物理药剂学第四章药物表面现象与表面活性剂复习课程.ppt
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1、物理药剂学第四章药物表面现象与表面活性剂界面界面是指物是指物质的相与的相与相之相之间的交界面。的交界面。通常将有气相组成的气通常将有气相组成的气固、气固、气液等界面称为液等界面称为表表面。面。相相(phase)是指体系中物理是指体系中物理和化学性质均匀的部分。和化学性质均匀的部分。1 表面活性剂概述表面活性剂概述一、表面活性剂的概念表面张力的产生表面张力的产生影响表面张力的因素物质的性质 分子间引力温度:T表面张力表表面面活活性性:能能降降低低液液体体表表面面张张力力的的性性质。(如一些低级醇、醛、酸等)质。(如一些低级醇、醛、酸等)表表 面面 活活 性性 剂剂(surfactant,surf
2、ace active agent):指指那那些些具具有有很很强强表表面面活活性性、能能使使液液体体的的表表面面张张力力显显著著下下降降的的物质。物质。增增溶溶、乳乳化化和和润润湿湿在在药药剂剂学学的的多多种种剂剂型中广泛应用。型中广泛应用。极性极性亲水基亲水基+非极性的非极性的亲油基亲油基分处两端分处两端两亲性质:两亲性质:亲水、亲油亲水、亲油亲亲油油基基团团:烃烃链链(8个个碳碳原原子子以以上上);含有杂环或芳香族基团的碳链含有杂环或芳香族基团的碳链极极性性基基团团:解解离离的的离离子子;不不解解离离的的亲亲水水基团基团 二、表面活性剂分子的结构特征三、表面活性剂的吸附性三、表面活性剂的吸附
3、性1.表面活性剂分子在溶液中的正吸附表面活性剂分子在溶液中的正吸附2.表面活性剂在固体表面的吸附表面活性剂在固体表面的吸附三、表面活性剂的吸附性1.表面活性剂分子在溶液中的正吸附浓度低:正吸附:在界面定向排列,单分子层。表面活性剂在表面或界面层的浓度大于其在溶液内部的浓度,称为正吸附。正吸附改变了溶液表面的性质,最外层呈现出碳氢链性质,从而表现出较低的表面张力,随之产生较好的润湿性、乳化性、起泡性等 正吸附正吸附 正吸附:正吸附:表面活性剂在浓度较低时,基本集中表面活性剂在浓度较低时,基本集中在表面形成单分子层,其在表面层的浓度大大在表面形成单分子层,其在表面层的浓度大大高于溶液内的浓度,并使
4、溶液的表面张力降低高于溶液内的浓度,并使溶液的表面张力降低到水的表面张力以下。这种表面活性剂在溶液到水的表面张力以下。这种表面活性剂在溶液表面层聚集的现象称为表面层聚集的现象称为正吸附正吸附。2.表面活性剂在固体表面的吸附极性固体物质:对离子表面活性剂的吸附在低浓度下其吸附曲线为形,形成单分子层,表面活性剂分子的疏水链伸向空气。在表面活性剂溶液浓度达临界胶束浓度时,吸附达到饱和,此时的吸附为双层吸附,非极性固体:一般只发生单分子层吸附,固体表面对非离子表面活性剂的吸附与前相似,但其吸附量随温度升高而增大,且可以从单分子层吸附向多分子层吸附转变。2 表面活性剂的分类表面活性剂的分类 天然、合成表
5、面活性剂天然、合成表面活性剂离离子子型型表表面面活活性性剂剂;非非离离子子型型表表面面活活性剂性剂水溶性和油溶性表面活性剂水溶性和油溶性表面活性剂高分子表面活性剂高分子表面活性剂 水溶性高分子水溶性高分子保护胶体保护胶体离子表面活性剂离子表面活性剂非离子表面活性剂非离子表面活性剂阳离子阳离子阴离子阴离子高级脂肪酸盐高级脂肪酸盐硫酸化物硫酸化物 磺酸化物磺酸化物1.碱金属皂碱金属皂2.碱土金属皂碱土金属皂3.有机胺皂有机胺皂两性离子:卵磷脂、氨基酸型和甜菜碱型两性离子:卵磷脂、氨基酸型和甜菜碱型脂肪酸甘油酯脂肪酸甘油酯多元醇型多元醇型聚氧乙烯型聚氧乙烯型聚氧乙烯聚氧丙烯共聚物聚氧乙烯聚氧丙烯共聚
6、物1.蔗糖脂肪酸酯蔗糖脂肪酸酯2.脂肪酸山梨坦(司盘)脂肪酸山梨坦(司盘)3.聚山梨酯(吐温)聚山梨酯(吐温)1.聚氧乙烯脂肪酸酯聚氧乙烯脂肪酸酯2.聚氧乙烯脂肪醇醚聚氧乙烯脂肪醇醚阴阴离离子子:高高级级脂脂肪肪酸酸盐盐、硫硫酸酸化化物物、磺酸化物、胆盐磺酸化物、胆盐阳离子阳离子:季铵类化合物季铵类化合物两两性性离离子子型型:卵卵磷磷脂脂、氨氨基基酸酸型型和和甜甜菜碱型菜碱型一、一、离子型表面活性离子型表面活性(一)阴离子表面活性剂(一)阴离子表面活性剂1.高级脂肪酸盐高级脂肪酸盐通式:通式:(RCOO)nMne.g.:硬脂酸钠、钙、镁等硬脂酸钠、钙、镁等分类:分类:一价金属皂(钾、钠皂);一
7、价金属皂(钾、钠皂);二价或多价皂(铅、钙、铝皂);二价或多价皂(铅、钙、铝皂);有机胺皂(三乙醇胺皂)有机胺皂(三乙醇胺皂)性质:具有良好的乳化能力,易被酸破坏。性质:具有良好的乳化能力,易被酸破坏。应用:具有一定的刺激性,多供外用。应用:具有一定的刺激性,多供外用。一价金属皂(钾、钠皂)性质:易溶于水,在PH9以上稳定,在PH9以下则析出脂肪酸而失去表面活性;多价金属离子可与其结合成不溶性肥皂;电解质使之盐析;乳化能力(OW)很强,刺激性较大。应用:一般只作外用。钾皂potassium soap:制备液状皂,外用醑剂u二价或多价皂(铅、钙、铝皂)性质:不溶于水、乙醇、乙醚,在水中不解离、不
8、水性质:不溶于水、乙醇、乙醚,在水中不解离、不水解,抗酸性能较碱金属皂略强。解,抗酸性能较碱金属皂略强。应用:W/O乳剂的辅助乳化剂。单硬脂酸铝:可用于混悬药物于油性注射液中。单硬脂酸铝:可用于混悬药物于油性注射液中。硬脂酸钙硬脂酸钙:可作片剂的润滑剂、并可用于软膏基质中可作片剂的润滑剂、并可用于软膏基质中。u有机胺皂:脂肪酸有机胺性质:碱性及亲水性较相应碱肥皂弱,无刺激性,在性质:碱性及亲水性较相应碱肥皂弱,无刺激性,在PH7.5PH7.58 8稳定;遇酸或多价阳离子不稳定稳定;遇酸或多价阳离子不稳定三乙醇胺皂:可作O/WO/W乳化剂乳化剂,PH8.0;酸与高浓度电解质可破坏;其制剂在贮存中
9、颜色易变深,不与金属接触及在暗处存放可减轻变色。(一)阴离子表面活性剂(一)阴离子表面活性剂2.硫酸化物硫酸化物通式:通式:ROSO3M e.g.:十二烷基硫酸钠、十六醇硫酸钠等十二烷基硫酸钠、十六醇硫酸钠等应应用用:可可作作增增溶溶剂剂、润润湿湿剂剂、起起泡泡剂剂或或去去污污剂剂;有有一一定定刺刺激激性性,用用于于外外用用软软膏膏的的乳乳化化剂剂O/W。片剂等固体制剂的润湿剂或增溶剂。片剂等固体制剂的润湿剂或增溶剂 3.磺酸化物磺酸化物烷基磺酸盐通式:烷基磺酸盐通式:RSO3M/RC6H5SO3M e.g.:二二己己基基琥琥珀珀酸酸磺磺酸酸钠钠,十十二二烷烷基基苯苯磺磺酸钠酸钠有有较较好好的
10、的保保护护胶胶体体的的性性质质,黏黏度度低低、去去污污力力强强、起起泡泡性性和和油油脂脂分分散散能能力力强强,为为优优良良的的洗洗涤剂。涤剂。4.胆盐胆盐e.g.:甘胆酸钠、牛磺胆酸钠等甘胆酸钠、牛磺胆酸钠等用用途途:胃胃肠肠道道脂脂肪肪的的乳乳化化剂剂和和单单硬硬脂脂酸酸甘甘油油酯的增溶剂酯的增溶剂(二)阳离子表面活性剂(二)阳离子表面活性剂季铵盐型季铵盐型通式:通式:R1R2N+R3R4X-特特点点:水水溶溶性性大大,对对酸酸碱碱稳稳定定,良良好好的的表表面活性面活性作用,作用,具有很强的杀菌作用。具有很强的杀菌作用。应应用用:杀杀菌菌、防防腐腐、皮皮肤肤、粘粘膜膜手手术术器器械械的消毒。
11、的消毒。e.g.:洁尔灭、新洁尔灭、度米芬等洁尔灭、新洁尔灭、度米芬等(三三)两性离子型表面活性剂两性离子型表面活性剂分子上同时具有正负电荷的表面活性剂,随介质的随介质的随介质的随介质的pHpHpHpH可成阳或阴离子型。可成阳或阴离子型。可成阳或阴离子型。可成阳或阴离子型。1.1.分类及常用品种分类及常用品种:天然活性剂:天然活性剂:阳离子部分:阳离子部分:季胺盐类;季胺盐类;阴离子部分:阴离子部分:磷酸型;磷酸型;合成活性剂:合成活性剂:阳离子部分:阳离子部分:胺盐、季胺盐;胺盐、季胺盐;阴离子部分:阴离子部分:羧基、硫酸酯基、羧基、硫酸酯基、磺酸基、磷酸酯基。磺酸基、磷酸酯基。2.2.优点
12、:优点:适用于任何pH溶液,在等电点时也无沉 淀。3.性质:性质:碱性水溶液中呈阴离子性质,起泡性良碱性水溶液中呈阴离子性质,起泡性良好、去污力亦强;好、去污力亦强;酸性水溶液中呈阳离子性质,杀菌力很酸性水溶液中呈阳离子性质,杀菌力很强、毒性小。强、毒性小。4.常用品种 (1)卵磷脂卵磷脂lecithinlecithin:o是天然的两性离子表面活性剂,有很强乳化作用OW,其主要来源是大豆和蛋黄蛋黄。o对热不敏感,生物毒性低易氧化,60以上数天内即变为不透明褐色,在酸性和碱性条件以及酯酶作用下容易水解。不溶于水不溶于水不溶于水不溶于水,溶于氯仿、乙醚、石油醚等有机溶剂,是制备注射用乳剂及脂质微粒
13、制剂注射用乳剂及脂质微粒制剂注射用乳剂及脂质微粒制剂注射用乳剂及脂质微粒制剂的主要辅料。卵磷脂化学分子式(2 2)氨基酸型和甜菜碱型)氨基酸型和甜菜碱型 为合成化合物,阴离子部分主要是羧酸盐,其阳离子部分为季铵盐或胺盐,由胺盐构成者即为氨基酸型;由季铵盐构成者即为甜菜碱型。氨基酸型氨基酸型在等电点(一般为微酸性)时亲水性减弱,并可能产生沉淀,而甜甜菜碱型菜碱型则无论在酸性、中性及碱性溶液中均溶,在等电点时也无沉淀。二、非离子型表面活性剂二、非离子型表面活性剂 其其分分子子溶溶于于水水后后,不不发发生生电电离离的的一一类类表表面面活活性剂性剂,显示表面活性的部分不是离子。,显示表面活性的部分不是
14、离子。亲亲油油基基:常常是是碳碳原原子子数数为为 818的的烃烃链链(可可以是脂肪族或芳香族)以是脂肪族或芳香族)亲亲水水基基:常常是是在在水水中中不不电电离离的的羟羟基基或或聚聚氧氧乙乙烯烯基基。亲亲水水基基的的亲亲水水性性较较弱弱,须须有有足足够够数数量量的的亲亲水水基基才才能能使使整整个个分分子子具具有有水水溶溶性性,否否则则就属于油溶性,在水中呈乳化或分散状态。就属于油溶性,在水中呈乳化或分散状态。结合:结合:酯键和醚键酯键和醚键非非离离子子表表面面活活性性剂剂溶溶于于水水或或有有机机溶溶剂剂中中,呈呈中性的分子或胶束状态。中性的分子或胶束状态。二、非离子型表面活性剂二、非离子型表面活
15、性剂 1.脂肪酸甘油酯脂肪酸甘油酯脂脂肪肪酸酸单单甘甘油油酯酯,脂脂肪肪酸酸二二甘甘油油酯酯。不不溶溶于于水水例如:单硬脂酸甘油酯例如:单硬脂酸甘油酯主要用做主要用做W/O型辅助乳化剂。型辅助乳化剂。2.多元醇型多元醇型吐温吐温(Tween)、司盘、司盘(Span)3.聚氧乙烯型聚氧乙烯型聚聚氧氧乙乙烯烯脂脂肪肪酸酸酯酯(Myrij)、聚聚氧氧乙乙烯烯脂脂肪肪醇醇醚醚(Brij)4.聚氧乙烯聚氧丙烯型聚氧乙烯聚氧丙烯型 泊洛沙姆泊洛沙姆(Poloxamer)or 普郎尼克普郎尼克(Pluronic)1.多元醇型多元醇型(1)脱脱水水山山梨梨醇醇脂脂肪肪酸酸酯酯类类(脂脂肪肪酸酸山山梨梨坦坦,司
16、司盘盘,Span)通式:通式:e.g.:span 20(脱水山梨醇单月桂酸酯脱水山梨醇单月桂酸酯)span 40(脱水山梨醇单棕榈酸酯脱水山梨醇单棕榈酸酯)span 60(脱水山梨醇单硬脂酸酯脱水山梨醇单硬脂酸酯)span 65(脱水山梨醇三硬脂酸酯脱水山梨醇三硬脂酸酯)span 80(脱水山梨醇单油酸酯脱水山梨醇单油酸酯)span 85 (脱水山梨醇三油酸酯脱水山梨醇三油酸酯)(1)(1)脂肪酸山梨坦脂肪酸山梨坦类类司盘是粘稠状、白色至黄色的油状液体或蜡状固体。不溶于水不溶于水,易溶于乙醇,在酸、碱和酶的作用下容易水解,其HLB值从1.83.8,是常用的常用的W/OW/O乳乳化剂,化剂,但在
17、O/W型乳剂中,司盘20和司盘40常与吐温配伍用作混合乳化剂;而司盘60,司盘65等则适合在W/O型乳剂中与吐温配合使用。用于搽剂,软膏,亦可作为乳剂的辅助乳化剂(2)聚聚氧氧乙乙烯烯脱脱水水山山梨梨醇醇脂脂肪肪酸酸酯酯类类(聚聚山梨酯山梨酯,polysorbate;吐温吐温,Tween)通式:通式:e.g.:Tween 20(聚氧乙烯脱水山梨醇单月桂酸酯聚氧乙烯脱水山梨醇单月桂酸酯)Tween 40(聚氧乙烯脱水山梨醇单棕榈酸酯聚氧乙烯脱水山梨醇单棕榈酸酯)Tween 60(聚氧乙烯脱水山梨醇单硬脂酸酯聚氧乙烯脱水山梨醇单硬脂酸酯)Tween 65(脱水山梨醇三硬脂酸酯脱水山梨醇三硬脂酸酯)
18、Tween 80(聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯)Tween 85(聚氧乙烯脱水山梨醇三油酸酯聚氧乙烯脱水山梨醇三油酸酯)常用的增增增增溶溶溶溶剂剂剂剂、O/WO/WO/WO/W型型型型乳乳乳乳化化化化剂剂剂剂、分分分分散散散散剂剂剂剂和和和和润润润润湿剂。湿剂。湿剂。湿剂。(3)蔗蔗糖糖脂脂肪肪酸酸酯酯(sucrose esters,SE)由由蔗蔗糖糖分分子子中中一一个个或或数数个个羟羟基基与与脂脂肪肪酸酸(硬硬脂脂酸酸、软软脂脂酸酸、棕棕榈榈酸酸等等)酯酯化化而而成成。不不溶溶于水,不溶于油。于水,不溶于油。SE是是单单酯酯、双双酯酯及及三三酯酯的的混混合合物物,改改
19、变变其其比比例例,其其亲亲水水性性就就发发生生变变化化,同同时时HLB值值也也可在可在116内范围变化。内范围变化。用用做做O/W型型乳乳化化剂剂、分分散散剂剂。一一些些高高脂脂肪肪酸含量的蔗糖酯也用做阻滞剂。酸含量的蔗糖酯也用做阻滞剂。2.聚氧乙烯型聚氧乙烯型(1)聚氧乙烯脂肪酸酯(酯型)聚氧乙烯脂肪酸酯(酯型)通式:通式:RCOOCH2(CH2OCH2)nCH2OHe.g.:卖卖泽泽,Myrij;聚聚氧氧乙乙烯烯4040硬硬脂脂酸酸酯酯(polyoxyl 40 stearate),O/W型乳化剂型乳化剂(2)聚氧乙烯脂肪醇醚(醚型)聚氧乙烯脂肪醇醚(醚型)通式:通式:RO(CH2CH2O)
20、nHe.g.:苄苄泽泽,Brij;Brij 30与与Brij 35是是不不同同分分子量聚乙二醇与月桂醇的缩合物子量聚乙二醇与月桂醇的缩合物西土马哥、平平加西土马哥、平平加0、埃莫尔弗、埃莫尔弗这一类表面活性剂通常被用作这一类表面活性剂通常被用作O/W型乳化剂型乳化剂3.聚氧乙烯聚氧丙烯型聚氧乙烯聚氧丙烯型 在在美美国国NF中中,名名为为泊泊洛洛沙沙姆姆(Poloxamer),国外商品名为普朗尼克国外商品名为普朗尼克(pluronic)。聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物通式:通式:HO-(C2H4O)a-(CHCH2(CH3)O)b-(C2H4O)aH其其中中b至至少少为为1
21、5,聚聚氧氧乙乙烯烯链链为为化化合合物物总总量量的的1080。e.g.:Poloxamer 188/Pluronic F68,O/W型型乳化剂,可用于静脉乳剂乳化剂,可用于静脉乳剂3 表面活性剂的基本性质表面活性剂的基本性质表面活性剂基本性质的几个概念表面活性剂基本性质的几个概念:临界胶束浓度临界胶束浓度亲水亲油平衡值亲水亲油平衡值(HLB值值)Krafft 点和昙点点和昙点一、物理化学性质(一)表面活性(一)表面活性溶液内部的分子对表面的分子施加一溶液内部的分子对表面的分子施加一个向液体内部的净作用力,这种力使个向液体内部的净作用力,这种力使表面有收缩的趋势,即表面张力。表面有收缩的趋势,即
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