Kvaternært ammonium

De kvaternære ammoniumforbindelser er kationer polyatomisk generelle struktur NR 4 + . Deres struktur indeholder mindst en hydrofob carbonhydridkæde bundet til et positivt ladet nitrogenatom og andre alkylgrupper , der for det meste er kortkædede substituenter, såsom methyl- eller benzylgrupper. Modsætning ammonium ioner (NH 4 + ) og primære, sekundære eller tertiære ammonium kationer , kvaternære ammoniumforbindelser er permanent opladet, uanset pH af deres opløsning. De kvaternære ammoniumsalte eller forbindelser med kvaternær ammonium (også kendt som kvaternær amin i oliesjargonen) er salte af kvaternær ammoniumkation med en anion .

I øjeblikket er kvaternære ammoniumforbindelser (CAQ) hovedklassen af ​​kationiske overfladeaktive stoffer, der anvendes som ingredienser i blødgøringsmidler, antistatiske midler, desinfektionsmidler, biocider, rengøringsmidler, faseoverføringsmidler og mange produkter til personlig pleje., Såsom hårplejeprodukter (Ding og Tsai) , 2003; Lara-Martin et al., 2010; Tsai og Ding 2004). De tre hyppigst påviste CAQ'er i naturlige miljøer er dimethyldialkylammonium (DADMAC) (med alkylkædelængder på C8 til C18), trimethylalkylammonium (ATMAC) (C12-C18) og alkyldimethylbenzylammonium (ADBAC) (C12-C18 )

Syntese

Kvaternære ammoniumsalte fremstilles ved alkylering af aminer i en proces kaldet kvaternisering . Generelt er en af ​​aminens alkylgrupper større end de andre. En typisk syntese for benzalkoniumchlorid er reaktionen mellem en langkædet alkyldimethylamin og benzylchlorid  :

CH 3 (CH 2 ) n N (CH 3 ) 2 + CLCH 2 C 6 H 5 → [CH 3 (CH 2 ) n N (CH 3 ) 2 CH 2 C 6 H 5 ] + Cl - .

Reaktivitet

Kvaternære ammoniumsalte er generelt ikke særlig reaktive. De kan dog gennemgå Sommelet-Hauser- omlægningen og Stevens-omlægningen samt gennemgå dealkylering under barske forhold. Kvaternære ammoniumkationer kan også undergå Hofmann elimination i nærvær af hydrogen beta af nitrogen.

Ansøgninger

Kvaternære ammoniumsalte anvendes som desinfektionsmidler , overfladeaktive midler , blødgøringsmidler og antistatiske midler (f.eks. I shampoo ). I flydende blødgøringsmidler anvendes ofte ammoniumchlorider. I de antistatiske bånd, der anvendes i tørretumblere , anvendes ammoniumsulfater i stedet. Spermicide geler indeholder også kvaternære ammoniumsalte.

Antimikrobielle stoffer

Kvaternære ammoniumforbindelser har også antimikrobiel aktivitet. Nogle, især dem med en lang alkylkæde, bruges som antimikrobielle stoffer og desinfektionsmidler . Disse inkluderer benzalkoniumchlorid , et benzethoniumchlorid , methylbenzethoniumchlorid, cetalkoniumchlorid, cetylpyridiniumchlorid , cetrimid , cetrimid , dofanium af chlorid, tetraethylammoniumbromid , didecyldimethylammoniumchlorid og domiphenbromid. De er også effektive mod svampe , amøber og indhyllede vira ved at forårsage brud på cellemembranen . Kvaternære ammonium er dødelige for en lang række organismer med undtagelse af endosporer , Mycobacterium tuberculosis og ikke-indkapslede vira .

I modsætning til phenolforbindelser er kvaternære ammoniums ikke særlig effektive i nærvær af organiske forbindelser. De er dog meget effektive i kombination med phenoler. Kvartær ammonium deaktiveres af sæber og andre anioniske rengøringsmidler samt bomuldsfibre . Derudover anbefales det ikke at bruge dem i hårdt vand . Effektive niveauer estimeres til at være 200  ppm . De er effektive ved temperaturer på op til 100  ° C .

Faseoverførselskatalysatorer

I organisk syntese anvendes kvaternære ammoniumsalte som faseoverførselskatalysatorer . Sådanne katalysatorer fremskynder reaktionerne mellem reaktanter opløst i ublandbare opløsningsmidler. Den dichlorocarbene , en meget reaktiv forbindelse, fremstilles med disse katalysatorer ved reaktion mellem chloroform og natriumhydroxid .

Osmolytter

Nogle kvaternære ammoniumforbindelser er til stede i osmolytter , især glycinbetain (trimethylglycin), som stabiliserer det osmotiske tryk i celler.

Væksthæmmere

Den Cycocel ( chlormequatchlorid ) reducerer størrelsen af planter ved at hæmme produktionen af gibberelliner , den vigtigste hormon ansvarlig for plantecelle forlængelse. Således forekommer deres virkninger primært på væv fra stammen , petiole og peduncle . På et lavere niveau virker det også på bladekspansion, hvilket resulterer i tykkere blade med en mørkere grøn farve.

Toksicitet og risici forbundet med CAQ'er

CAQ'er er giftige for vandorganismer som fisk, alger og protozoer ud over et stort antal mikroorganismer

Noter og referencer

  1. Chang Zhang , Fang Cui , Guang-ming Zeng og Min Jiang , "  Kvaternære ammoniumforbindelser (QAC'er): En gennemgang af forekomst, skæbne og toksicitet i miljøet  ", Science of The Total Environment , bind.  518–519,15. juni 2015, s.  352-362 ( DOI  10.1016 / j.scitotenv.2015.03.007 , læst online , adgang 19. februar 2016 )
  2. Smith, Michael B .; Marts, Jerry (2001), Advanced Organic Chemistry: Reaktioner, Mechanisms, og Structure ( 5 th  ed. , New York, Wiley-Interscience) ( ISBN  0-471-58589-0 )
  3. Kosswig, K., Surfactants , Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2002, Wiley-VCH, Weinheim. DOI : 10.1002 / 14356007.a25_747 .
  4. [1] , Organiske synteser , Coll. flyvningen.  4, s.  585 (1963); flyvningen.  34, s.  61 (1954).
  5. Stanley H. Pine, de basisfremmede omlægninger af kvartære ammoniumsalte , organiske reaktioner
  6. Zhishen Jia, Dongfeng shen, Weiliang Xu, Syntese og antibakterielle aktiviteter af kvaternært ammoniumsalt af chitosan , Carbohydrate Research , vol.  333, udgave 1, 22. juni 2001, s.  1-6, ( ISSN  0008-6215 )
  7. Specifikke antimikrobielle stoffer, forelæsningsoversigt af Stephen T. Abedon, Ohio, URL tilgået december 2008.
  8. Mark G. Ladd, brugen af ​​desinfektionsmidler i svineindustrien , North Carolina State Univ., URL tilgået december 2008.
  9. Sleator, Roy D., Wouters, Jeroen, Gahan, Cormac GM, Abee, Tjakko, Hill, Colin, Analyse af OpuC's rolle, et Osmolyte-transportsystem, i salttolerance og virulenspotentiale for Listeria monocytogenes , Appl. Om. Mikrobiol. , 2001 67: 2692-2698
  10. http://users.in.gr/dimpet/thesis/growth_retardants.htm Wageningen Agricultural University, Holland
  11. (in) Yi Chen , Mark Geurts , Sascha B. Sjollema og Nynke I. Kramer , "  Akut toksicitet af det kationiske overfladeaktive middel benzalkonium C12 i forskellige bioassays: Hvordan testdesign påvirker biotilgængelighed og effektkoncentrationer  " , miljøtoksikologi og kemi , flyvning.  33,1 st marts 2014, s.  606-615 ( ISSN  1552-8618 , DOI  10.1002 / etc.2465 , læst online , adgang 19. februar 2016 )
  12. Guohua Jing , Zuoming Zhou og Jing Zhuo , "  Kvantitativ struktur - aktivitetsforhold (QSAR) undersøgelse af toksicitet af kvaternære ammoniumforbindelser på Chlorella pyrenoidosa og Scenedesmus quadricauda  ", Chemosphere , bind.  86,1 st januar 2012, s.  76–82 ( DOI  10.1016 / j.chemosphere.2011.09.021 , læst online , adgang 19. februar 2016 )
  13. Norbert Kreuzinger , Maria Fuerhacker , Sigrid Scharf og Maria Uhl , "  Metodisk tilgang til miljømæssig betydning af ikke-karakteriserede stoffer - kvaternære ammoniumforbindelser som eksempel  ", afsaltning , mEDAWATER International konference om bæredygtig vandforvaltning, rationel vandanvendelse, spildevandsbehandling og genbrug juni 8–10, 2006, Marrakech, Marokko, bind.  215,5. september 2007, s.  209–222 ( DOI  10.1016 / j.desal.2006.10.036 , læst online , adgang 19. februar 2016 )
  14. (in) S. Sánchez-Fortún F. Marvá , A. D'ors og E. Costas , "  Inhibering af vækst og fotosyntese af grønne mikroalger valgt som værktøj til vurdering af toksicitet af dodecylethyldimethylammoniumbromid  " , Ecotoxicology , vol.  17,11. januar 2008, s.  229-234 ( ISSN  0963-9292 og 1573-3017 , DOI  10.1007 / s10646-007-0189-2 , læst online , adgang til 19. februar 2016 )

Eksternt link