表面活性剂

第三章表面活性剂表面活性剂在药物制剂的制备中被广泛应用，其结构特征是具有亲水性与亲脂性两种基团，其作用是能显著降低分散系的表面（界面）张力，因此可用作乳化剂、助悬剂、增溶剂、促吸收剂、润湿剂、起泡剂与消泡剂、去污剂等，是药用乳剂、悬浊剂、脂质体等的重要辅料。

本章重点讨论表面活性剂的基本性质（如CMC值、HLB值、Krafft 点与昙点等）与测定方法等。

第一节表面活性剂分类一、表面活性剂(surfactant)：具有很强表面活性，加入少量就能使液体表面张力显著下降的物质。

1.①纯液体在一定温度有一定的表面张力，是液体的物理常数。

②当在水中加入无机盐或糖类物质时，则水的表面张力略有升高；③当在水中加入低级脂肪醇、脂肪酸时，则水的表面张力下降，称此类物质为水的表面活性物质。

④当在水中加入油酸钠、十二烷基硫酸钠（高级脂肪酸）时，则水的表面张力能够显著的降低，称此类物质为该溶剂的表面活性剂(surfactant)。

2.表面活性剂分子的结构特征：是由具有极性的亲水基和非极性的亲油基组成，而且两部分分处两端。

因此，表面活性剂具有既亲水又亲油的两亲性质，但具有两亲性的分子不一定都是表面活性剂。

3.表面活性剂的吸附性：表面活性剂由于其特殊结构可以在两相界面发生定向排列，来改变两相界面性质。

从而起到润湿、乳化、增溶、絮凝、反絮凝、起泡、消泡的作用。

（1）在溶液中的正吸附：表面活性剂在溶液表面层聚集的现象为正吸附，正吸附改变了溶液表面的性质。

最外层疏水，表现低表面张力，产生较好的润湿性、乳化性、增溶性、起泡性。

（2）在固体表面的吸附：表面活性剂溶液与固体接触时，表面活性剂分子可能在固体表面发生吸附，使固体表面性质发生改变，易于润湿。

二、表面活性剂的类型1.表面活性剂分类方法有多种，根据来源可分为天然表面活性剂与合成表面活性剂；2.根据溶解性质可分为水溶性表面活性剂与油溶性表面活性剂；3.根据极性基团的解离性质分为离子型表面活性剂与非离子型表面活性剂两大类；再根据离子型表面活性剂所带电荷，又分为阳离子、阴离子、两性离子表面活性剂。

每类中又可根据亲水或亲油基团分为不同的种类。

4.高分子表面活性剂：较强的表面活性的水溶性高分子。

如海藻酸钠、羧甲基纤维素钠、甲基纤维素、聚乙烯醇、聚维酮等，但与低分子表面活性剂相比，高分子表面活性剂降低表面张力的能力较小，增溶力、渗透力弱，乳化能力较强，常用做保护胶体。

常用的表面活性剂分类如下：（一）阴离子表面活性剂：起表面活性作用部位是阴离子，带有负电荷。

1.高级脂肪酸盐（肥皂类）：易被酸破坏，碱金属皂还可被钙、镁盐等破坏，电解质可使之盐析，只用作外用制剂通式：RCOO－M＋, 如硬脂酸钠、钙、镁等。

根据M的不同可分为碱金属皂（可溶性皂，O/W型乳化剂）；碱土金属皂（不溶性皂，W/O）；有机胺皂（脂肪酸+有机胺-硬脂酸三乙醇O/W软膏乳化剂）2.硫酸盐：通式：ROSO3－M＋，如十二烷基硫酸钠、十六醇硫酸钠等。

较肥皂类稳定，可与高分子阳离子发生作用产生沉淀，对黏膜有一定刺激，主要用作外用乳膏的乳化剂。

3.磺酸盐：烷基磺酸盐通式：RSO3－M＋，如二己基琥珀酸磺酸钠。

烷基苯基磺酸盐通式：RC6H5SO3－M＋，如十二烷基苯磺酸钠等。

4.胆盐：如甘胆酸钠、牛胆磺酸钠等。

（二）阳离子表面活性剂：起表面活性作用部位是阳离子，带有正电荷。

1.胺盐型：[RNH3+]X-，[R2NH2+]X-，如氯苄甲乙胺等。

2.季铵盐型：[R1R2N+R3R4]X-，如洁尔灭、新洁尔灭等。

主要结构是一个五价的氮原子。

特点：①水溶性好；②在酸性碱性溶液中较稳定；③具有良好的表面活性作用和杀菌、防腐作用。

缺点：①但与大分子的阴离子药物合用产生结合而失去活性，甚至产生沉淀。

②毒性较大，只能外用。

（三）两性离子表面活性剂：同时具有正负电荷基团，等电点以上呈阴离子表面活性剂，具有良好起泡、去污作用。

等电点以下呈阳离子表面活性剂，具有很强杀菌性。

1、氨基酸型：RN＋H2CH2CH2COO－（合成）2、甜菜碱型：通式：R(CH3)2N+CH2COO-（合成）3、磷脂类：卵磷脂由磷酸型的阴离子部分和季铵盐型的阳离子部分组成。

（天然）磷脂类表面活性剂可用于医药品、营养品、化妆品、食品中，有广泛的应用前途。

卵磷脂可用于静注用乳剂与脂质体的制备，具有更重要的意义。

磷脂是天然表面活性剂，含有磷脂酰胆碱（含量高时可做O/W型乳化剂）、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰丝氨酸、磷脂酰肌醇（含量高时可做W/O型乳化剂）等。

特点：无毒，卵磷脂可用于静注用乳剂与脂质体微粒制剂的辅料。

（四）非离子型表面活性剂：在水中不解离，分子亲水基团为甘油、聚乙二醇和山梨醇等多元醇；亲油基团为长链脂肪酸或长链脂肪醇以及烷基或芳基，它们以酯基或醚基与亲水基团结合。

特点：毒性低，不解离，不受溶液pH的影响，能与大多数药物配伍，广泛用于外用、内服制剂及注射剂。

1.多元醇型②HLB值从1.8~8.6，C数增加疏水性越强，HLB越小(1) 酯型：通式：RCOOCH2(CH2OCH2)n CH2OH是聚氧乙烯二醇基；n是聚合度；是卖泽(Myrij)类表面活性剂，如聚氧乙烯40硬脂酸酯(polyoxyl 40 stearate)。

（特点：较强水溶性，乳化能力强，为O/W型乳化剂）(2) 醚型：通式：RO(CH2OCH2)n H，是苄泽(Brij)类表面活性剂。

如Brij 30与Brij 35是不同分子量的聚合物等。

可做O/W型乳化剂3.聚氧乙烯－聚氧丙烯型①泊洛沙姆，国外商品名（普朗尼克pluronic）美国NF名Poloxamer，本品为聚氧乙烯、丙烯嵌段共聚物，其化学结构式为HO-(C2H4O)a-(CHCH2(CH3)O)b-(C2H4O)c-H其中b至少为15，(C2H4O)a，a为化合物总量的10~80％。

②本品有很多种，从分子量1000到7000以上。

泊洛沙姆是新型的优良乳化剂、食品添加剂、增溶剂、分散剂、高级化妆品辅助剂，由于其无毒、无抗原性、无致敏性、无刺激性、化学性质稳定、不溶血，是目前能应用于静脉注射乳剂的一种合成的乳化剂，在药物制剂中得到普遍的重视和广泛的应用。

③泊洛沙姆是各种不同分子量的聚氧乙烯聚氧丙烯的嵌段共聚物的一系列产品的总称，但其单体比例可以调节变化，理论上可以有无数种此类产品，目前实际应用的不下几十种，其中以F68（Poloxamer188）最为常用。

④泊洛沙姆以聚氧丙烯为亲油基（a），聚氧乙烯为亲水基（c）。

化合物分子量以及分子中环氧乙烷或环氧丙烷含量的比例不同，其物理性质也不同。

分子量增加，又液体变固体，水溶性可以从不溶于水到溶于水。

4.蔗糖脂肪酸酯药用蔗糖脂肪酸酯(sucrose esters，简称SE)是国内研制成功的一类非离子型表面活性剂。

O/W型乳化剂、分散剂这类化合物由蔗糖分子中一个或数个羟基与脂肪酸（硬脂酸、软脂酸、棕榈酸等）酯化而成。

SE是单酯、双酯及三酯的混合物，改变其比例，其亲水性就发生变化，同时HLB值也可在1~16内范围变化。

由于SE分子中同时存在性质相反的两亲性基团结构，且保持一定的均衡性，因此具有较好的降低表面张力的作用。

其最大特点是无毒、无味、无嗅、无刺激性，在体内能降解成脂肪酸和蔗糖，兼具营养价值。

（五）高分子型表面活性剂这类表面活性剂的相对分子质量往往在数千以上，有时达数十万；分子内有极性和非极性部分，它又可分为非离子型、阴离子型、阳离子型和两性离子型。

聚氧乙烯聚氧丙烯二醇醚是非离子型；聚丙烯酸钠是阴离子型。

聚-4-乙烯溴化十二烷基吡啶是阳离子型表面活性剂。

常用的水溶性高分子化合物，如蛋白质、树脂、海藻酸钠、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺、聚乙二醇等，都是高分子表面活性剂。

第二节表面活性剂的理化性质与生物性质一、临界胶束浓度（CMC）表面活性剂在溶液中超过一定浓度时会从单体（单个离子或分子）缔合成为胶态聚合物，即胶束（或称胶团）。

开始形成胶束的浓度称为临界胶束浓度(critical micelle concentration) 或称临界胶团浓度，用CMC表示。

当溶液中形成胶束后溶液的性质如渗透压、浓度、界面张力、摩尔电导等都存在突变现象。

（一）胶束的形成、大小与形状表面活性剂水溶液的浓度达到CMC值时，形成胶束。

那么胶束是怎样形成的呢？在临界胶束浓度时水分子的强大凝聚力把表面活性剂分子从其周围挤开，迫使表面活性剂分子的亲油基和亲水基各自互相接近，排列成亲油基在内、亲水基在外的球形缔合体，即胶束。

因此胶束的形成并不是由于亲油基和水分子间的斥力或亲油基彼此间的Vander waals引力所致，而是受水分子的排挤所致.通常，几十到几百个（50~200）表面活性剂分子形成一个胶束，胶束中表面活性剂分子的数目称为聚集数（n）。

聚集数乘以表面活性剂的相对分子质量得相对胶束质量。

胶束是表面活性剂的亚微观聚集体，是动态聚集体，即能迅速分解和重生。

在胶束形成的过程中，表面活性剂分子的热运动和胶束外部的亲水基之间的静电排斥都不利于胶束的形成。

所以，增加亲油基、降低温度和加入无机盐都能使n增大，CMC值减小。

不同类型的表面活性剂所形成的胶束有不同的形状，如下所述。

1.离子型表面活性剂胶束Hartley首先发现，浓度比临界胶束浓度稍大，并且无其它添加剂存在时，胶束为球状，见图-2a。

表面活性剂的烃链呈混乱状态指向球心，亲水基排列在球的表面，并吸引一些溶液中带有相反电荷的离子在其周围。

光散射法对胶束的研究也证实了大于CMC值的一定浓度范围内，胶束呈球状，且缔合度不变。

Debye根据光散射实验发现，在浓溶液中，胶束呈棒状见图-2b。

表面活性剂的亲水基指向棒状胶束的表面，亲油基指向棒的内部。

这种胶束使大量表面活性剂分子的烃链与水的接触面积减小，具有更高的热力学稳定性。

浓度更大时，棒状胶团聚集成束，周围是溶剂，见图-2c。

McBain发现，浓度再大时，胶束合并为层状胶束，见图-2d。

水溶液中若存在无机盐，即使表面活性剂的浓度不大，胶束也总是棒状。

若在表面活性剂浓溶液中加入适量的非极性液体，则可形成亲水基指向胶束内，烃链指向非极性液体的胶束，称为反胶束。

2.非离子型表面活性剂胶束非离子型表面活性剂的亲水基多为聚氧乙烯基(CH 2CH 2O)n 。

该种表面活性剂不解离成离子，不同于离子型表面活性剂，因此形成的胶束形状也与离子型表面活性剂的胶束形状不同，聚氧乙烯基的聚合度较大时，常温下的胶束呈网状；升温时，聚氧乙烯基与水分子之间的氢键被破坏，发生失水，则胶束变为球状。

3.高分子型表面活性剂胶束一些高分子型表面活性剂，如聚醚HO(C 2H 4O)l(C 3H 6O)m(C 2H 4O)n H ，其分子很长，在溶液中卷曲，聚氧丙烯基成为内核，聚氧乙烯基指向表面的胶束。