表面活性剂通常有较强的亲水性和较高的HLB值，在溶液中可降低液体的界面张力而使泡沫稳定，这些物质即为“起泡剂”。消泡剂：表面活性剂可与泡沫液层争夺液膜表面而吸附在泡沫表面上，代替原来的起泡剂，而其本身并不