Ланге К.Р. Поверхностно-активные вещества: синтез, свойства, анализ, применение

Подождите немного. Документ загружается.

Методы анализа ПАВ

131

рида [59], фталевого ангидрида [59] и пиромеллитового ангидрида [60]. Неудобство

данных методов в их продолжительности и использовании ядовитых реагентов. По

этим причинам для анализа все чаще используется метод ИК-спектроскопии ближней

и средней области.

Несмотря на преимущества спектроскопии в ближней ИК-области. следует заме-

тить,

что в данном случае перед анализом образца требуется проведение тщательной

калибровки. Более того, присутствие в образце полиэтилен- или полипроппленглико-

ля может ограничить воспроизводимость гидроксильного числа по отношению к дли-

не цепи оксида этилена. Для образцов, содержащих аминогруппы, используются стан-

дартные методы определения первичных, вторичных и третичных аминов. Общее

содержание аминов определяется титрованием соляной кислотой в спирте, либо пер-

хлорной кислотой в уксусной кисуюте. Первичные амины взаимодействуют с салици-

ловым альдегидом с образованием комплексов, не титруемых соляной кислотой. Тит-

рование в таких условиях дает суммарное содержание вторичных и третичных аминов

в образце. Первичные и вторичные амины взаимодействуют с уксусным ангидридом

или фен ил изоци анатом с образованием соединений, не титруемых кислотой. Проводя

такую реакцию, титрованием кислотой определяют только содержание третичных

аминов. В результате можно легко сосчитать относительные концентрации первичных,

вторичных и третичных аминов в образце.

Отличительной особенностью аддуктов ОЭ и ОП является снижение их раствори-

мости при повышенных температурах (относительно комнатной температуры). При

определенной температуре растворы алкоксилатов становятся мутными, что можно

соотнести с содержанием ОЭ или ОП. Если выявлено низкое молярное содержание

этоксилатов, то анализ проводят в системах вода-спирт, в противоположном случае

—

для обнаружения точки помутнения ниже 100 °С необходимо использовать водные

растворы натрий хлорида [61]. Из-за нестрогого контроля за условиями протекания

реакции в ходе алкоксилировання могут образовываться карбоксильные группы. Чис-

ло карбоксильных групп определяется по интенсивности образования окрашенного

комплекса с 2,4-динитрофенилгидразином. Степень точности определения при фото-

метрическом анализе на длине волны 480 нм составляет 10 ррт (как для ацетальдеги-

да) [62].

Еще одна часто встречаемая в неионогенных ПАВ примесь

—

это полиэтиленгли-

коль.

Для определения содержания этой примеси образец, как правило, растворяют в

водном растворе натрий хлорида, который впоследствии экстрагируют этилацетатом.

Слой этилацетата затем еще раз экстрагируют раствором натрий хлорида. Далее ра-

створ натрий хлорида экстрагируется хлороформом. Слой хлороформа упаривают

досуха, и сухой остаток экстрагируют ацетоном для удаления проэкстрагированных

солей. Остаток после выпаривания ацетона соответствует содержанию полиэтилен-

гликоля в исходном образце [63]. Также была разработана технология определения

сорбита в сложных эфирах сорбита

[2],

которая заключается в омылении эфиров сор-

битана, после чего выделенный сорбит окисляется перйодной кислотой. Результатом

является образование четырех молекул муравьиной кислоты и двух молекул фор-

мальдегида, которые могут быть измерены количественно.

Проводить газохроматографический анализ этоксилатов спиртов или алкилфе-

нолов с относительно короткой оксиалкиленовой цепью можно без предварительно-

го получения летучих производных. Для общего анализа неионогенных ПАВ с более

132 Глава 4

длинной оксиалкиленовой цепочкой рекомендуется проводить предварительную мо-

дификацию. Для анализа природы гидрофобной части следует предварительно уда-

лить оксиалкиленовую цепь бром- или йодоводородной кислотой. Разделение полу-

чаемых таким образом а л кил йод ид о в или бромидов достигается подбором полярно-

сти стационарной фазы в газовой хроматографии. Альтернативный метод разруше-

ния оксиалкиленовых аддуктов включает реакцию с ацетилхлоридом и хлоридом

железа (П) [64]. Образующийся продукт содержит уксусный эфир гидрофобной ча-

сти молекулы и хлорэтил- или хлорпрогшлацетат, количественное содержание кото-

рых может быть определено для расчета содержания алкиленоксида в исходном об-

разце.

Алканоламиды в некоторых случаях могут быть проанализированы прямым вво-

дом в хроматограф [65]; однако лучшее разрешение достигается при приготовлении

перед вводом триметилсилильных производных

[66].

Для получения более подробной

информации по распределению жирных кислот по длинам цепей, рекомендуется про-

вести кислотный или щелочной гидролиз с последующим получением метиловых эфи-

ров жирных кислот. Прямой ввод в хроматограф этоксилированных аминов обес-

печивает полезную информацию в случае низкого содержания оксида этилена [67],

но если уровень этоксилирования высокий, рекомендуют предварительное получе-

ние триметилсилильных производных [68], либо расщепление бромводородной кис-

лотой [69].

Возможность появления остаточных количеств ОЭ и/или ОП и диоксана в неио-

ногенных ПАВ привела к разработке ряда новых методик, В относительно высоких

концентрациях указанных веществ возможен анализ при прямом вводе образца в газо-

вый хроматограф. Для измерения небольших значений чувствительность повышается

анализом газа над образцом, давая точную и надежную информацию о разновидностях

имеющихся продуктов методом газовой хроматографии.

Неионогенные ПАВ можно легко проанализировать высокоэффективной гельпро-

никающей хроматографией. Разделение с использованием в качестве подвижной фазы

органических растворителей в большинстве случаев обеспечивает получение коррект-

ных значений молекулярных масс, но такое разрешение не позволяет разделять оли-

гомеры алкиленоксида. Калибровку часто проводят по серии хорошо изученных по-

ли (этиленгликолей). Для разделения применяются как нормально-фазовые, так и

обращенш-фазовые режимы ВЭЖХ [70]. Для низкомолекулярных аддуктовэтокси-

латов алкилфенолов рекомендуется использовать колонки LiChrosorb (зарегистриро-

ванная торговая марка компании Merck) и флуоресцентный детектор, в то время как

для высокомолекулярных аддуктов успешно применяются колонки с носителем, со-

держащим аминогруппы с УФ-детектором [72]. Вероятно, наиболее простой способ

для анализа этоксилатов алкилфенолов заключается в использовании колонок C

илиОю/в обращен но-фазовом режиме с УФ-детектированием*. Было описано разде-

ление, в котором градиент элюирования давал разрешение, позволяющее разделять

олигомеры алкиленоксида вплоть до 50 молей ОЭ.

В отличие от алкоксилатов алкилфенолов этоксилаты жирных спиртов не облада-

ют УФ-активными хромофорами. В данном случае градиент элюирования будет полу-

чен использованием газообразующего детектора светорассеивания. Либо могут быть

* Позволяет разделять аддукты ло степени оке и оттитрования 18 Соединения с более длинными

цепями представлены в виде смесей,

—

Прим науч. ред.

Методы анализа ПАВ

133

получены УФ-активные производные на основе фенилизоцианата или 3,5-динитро-

бензоил хлорида [73].

Этоксилаты аминов можно разделить по длинам алкильных цепей в нормально-

фазовом режиме и по длинам ОЭ-цепей в обращенно-фазовом режиме [74]. Алкано-

ламиды делят с использованием колонок TSK

Gel[75]

(Toya

Soda

Mes. Co. Ltd)

aNucleosil

[76] (зарегистрированная торговая марка компании

Mackerey

Nagel

Co.). Определение

содержания поли(этиленгликоля), получаемого при производстве неионогенных ПАВ,

можно провести с использованием катионобменных колонок [77], либо колонок С

разделяющих аддукты до степени этоксирования 18 [78]. При анализе этоксилирован-

ных аминов поли(этиленгликоль) выделяют методом ионобменной хроматографии, и

в последствии исследуют гельпроникающей хроматографией или ВЭЖХ. Обычно

число молей ОЭ в примеси поли(этиленгликоле) совпадает со средним числом молей

ОЭ,

введенных в гидрофобную часть молекулы. Примеси альдегидов, присутствую-

щие в некоторых неионогенных ПАВ, могут быть оценены получением 2,4-динитрофе-

нилгидразиновых производных и отделены в обращенно-фазовом режиме на колон-

ках С

с УФ-спектроскопией [79].

Для анализа неионогенных ПАВ весьма полезна спектроскопия ядерного магнитно-

го резонанса. При возможности снятия ПМР или

С ЯМР спектра можно получить

информацию о структуре гидрофобной части молекулы. Кроме того, из спектра мож-

но определить соотношение гидрофобной части и ОЭ и/или ОП-части молекулы [57],

как и наличие первичных и вторичных гидроксильных групп. Другим методом опреде-

ления вторичных и первичных гидроксильных групп является спектроскопия ЯМР

фтора-19 [57] с предварительным приготовлением трифторуксусных эфиров. Масс-

спектральные данные для определенных неионогенных ПАВ могут быть получены при

бомбардировке быстрыми атомами (FAB) в режиме положительных ионов. Таким об-

разом, изучены кластеры отдельных гомологов алкиленоксида с протонами, натриевы-

ми или калиевыми ионами. MALDI-TOFмасс-спектры дают информацию о распреде-

лении по гомологам, по серии отдельных пиков с массовым числом 44, отвечающим

отдельной молекуле ОЭ.

Большинство катионных ПАВ представлено жирными четвертичными аммониевыми

солями. Обычно аммониевые соли жирных кислот дегидратируются до соответствую-

щих жирных амидов. Гидрогенизация жирных амидов приводит к образованию жир-

ных нитрилов, которые в последствии восстанавливаются до соответствующих жир-

ных аминов. В зависимости от условий реакции могут быть получены моно-, ди- и

триал кил жирные амины. Стандартными кватернизирующими агентами для жирных

аминов являются метил-, бензилхлорид и диметилсульфат.

Одним из наиболее часто применяемых методов определения катионных ПАВ яв-

ляется метод двухфазного титрования, описанный для анионных ПАВ [14]. В данном

случае типичным титрантом является лаурилсульфат. В число используемых красите-

лей входят Метиленовый Синий, Дисульфиновый Синий УМплюс Бромид Димиди-

ума [СЮ], Лазурный Эриохром В, Нейтральный Красный и Виктория Голубой В. Ус-

тановлено, что двухфазное титрование натрий тетрафенилборатом при рН = 6,0 с

Катионные ПАВ

134

Глава 4

тетрабромфенолфталеинэтилэфирным индикатором дает успешные результаты. Кро-

ме того, титрование при рН = 3,0 с Метиловым Оранжевым и Бромфеноловым Синим

дает возможность получать уникальные результаты [80]. Все четвертичные аммоние-

вые соединения и вещества со слабо- и сил ьновыраженным основным свойством ато-

ма азота титруются при рН =3,0. ПрирН = 10,0 титруются только четвертичные аммо-

ниевые соединения, не имеющие в своем составе ароматического кольца.

Общая концентрация катионных ПАВ в воде определяется в виде комплекса с Ди-

сульфиновым Синим. Его экстрагируют хлороформом и измеряют интенсивность ок-

раски при 628 нм [81]. При комплексообразовании с Хромотропом 2В появляются

дополнительные возможности уменьшить влияние неионогенных ПАВ, присутствую-

щих в образце. Стандартные тесты контроля качества включают определение цвета

образца, общего количества хлорид- или метилсульфатионов, содержания галоидгид-

ридов аминов, нелетучих соединений, а также свободных аминов. Среднее рН катион-

ных ПАВ также часто определяется для 5-10% растворов в чистой воде или смеси

спирт/вода [83].

Вследствие низкой летучести и термической нестабильности прямой анализ кати-

онных ПАВ методом газовой хроматографии не возможен. Расщепление по Гофману

[84] алкилтриметиловых и диалкилдиметиловых четвертичных аммониевых соеди-

нений приводит (с хорошей воспроизводимостью результатов) к образованию алкил-

аминов и а-олефинов. В случае бензалкильных четвертичных аммониевых соедине-

ний образуются алкиламин и бензилметилалкиламины [85]. Жирные амины в глици-

натах были проанализированы путем прямого ввода в газовый хроматограф [86], тогда

как обычно длинноцепные амины должны быть предварительно превращены в триме-

тилсилильные эфиры или трифторацетатные производные [87]. В случае оксидов ами-

нов прямой ввод ведет к образованию а-олефинов и третичных аминов [88], в то вре-

мя как смесь оксидов аминов с трифенилфосфином приводит к образованию лишь

третичных аминов [89].

Катионные ПАВ и предшествующие их образованию амины могут анализировать-

ся методом ВЭЖХ. При наличии соответствующего хромофора обычно использует-

ся обращенно-фазовый режим с УФ-спектроскопией, который не может применять-

ся лишь в случаях отсутствия функциональных групп, способных к поглощению.

Отмечалось, что использование цианоколонок с системами вода/ацетонитрил, мета-

нол или изопропанол плюс неорганический модификатор дает превосходное разре-

шение и формы пиков [90]. Образующиеся амины, как промежуточные соединения,

успешно анализируются в обращенно-фазовом режиме при получении их флюорис-

цирующих производных [91]. Капиллярный электрофорез также может применяться

при анализе катионных ПАВ. Так, в одной из работ [92] алкилбензилдиметиламмони-

евые галоиды были разделены с использованием капилляра (25 см) с УФ-спектро-

скопией.

ЯМР-спектроскопия, в частности ЯМР

С, доказала свою состоятельность при

анализе четвертичных аммониевых соединений [5,93]. Получаемые спектры дают воз-

можность охарактеризовать класс амина и соединения, используемого при получении

четвертичных оснований. ЯМР

N и

N мог бы стать полезным для анализа катион-

ных ПАВ

[5],

но ограничивается значительной шириной полос для резонансов

N. При

резонансах ширина полос меньше, однако их относительно низкое содержание

(0,36%)

и малое количество атомов азота на одну молекулу приводит к серьезным

Методы анализа ПАВ

135

проблемам чувствительности метода. Масс-спектры десорбции поля можно использо-

вать для нахождения большого числа ионов, образующихся при анализе аммониевых

соединений. Кроме того, бомбардировка быстрыми атомами с использованием по-

ложительных ионов (аргон, ксенон и цезий) для ионизации пробы делает возможной

идентификацию молекулярной массы соединений, присутствующих в катионных

ПАВ [5,94].

4=5 Амфотерные ПАВ

Амфотерные ПАВ обладают уникальными свойствами и используются в ряде специ-

альных областей. Основные промышленно доступные амфотерные ПАВ представле-

ны карбокси-, амидо- и сульфобетаинами. Содержание этих веществ определяется

двухфазным титрованием до тех пор, пока концентрация ионов водорода составляет

0,1 М [95]. Возможно и однофазовое потенциометрическое титрование натрий тетра-

фенилборатом при такой же концентрации ионов водорода. Наличие катионного и

анионного характера позволяет достигать точки эквивалентности при титровании

при более высоких и низких рН [96]; многие виды сырья содержат и другие слабые

кислоты и основания, которые приводят к появлению ошибок при титровании.

Для анализа бетаинов добавляется избыток соляной кислоты и проводится титро-

вание калий гидроксидом до появления трех точек эквивалентности. Первая точка

эквивалентности обусловлена избытком соляной кислоты, вторая соответствует со-

держанию бетаина, а третья

—

остаточному количеству гликолевой, монохлоруксусной

кислотам и свободных аминов. Анализ бетаинов на свободные амины начинают с до-

бавления трибутиламина. Затем раствор нейтрализуют в присутствии Тимолового Си-

него до конечной точки натрий гидроксидом, а в дальнейшем оттитровывают соляной

кислотой до появления двух точек эквивалентности. Разница в этих точках дает значе-

ние содержания свободных аминов в образце [96]. В работе [97] проведен анализ кар-

боксибетаинов на первичные, вторичные и третичные амины, а в исследовании [98]

описан особый вид анализа для определения активности сульфобетаинов, содержа-

щих третичный атом азота. Другие характеристики бетаинов, такие как кислотность и

уровень содержания натрий хлорида, легко определяются титрометрически.

Для выявления жирных кислот, используемых при получении бетаинов, образец,

как правило, гидролизуют кислотой. Получаемые при этом жирные кислоты анализи-

руют газовой хроматографией как и в случае метиловых эфиров для алкаиоламидов

[99].

Для анализа амфотерных ПАВ лучше всего подходит обращенно-фазовый режим

при соответствующем контроле рН и полярности подвижной фазы. Если рН подвиж-

ной фазы нейтральный, амфотерные ПАВ выступают как неполярные соединения и

применяется методика, используемая для неионогенных ПАВ [1]. Использование ко-

лонок С

и систем вода/ацетонитрил/1,0 М перхлорная кислота также приводит

к получению хороших результатов разделения [100]. В анализе алкилбетаинов для

определения присутствующих в них классов соединений оптимально подходит обра-

щенно-фазовый режим [101], но для определения остаточного содержания гликолята

натрия предпочтительна ионобменная хроматография. В других случаях имидазоли-

новые ПАВ перед разделением методом ВЭЖХ преобразуют в производные с исполь-

зованием паранитробензолхлорида[102].

136 Глава 4

Полосы поглощения а ИК-спектрах, характеризующие амфотерные ПАВ, пред-

ставлены полосой имидазолинового кольца при 1600 см-

и амидоиминапри 1560 и

1638 см

-1

. И К-спектроскопия также используется для изучения степени конверсии

амидоиминов в имидазолины в ходе синтеза [103]. Данные ЯМР-спектров предо-

ставляют важную информацию по составу бетаинов [104], как и анализ имидазолино-

вых бетаинов методом масс-спектроскопии при ионизации десорбцией поля [105].

глава 5 Характеристика

ПАВ

Джон Текстер

5.1

Введение

Амфифильные структуры

—

это

молекулы, обладающие

как

гидрофильной,

так и

гид-

рофобной частью.

качестве примера можно привести довольно простые вещества,

такие

как

короткой.епные спирты

амиды (акриламид). Подобные молекулы,

как

пра-

вило,

поверхностно-активны

и не

обязательно приводят

значительному снижению

поверхностного натяжения. Провести четкую границу между молекулярной структу-

рой

тем,

что же

собой представляет ПАВ, довольно сложно, поэтому остановимся

на

следующем рабочем определении.

ПАВ

—

это

поверхностно-активные амфифильные

структуры, агрегирующиеся (самоорганизующиеся)

воде, либо

других растворите-

лях

образованием различных микроструктур (например, мицелл

бислоев). Прини-

мая подобное определение,

мы

исключаем многие важные полимерные диспергаторы

(желатин, поливинилпирролидон), которые являются поверхностно-активными

вы-

полняют ряд других важнейших функций, свойственных ПАВ, таких

как

стабилизация

частиц

от

коалесценции

флокуляции. При этом некоторые полимерные диспергаторы

все

же

остаются

—

ПАВ

на

основе блоксополимеров с умеренным молекулярным весом,

формирующие микроструктуры, аналогичные низкомолекулярным веществам.

Схемы классификации

ПАВ

традиционно основаны

на

физических свойствах

или

функциональности. Наиболее распространенное физическое свойство, используемое

в классификации,

—

это ионность: ПАВ является заряженным

или

незаряженным, ион-

ным

или

неионогенным. Другое —

это

молекулярная масса: номинально

ПАВ

либо

низкомолекулярное

(ММ < 400),

либо высокомолекулярное

(ММ * 2000-20000). Еще

одно важное свойство

—

это

физическое состояние:

ПАВ в

стандартных условиях

—

кристаллическое твердое тело, аморфная паста или жидкость. Поскольку многие про-

мышленно

биологически важные ПАВ бывают

одним

или

с двумя углеводородны-

ми радикалами,

то

различают соответственно

два

класса ПАВ. Часто функциональ-

ность является более применяемой классификацией.

ПАВ

могут быть хорошими

диспергирующими агентами, эмульгаторами, антивспенивателями, флокулянтами

либо флотационными агентами.

Основная классификация

ПАВ

основана

на их

поверхностной активности

предпоч-

тительной агрегации

на

жидких поверхностях раздела, будь

то

«газ-жидкость», «жид-

кость-жидкость»

или

«твердое вещество-жидкость». Поскольку

это

амфифильные

соединения,

они

всегда обладают

как

минимум двумя функциональными частями:

сольвофильная (обычно гидрофильная) часть, которая преимущественно сольвати-

5.2

Классификация

ПАВ

5.2.1

Типы

ПАВ

13S

Глава 5

руется в растворителе, и сольвофобная часть

—

слабо сольватированная в том же ра-

створителе.

Сольвофильность (гидрофильность по отношению к воде) обычно наблюдается у

функциональных групп, обладающих высоким сродством к растворителю. Эти груп-

пы могут иметь заряд. Заряженные группы бывают довольно простыми, например,

производными амфифильных кислот (карбоновых, серной и сульфоновой), и как

цвиттерионными, так и мезоионными, а также существуют в виде более сложных

структур, таких как болаформа, гемени или полимерные ПАВ. Незаряженные сольво-

фильные группы могут включать в себя любые формально незаряженные полярные

группы; наиболее распространенной является гидроксильная группа. Неионогенные

сольвофильные группы склонны к существованию в виде сложных составных струк-

тур,

аналогично структурам, обнаруженным для производных оксиэтилированного

глицерина.

Сольвофобность (гидрофобность по отношению к воде) наиболее часто проявля-

ется в случае линейных или разветвленных углеводородных цепей. Фторуглеродные

цепи также являются типично гидрофобными. Множество промышленно важных

ПАВ обладают более сложными сольвофобнымн группами, включающими разнооб-

разные фенильные и нафтеновые группы. Число сольвофобных одно- и двухуглево-

дородных групп

—

это важный параметр контроля микроструктуры ПАВ, поскольку

такие группы играют ключевую роль в определении кривизны пленок, которые могут

быть образованы ПАВ. Данная проблема более подробно рассматривается в разделе

5.3.1.

Большинство практических (реальных) систем ПАВ в качестве растворителя в сво-

ем составе имеют воду или органический растворитель, несмешивающийся с водой.

Дополнительные возможности применения ПАВ были найдены для полярных раство-

рителей подобных глицерину, этиленгликолю, формам иду и гидразину

[1].

Другая зна-

чительная область исследований связана с разработкой ПАВ для жидкостей, таких как

критический диоксид углерода. Установлено, что сополимерные ПАВ полистирола

с поли(1,1)-дигидроперфтороктилакрилатом формируют полидисперсные мицеллы

в критическом диоксиде углерода, а также растворяют полистироль ные олигомеры в

подобных растворах [2].

5.2.2 Заряд

Заряженные ПАВ при их растворении, агрегации в мицеллы в растворе, либо адсорб-

ции на поверхностях приводят в действие важнейшие электростатические силы и ион-

парные взаимодействия. Химическое сродство ионов ПАВ к различным противоионам

в значительной степени определяет общую растворимость. Так, литиевые соли ПАВ в

гораздо большей степени гигроскопичны, чем соли натрия, и обладают большей ра-

створимостью в водных растворах. В этом случае растворимость определяется непо-

средственно плотностью заряда на противоионе. Данное сродство или соответствую-

щая ион-ионая ассоциация в значительной степени влияют на возможность формиро-

вания и структурные ассоциации ПАВ, такие как мицеллы и бислойные структуры.

К тому же адсорбция ионных ПАВ на поверхности раздела фаз, например, в случае

двухфазных эмульсий и диспергированных в воде твердых веществ, в значительной

степени определяет структуру штерновского слоя и другие аспекты двойного элект-

рического слоя (ДЭС), включая электрокинетический заряд и динамическую под-

Характеристика

ПАВ

139

вижность

[3].

Заряд противоиона

плотность заряда также являются важными парамет-

рами, поскольку многозарядные противоионы могут очень сильно изменять эффектив-

ные параметры

ПАВ

(см. раздел

5.3.1).

Описание свойств

источников получения

раз-

нозаряженных ПАВ приведены

работе [4].

5.2.2J

Анионные ПАВ

Соли карбоновых кислот

или

мылаявляются наиболее известными анионными ПАВ.

Ионизованная карбоксильная группа обеспечивает отрицательный заряд.

Эти

веще-

ства, традиционно выделявшиеся

из

животных жиров путем омыления, являются наи-

более изученными

ПАВ по

своей структуре

функциональности.

При

этом

гигиени-

ческой продукции

они

значительной степени заменены другими веществами.

/=\

СН

(СН

)

СН

—{_)—

- Na

CH3(CH

)

OSO

Na*

две

ДС

Например, натрий додецилбензолсульфонат(ДБС), вытеснивший благодаря сво-

ей эффективности

низкой стоимости

(см.

главу

мыла

как

моющие средства.

Алкилсульфаты (натрийдодецилсульфат (ДС)). алкилэфиросульфаты, алкилсуль-

фонаты, вторичные алкилсульфонаты, арилсульфонаты (алкилбензолсульфонаты),

метиловые эфиры сульфонатов, сс-олефинсульфонаты,

также сульфонаты алкил-

сукцинатов представляют еще один важнейший класс анионных ПАВ. Жирные кисло-

ты

сульфосоединения содержат наиболее важные анионные группы: карбоксильную

(-С0

), сульфо

(-OSO3) и

сульфоновую

(-SO3).

Основность,

также фазовые дан-

ные [5] дают возможность расположить

эти три

группы

порядке, соответствующем

их относительной гидрофильности:

-С0

-SO3

-OSO3.

(5.1)

Фосфатные моно- (-Р(ОН)0

)

дианионы

(-РО3)

—

также важные представи-

тели гидрофильных групп. Хотя фосфатные дианионы относительно основные

про-

тонируются

при

нейтральных

слабощелочных средах,

они

остаются заряженными

до

сравнительно низких рН,

но их

размер приводит

низкой плотности заряда. Гораздо

меньшие

по

размеру карбоксилаты достигают большей плотности заряда

являются

более гидрофильными представителями этой серии, даже

не

смотря

на

то,

что их

про-

тонирование протекает

области

рН

4-5.

5.2.2.2

Катионные ПАВ

Наиболее распространенные катионные ПАВ

своей основе имеют четвертичный атом

азота. Основные представители этого класса

—

алкиламмониевые галоиды

тетраал-

киламмониевые галоиды. Алкиламмониевые галоиды, такие как додециламмоний бро-

мид

(ДАВ)

СНз(СН

)

СН

гШз

ВГ

являются превосходными донорами водорода

могут

значительной степени взаи-

модействовать

водой. Кроме того, подобные аммонийные соли отщепляют протон,

а получающиеся амфифильные образцы

уже в

большей степени схожи

неионогенны-

ми ПАВ. Тетраалкиламмониевая группа

не

способна

образованию водородных

свя-

140

Глава

зей как додециламмоний бромид, но при этом ведет себя как сильная гидрофильная

группа.

Пиридин с родственными ему соединениями (хинолин, изохинолин, пиразин и их

производные) являются основой огромного класса четвертичных арилпроизводных

ПАВ.

N-алкилпиридинийгалоиды легко получаются из алкилгалоидов. Гербицидное

семейство дикатионов на основе 4,4'-дипиридильных соединений обладает свойства-

ми присоединять электроны, и широко изучается как донорно-акцепторная система.

Фосфор также может быть замещен четырьмя алкильными группами, давая алкилфос-

фониевые ПАВ, хотя и в гораздо меньшей степени.

5.2.2.3

Цвиттерионные ПАВ

Настоящие цвиттерионы, такие как а-аминокислоты могут ионизироваться в резуль-

тате внутримолекулярного протонного переноса:

CH(R)C0

(5.2)

Комбинация практически любой анионной и катионной группы в простой амфи-

фильной молекуле приводит к появлению амфотериых свойств и к образованию цвит-

терионных ПАВ, даже если внутримолекулярный перенос протона не возможен. На-

пример, четвертичный азот в триалкиламмонийалканоатах разделен с карбоксилатом

алканоатной углеводородной цепью, в которой четвертичный атом азота появляется

за счет взаимодействия с со-углеродом алканоата. Похожие комбинации наблюдаются

в алкилсульфонатах и алкилсульфатах. Рассмотрение данных по

phase

data

и основно-

сти [5] говорит о снижении гидрофильности цвиттерионов в следующем ряду:

- С0

- SO3 >

NHj

OSO3.

(5.3)

Бетаины представляют очень важный класс цвиттерионных ПАВ и включают в

себя алкилбетаины, амидоалкилбетаины и гетероциклические бетаины.

СН, ,0 О СН

Щпт-1

- СН

СН

С С

2п+1

- С - NCH

—

N - СН

СН

О" СН

О"

алкилбетаин амидоалкилбетаин

Мезоионные молекулы и ПАВ могут быть представлены лишь в виде резонансных

структур с формальным разделением заряда, поскольку атомы, в действительности

несущие формальный заряд, не являются функционально ионизируемыми подобно

анионным кислотным группам, которые нейтрализованы путем водного гидролиза.

В качестве примера можно привести триазолийтиолат:

СН

(СН

)

СН

ДДТТ (2,3-диметил-4-додецил-1,2,4-триазолий-5-тиолат).