文章编号:100421656(2001)022*******
N2酰基氨基酸系列表面活性剂的合成和应用
陈燕妮，卢 云，吴 昊，肖慎修
(四川大学金钟科技实业公司，四川成都 610064)
摘要：本文综合评述和介绍了N2酰基氨基酸系列表面活性剂的合成及应用(特别在农业、生物化学和药物制造领域的应用)的一些近年来的研究新进展，指出了进一步的研究方向，并报道了我公司开发此类产品的情况。
关键词：氨基酸系表面活性剂;N2酰基氨基酸；肌氨酸；月桂酸；进展
中图分类号:O6291711 文献标识码:A
1 引言
随着科学技术的迅猛发展，被称为“工业味精”的表面活性剂的研究、生产和应用在不断深入和扩大，新的表面活性剂也在不断问世[1～3]。氨基酸类表面活性剂(S AA)是由氨基酸与脂肪酸合成的N2酰基氨基
酸系列表面活性剂，由于原料易得，合成方法相对容易，加之反应物又都是生物体的构成组分，易于生物降解和安全性好而获得了很大的发展。其中尤以N2月桂酸氨基酸及其钠盐[4～9](特别是N2月桂酰肌氨酸及其钠盐)由于其表面张力，润湿性和渗透性与J FC(脂肪醇聚氧乙烯醚)相当，它的丰富而细腻的泡沫和与其它配料(特别是阳离子表面活性剂)的广泛配合性大大优于其它表面活性剂，加之它的低刺激性，低毒性、柔和性、强的抗菌性和去污能力及优良的缓蚀性，生物降解性，因而在国内外已广泛用于化妆品(洗面奶、洁手浆、沐浴露、香波、面膜等)、牙膏、食品、金属清洗加工、矿石浮选、石油二次开采、丝绸染整、皮革处理等行业。氨基酸表面活性剂已有产品，如商品名为Crolasin LS-30(CRODA公司), H AMPOSY L L-30,H AMPOSY L C-30,H AMPOSY L M-30等(DOW公司)，其剂型分别为水剂(30%、40%)和粉剂(含量95%)，美国P&G、G RI NECE和STEPAN C O.也有此类产品，日本味之素公司实现了N2长链酰基谷氨酸(AG A)的工业化生产，已有产品出售；但国内在氨基酸表面活性剂研究、开发、应用方面与发达国家相比有相当差距。特别是以肌氨酸及肌氨酸盐为主要原料与长链脂肪酸缩合而得的N2酰基肌氨酸及其盐，虽然不少单位对该系列产品进行了一些开发性研究，但至今尚无工业生产报道，国内对该类产品的需求，仍靠从国外进口，价格高。因此很有必要在我国大力开展这方面的研究，开发适合我国国情的生产技术并扩大其应用范围，以满足国内日益扩大的市场需要。
本文我们将主要就N2酰基氨基酸及其盐表面活性剂的合成制备方法及应用研究开发的最新进展加以综合评述，并就我们开发此类产品的情况作一报道。小朋友祝福语
说明
2 合成制备方法及其进展
用氨基酸合成表面活性剂，必须在其氨基或羧基中导入疏水基团，为此常以氨基与长链脂肪酸缩合。由于有多种结构不同的氨基酸和脂肪酸，因而所合成的产品结构和性能也有很大的不同。
合成N2酰基氨基酸系列表面活性剂，所用到的氨基酸(及其盐)常用的主要有肌氨酸(甲基甘氨酸)，谷氨酸(α2氨基丁二酸)、丝氨酸(α2氨基2β2羟基丙氨酸)、丙氨酸(α2氨基丙酸)、缬氨酸(α2氨基异戌酸)、亮氨酸(α2氨基异已酸)等，其中以前
第13卷第2期2001年4月 化学研究与应用
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V ol.13,N o.2
Apr.,2001
收稿日期:2000212226；修回日期:2001201210
二者特别是肌氨酸最为常用。所用到的脂肪酸分为饱和和不饱和二种，如月桂酸、油酸、椰子油酸、棕榈油酸、硬脂肪酸、辛酸、癸酸等。其中以月桂酸和油酸最为常用。合成时由它们的不同组配可合成多种多样的阴离子表面活性剂,DOW公司就有由肌氨酸钠与不同脂肪酸(通过其酰氯产物)合成的有月桂酸型(Ham posyl L)、椰子油酸型(Ham2 posyl C)，肉豆蔻酸型(Ham posyl M)，硬脂酸型(Ham posyl S)等不同类型产品。
N2酰基氨基酸及其盐的制备方法一般为化学合成法，视原料不同而有好几种工艺路线，如脂肪酸酐与氨基酸盐的酰化反应工艺、脂肪腈水解酰化反应工艺、酰胺羰基化反应工艺、脂肪酰氯与氨基酸反应工艺及脂肪酸与氨基酸盐反应工艺等。
脂肪酸酐与氨基酸盐的酰化反应工艺[10]是在不断搅动的水溶液中，在酐的熔点之上(一般不超过100℃)。进行酸酐与氨基酸盐的反应，该反应不用催化剂，进行很快，也不需控制水量，产物中未反应的脂肪酸酐及水解产生的脂肪酸，可用石油醚、苯等溶剂除去而得到纯品，但为保证产品的产率和不希望的氨基皂，必须至少加入比氨基酸多一倍的脂肪酸酐，造成成本增高和分离上的困难，因此，这个方法虽然T h omnas.H等早在上世纪60年代就已提出，但并未见用于大规模工业生产。
利用脂肪腈水解反应工艺[11～13]制N2酰基氨基酸要首先通过Strecker反应用HC N或NaC N与甲醛和甲胺反应制得氨基腈。而后与酰氯在醚或苯和水的体系中，在有脱酸剂的存在下反应而得到。这个反
应产率和选择性较高(可大于95%)；但该法设备要求高，腈的合成需用到剧毒的HC N 或NaC N，平时操作和管理必须十分严格，因而虽然该工艺早在1955年就已提出，亦未取得工业上应用。
利用酰胺羰基化的反应工艺也是早在1971年就已提出[14]，后来Beller M.等加以完善[15]，如：用月桂酸甲胺与甲醛在H2S O4存在下反应，首先形成N2月桂酰甲胺基甲醇，然后与C O在高压(10～150巴)和150℃以下，以羰基钴络合物(C o2 (C O)8)为催化剂反应制得N2酰基氨基酸，这个方法原料成本低，不使用酰氯又无副产品，从而避免了对环境的污染。但由于该催化剂存在活性不高，且设备条件要求较高，因而也未能取得应用。最近(1997年)Beller.M.等[16]又提出用钯卤化合物取代钴化合物作催化剂仅在压力60巴和130℃下当有H2S O4存在时(以NMP作溶剂)反应60h，最高产率可达99%，而在80℃,C O压力为10巴下反应12h，产率也可达到85%，此法因催化剂昂贵，且使用寿命短等问题，也还未在工业上应用。
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目前在工业上用得最多的制备N2酰基氨基酸及其盐的方法仍是用肖顿—鲍曼(Schotten-Banmann)缩合反应方法[1,17]，它是由脂肪酰氯和氨基酸在碱性水溶液或其它有机溶剂中一次完成制得N2酰基氨基酸盐。然后经无机酸中和分离得N2酰基氨基酸粗品，再加碱中和而成为较纯的N2酰基氨基酸盐，此法的优点是工艺流程和设备不复杂，原料易得，缩合反应条件温和，反应温度不高(40～70℃左右)，易于实现工业化生产。国内有不少学者曾对此工艺进行过实验室研究。但此反应的产率和纯度均不很高(一般产率为60%左右)。此外，应用该法主要的问题是酰氯质量要求很高，必须隔绝湿气贮存，以
减少其水解，否则水解产物引入产物，除去非常困难。后来有人发现在碱性条件下含有5%～15%的无机氯化物(PCl3,PCl5,POCl3,S OCl2一种或多种)存在，可使这一问题得以解决，使产品质量得到提高，好的产品甚至可直接用于作制药工业原料。
尽管Schotten-Banmann反应由脂肪酰氯和氨基酸缩合的方法在工业上获得了广泛应用，并经过不断的改进[18,19]，但该工艺从酰氯的制备起就流程而言是相当长的。因此最近乌布赖.R.P.等在专利中[20]提出了用通式为RC OO的脂肪酸和氨基至少被一个氢原子取代的氨基酸碱金属盐在高温(170～190℃)及N2气保护下，可直接得到N2酰基氨基酸盐，按1∶1摩尔反应的产率仅50～55%，延长反应时间也不见产率提高，但他们发现多加入1倍的氨基酸能够在8～10h反应后把转化率提高到85%～90%，若加入两倍量的氨基酸3～5小时就可得到90%的转化率。本法的优点是不使用PCl3或S OCl2等氯化剂而使流程缩短，但该法对设备要求高，加入过量的氨基酸成本高，分离难度大，但从环保等角度来考虑，这一工艺还值得进一步深入研究和完善。
3 在应用方面的研究和进展
氨基酸系列表面活性剂，特别是N2酰基氨基
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第2期 陈燕妮等:N2酰基氨基酸系列表面活性剂的合成和应用
酸表面活性剂近年来在应用方面获得了很大发展。除了在传统的个人清洁剂、食品添加剂、金属加工、矿石浮选和石油开采等领域的应用不断扩大外，近年来在农业、生物制品和药物制备等一些领域的应用也得到发展。对于前者，已有很多文章作了介绍[3～5,9]。在这里，我们一般不再提及，本文只就一些新领域的应用进展作一综述。
N2酰基氨基酸及其盐在农业方面的应用研究已获进展。E isu.E.G[21]研究了用某些N2酰基氨基酸阴离子表面活性剂处理大豆根瘤菌，发现可以提高其活性，增强固氮能力;Crudden s,[22]等指出在配制农药时，加入N2酰基氨基酸盐表面活性剂，可以降低农药的毒性和刺激性，增加农药有效成分的活性。
在药物制造和生物化学研究中,N2酰基氨基酸及其盐的应用更是近年来表面活性剂应用的热点。Casido E.J.,Ali.Y[23]研究指出在眼药水(或眼膏中)加入少量N2酰基氨基酸可提高其安全性和稳定性、增加其抗菌能力和舒适性;Satoguch J.[24]，在其专利(1995)指出在麻醉用的胶带中加入月桂酰肌氨酸盐可加快麻醉剂的吸收速度，提高麻醉效果;Sulimizn T.[25]指出在治疗烧伤患者所用的交感神经药物中，加入少量N2酰基氨基酸(或盐)，可极大地减少皮肤对药物的过敏反应; Chin Y.C.和H wang H.T.[26]
，指出N2酰基氨基酸可使维生素E在水中快速溶解，从而提高人体对它的吸收，减少其对皮肤的刺激作用;Hiroshi J.在其专利中[27]，指出在含有药物的口香糖中加入少许N2月桂酰肌氨酸钠可使药物的缓释长效; Health N.和E llen M.[28]将N2酰基氨基酸作为在低pH值条件分离RNA的pH试剂，可安全快速地从人血、动植物细胞和微生物中分离出RNA; Showna T.[29]等还研究了用N2酰基氨基酸及其盐在提取DNA技术中的应用，他们发现用N2酰基氨基酸可从新鲜的鱼血和冷冻过的鲸油中提取分离DNA,Zshizawa M.[30]等研究了用N2酰基氨基酸盐从人类血清中定量提取DNA的简单方法;P olzgyi Zs.等[31]还在N2月桂酰基肌氨酸钠存在下进行了酵母染色体DNA的制备。此外,N2酰基氨基酸系列表面活性剂在免疫学研究中也获得了很多应用[32,33]。
近年来N2酰基氨基酸表面活性剂还在其它领域获得了一些进展，如在塑料加工[34]，金属焊接[35]，纳米胶体的保护[36]，涂料和油墨制造[37,38]中都取得很好的应用效果，这里就不一一赘述，有兴趣者可读原始参考文献。
4 国内N2酰基氨基酸系列面活性剂开发进展
前已指出国外已有多家公司生产多种类型的氨基酸系列表面活性剂，其中特别是N2酰基肌氨酸及盐的系列表面活性剂。目前这些产品在国内也已广泛使用，但绝大多数使用的都是从国外以高价进口的产品。据不完全统计，去年广州海关进口300吨，还不能满足各方面要求。据统计，目前国内每年需求
达仟吨以上，市场供需矛盾很大。鉴于这种情况，我公司在开展科研的基础上开发了此类产品，其中N2月桂酰肌氨酸及其钠盐已经中试开发成功，已有批量产品以水剂或粉剂供应市场。
我们生产N2月桂酰肌氨酸及盐的工艺虽然仍采用的是肖顿-鲍曼缩合工艺，但针以该工艺存在的不足，在缚酸剂及溶剂选择等方面进行了技术创新，高产率(>85%)地得到纯度达98%以上的产品Ο，经专家鉴定，我们的工艺及产品均达国内领先水平。我们将在已有的基础上还将开发、生产多种类型的N2酰基氨基酸及其盐的产品，并扩大其生产规模以满足不断增长的市场需求。
5 结束语
从以上讨论可知，氨基酸类表面活性剂，特别是N2酰基氨基酸系列表面活性剂的应用十分广泛，市场潜能巨大，值得进一步研究开发，特别是目前普遍采用的肖顿-鲍曼工艺虽已比较成熟，但产品成本还是很高，对环境也有一定影响，还需进一步简化已有工艺，并研究新的工艺。降低成本，消除环境污染，以达到既物美价廉，又有保护人类生态环境的要求。
491化学研究与应用 第13卷Ο卢云，陈燕妮，吴昊，肖慎修1N2月桂酰肌氨酸钠的开发研究[J]1精细化工,(待发表)1
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PROG RESS ON THE PREPARATION AND APP LICATION
OF N 2ACY LAMINO ACIDS SURFACT ANTS
CHE N Y an 2ni ,LU Y un ,W U Hao ,XI AO Shen 2xiu
(G olden 2bell Sci 2T ech T rading C o.of S ichuan University Chengdu ,610064,China )
Abstract :Progress in recent years on the preparation and application of N 2acylamino acids surfactants ,especially the derivatives of N 2acylsarcosinates have been reviewed with over thirty references and the perspective trend have been predicted.The exploitative situation of the products in our com pany has als o been report.K ey w ords :surfactant of amino acids ;N 2acylamino acids ;sarcosine ;lauric acid ;progress
(责任编辑 李瑛)
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91第2期 陈燕妮等:N 2酰基氨基酸系列表面活性剂的合成和应用
