Самособираемый аминокислотный супрамолекулярный полимер, его получение и его применение
SELF-ASSEMBLING AMINO ACID SUPRAMOLECULAR POLYMER, ITS PRODUCTION AND USE

Область изобретения
Описание настоящего изобретения относится к технической области получения поверхностно-активных веществ аминокислотного типа и, в частности, относится к самособираемому аминокислотному супрамолекулярному полимеру и его получению, и применению.
Предшествующий уровень техники
Поверхностно-активные вещества являются незаменимыми во многих областях, таких как бытовая химия, сельское хозяйство, фармацевтическая промышленность и т.п. В настоящее время существует масса поверхностно-активных веществ, используемых на рынке, но основные используемые поверхностно-активные вещества включают додецилбензолсульфонат натрия (SLS), этерифицированный лаурилсульфат натрия (AES) и лаурилсульфат натрия (K12). Несмотря на то, что эти три основных поверхностно-активных вещества используют в течение десятилетий или даже в течение сотни лет, постепенно выявляются их отрицательные эффекты при применении, и часто сообщается об их влиянии на безопасность человека и окружающую среду.
Среди других поверхностно-активных веществ можно упомянуть, например алкилгликозиды сахаров (APG) и аминокислотные поверхностно-активные вещества, такие как лауроил-L-глутаминовая кислота, лауроилглицин, лауроилсаркозин и т.п. Они представляют собой поверхностно-активные вещества, основанные на биомассе, обладающие высокой безопасностью, хорошей биоразлагаемостью и превосходным ощущением на коже, и, таким образом, привлекают все больше и больше внимания. Тем не менее, ввиду плохой моющей способности этого типа поверхностно-активных веществ, они редко используются сами по себе в качестве основных поверхностно-активных; вместо этого, для них часто требуется использование в сочетании с другими основными поверхностно-активными веществами. Следовательно, доставляющие беспокойство проблемы, вызываемые основными поверхностно-активными веществами, используемыми в качестве бытовой химии, с точки зрения безопасности и биоразлагаемости до сих пор, по существу, не решены.
В качестве поверхностно-активного вещества чистый N-лауроил-L-аланин демонстрирует хорошую увлажняемость, способность образовывать пену, антибактериальное свойство, стойкость к воздействию агрессивных сред и антистатическое свойство. Он по существу является не токсичным и безвредным, и также мягок для кожи. Продукты его разрушения представляют собой аминокислоту и жирную кислоту, которые, по существу, не оказывают влияния на окружающую среду. Кроме того, он обладает преимуществом, заключающимся в хорошей совместимости с другими поверхностно-активными веществами.
Тем не менее, когда N-лауроил-L-аланин, полученный в соответствии со способами предшествующего уровня техники, такими как реакция конденсации Шоттена-Баумана, тестируют в качестве поверхностно-активного вещества, тогда обнаружили, что его моющая способность не является столь высокой, как предполагалось теоретически. После серий изыскательских экспериментов авторы настоящего изобретения также обнаружили, что основная причина для низкой моющей способности N-лауроил-L-аланина заключается в относительно высоком содержании лауриновой кислоты в N-лауроил-L-аланиновом продукте, приготовленном при помощи этого способа. Присутствие лауриновой кислоты предотвращает образование самособираемого полимера. Данные о действии натриевой соли соединения, полученного из N-лауроил-L-аланинового продукта, не являются столь хорошими, как данные, полученные в описании настоящего изобретения. Высокое содержание лауриновой кислоты приводит к низкой чистоте продукта, что существенно влияет на качество N-лауроил-L-аланина. Для удаления примесей хроматография предполагается дополнительно к исходному способу получения, таким образом, дополнительно очищая продукт. Эта процедура является затруднительной и дорогостоящей, и сложно реализовать промышленное производство.
В свете вышеприведенных фактов желателен способ получения самособираемого аминокислотного супрамолекулярного полимера и его применение. Самособираемый N-лауроил-L-аланиновый полимер, полученный при помощи этого способа, имеет содержание лауриновой кислоты, которое не обнаруживается при помощи HPLC (высокоэффективной жидкостной хроматографии) и GC (газовой хроматографии), и демонстрирует хорошее деконтаминирующее действие. Кроме того, этот способ включает простой процесс и низкую стоимость и его легче индустриализировать.
Краткое изложение сущности изобретения
Одна из задач описания настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить способ получения N-лауроил-L-аланинового самособираемого полимера и применение N-лауроил-L-аланинового самособираемого полимера, где получаемый N-лауроил-L-аланиновый самособираемый супрамолекулярный полимер обладает хорошей биоразлагаемостью и мощной моющей способностью, весьма подходит для бытовой химии, сельского хозяйства, фармацевтической промышленности и т.п. Преодолены дефекты самого N-лауроил-L-аланина, приготовленного в соответствии с предшествующим уровнем техники, т.е. низкая чистота и высокий уровень примесей, которые серьезно влияют на качество продукта.
Самособираемый аминокислотный супрамолекулярный полимер в соответствии с описанием настоящего изобретения имеет следующую структуру:
Самособираемый аминокислотный супрамолекулярный полимер в соответствии с описанием настоящего изобретения содержит N-лауроил-L-аланин в качестве базовой единицы, которая само собирается в супрамолекулярный полимер посредством водородных связей, где полимер по существу не содержит лауриновую кислоту, где «по существу не содержит» означает, что лауриновая кислота не обнаруживается при помощи HPLC (высокоэффективной жидкостной хроматографии) и GC (газовой хроматографии).
Самособираемый аминокислотный супрамолекулярный полимер в соответствии с описанием настоящего изобретения содержит N-лауроил-L-аланин в качестве базовой единицы, которая само собирается в супрамолекулярный полимер посредством водородных связей, где супрамолекулярный полимер имеет средневзвешенную молекулярную массу от 2000 до 5000000.
Следующее техническое решение используют для достижения задачи описания настоящего изобретения и решения его технической проблемы. Предложен способ получения самособираемого аминокислотного супрамолекулярного полимера, по существу не содержащего лауриновую кислоту, в соответствии с описанием настоящего изобретения, включающий следующие стадии:
Добавление растворителя, L-аланина и катализатора к неочищенному N-лауроил-L-аланиновому продукту, встряхивание в определенных условиях, охлаждение, фильтрование, промывание получающегося в результате твердого вещества и сушку с получением N-лауроил-L-аланинового самособираемого полимера, по существу не содержащего лауриновую кислоту.
Получение вышеупомянутого неочищенного N-лауроил-L-аланинового продукта включает следующие стадии:
(1) Растворение L-аланина и металлосодержащего неорганического основания в смешанном растворе дистиллированной воды и органического растворителя, и однородное перемешивание с получением раствора соли L-аланина;
(2) Последовательное добавление лауроилхлорида и металлосодержащего неорганического основания к приготовленному выше раствору соли L-аланина, и затем продолжение перемешивания в определенных условиях с получением пастообразной соли N-лауроил-L-аланина;
(3) Подкисление пастообразной соли N-лауроил-L-аланина, полученной выше, с постепенным осаждением белого твердого вещества, и затем помещение полученного вещества на ледяную баню, фильтрование с получением неочищенного N-лауроил-L-аланинового продукта.
В вышеупомянутом способе мольное отношение L-аланина к металлосодержащему неорганическому основанию на стадии (1) составляет 1:(1-1,5).
В вышеупомянутом способе металлосодержащее неорганическое основание на стадии (1) выбрано из одного или более чем одного из гидроксида натрия, гидр оксида калия, карбоната натрия и карбоната калия.
В вышеупомянутом способе органический растворитель на стадии (1) выбран из одного или более чем одного из ацетона, метанола, этанола, ацетонитрила и тетрагидрофурана.
В вышеупомянутом способе объемное отношение дистиллированной воды к органическому растворителю на стадии (1) составляет 1:(1-1,5).
В вышеупомянутом способе вводимое мольное отношение лауроилхлорида к L-аланину на стадии (2) составляет (0,8-1):1.
В вышеупомянутом способе условия перемешивания на стадии (2) включают: температуру 5-50°С, время 0,5-3,5 ч.
В вышеупомянутом способе металлосодержащее неорганическое основание на стадии (2) имеет концентрацию 30-80%.
В вышеупомянутом способе металлосодержащее неорганическое основание на стадии (2) выбрано из одного или более чем одного из гидроксида натрия, гидроксида калия, карбоната натрия и карбоната калия.
В вышеупомянутом способе растворитель на стадии (4) выбран из одного или более чем одного из ацетона, метанола, этанола, ацетонитрила, тетрагидрофурана и смешанных растворителей, приготовленных из одного или более чем одного из вышеупомянутых растворителей с водой.
В вышеупомянутом способе катализатор на стадии (4) выбран из одного или более чем одного из серной кислоты, пара-толуолсульфоновой кислоты и эмульгаторов
В вышеупомянутом способе мольное отношение неочищенного N-лауроил-L-аланинового продукта, растворителя, L-аланина и катализатора на стадии (4) составляет 1:(5-10):(0,2-0,6):(0,001-0,2).
В вышеупомянутом способе температура сушки на стадии (4) составляет 40-70°С.
В вышеупомянутом способе условия перемешивания на стадии (4) включают: температуру 25-100°С, давление 5 кг-50 кг, время 1-3 ч.
Описание настоящего изобретения также относится к натриевой соли самособираемого аминокислотного супрамолекулярного полимера, по существу не содержащего лауриновую кислоту, и ее структура является следующей:
или
где n обозначает количество молекул N-лауроил-L-аланина натрия, образующих самособираемый супрамолекулярный полимер.
В описании настоящего изобретения дополнительно раскрыта натриевая соль самособираемого аминокислотного супрамолекулярного полимера, содержащая N-лауроил-L-аланин натрия в качестве базовой единицы, которая самособирается в супрамолекулярный полимер посредством водородных связей, где супрамолекулярный полимер имеет средневзвешенную молекулярную массу от 2800 до 770000.
Следующее техническое решение дополнительно используют для достижения задачи в соответствием с описанием настоящего изобретения и решения его технической проблемы. Согласно описанию настоящего изобретения предложено применение самособираемого аминокислотного супрамолекулярного полимера, полученного при помощи вышеупомянутого способа получения, в качестве поверхностно-активного вещества, используемого в областях бытовой химии, сельского хозяйства и фармацевтической промышленности.
Следующее техническое решение дополнительно используется для достижения задачи в соответствии с описанием настоящего изобретения и решения его технической проблемы. Согласно описанию настоящего изобретения предложена супрамолекулярная аминокислота, где супрамолекулярная аминокислота образуется при помощи водородного связывания N-лауроил-L-аланиновых мономеров, полученных при помощи вышеупомянутого способа получения.
Описание настоящего изобретения имеет следующие благоприятные технические эффекты по сравнению с предшествующим уровнем техники:
1. Самособираемый аминокислотный супрамолекулярный полимер в соответствии с описанием настоящего изобретения получают посредством способа, состоящего из простых стадий процесса. Его получают путем конденсации природной лауриновой кислоты и природного L-аланина. Он стабилен в условиях окружающей среды и не токсичен и не вреден для организма человека. Даже при его проникновении в организм человека он быстро естественным образом разрушается до лауриновой кислоты и L-аланина, и продукты разрушения представляют собой природные вещества, которые могут быть использованы повторно. Кроме того, условия реакции являются мягкими и, таким образом, подходят для промышленного получения.
2. Содержание лауриновой кислоты в самособираемом аминокислотном супрамолекулярном полимере, полученном посредством способа в соответствии с описанием настоящего изобретения, не может быть обнаружено при помощи HPLC или GC. Таким образом, содержание лауриновой кислоты не оказывает влияния на структуру или свойства N-лауроил-L-аланина, таким образом, позволяя эффективно избежать влияния лауриновой кислоты на качество продукта.
3. Самособираемый аминокислотный супрамолекулярный полимер, полученный посредством способа в соответствии с описанием настоящего изобретения, имеет структуру трехмерной сетки, которая существенно облегчает поглощение масла и других органических веществ. При применении рН составляет 6-7, что ближе к рН, необходимому для организма человека. По меньшей мере 90% полимера существует в форме натриевой соли, а оставшаяся часть существует в форме кислоты. Они одновременно существуют в двух измерениях и трех измерениях, обеспечивая сильный потенциал для очистки и адсорбции бактерий, пестицидов, запаха и т.д.
4. Самособираемый аминокислотный супрамолекулярный полимер, полученный посредством способа в соответствии с описанием настоящего изобретения, обладает стабильной структурой и стабильными свойствами, и также обладает супрамолекулярными свойствами. Вследствие существования различных желатинизирующих факторов в растворе, содержащем молекулы, таких как водородная связь, электростатическая сила, гидрофобная сила и взаимодействие π-π, жидкие компоненты остаются неподвижными. Таким образом, образуется аминокислота, обладающая пространственной структурой в виде трехмерной сети. Полимер сам по себе наделен свойствами физической стерилизации, удаления запаха и удаления пестицидных остатков. Он обладает выраженным бактериостатическим действием и способен ингибировать каждый из Escherichia coli, Staphylococcus aureus и Candida albicans с бактериостатической эффективностью до 100%. Он может эффективно удалять пестицидный остаток. Степень удаления метамидофоса может достигать 64,63%, и степень удаления ацефата может достигать 74,66%. Он также обладает хорошей дезодорирущей способностью.
5. Самособираемый аминокислотный супрамолекулярный полимер, полученный посредством способа в соответствии с описанием настоящего изобретения, существует в форме бесчисленных столбчатых телец с огромными брешами между молекулами. Огромные бреши могут захватывать органические вещества, такие как молекулы лекарства, пестицидный остаток и крошечные неорганические частицы. Для применений в фармацевтической области самособираемый аминокислотный супрамолекулярный полимер может инкапсулировать молекулы лекарственного средства и действовать в качестве агента с медленным высвобождением, таким образом, что активные ингредиенты лекарственного средства могут медленно высвобождаться под действием фермента. Для применений в области пестицидов самособираемые аминокислотные супрамолекулярные полимеры могут инкапсулировать пестицид для предотвращения проникновения и попадания пестицида внутрь растения. Для задач применения в области косметики комбинация самособираемого аминокислотного супрамолекулярного полимера и природного масла может модифицировать физические свойства масла, таким образом, что модифицированное природное масло ближе по свойствам к жиру, секретируемому организмом человека, и, таким образом, лучше воспринимается потребителями. Самособираемый аминокислотный супрамолекулярный полимер может инкапсулировать косметическое активное вещество, таким образом, что активное вещество не будет легко окисляться или деактивироваться, и частицы косметического активного вещества могут быть однородно диспергированы и суспендированы в косметической системе.
Описание графических материалов
Фиг. 1 демонстрирует химические реакционные формулы для получения N-лауроил-L-аланина в соответствии со способом синтеза в воплощении 3 в описании настоящего изобретения;
Фиг. 2 демонстрирует диаграмму инфракрасных спектров самособираемого N-лауроил-L-аланинового полимера, полученного в соответствии со способом синтеза в воплощении 3 в описании настоящего изобретения;
1
Фиг. 3а демонстрирует спектр H-NMR (ядерного магнитного резонанса) самособираемого N-лауроил-L-аланинового полимера, полученного в соответствии со способом синтеза в воплощении 3 в описании настоящего изобретения;
13
Фиг. 3b демонстрирует спектр C-NMR самособираемого N-лауроил-L-аланинового полимера, полученного в соответствии со способом синтеза в воплощении 3 в описании настоящего изобретения;
Фиг. 4 демонстрирует стандартную хроматограмму N-лауроил-L-аланина;
Фиг. 5 демонстрирует хроматограмму высокоэффективной жидкостной хроматографии самособираемого N-лауроил-L-аланинового полимера, полученного в соответствии со способом синтеза в воплощении 3 в описании настоящего изобретения, полученную в тех же самых условиях, как условия для получения фиг.4;
Фиг. 6 демонстрирует хроматограмму высокоэффективной жидкостной хроматографии лауриновой кислоты, измеренную в тех же самых условиях, как условия для получения фиг.4;
Фиг. 7 демонстрирует хроматограмму высокоэффективной жидкостной хроматографии L-аланина, измеренную в тех же самых условиях, как условия для получения фиг.4;
Фиг. 8 демонстрирует хроматограмму высокоэффективной жидкостной хроматографии N-лауроил-L-аланил-L-аланина, полученного при помощи колоночного получения и разделения, измеренную в тех же самых условиях, как условия для получения в соответствии с фиг. 4;
Фиг. 9 представляет собой диаграмму, демонстрирующую образование структуры супрамолекулярной аминокислоты из N-лауроил-L-аланинового мономера, полученного в соответствии со способом синтеза в воплощении 3 в описании настоящего изобретения;
Фиг. 10а демонстрирует 300Х электронную микрофотографию самособираемого N-лауроил-L-аланинового полимера, полученного в соответствии со способом синтеза в воплощении 3 в описании настоящего изобретения;
Фиг. 10b демонстрирует 1000Х электронную микрофотографию самособираемого N-лауроил-L-аланинового полимера, полученного в соответствии со способом синтеза в воплощении 3 в описании настоящего изобретения;
Фиг. 10с демонстрирует 2000Х электронную микрофотографию самособираемого N-лауроил-L-аланинового полимера, полученного в соответствии со способом синтеза в воплощении 3 в описании настоящего изобретения;
Фиг. 11а демонстрирует 500Х электронную микрофотографию имеющегося в продаже N-лауроил-L-аланина (содержащего 2-5% лауриновую кислоту);
Фиг. 11b демонстрирует 1000Х электронную микрофотографию имеющегося в продаже N-лауроил-L-аланина (содержащего 2-5% лауриновую кислоту);
Фиг. 11с демонстрирует 2000Х электронную микрофотографию имеющегося в продаже N-лауроил-L-аланина (содержащего 2-5% лауриновую кислоту);
Фиг.12 представляет собой диаграмму, демонстрирующую дальнейшее образование натриевой соли из супрамолекулярной аминокислоты, образующейся из самособираемого N-лауроил-L-аланина, полученного в соответствии со способом синтеза в воплощении 3 в описании настоящего изобретения;
Фиг. 13 демонстрирует диаграмму и данные о молекулярной массе натриевой соли супрамолекулярной аминокислоты, дополнительно образуемой из самомобираемого N-лауроил-L-аланина, полученного в соответствии со способом синтеза в воплощении 3 в описании настоящего изобретения;
Результаты GPC (гель-фильтрационной хроматографии) для образца: результаты для образца
Время удержания: время удержания
Mn: среднечисленная молекулярная масса
Mw: средневзвешенная молекулярная масса
Mz: молекулярная масса по методу наибольшего среднего
Мр: максимальная молекулярная масса
Полидисперсность: указывающая на то, что молекулярная масса представляет собой среднюю величину для молекулярных масс гомологов;
Фиг. 14-16 представляют собой результаты тестов для аминокислотной зубной пасты в воплощении 3;
Фиг. 17 демонстрирует зубы пациента до чистки аминокислотной зубной пастой;
Фиг. 18 демонстрирует эффект от чистки зубов пациента аминокислотной зубной пастой;
Фиг. 19 демонстрирует результаты тестов моющей способности жидкости для стирки;
Фиг. 20 демонстрирует масс-спектр самособираемого N-лауроил-L-аланинового полимера, полученного в соответствии со способом синтеза в воплощении 3 в описании настоящего изобретения.
Подробное описание изобретения
После обширных и интенсивных исследований авторы настоящего изобретения обнаружили оригинальный способ, который может быть использован для получения полимера, по существу не содержащего лауриновую кислоту, путем самосборки N-лауроил-L-аланинового мономера путем образования водородных связей, и может быть образована эластичная содержащая полости структура. Эта структура может иммобилизировать маслянистые вещества. Когда полимер образует соль с основанием, тогда получающаяся в результате полимерная соль может быть использована в качестве поверхностно-активного вещества. Изобретение реализовано на этом основании.
Используемый здесь «полимер или его соль, предложенная в соответствии с описанием настоящего изобретения, по существу не содержащий лауриновую кислоту» означает, что, например лауриновая кислота не может быть обнаружена при помощи высокоэффективной жидкостной хроматографии (оборудованной ультрафиолетовым детектором; хроматографической колонкой: ODS-2HYPERSIL С18 250* 4,6 мм 5 мкм; устройством вакуумной фильтрации подвижной фазы и дегазирующим устройством; и 0,45 мкм органическим мембранным фильтром). То есть, содержание лауриновой кислоты не оказывает влияния на свойства и структуру N-лауроил-L-аланина, таким образом, что N-лауроил-L-аланин может самособираться в супрамолекулярный полимер путем образования водородных связей. Альтернативно, это означает, что в масс-спектре, полученном при помощи масс-спектрометрии, не может быть обнаружен никакой молекулярный ионный пик, характерный для лауриновой кислоты, например, без ограничения, на масс-спектре, полученном при помощи LC/MS (жидкостная хроматография/масс-спектрометрия) прибора Agilent 1200/6220, как представлено на фиг. 20.
N-Лауроил-L-аланиновые соли, включенные в описание настоящего изобретения, представляют собой N-лауроил-L-аланин натрия и/или N-лауроил-L-аланин калия. Они также могут представлять собой соли, образуемые из N-лауроил-L-аланина с основными аминокислотами, такие как соли, образованные с аргинином, гистидином, лизином и т.п.
Полимер или его соли
Предложен самособираемый аминокислотный супрамолекулярный полимер или его соль в соответствии с описанием настоящего изобретения, где полимер образован путем образования водородных связей между N-лауроил-L-аланиновыми мономерами, где полимер, по существу, не содержит лауриновую кислоту.
Указанное образование водородных связей между N-лауроил-L-аланиновыми мономерами может обеспечить структуру, представленную формулой (I):
Самособираемый аминокислотный супрамолекулярный полимер, получаемый в соответствии с описанием настоящего изобретения, имеет средневзвешенную молекулярную массу от 2000 до 5000000 и температуру плавления 82-84°С.
Также предложена соль вышеупомянутого самособираемого аминокислотного супрамолекулярного полимера в соответствии с описанием настоящего изобретения, где соль образована из полимера и основания, где основание выбрано из неорганических и органических оснований.
В предпочтительном воплощении неорганическое основание выбрано из гидроксида натрия, гидроксида калия или гидроксида лития.
В предпочтительном воплощении органическое основание представляет собой природную основную аминокислоту (аргинин, лизин или гистидин).
Натриевая соль вышеупомянутого самособираемого аминокислотного супрамолекулярного полимера, полученная в соответствии с описанием настоящего изобретения, обладает максимальной растворимостью 15 масс./об.%, измеренной в соответствии со способом измерения (Китайская Фармакопея (издание 2015 года), Общее руководство). То есть максимальное количество самособираемого полимерного раствора N-лауроил-L-аланина, растворенного в 100 мл воды, составляет 15 грамм при 25°С и 1 атмосфере (101325 Па).
В одном из воплощений в соответствии с описанием настоящего изобретения предложена натриевая соль самособираемого аминокислотного супрамолекулярного полимера, образуемого за счет формирования водородных связей между мономерами N-лауроил-L-аланина натрия, где натриевая соль полимера по существу не содержит лауриновую кислоту.
Указанное образование водородных связей между мономерами N-лауроил-L-аланина натрия может привести к образованию структуры, представленной формулой (II):
где n обозначает количество молекул N-лауроил-L-аланина натрия, образующих самособираемый супрамолекулярный полимер.
N молекул N-лауроил-L-аланина натрия последовательно связаны водородными связями в одной плоскости, или n молекул N-лауроил-L-аланина натрия последовательно связаны водородными связями, и первая и последняя молекулы также связаны водородными связями с образованием колоннообразной структуры.
Натриевая соль самособираемого аминокислотного супрамолекулярного полимера, получаемого в соответствии с описанием настоящего изобретения, имеет средневзвешенную молекулярную массу от 2800 до 770000, из чего можно сделать заключение о том, что n находится в диапазоне от 10 до 3000; и растворимость натриевой соли в воде не превышает 15 г/100 мл.
В соответствии с описанием настоящего изобретения также предложена композиция, содержащая самособираемый аминокислотный супрамолекулярный полимер или его соль, полученные в соответствии с описанием настоящего изобретения, и полимер, образуемый путем образования водородных связей между N-лауроил-L-аланил-L-аланиновыми мономерами или их солью, где полимер, образуемый путем образования водородных связей между N-лауроил-L-аланил-L-аланиновыми мономерами или их солью, составляет 0-40 масс. %, исходя из общей массы композиции.
Указанное образование водородных связей между N-лауроил-L-аланил-L-аланиновыми мономерами может привести к структуре, представленной формулой (I'):
где получающийся в результате полимер имеет средневзвешенную молекулярную массу от 5000 до 5000000 и температуру плавления 148-150°С.
Образование водородной связи между мономерами N-лауроил-L-аланил-L-аланина натрия может дополнительно приводить к образованию структуры, представленной формулой (IV):
где n составляет 8-20000; где n молекул N-лауроил-L-аланил-L-аланина натрия последовательно связаны водородными связями в одной плоскости, или n молекул N-лауроил-L-аланил-L-аланина натрия последовательно связаны водородными связями, и первая и последняя молекулы также связаны водородными связями с образованием колоннообразной структуры.
Полимерная натриевая соль, представленная формулой II', имеет средневзвешенную молекулярную массу от 5000 до 5000000.
Способ получения полимера или его соли
В соответствии с описанием настоящего изобретения предложен способ получения самособираемого аминокислотного супрамолекулярного полимера, включающий следующие стадии:
Стадия I, растворение L-аланина и металлосодержащего неорганического основания в смешанном растворе дистиллированной воды и органического растворителя, и однородное перемешивание с получением раствора соли L-аланина;
Стадия II, последовательное добавление лауроилхлорида и металлосодержащего неорганического основания к раствору соли L-аланина, полученного выше, для обеспечения в реакционной системе рН 8-10, и затем продолжение перемешивания в определенных условиях с получением пастообразной соли N-лауроил-L-аланина;
Стадия III, подкисление пастообразной соли N-лауроил-L-аланина, полученной выше, до рН 3-4 с постепенным осаждением белого твердого вещества, и затем помещение полученного вещества на ледяную баню на 1-3 ч, фильтрование с получением неочищенного N-лауроил-L-аланинового продукта;
Стадия IV, добавление растворителя, L-аланина и катализатора к неочищенному N-лауроил-L-аланиновому продукту, полученному выше, и перемешивание в определенных условиях с получением самособираемого аминокислотного супрамолекулярного полимера, полученного в соответствии с описанием настоящего изобретения.
В одном из воплощений в соответствии с описанием настоящего изобретения объемное отношение дистиллированной воды к органическому растворителю на стадии I составляет 1: (1-1,5).
В одном из воплощений в соответствии с описанием настоящего изобретения мольное отношение L-аланина к металлосодержащему неорганическому основанию на стадии I составляет 1: (1-1,5).
В одном из воплощений в соответствии с описанием настоящего изобретения металлосодержащее неорганическое основание на стадии I выбрано из одного или более чем одного из гидроксида натрия, гидроксида калия, карбоната натрия и карбоната калия.
В одном из воплощений в соответствии с описанием настоящего изобретения органический растворитель на стадии I выбран из одного или более чем одного из ацетона, метанола, этанола, ацетонитрила и тетрагидрофурана.
В одном из воплощений в соответствии с описанием настоящего изобретения вводимое мольное отношение лауроилхлорида к L-аланину на стадии II составляет (0,8-1): 1.
В одном из воплощений в соответствии с описанием настоящего изобретения условия перемешивания на стадии II включают: температуру 5-50°С, время 0,5-3,5 часов.
В одном из воплощений в соответствии с описанием настоящего изобретения металлосодержащее неорганическое основание на стадии II имеет концентрацию 30-80%; металлосодержащее неорганическое основание выбрано из одного или более чем одного из гидроксида натрия, гидроксида калия, карбоната натрия и карбоната калия.
В одном из воплощений в соответствии с описанием настоящего изобретения растворитель со стадии IV выбран из ацетона, метанола, этанола, ацетонитрила, тетрагидрофурана или смешанных растворителей, приготовленных из одного или более чем одного из вышеупомянутых растворителей с водой.
В одном из воплощений в соответствии с описанием настоящего изобретения катализатор со стадии IV выбран из одного или более чем одного из серной кислоты, пара-толуолсульфоновой кислоты и эмульгаторов.
В одном из воплощений в соответствии с описанием настоящего изобретения мольное отношение неочищенного N-лауроил-L-аланинового продукта, растворителя, L-аланина и катализатора на стадии IV составляет 1:(5-10):(0,2-1,1):(0,001-0,2); предпочтительно 1:(5-10):(0,2-0,5):(0,01-0,2).
В одном из воплощений в соответствии с описанием настоящего изобретения условия перемешивания на стадии 4 включают: температуру 25-100°С, давление 5 кг-50 кг, время 1-3 часа.
В одном из воплощений в соответствии с описанием настоящего изобретения на стадии IV за перемешиванием следует охлаждение и фильтрование с получением твердого вещества, которое промывают и затем сушат с получением самособираемого N-лауроил-L-аланинового полимера, по существу не содержащего лауриновую кислоту.
Применение полимера или его соли
Самособираемый аминокислотный супрамолекулярный полимер, предложенный в соответствии с описанием настоящего изобретения, может быть использован для иммобилизации маслянистых веществ, и его соли могут быть использованы в качестве поверхностно-активного вещества.
Самособираемый аминокислотный супрамолекулярный полимер или его соль, предложенные в соответствии с описанием настоящего изобретения, могут быть широко использованы в областях бытовой химии, сельского хозяйства или фармацевтической промышленности, например, но без ограничения, для приготовления зубной пасты, композиции для ухода за кожей, жидкости для стирки, душистого мыла, стирального порошка, косметической очищающей эссенции, маски для лица и т.п.
Описание настоящего изобретения дополнительно описано ниже со ссылкой на графические материалы и примеры. Понятно, что эти примеры используются исключительно для иллюстрации описания настоящего изобретения, а не для ограничения объема в соответствии с описанием настоящего изобретения. Дополнительно понятно, что различные изменения или модификации описания настоящего изобретения могут быть осуществлены специалистом в данной области техники после прочтения вышеприведенного описания настоящего изобретения, и эти эквивалентные варианты оказываются в объеме, определенном также в формуле изобретения заявки на изобретение.
Пример 1
Синтез самособираемого N-лауроил-L-аланинового полимера
Воплощение 1
89 г (1 моль) L-аланина и 40 г (1 моль) гидроксида натрия растворяли в смешанном растворе 150 мл дистиллированной воды и 150 мл ацетона в трехгорлой колбе объемом 1 л при температуре окружающей среды, и однородно перемешивали с получением раствора L-аланина натрия.
В условиях 25°С 218,7 г (1 моль) лауроилхлорида по каплям медленно добавляли к раствору соли L-аланина, и затем 50% раствор гидроксида натрия по каплям добавляли для достижения в реакционной системе рН 9. После завершения добавления перемешивание продолжали в течение 2 ч при 25°С с получением пастообразной соли N-лауроил-L-аланина.
Соляную кислоту добавляли к пастообразной соли N-лауроил-L-аланина для ее подкисления до рН 3-4. Постепенно осаждалось белое твердое вещество. Затем получаемое вещество помещали на ледяную баню на 2 ч. Фильтрование осуществляли для получения неочищенного N-лауроил-L-аланинового продукта.
Смешанный растворитель из воды и ацетона, L-аланина и пара-толуолсульфоновой кислоты добавляли к неочищенному N-лауроил-L-аланиновому продукту, где неочищенный N-лауроил-L-аланиновый продукт, смешанный растворитель из воды и ацетона, L-аланина и пара-толуолсульфоновой кислоты добавляли в мольном отношении 1:7,5:0,35:0,002. Перемешивание продолжали в течение 2 ч при температуре 60°С и давлении 27 кг, таким образом, что лауриновая кислота в небольшом количестве полностью расходовалась. Затем осуществляли охлаждение и фильтрование. Получающееся в результате твердое вещество дважды промывали очищенной водой и, наконец, сушили при 60°С с получением самособираемого N-лауроил-L-аланинового полимера.
Масса получающегося в результате самособираемого N-лауроил-L-аланинового полимера составляла 250,5 г; выход составлял 92,3%; чистота была выше чем 97%; содержание лауриновой кислоты не обнаруживалось; и температура плавления составляла 82-84°С.
Экспериментально обнаружили, что если перемешивание вышеприведенной реакционной смеси продолжали при давлении окружающей среды, то все же обнаруживали небольшое количество лауриновой кислоты при проверке реакционной системы. Никакое количество самособираемого N-лауроил-L-аланинового полимера не может получаться в конечном продукте.
Воплощение 2
89 г (1 моль) L-аланина и 56 г (1 моль) гидроксида калия растворяли в смешанном растворе 150 мл дистиллированной воды и 150 мл ацетона в трехгорлой колбе объемом 1 л при температуре окружающей среды, и однородно перемешивали с получением раствора L-аланина натрия.
В условиях 25°С218,7 г(1 моль) лауроилхлорида по каплям медленно добавляли к раствору соли L-аланина, и затем 50% раствор гидроксида натрия по каплям добавляли для достижения в реакционной системе рН 9. После завершения добавления перемешивание продолжали в течение 2 ч при 25°С с получением пастообразной соли N-лауроил-L-аланина.
Соляную кислоту добавляли к пастообразной соли N-лауроил-L-аланина для ее подкисления до рН 3-4. Постепенно осаждалось белое твердое вещество. Затем получаемое вещество помещали на ледяную баню на 2 ч. Фильтрование осуществляли для получения неочищенного N-лауроил-L-аланинового продукта.
Смешанный растворитель из воды и ацетона, L-аланина и пара-толуолсульфоновой кислоты добавляли к неочищенному N-лауроил-L-аланиновому продукту, где неочищенный N-лауроил-L-аланиновый продукт, смешанный растворитель из воды и ацетона, L-аланина и пара-толуолсульфоновой кислоты добавляли в мольном отношении 1:10:0,3:0,003. Перемешивание продолжали в течение 2 ч при температуре 25°С и давлении 43 кг, таким образом, что лауриновая кислота в небольшом количестве полностью расходовалась. Затем осуществляли охлаждение и фильтрование. Получающееся в результате твердое вещество дважды промывали очищенной водой и, наконец, сушили при 60°С с получением самособираемого N-лауроил-L-аланинового полимера.
Масса получающегося в результате самособираемого N-лауроил-L-аланинового полимера составляла 243,7 г; выход составлял 89,8%; чистота была выше чем 97%; содержание лауриновой кислоты не обнаруживалось; и температура плавления составляла 82-84°С.
Воплощение 3
89 кг (1 кмоль) L-аланина и 40 кг (1 кмоль) гидроксида натрия растворяли в смешанном растворе 150 л дистиллированной воды и 150 л ацетона в реакционном котле объемом 1000 л при температуре окружающей среды, и однородно перемешивали с получением раствора L-аланина натрия.
В условиях 25°С 175 кг (0,8 кмоль) лауроилхлорида по каплям медленно добавляли к раствору соли L-аланина, и затем 50% раствор гидроксида натрия по каплям добавляли для достижения в реакционной системе рН 9. После завершения добавления перемешивание продолжали в течение 2 ч при 25°С с получением пастообразной соли N-лауроил-L-аланина.
Соляную кислоту добавляли к пастообразной соли N-лауроил-L-аланина для ее подкисления до рН 3-4. Постепенно осаждалось белое твердое вещество. Затем получаемое вещество помещали на ледяную баню на 2 ч. Фильтрование осуществляли с получением неочищенного N-лауроил-L-аланинового продукта.
Смешанный растворитель из воды и ацетона, L-аланина и пара-толуолсульфоновой кислоты добавляли к неочищенному N-лауроил-L-аланиновому продукту, где неочищенный N-лауроил-L-аланиновый продукт, смешанный растворитель из воды и ацетона, L-аланина и пара-толуолсульфоновой кислоты добавляли в мольном отношении 1:5:0,2:0,002. Перемешивание продолжали в течение 2 ч при температуре 100°С и давлении 50 кг, таким образом, что лауриновая кислота в небольшом количестве полностью расходовалась. Затем осуществляли охлаждение и фильтрование. Получающееся в результате твердое вещество дважды промывали чистой водой, и, наконец, сушили при 60°С с получением самособираемого N-лауроил-L-аланинового полимера.
Масса получающегося в результате самособираемого N-лауроил-L-аланинового полимера составляла 217,2 кг; выход составлял 98,5%; чистота была выше чем 97%; содержание лауриновой кислоты не обнаруживалось; и температура плавления составляла 82-84°С.
Воплощение 4
89 г (1 моль) L-аланина и 106 г (1 моль) карбоната натрия растворяли в смешанном растворе 150 мл дистиллированной воды и 150 мл ацетона в трехгорлой колбе объемом 1 л при температуре окружающей среды, и однородно перемешивали с получением раствора L-аланина натрия.
В условиях 50°С218,7 г (1 моль) лауроилхлорида по каплям медленно добавляли к раствору соли L-аланина, и затем 30% раствор гидроксида натрия по каплям добавляли для достижения в реакционной системе рН 8. После завершения добавления перемешивание продолжали в течение 3,5 ч при 25°С с получением пастообразной соли N-лауроил-L-аланина.
Соляную кислоту добавляли к пастообразной соли N-лауроил-L-аланина для ее подкисления до рН 3-4. Постепенно осаждалось белое твердое вещество. Затем получаемое вещество помещали на ледяную баню на 3 ч. Фильтрование осуществляли с получением неочищенного N-лауроил-L-аланинового продукта.
Раствор метанола, L-аланин и серную кислоту добавляли к неочищенному N-лауроил-L-аланиновому продукту, где неочищенный N-лауроил-L-аланиновый продукт, раствор метанола, L-аланин и серную кислоту добавляли в мольном отношении 1:5:0,2:0,005. Перемешивание продолжали в течение 1 ч при температуре 25°С и давлении 5 кг, таким образом, что лауриновая кислота в небольшом количестве полностью расходовалась. Затем осуществляли охлаждение и фильтрование. Получающееся в результате твердое вещество дважды промывали очищенной водой, и, наконец, сушили при 70°С с получением самособираемого N-лауроил-L-аланинового полимера.
Масса получающегося в результате самособираемого η-лауроил-L-аланинового полимера составляла 244,7 г; выход составлял 90,2%; чистота была выше чем 97%; содержание лауриновой кислоты не обнаруживалось; и температура плавления составляла 82-84°С.
Воплощение 5
89 г (1 моль) L-аланина и 106 г (1 моль) карбоната натрия растворяли в смешанном растворе 150 мл дистиллированной воды и 150 мл ацетона в трехгорлой колбе объемом 1 л при температуре окружающей среды, и однородно перемешивали с получением раствора L-аланина натрия.
В условиях 5°С 218,7 г (1 моль) лауроилхлорида по каплям медленно добавляли к раствору соли L-аланина, и затем 80% раствор гидроксида натрия по каплям добавляли для достижения в реакционной системе рН 10. После завершения добавления перемешивание продолжали в течение 0,5 ч при 50°С с получением пастообразной соли N-лауроил-L-аланина.
Соляную кислоту добавляли к пастообразной соли N-лауроил-L-аланина для ее подкисления до рН 3-4. Постепенно осаждалось белое твердое вещество. Затем получаемое вещество помещали на ледяную баню на 1 ч. Фильтрование осуществляли с получением неочищенного N-лауроил-L-аланинового продукта.
Раствор метанола, L-аланина и пара-толуолсульфоновой кислоты добавляли к неочищенному N-лауроил-L-аланиновому продукту, где неочищенный N-лауроил-L-аланиновый продукт, раствор метанола, L-аланин и пара-толуолсульфоновой кислоты добавляли в мольном отношении 1:5:0,2:0,002. Перемешивание продолжали в течение 3 ч при температуре 100°С и давлении 50 кг, таким образом, что лауриновая кислота в небольшом количестве полностью расходовалась. Затем осуществляли охлаждение и фильтрование. Получающееся в результате твердое вещество дважды промывали очищенной водой и, наконец, сушили при 40°С с получением самособираемого N-лауроил-L-аланинового полимера.
Масса получающегося в результате самособираемого N-лауроил-L-аланинового полимера составляла 235,4 г; выход составлял 86,7%; чистота была выше чем 97%; содержание лауриновой кислоты не обнаруживалось; и температура плавления составляла 82-84°С.
Воплощение 6
89 кг (1 кмоль) L-аланина и 40 кг (1 кмоль) гидроксида натрия растворяли в смешанном растворе 150 л дистиллированной воды и 150 л ацетона в реакционном котле объемом 1000 л при температуре окружающей среды, и однородно перемешивали с получением раствора L-аланина натрия.
В условиях 25°С 175 кг (0,8 кмоль) лауроилхлорида по каплям медленно добавляли к раствору соли L-аланина, и затем 50% раствор гидроксида натрия по каплям добавляли для достижения в реакционной системе рН 9. После завершения добавления перемешивание продолжали в течение 2 ч при 25°С с получением пастообразной соли N-лауроил-L-аланина.
Соляную кислоту добавляли к пастообразной соли N-лауроил-L-аланина для ее подкисления до рН 3-4. Постепенно осаждалось белое твердое вещество. Затем получающееся вещество помещали на ледяную баню на 2 ч. Фильтрование осуществляли с получением неочищенного N-лауроил-L-аланинового продукта.
Раствор тетрагидрофурана, L-аланина и пара-толуолсульфоновой кислоты добавляли к неочищенному N-лауроил-L-аланиновому продукту, где неочищенный N-лауроил-L-аланиновый продукт, раствор тетрагидрофурана, L-аланина и пара-толуолсульфоновой кислоты добавляли в мольном отношении 1:7,5:0,2:0,002. Перемешивание продолжали в течение 2 ч при температуре 63°С и давлении 22,5 кг, таким образом, что лауриновая кислота в небольшом количестве полностью расходовалась. Затем осуществляли охлаждение и фильтрование. Получающееся в результате твердое вещество дважды промывали очищенной водой, и, наконец, сушили при 60°С с получением самособираемого N-лауроил-L-аланинового полимера.
Масса получающегося в результате самособираемого N-лауроил-L-аланинового полимера составляла 218,2 кг; выход составлял 99,0%; чистота была выше чем 97%; содержание лауриновой кислоты не обнаруживалось; и температура плавления составляла 82-84°С.
Пример 2
Структурная характеристика самособираемого N-лауроил-L-аланинового полимера
1. Анализ инфракрасного спектра (GBT 6040-2002)
-1
-1
-1
Прибор: Инфракрасный спектрометр с преобразованием Фурье (FTS-1000) Спектральные условия: тестируемый образец (самособираемый N-лауроил-L-аланиновый полимер) и бромид калия (спектрально чистый, CP, приобретенный в Sinopharm Chemical Reagent Group) тщательно смешивали в отношении 1:100, измельчали и таблетировали; диапазон длин волн для сканирования составлял 4000 см - 400 см; разрешение составило 4 см; количество сканов составило 16.
Фиг. 2 демонстрирует диаграмму инфракрасных спектров самособираемого N-лауроил-L-аланинового полимера, синтезированного в соответствии со способом указанным в воплощении 3 в описании настоящего изобретения. Как показано на фиг. 2, инфракрасные спектральные данные для самособираемого N-лауроил-L-аланинового полимера, синтезированного в соответствии со способом, указанным в воплощении 3 в описании настоящего изобретения, являются следующими:
max
2
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
IR (инфракрасный) V (KBr): 3322 см (N-H); 2955 см, 2871 см, 1377 см(СН3); 2919 см, 2850 см, 1469 см, 720 см (=СН); 1646 см (С=O); 1541 см (C-N, N-Н); 1271 см, 2120 см (СООН); 1707 см (С=O); 1414 см (-ОН); 1241 см (С-О).
2. Анализ NMR (ядерный магнитный резонанс) (JY/T 007-1996)
1
13
Полученный в результате самособираемый N-лауроил-L-аланиновый полимер подвергали анализу NMR с использованием спектрометра UNITY-400NMR. Фиг. 3а демонстрирует спектр H-NMR самособираемого N-лауроил-L-аланинового полимера, полученного в соответствии со способом синтеза указанным в воплощении 3 в описании настоящего изобретения; Фиг. 3b демонстрирует спектр C-NMR самособираемого N-лауроил-L-аланинового полимера, полученного в соответствии со способом синтеза указанным в воплощении 3 в описании настоящего изобретения. Данные, полученные при помощи NMR, являются следующими:
1
H NMR (DMSO (диметилсульфоксид)): δ 7.95 (d, 1H); 4.15 (m, 1Н); 2.08 (t, 2H); 1.48 (m, 2H); 1.2 (m, 19H); 0.86 (t, 3H);
13
3
C NMR (CDCl): δ 174.63; 171.77; 47.74; 35.11; 31.33; 29.08; 29.06; 29.01; 28.87; 28.76; 28.67; 25.24; 22.13; 18.03; 13.92.
3. Анализ путем HPLC (GBT 16631-2008).
В анализе при помощи высокоэффективной жидкостной хроматографии ультрафиолетовый детектор использовали для идентификации и определения самособираемого N-лауроил-L-аланинового полимера. Время удержания для образца самособираемого N-лауроил-L-аланинового полимера сравнивали со временем образца для стандарта для идентификации образца, и способ нормализации для площади использовали для количественного определения. Если не указано иное, то все реагенты были хроматографически чистыми, и вода была ультрачистой водой.
2
4
Способ приготовления 20 миллимолярного буферного солевого раствора (рН 3,0): взвешивали 1,36 г первичного кислого фосфата калия (KHPO) (точность до 0,001 г), помещали в мерный стакан объемом 100 мл, разводили путем добавления воды, и затем переносили в мерную колбу объемом 500 мл. Воду добавляли до метки постоянного объема, и получали 20 миллимолярный раствор первичного кислого фосфата калия. Его рН доводили до 3,0 при помощи ортофосфорной кислоты с получением буферного солевого раствора.
Прибор: высокоэффективный жидкостный хроматограф: оборудованный UV (ультрафиолетовым) детектором; хроматографическая колонка: ODS-2 HYPERSIL С18 250*4,6 мм, 5 мкм; вакуумной фильтрацией и устройством для дегазирования подвижной фазы; и 0,45 мкм органический мембранный фильтр.
Измерение:
(1) Приготовление стандартного раствора образца
30 мг стандартного образца N-лауроил-L-аланина точно взвешивали, растворяли в подходящем количестве подвижной фазы, переносили в мерную колбу объемом 10 мл, разбавляли до метки постоянного объема и полностью встряхивали. Раствор фильтровали через органический мембранный фильтр 0,45 мкм и фильтрат хранили для применения.
(2) Приготовление раствора тестируемого образца
Точно взвешивали 150 мг тестируемого образца самособираемого N-лауроил-L-аланинового полимера, растворяли в подходящем количестве подвижной фазы, переносили в мерную колбу объемом 50 мл, разбавляли до метки постоянного объема и полностью встряхивали. Раствор фильтровали через органический мембранный фильтр 0,45 мкм и фильтрат хранили для применения.
(3) Условия хроматографии
Подвижная фаза: метанол:20 миллимолярный буферный солевой раствор (рН 3,0)=70:30 (об./об.); скорость потока: 1,0 мл/мин; температура колонки: 30°С; длина волны для детекции: 210 нм; вводимый объем: 20 мкл.
(4) Измерение образца
Параметры прибора корректировали в соответствии с условиями хроматографии. После стабилизации базовой линии на приборе 20 мкл раствора стандартного образца и 20 мкл раствора тестируемого образца соответственно инжектировали в хроматографическую колонку и регистрировали хроматограммы стандартного раствора образца N-лауроил-L-аланина и раствора тестируемого образца. Хроматографический пик N-лауроил-L-аланина в тестируемом образце количественно определяли в соответствии с временем удержания стандартного раствора. Процентную долю тестируемого образца определяли в соответствии с площадью пика для тестируемого образца с использованием способа нормализации площади.
Фиг. 4 демонстрирует стандартную хроматограмму N-лауроил-L-аланина; Фиг. 5 демонстрирует хроматограмму высокоэффективной жидкостной хроматографии самособираемого N-лауроил-L-аланинового полимера, полученного в соответствии со способом синтеза указанном в воплощении 3 в описании настоящего изобретения, измеренную в тех же самых условиях, как условия для получения на фиг. 4; Фиг. 6 демонстрирует хроматограмму высокоэффективной жидкостной хроматографии лауриновой кислоты, измеренную в тех же самых условиях, как условия для получения на фиг. 4; Фиг. 7 демонстрирует хроматограмму высокоэффективной жидкостной хроматографии L-аланина, измеренную в тех же самых условиях, как условия для получения на фиг. 4; Фиг. 8 демонстрирует хроматограмму высокоэффективной жидкостной хроматографии N-лауроил-L-аланил-L-аланина, полученного на колонке с разделением, измеренную в тех же самых условиях, как условия для получения на фиг. 4. Как можно видеть на фиг. 4-8, самособираемый N-лауроил-L-аланиновый полимер, полученный при помощи способа синтеза по настоящему изобретению, не содержал лауриновую кислоту среди примесей, и его чистота составляла 97% или больше. Основной примесью был N-лауроил-L-аланил-L-аланин, который, как предполагается, образуется путем дальнейшей конденсации с дегидратацией N-лауроил-L-аланина и L-аланина во время реакционного процесса.
4. Масс-спектрометрический анализ
15
29
3
15
29
3
+
-1
+
-1
Образец инжектировали в прибор LC/MS (жидкостный хроматограф/масс-спектрометр) Agilent 1200/6220, и в процессе анализа получали масс-спектр (фиг. 20) N-лауроил-L-аланина. Молекулярная формула N-лауроил-L-аланина представляет собой CHNO, и теоретическая величина характеристического пика масс-спектра [М+Н] составляет 272,222. Измеренная величина составляет 272,2223, имеющая отклонение 1,03 млн от теоретической величины. [M+Na] составляет 294,204, тогда как измеренная величина составляет 294,2034, имеющая отклонение 2,08 млн от теоретической величины. Измеренная величина для образца согласуется с характеристическим пиком на масс-спектре для вещества, имеющего молекулярную формулу CHNO. Никакой молекулярный ионный пик не обнаружен для лауриновой кислоты на фиг. 20. Вследствие чрезвычайно высокой чувствительности масс-спектрометрии по масс-спектру можно сделать качественное заключение о том, что образец N-лауроил-L-аланина не содержит лауриновую кислоту.
5. Анализ оптического вращения
D
3
Измеренное с использованием поляриметра (специфическое) оптическое вращение для N-лауроил-L-аланина составляло: [α], 20°С=от -14,7° до -16,7° (С=2, СНОН).
6. Описание структурных свойств
Фиг. 9 представляет собой диаграмму, демонстрирующую образование структуры супрамолекулярной аминокислоты из мономера N-лауроил-L-аланина, полученной в соответствии со способом синтеза, указанном в воплощении 3 в описании настоящего изобретения. Как можно видеть исходя из вышеприведенного измерения инфракрасного спектра, NMR, анализа HPLC и измерения оптического вращения, самособираемый N-лауроил-L-аланиновый полимер, полученный в соответствии со способом в соответствии с настоящим изобретением, не содержит лауриновую кислоту в качестве примеси. N-лауроил-L-аланин, синтезированный в этом способе, может образовывать две группы водородных связей, и N-лауроил-L-аланил-L-аланин может образовывать три группы водородных связей. Две карбоксильные группы N-лауроил-L-аланина связаны водородными связями, и существует алкановая структура по каждому из обоих концов, представляющая собой цепь из одиннадцати атомов углерода. В соответствии с принципом совместимости масел два липофильных конца связаны как цепь, соединенная конец с концом с образованием кольца. Также при помощи водородных связей и совместимости масел бесчисленные кольца штабелируются в стопку с образованием колоннообразного молекулярного кластера и бесчисленные колоннообразные молекулярные кластеры дополнительно штабелируются в стопку с образованием специальной пространственной структуры - называемой как самособираемый супрамолекулярный аминокислотный полимер.
Фиг. 10а, 10b и 10с демонстрируют соответственно 300Х, 1000Х и 2000Х электронные микрофотографии самособираемого N-лауроил-L-аланинового полимера, полученного в соответствии со способом синтеза в воплощении 3 в описании настоящего изобретения. В соответствии с представленным на фиг. 10а, 10b и 10с заявленный в изобретении самособираемый N-лауроил-L-аланиновый полимер имеет микроструктуру, такую как пеньковый жгут, который переплетен с образованием «супрамолекулярной аминокислоты». Фиг. 9, 10а, 10b и 10с наилучшим образом подтверждают принцип, в соответствии с которым мономер N-лауроил-L-аланина образует супрамолекулярную аминокислоту и его структуру.
После того, как супрамолекулярная аминокислота была сформирована, она дополнительно реагировала с гидроксидом натрия с образованием соли супрамолекулярной аминокислоты с натрием, как представлено на фиг. 12. N-Лауроил-L-аланин натрия в качестве базовой единицы самособирался в супрамолекулярный полимер путем образования водородных связей. Измеренная средневзвешенная молекулярная масса составляет 125841, как представлено на фиг. 13. Как представлено на фиг. 12, структура натриевой соли является гидрофильной с одной стороны и олеофильной с другой стороны. Молекулы связаны при помощи водородных связей с образованием специальной структуры двухмерной сети, имеющей регулярную компоновку. Натриевая соль обладает значительной способностью комбинироваться с маслом и может быть использована в качестве основного поверхностно-активного вещества.
Кроме того, имеющийся в продаже N-лауроил-L-аланин (приобретенный в Changsha Puji Biotechnology Co., Ltd.) также измеряли при помощи сканирующей электронной микроскопии, где N-лауроил-L-аланин содержал 0,21%-5% лауриновую кислоту. Результаты сканирования представлены на фиг. 11а, 11b и 11с. Фиг. 11а, 11b и 11с демонстрируют соответственно 500Х, 1000Х и 2000Х электронные микрофотографии имеющегося в продаже N-лауроил-L-аланина, содержащего 0,21%-5% лауриновую кислоту. Как представлено на фиг. 11а, 11b и 11с, имеющийся в продаже N-лауроил-L-аланин на этих электронных микрофотографиях демонстрирует состояние, при котором структура скомпонована не регулярно. В отличие от соответствующих 300Х, 1000Х и 2000Х электронных микрофотографий N-лауроил-L-аланина, полученного при помощи заявленного способа в соответствии с описанием настоящего изобретения, отсутствует структура типа пенькового жгута или колоннообразная структура, как на электронных микрофотографиях заявленного N-лауроил-L-аланина. Причина этого заключается в том, что имеющийся в продаже N-лауроил-L-аланин содержит лауриновую кислоту. Присутствие лауриновой кислоты предотвращает образование неопределенного количества водородных связей между молекулами N-лауроил-L-аланина, таким образом, изменяя структуру и свойства N-лауроил-L-аланина.
Заявленный способ эффективно решает проблему, заключающуюся в том, что остаточные примеси лауриновой кислоты нарушают структуру N-лауроил-L-аланина и затем влияют на свойства N-лауроил-L-аланина или нарушают их. В результате водородные связи могут легко образовываться между молекулами N-лауроил-L-аланина, которые, таким образом, связаны не определенным образом, и в результате возникают особые свойства. Примеси N-лауроил-L-аланил-L-аланина, образующиеся в этом процессе, также могут образовывать водородные связи, как и N-лауроил-L-аланин. Структурная стабильность самой этой примеси консолидируется и в то же самое время свойства N-лауроил-L-аланина не нарушаются.
В приведенных здесь дополнительных экспериментах N-деканоил-L-аланин использовали для осуществления структурных исследований в тех же самых условиях, но вышеупомянутая структура трехмерной сети не была обнаружена. Причина может заключаться в том, что углеродная цепь N-деканоил-L-аланина является короткой, и липофильные концы двух молекул не могут образовывать кольцо. Таким образом, можно предположить, что углеродная цепь липофильной группы должна иметь 12-18 атомов углерода, и соединение ацил жирной кислоты-L-аланин, образованное такой углеродной цепью и L-аланином, также может образовывать вышеупомянутую пространственную структуру путем образования межмолекулярных водородных связей и устранения совместимости масел с жирной кислотой. Структура после образования является очень стабильной. Эксперименты доказывают, что добавление менее чем 10% жирной кислоты не нарушает стабильность и свойства существующей структуры, и, таким образом, не влияет на ее применения.
Пример 3. Применения самособираемого N-лауроил-L-аланинового полимера
Воплощение применения 1. Оценка ингибирующего действия самособираемого N-лауроил-L-аланинового полимера в отношении бактерий
10 г самособираемого N-лауроил-L-аланинового полимера, синтезируемого в соответствии со способом, указанном в Воплощении 3, добавляли к воде и нейтрализовали до рН 6-7 путем добавления 10% водного раствора гидроксида натрия, таким образом, обеспечивая приготовление 100 мл водного раствора. 5 мл концентрированного раствора использовали отдельно для замачивания фруктовых нарезок, предварительно инокупированных обычными бактериями, такими как соответственно Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Candida albicans и т.п. После некоторого периода времени действия нарезки однократно промывали чистой водой и затем определяли остаточные бактерии на фруктовых нарезках. Результаты исследования представлены в Таблице 1:
НВЧ - наиболее вероятное число.
Как можно видеть из вышеприведенных данных, раствор самособираемого N-лауроил-L-аланинового полимера, синтезированного в соответствии с заявленным в изобретении способом, обладает значительным ингибирующим действием в отношении Escherichia coli, Staphylococcus aureus и Candida albicans. После применения концентрированного раствора, т.е. раствора самособираемого N-лауроил-L-аланинового полимера, в отношении Escherichia coli в течение 2 минут, уровень бактериостаза достигал 96,3%, и уровень бактериостаза приближался к 100% после 5 минут. После применения концентрированного раствора в отношении Staphylococcus aureus в течение 2 минут уровень бактериостаза достигал 100%. Уровень бактериостаза также достигал 100%, когда концентрированный раствор действовал в отношении Candida albicans в течение 5 минут.
Как известно из обычного уровня знаний в области техники, размер бактерий составляет обычно 0,5-5 мкм. Брешь между колоннообразными кластерами супрамолекулярной структуры, образованной из заявленного N-лауроил-L-аланина, не содержащей лауриновую кислоту, также имеет микронный размер, таким образом, что бактерии могут захватываться и удаляться. Следовательно, можно утверждать, что могут образовываться наноразмерные пузырьковые микропоры.
Воплощение применения 2. Оценка действия самособираемого N-лауроил-L-аланинового полимера в отношении удаления пестицидов
На 100 г зеленых овощей (Brassica chinensis L.), разделенных на две части, заранее распылили пестициды (метамидофос и ацефат). Одну часть непосредственно вымачивали в 1 л чистой воды и затем извлекали для обнаружения остаточного пестицида на листьях овощей. Результат обозначен как «до промывания». Другую часть промывали раствором, приготовленным с использованием самособираемого N-лауроил-L-аланинового полимера, синтезируемого в соответствии со способом, указанном в Воплощении 3. Результат измерения обозначен как «после промывания». Процедура описана следующим образом:
10 г самособираемого N-лауроил-L-аланинового полимера, синтезируемого в соответствии со способом, указанном в Воплощении 3, добавляли к воде, и нейтрализовали до рН 6-7 путем добавления 10% водного раствора гидроксида натрия, таким образом, обеспечивая приготовление 100 мл водного раствора. Другую часть 100 г зеленых овощей (Brassica chinensisL.) обработанных пестицидами (метамидофос и ацефат), заранее нарезали на небольшие кусочки, вымачивали в 5 мл концентрированного раствора в течение 2 минут, извлекали, промывали 500 мл чистой воды и затем отбирали для обнаружения остаточного пестицида на листьях овощей. В Таблице 2 продемонстрированы данные сравнения остаточного уровня пестицидов до и после промывания:
Как можно видеть из вышеприведенных данных, раствор самособираемого N-лауроил-L-аланинового полимера, представляющего собой поверхностно-активное вещество, используемое в описании настоящего изобретения, оказывает значительное действие в отношении удаления метамидофоса и ацефата. После действия в течение 2 минут уровень удаления метамидофоса достигал 64,63%; и уровень удаления ацефата достигал 74,66%. Действие очевидно.
Воплощение применения 3. Оценка дезодорирующего действия самособираемого N-лауроил-L-аланинового полимера
10 г самособираемого N-лауроил-L-аланинового полимера, синтезируемого в соответствии со способом, указанном в Воплощении 3, добавляли к воде, и нейтрализовали до рН 6-7 путем добавления 10% водного раствора гидроксида натрия, таким образом, обеспечивая приготовление 100 мл водного раствора. 10 квадратных сантиметров хлопчатобумажной ткани со специфическим запахом (аромат, запах машинного масла, плохой запах и т.п.) вымачивали в 5 мл концентрированного раствора в течение 2 минут, извлекали, промывали водой и сушили. Результаты эксперимента продемонстрировали, что весь специфический запах с хлопчатобумажной ткани исчез. Можно видеть, что самособираемый N-лауроил-L-аланиновый полимер, синтезируемый в соответствии с заявленным в изобретении способом, обладает хорошим дезодорирующим действием.
Как можно видеть из вышеприведенного описания, заявленный в изобретении способ получения самособираемого N-лауроил-L-аланинового полимера имеет простые стадии способа и умеренные реакционные условия, и, таким образом, подходит для промышленного получения. Самособираемый N-лауроил-L-аланиновый полимер, полученный в соответствии с заявленным в изобретении способом, обладает высокой чистотой, которая составляет по существу 97% или больше, и содержание лауриновой кислоты составляет от 0,0001% до 0,02%. Следовательно, эффективно устраняется влияние лауриновой кислоты на качество продукта. Получающийся в результате самособираемый N-лауроил-L-аланиновый полимер стабилен по структуре и свойствам. Он обладает выраженными уровнями бактериостаза, где все уровни бактериостаза для Escherichia coli, Staphylococcus aureus и Candida albicans могут достигать 100%. Он может эффективно удалять остаточный пестицид, где уровень удаления метамидофоса может достигать 64,63%, и уровень удаления ацефата может достигать 74,66%. В то же самое время, он обладает хорошей дезодорирующей способностью. Он является перспективным для применения в бытовой химии, сельском хозяйстве и фармацевтической промышленности.
Воплощение применения 4. Применение самособираемого N-лауроил-L-аланинового полимера для ухода за кожей
*Природная смесь масел содержит 40 % масла семян винограда, 37,2% подсолнечного масла и 22,8% масла алоэ.
Специфические стадии для получения композиции 1, представленной в Таблице 3, включают: добавление 57% смеси природных масел и 40% кукурузного крахмала в смеситель и гомогенизацию для начального диспергирования частиц. Частицы в масляной дисперсии затем нагревали до 83-86°С при перемешивании. 3% лауроил-L-аланин добавляли в смеситель при нагревании. Образец нагревали и поддерживали при 73-86°С в течение 5-10 мин. Его затем охлаждали до температуры 65-72°С при сохранении перемешивания. Образец затем выливали в емкость объемом 30 мл с получением композиции для ухода за кожей, которую хранили и использовали для оценки. Композиции для ухода за кожей 2-6 готовили с использованием того же самого способа как для композиции 1, который не будет здесь повторен.
В композициях для ухода за кожей, приготовленных в соответствии с вышеприведенными примерами, различные типы и количества веществ в виде частиц добавляли к неочищенным материалам. Как представлено в результатах, добавление веществ в виде частиц увеличивало вязкость масла. Кроме того, самособираемый N-лауроил-L-аланиновый полимер способствовал стабильному суспендированию твердых органических/неорганических частиц или способной смешиваться с маслом жидкости, такой как глицерин, в сгущенных природных маслах для обеспечения дополнительной пользы для кожи.
2
Использовали четыре вида не растворимых в масле частиц, таких как крахмал, TiO, слюда, частицы нитрида бора (Caress BN02 от Kobo), и способную смешиваться с маслом жидкость, такую как глицерин. Ту же самую смесь природных масел, содержащую 40% масло из семян винограда, 37,2% подсолнечное масло и 22,8% масло алоэ, использовали в композициях 1-6. В соответствии с представленными результатами композиции, приготовленные из всех составов, представленных в Таблице 3, были стабильны при комнатной температуре и в печи при 48°С без разделения частиц. В композиции 7 для сравнения лауроил аланин (содержащий по меньшей мере 2% лауриновую кислоту) использовали вместо самособираемого N-лауроил-L-аланинового полимера, используемого в композиции 1. В результате обнаружили, что получающаяся в результате композиция была не стабильна после 48 часов в печи при 48°С, и выступало масло.
Примеры 4-8:
В этих примерах суммарные массовые доли в аминокислотной зубной пасте составляют 100. Ингредиенты и их специфические содержания в зубных пастах представлены в Таблице 4:
Примеры 9-13:
В этих примерах суммарные массовые доли в аминокислотной зубной пасте составляют 100. Ингредиенты и их специфические содержания в зубных пастах представлены в Таблице 5:
Зубную пасту в соответствии с составом примера 4 готовили при помощи следующих конкретных стадий: приготовление водного раствора с 10 г воды, 37,5 г сорбита, 0,2 г сахарина натрия, 2 г полиэтиленгликоля-400, 5 г глицерина, 0,4 г бензоата натрия, и введение водного раствора в аппарат для приготовления пасты. Затем смешивали 4 г карбоксиметилцеллюлозы, 35 г гидратированного диоксида кремния, 0,2 г экстракта каррагенана Chondrus crispus, 0,1 г экстракта из корня солодки и 0,1 г экстракта портулака, загружали в аппарат для приготовления пасты, перемешивали и растирали в течение 20-30 минут до тех пор, пока паста не становилась однородной. Затем осуществляли вакуумное удаление пены. Последовательно в аппарат для приготовления пасты загружали 4,4 г полимера N-лауроил-L-аланина натрия, 1 г пищевой эссенции (мятный ароматизатор), и 0,1 г CI42090, перемешивали и растирали в течение 10-15 минут до тех пор, пока паста не становилась однородной. Затем осуществляли удаление пены с получением аминокислотной зубной пасты. Фиг. 14-16 демонстрируют результаты теста для аминокислотной зубной пасты, приготовленной в соответствии с составом примера 4 и способом ее приготовления. Как можно видеть из результатов, аминокислотная зубная паста, предложенная в соответствии с описанием настоящего изобретения, является безопасной, и все тесты удовлетворяют стандартам.
Все примеры 5-13 готовили с использованием способа, описанного в примере 4, который не будет здесь повторен.
В соответствии с количествами в композициях в примерах 4-13 образцы аминокислотной зубной пасты готовили с различными массовыми долями аминокислотного поверхностно-активного вещества путем повторения тестов приготовления несколько раз. 100 добровольцев с частой денталгией и кровотечением из десен привлекли для оценки действия. Частота применения составляла один раз утром и один раз вечером каждый день, доза каждый раз составляла приблизительно 1 г пасты, и время каждой чистки зубов составляло приблизительно 5 минут. В соответствии с представленными результатами зубная паста, содержащая аминокислотный поверхностно-активный ингредиент, обладает очевидными обезболивающими, противовоспалительными действиями и действиями, предупреждающими кровотечение из десен. При оценке, исходя из двух аспектов вкуса и дезодорирования, массовая процентная доля аминокислотного поверхностно-активного ингредиента в зубной пасте желательно составляет 0,1-25%, предпочтительно 0,5-10% и наиболее предпочтительно 1-5%. Когда аминокислотный поверхностно-активный ингредиент составляет 1-5% по массе от массы лечебной зубной пасты, тогда фармацевтическое действие и вкус зубной пасты находятся в самом лучшем балансе, и удаление запаха изо рта достигает самого хорошего уровня. В то же самое время, даже если употребить фрукт сразу же после чистки зубов, тогда вкус фрукта не меняется, и отсутствует чувство горечи или чувство оскомины (aningeresting). На фиг. 17 и 18 показано сравнение чистоты зубов пациентов до и после чистки аминокислотной зубной пастой, приготовленной в соответствии с примером 4 в описании настоящего изобретения. Как можно видеть на фигурах, после чистки с использованием заявленной в изобретении аминокислотной зубной пасты в течение правильного времени чистки зубов, составляющего 3 минуты, зубы пациента очевидно становятся белее и чище чем до этого.
Пример применения 5
Пример применения супрамолекулярных аминокислот в жидкости для стирки
Жидкости для стирки, приготовленные в соответствии с композицией 1, тестировали в Suzhou Institute of Product Quality Supervision и Inspection (Институт за надзором и контролем за качеством продуктов Сучжоу), и моющая способность была выше или равна моющей способности стандартной жидкости для стирки. Получающиеся в результате образцы обладали более высокой моющей способностью в отношении грязной ткани JB01, JB02 и JB03, чем моющая способность стандартной жидкости для стирки в отношении грязной ткани JB01, JB02, JB03. В соответствии с тестом, проведенным Институтом за надзором и контролем за качеством продуктов Сучжоу, жидкость для стирки, приготовленная в соответствии с композицией 2, обладает моющей способностью меньше чем моющая способность стандартной жидкости для стирки (фиг.19).
Пример применения 6
Пример применения соли супрамолекулярной аминокислоты и основной аминокислоты в очищающем средстве для лица
Органическая соль, образующаяся из самособираемого N-лауроил-L-аланинового полимера и основной аминокислоты (такой как аргинин) в водной системе, представляет собой чистое поверхностно-активное вещество. Оно является более мягким, не раздражающим и более подходящим для чувствительной кожи. При том, что кожа очищается, ей обеспечивается больше ухода.
Пример применения 7
Пример применения самособираемого полимера, образованного из самособираемого супрамолекулярного полимера и N-лауроил-L-аланил-L-аланина, в жидкости для стирки
Соль, образованная из самособираемого N-лауроил-L-аланинового полимера и самособираемого полимера N-лауроил-L-аланил-L-аланина, в щелочных условиях представляет собой чистое поверхностно-активное вещество. Оно мягче, не вредит рукам и обладает более высокой моющей способностью.
Дополнительно, как понятно специалистам в данной области техники, хотя некоторые описанные здесь воплощения включают определенные свойства, включенные в другие воплощения, но не другие свойства, предполагается, что комбинации свойств в различных воплощениях включены в объем описания настоящего изобретения и образуют другие воплощения. Например, в следующей формуле изобретения любое из заявленных воплощений может быть использовано в любой комбинации.