Международный коллектив авторов, включающий химиков РУДН, а также их коллег из США и Азербайджана, предложил экономичный и экологичный путь синтеза поверхностно-активных веществ (ПАВ). Новые соединения могут стать экологически чистой заменой традиционным химикатам в создании средств по уходу за кожей, нефтедобыче и доставке лекарств в пораженные ткани организма.

Исследование опубликовано в Journal of Molecular Liquids.

Поверхностно-активные вещества применяются и в промышленности, и в быту — они являются основой синтетических моющих средств, используются в качестве добавок в строительных материалах (бетонные смеси, цементы, буровые растворы), применяются в смазках и для защиты оборудования от коррозии.

Наиболее экологичными и эффективными ПАВ являются «ПАВ-близнецы», в состав которых входят две гидрофильные («притягивающие воду») группы. Среди них выделяют ПАВ-«псевдоблизнецов», в которых гидрофильная и гидрофобная («отталкивающая воду») группы атомов связываются между собой.

Международная коллаборация химиков с участием партнеров из РУДН синтезировала несколько новых ПАВ-псевдоблизнецов и показала, что они не уступают существующим соединениям-аналогам по своим эксплуатационным свойствам. При этом опубликованный метод получения таких ПАВ требует минимальных затрат — вещества получаются при комнатной температуре без использования дорогих реагентов.

«Создание дешевых способов синтеза ПАВ-близнецов с удовлетворительными для практического применения свойствами может стать поворотным моментом в химии моющих средств. Мы сосредоточились как на развитии синтетических методов, так и на изучении свойств новых соединений», — рассказывает кандидат химических наук Федор Зубков, доцент кафедры органической химии РУДН.

Для синтеза новых соединений химики использовали шесть наиболее распространенных высших жирных кислот — каприновую, лауриновую, миристиновую, пальмитиновую, стеариновую и олеиновую. За гидрофильную часть будущих ПАВ отвечали амины, синтезированные на основе доступных гексаметилендиамина и эпоксипропилена.

Чтобы получить ПАВ, химики растворили амин и одну из кислот в соотношении 1:2 в ацетоне при комнатной температуре, а затем упарили растворитель. Оставшиеся после этого вязкие желтые жидкости и представляли собой новые ПАВ. Их молекулы образовались за счет электростатических взаимодействий между атомами кислорода карбоксильных групп в составе кислот и аминогруппами в составе амина.

В РУДН детально исследовали свойства полученных соединений, прежде всего — ключевую для ПАВ способность снижать поверхностное натяжение растворов и образовывать мицеллы. Это свойство ПАВ используют, например, в косметике.

Самые низкие значения поверхностного натяжения (до 20 миллиньютон на метр) удалось получить с помощью ПАВ на основе миристиновой кислоты. По этому показателю новое соединение практически сравнялось с фторсодержащими ПАВ, которые обычно применяют в промышленности.

Но в отличие от них новое ПАВ несет меньше экологических рисков — химические связи в нем не так стабильны, оно биоразлагаемо и, предположительно, не будет накапливаться в окружающей среде.

Другие важные для ПАВ параметры — пенообразование и стабильность пены. Пять из шести новых ПАВ образовывали в водном растворе пену, причем два из них, на основе лауриновой и миристиновой кислот, давали в 3–4 раза больший объем пены, чем изначальный объем раствора. ПАВ на основе пальмитиновой и стеариновой кислот образовали меньше пены, но она оказалась более стабильной и сохранялась до трех дней.

Эти и другие параметры новых соединений делают их перспективными для применения в производстве косметики, медицине, защите от коррозии строительных и промышленных объектов, а также в повышении нефтеотдачи пластов.

«ПАВ-близнецы и их синтез являются актуальной задачей современной химии. Это потенциальная замена традиционным мономерным ПАВ в свете “озеленения” современной химии», — дополняет Федор Зубков.