烷基糖苷是什么

 【概述】

烷基糖苷（AlkylPolyglycoside，APG）是一种温和型非离子表面活性剂，由天然可再生资源脂肪醇和葡萄糖在酸性催化剂下脱水生成，具有良好的生物降解性，有利于环境保护，是国际公认的首选“绿色”功能性表面活性剂。其具有泡沫丰富细腻、稳泡性能好、较强的配伍性、协同效应明显、较强的广谱抗菌活性、耐强碱以及抗盐性强等诸多优点。因此,烷基糖苷的应用领域非常广泛,如洗涤剂、化妆品、生化、食品添加剂、农药增效剂等领域。

【性能】

1.物理性状以及溶解性能 APG产品多制成50%～70%的水溶液,纯APG为白色粉末,实际产品为奶油色,淡黄色至琥珀色。它的物理性质与合成时所用烷基碳链、糖的种类以及聚合度等密切相关,其熔点随产品分子中碳链的增长而升高,甚至有的高烷基糖苷还没融化时就开始分解了,说明烷基糖苷受热易分解和变色。APG是吸潮固体,一般溶解于水,较易溶于常用有机溶剂,在酸、碱性溶液中呈现出优良的相容性、稳定性和表面活性,尤其在无机成分较高的活性溶剂中。

2.生物降解性 能够被微生物降解是防止表面活性剂在环境中累积达到危险浓度的重要消除机制。烷基糖苷是以淀粉及其水解产物与脂肪醇为原料合成的。烷基糖苷在自然界中能够完全被生物降解,不会形成难于生物降解的代谢物,从而避免了对环境造成新的污染。

3.去污能力 表面活性剂的去污能力是随着离子类型、洗涤条件、污垢类型的变化而变化的。涤/棉上的皮脂污垢对非离子洗涤剂敏感,APG与脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠盐(AES)的去污效果相当,而且优于直链烷基苯磺酸钠(LAS)、AS和SAS。

4.表面活性 脂肪醇烷基碳链提供非极性的亲油基团,因此通常烷基碳链长度大于8个碳的烷基糖苷才具有表面活性和临界胶束浓度(CMC),而且随着烷基碳链的增长,其表面张力明显降低,CMC值也随之降低,说明其活性显著提高。据文献报道,APG与脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)、LAS进行实验比较,得出十二脂肪醇烷基糖苷具有很好的表面活性。

【制备方法】

(1)Fischer法 此反应是以醇为溶剂，制成糖在醇中的溶液或悬浮液，在酸催化的条件下进行反应，产物是多种异构体的混合物，包括环元数不同、端基异构产物以及少量链型糖。而以己糖为原料时，反应时间较短时主要生成呋喃糖，反应时间较长时则主要产生吡喃糖。长时间反应也会使产物转变为热力学上更为稳定的α-端基异构体。

图1为Fischer法反应方程式

(2)Ferrier重排反应 如图所示，该方法的基本步骤为：

1、首先在乙酸钠的存在下用乙酸酐将葡萄糖或者寡聚糖乙酰化；

2、然后用溴取代糖环端位的羟基；

3、用Cu-Zn催化剂作用并加热，脱去溴化氢，使该部位形成双键；

4、引入脂肪醇，以BF3-Et2O为催化剂；

5、在铂催化下进行加氢还原；

6、用甲醇钠和甲醇处理。以此方法合成的烷基糖苷在糖环的2、3位少了两个羟基，约94%为α构型，约有6%的β构型。

图2为Ferrier重排反应的反应方程式

(3)四卤化锡法 先用乙酸酐和无水乙酸钠将葡萄糖乙酰化，然后以路易斯酸为催化剂，借助于四卤化锡将脂肪醇导入糖环的端位羟基，然后再用甲醇将乙酰化烷基多糖苷醇解，分离后得到烷基糖苷。

图3为四卤化锡法的反应方程式

(4)Koenigs-Knorr法 先将葡萄糖与乙酸酐进行乙酰化，再用溴化氢将之转变为溴代葡萄糖四乙酸酯，将反应物水解之后得到烷基葡糖苷。该方法可以制得反式烷基单葡糖苷。

图4为Koenigs-Knorr法的反应方程式

【应用】　

1.日化领域

目前烷基糖苷在洗涤剂、化妆品等日化工业领域的用途最为广泛。

（1）洗涤剂 在传统餐具洗涤剂中是以LAS/AEO或AES为主成分,还需加入较多有一定毒性的助溶剂以改善溶解性及温和性,配方去污力强,但脱脂强。LAS/APG混合物则表现优异的协同效应,泡沫优于单一组分,抗硬水性好,对皮肤温和,用后手感舒适,易漂洗不留痕迹。最近报道,APG不仅能作为一种辅助表面活性剂,而且更适合用于餐具洗涤剂中作主表面活性。在洗衣粉中,使用APG代替AEO或部分LAS能在保持原有洗涤力的同时,明显改善温和性、抗硬水性和对皮脂污垢的洗涤性。在液体洗涤剂中以APG代替AES,可用于各种织物的清洗,有效地去除泥土和油污,同时具有柔软、抗静电及防缩功能,在硬水中使用仍具有优良的去污力。

（2）化妆品 APG可在较大的温度范围内作较长时间的存放,同时,具有增湿的功能,完全符合化妆品用活性组分的性能要求。国内外已将APG作为活性组分制成化妆品,这类新型化妆品显示出良好的皮肤保湿性和皮肤养护性能。目前人体用清洗剂中仍存在一些质量问题,其中最为严重的是含有超标的有毒物质,如Hg、Pb及As等,不仅严重损害了皮肤及头发,也污染了环境。以APG为基剂制成的新一代香波和浴液起泡力大,泡沫洁白、细腻,对皮肤有柔软作用,对眼睛无刺激,对环境无污染,耐硬水性良好,具有良好的调养和养护功能,特别适合制备高档盥洗用品。APG在强酸、强碱和高浓度电解质中性能稳定、腐蚀性小,还可作通用清洗剂、浴器清洗剂、玻璃清洗剂、地板保护用品和家具保护用品等。

2.食品加工业

作为食品毒理检测表明,烷基糖苷可作为乳化剂、防腐剂、发泡剂、分散剂、润湿剂、增稠剂、消泡剂和破乳剂等,并有使食品组分混合均匀和改善食品口味的功能,在食品加工中具有广阔的应用前景。其品种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剂,烷基糖苷与这些表面活性剂有相同或相近的性质。烷基糖苷还具有良好的亲水性(HLB10～19),以烷基糖苷作为食品乳化剂不仅解决了我国食品乳化剂只有亲油性(HLB5～9)产品的问题,也增加了产品品种。

3.农业

APG有很好的湿润和渗透性质,它是非离子表面活性剂,对高浓度电解质不敏感,并且APG与聚氧乙烯型非离子表面活性剂不同的是,它没有逆相浊点,因此适合农业应用。APG作为农药增效剂具有可生物降解、不污染农作物和土地以及吸湿性好等特点,适宜作农药乳化剂,并可调整土壤湿度,对除草剂、杀虫剂和杀菌剂有显著的增效作用。它也可用于土壤中起固氮的作用,也可将C8～C22的APG作为防腐剂用于谷物、鱼和肉类产品及花卉的保鲜。在生产农业用塑料大棚时,在塑料制品中加入APG作助剂生产的塑料薄膜,可起到稳定和阻燃作用,防雾效果尤佳。

4.生化领域

由于APG具有临界胶束浓度高、紫外光透过率高及不使蛋白质变性等优点,因此,在生物化工中用APG参与细胞色素C、RNA聚合酶、视紫红质及脂肪酸的精制加工,并且尚有深入应用的潜在可能。生物生命科学为人类生存长寿的“热门学科”,上述APG应用增添了“绿色”产品的使用效果,意义深远。

5.在石油工业中的应用

烷基葡萄糖苷近年来被发现具有降低水活度、改变页岩孔隙流体流动状态的作用,因此最初被作为抑制剂使用。但实验结果表明,这种材料加入到钻井液以后,体系具备了部分油基钻井液的特点,如润滑性好、抑制能力强、抗污染能力强及良好的储层保护作用等特点。APG能与其他水溶性聚合物相互作用而达到降滤失效果。实验数据表明,APG可以拓宽天然聚合物钻井液使用的温度限定范围,且可生物降解,有利于环境保护,因此,具有比较广阔的应用前景。在三次采油中,使用C12～C16APG复配溶液为躯替液,实验观察发现,随着烷基链的增长,APG的驱替效果明显增强,与水驱相比,能使原油采收率提高。

6.在纤维和纺织工业中的应用

纺织印染行业中,若对绢纤维精炼去除胶丝蛋白过度,会损害绢纤维的强度、光泽和柔软度,若加入APG可以防止过精炼。另外,以烷基糖苷为非离子的表面活性剂主体组分,适当添加各种助剂,开发无磷、无烷基酚聚氧乙烯醚类的绿色环保型三合一高效精炼剂,可用于纯棉织物高效短流程前处理工艺中。

7.在造纸工业中的应用

造纸工艺的许多工序都使用表面活性剂,如用烷基糖苷处理可改善纸张的上胶剂效果。此外,由于世界范围内造纸原生纤维原料日趋紧张,以及环保意识的日益增强,近年来,利用废纸作为造纸原料已成为一项国际性的运动,国内外许多工作者对废纸再生进行了大量的研究。有文献报道,利用表面活性剂烷基糖苷与其他表面活性剂进行复配,对废报纸进行实验室浮选脱墨应用研究,利用正交实验进行配比优化,选择出适合的脱墨配方及工艺。

8.在医药中的应用

APG具有广谱的抗菌活性,对革兰氏阴性菌、阳性菌和真菌,C8～12APG都有抗菌活性,并随烷基碳原子数增加活性增加,因此可作卫生清洗剂。烷基多苷与中草药配伍,利用其优良配伍性和对皮肤无刺激性等优良性能,制备有止痒疗效的保健护肤品,得到外观稳定和药性优良的配方。

9.衍生物的应用

APG是一个多官能团化合物,可作为表面活性剂直接使用,但是目前烷基糖苷的成本较高,限制了它在低档产品中的使用。同时,它的一些性能还需要改善,因此,可利用其糖单元上的羟基活性进行化学改性。近年来,国内外对APG衍生物的研究十分活跃。非离子衍生物主要为APG与脂肪酸酯、醚型和环氧乙烷(EO)/环氧丙烷(PO)的加合物等;阴离子衍生物是利用氨基磺酸、氯磺酸对APG磺化生成APG硫酸盐,以提高APG的水溶性;两性和阳离子衍生物可由APG与丙烯氰化反应,加氢生成3-氨基丙基APG,如与氯乙酸钠反应可得两性衍生物,与硫酸二甲酯季铵化可得阳离子衍生物,它们具有两性和阳离子表面活性及APG的特性,具有广泛用途。

10.对赤潮生物的治理

APG是一种应用广泛的环保型表面活性剂,有文献首次将其应用于赤潮生物治理的实验研究,发现烷基糖苷在一定浓度范围内对赤潮生物的生长有明显抑制作用,进一步增大烷基糖苷的用量,可以使藻细胞丧失运动性、细胞破裂乃至溶解消失。可见,烷基糖苷作为除藻剂在赤潮治理中具有一定应用前景。

11.其他用途

在建筑制模时,APG可用作破乳剂、增稠剂、分散剂和防尘剂。此外,通过对它们进行复配以及利用微乳液技术,还可以应用于材料科学,如在纳米材料合成中作为微反应器合成纳米材料。

【主要参考资料】

[1]尚会建,段晓娜,李慧,孙羊羊,郑学明.烷基糖苷研究现状及展望[J].现代化工,2013,33(11):28-30+32.

[2]董万田.烷基糖苷的性能及应用[J].应用化工,2008(06):683-684.

[3]孙傲. 烷基糖苷类钻井液乳化剂的合成与性能评价[D].东北石油大学,2015.

[4]郑艳,蒲晓林,白小东.烷基糖苷发展现状及新进展[J].日用化学品科学,2006(05):4-7.