Гидротроп — это соединение, которое солюбилизирует гидрофобные соединения в водных растворах способами, отличными от мицеллярной солюбилизации . Обычно гидротропы состоят из гидрофильной части и гидрофобной части (подобно поверхностно-активным веществам ), но гидрофобная часть, как правило, слишком мала, чтобы вызвать спонтанную самоагрегацию. Гидротропы не имеют критической концентрации , выше которой самоагрегация начинает происходить спонтанно (как обнаружено для мицелло- и везикулообразующих поверхностно-активных веществ, которые имеют критическую концентрацию мицелл (КМЦ) и критическую концентрацию везикул (КВЦ)). Вместо этого некоторые гидротропы агрегируют в процессе ступенчатой самоагрегации, постепенно увеличивая размер агрегации. Однако многие гидротропы, по-видимому, вообще не самоагрегируют, если не был добавлен солюбилизат. Примерами гидротропов являются мочевина , тозилат , кумолсульфонат и ксилолсульфонат.
Термин гидротропия был первоначально предложен Карлом Нойбергом [1] [2] для описания увеличения растворимости растворенного вещества путем добавления довольно высоких концентраций солей щелочных металлов различных органических кислот. Однако этот термин использовался в литературе для обозначения не образующих мицеллы веществ, как жидкостей, так и твердых веществ, способных растворять нерастворимые соединения.
Химическая структура обычных гидротропных солей Нойберга (прототип, бензоат натрия ) обычно состоит из двух основных частей: анионной группы и гидрофобного ароматического кольца или кольцевой системы. Анионная группа участвует в обеспечении высокой растворимости в воде, что является предпосылкой для гидротропного вещества. Тип аниона или иона металла, по-видимому, оказывает незначительное влияние на это явление. [1] С другой стороны, планарность гидрофобной части была подчеркнута как важный фактор в механизме гидротропной растворимости [3] [4]
Для образования гидротропа ароматический углеводородный растворитель сульфируется, создавая ароматическую сульфоновую кислоту . Затем ее нейтрализуют основанием . [ 5]
Добавки могут либо увеличивать, либо уменьшать растворимость растворенного вещества в данном растворителе. Говорят, что эти соли, которые увеличивают растворимость, «засаливают» растворенное вещество, а те соли, которые уменьшают растворимость, «высаливают» растворенное вещество. Эффект добавки во многом зависит от того, какое влияние она оказывает на структуру воды или ее способности конкурировать с молекулами растворенной воды. [6] Удобную количественную оценку эффекта добавки растворенного вещества на растворимость другого растворенного вещества можно получить с помощью уравнения Сетчетова: [7]
где
Гидротропы используются в промышленности и торговле в чистящих средствах и средствах личной гигиены, чтобы обеспечить более концентрированные формулы поверхностно-активных веществ. Ежегодно в США производится (т. е. изготавливается и импортируется) около 29 000 метрических тонн. [5] Ежегодное производство (плюс импорт) в Европе и Австралии составляет приблизительно 17 000 и 1 100 метрических тонн соответственно. [8] [9]
Обычные продукты, содержащие гидротропы, включают моющие средства для стирки, очистители поверхностей, средства для мытья посуды, жидкие мыла, шампуни и кондиционеры. [5] Они являются связующими агентами, используемыми в концентрациях от 0,1 до 15% для стабилизации формулы, изменения вязкости и точки помутнения, уменьшения разделения фаз при низких температурах и ограничения пенообразования. [9]
Было показано, что аденозинтрифосфат (АТФ) предотвращает агрегацию белков при нормальных физиологических концентрациях и примерно на порядок эффективнее ксилолсульфоната натрия в классическом гидротропном анализе. [10] Было показано, что гидротропная активность АТФ не зависит от его активности в качестве «энергетической валюты» в клетках. [10] Кроме того, была показана функция АТФ как биологического гидротопа на уровне протеома в условиях, близких к нативным. [11] Однако в недавнем исследовании гидротропные возможности АТФ были поставлены под сомнение, поскольку он обладает сильными высаливающими характеристиками из-за своей трифосфатной части. [12]
Гидротропы имеют низкий потенциал биоаккумуляции , так как коэффициент распределения октанол-вода составляет <1,0. [5] Исследования показали, что гидротопы очень слабо летучи, с давлением паров <2,0x10-5 Па. [5] Они аэробно биоразлагаемы. Удаление через вторичный процесс очистки сточных вод активированным илом составляет >94%. [9] Исследования острой токсичности на рыбах показывают LC50 >400 мг активного ингредиента (а.и.)/л. Для дафний EC50 составляет >318 мг а.и./л. Наиболее чувствительным видом являются зеленые водоросли со значениями EC50 в диапазоне 230–236 мг а.и./л и концентрациями, не вызывающими наблюдаемого эффекта (NOEC), в диапазоне 31–75 мг а.и./л. [9] Было обнаружено, что водная прогнозируемая концентрация, не вызывающая эффекта (PNEC), составляет 0,23 мг а.и./л. [8] Было установлено, что прогнозируемое отношение концентрации в окружающей среде (PEC)/PNEC составляет < 1, и, следовательно, гидротропы в бытовых моющих и чистящих средствах не представляют опасности для окружающей среды. [5] [8]
Суммарное воздействие на потребителей (прямой и косвенный контакт с кожей, проглатывание и вдыхание) оценивается в 1,42 мкг/кг массы тела в день. [8] Было показано, что сульфонат кальция ксилена и сульфонат натрия кумола вызывают временное, легкое раздражение глаз у животных. [9] Исследования не обнаружили, что гидротропы являются мутагенными, канцерогенными или имеют репродуктивную токсичность. [9]
