Катион четвертичного аммония - Quaternary ammonium cation

Катион четвертичного аммония. Группы R могут быть одинаковыми или разными алкильными или арильными группами. Также могут быть связаны группы R.

Катионы четвертичного аммония, также известный как четверти, положительно заряжены многоатомные ионы структуры NR+
4, R является алкил группа или арил группа.[1] в отличие от ион аммония (NH+
4) и первичный, вторичный или третичный аммоний катионы, то четвертичный катионы аммония заряжены постоянно, независимо от pH их решения. Соли четвертичного аммония или же четвертичные аммониевые соединения (называется четвертичные амины в месторождение нефти язык) являются соли катионов четвертичного аммония. Поликваты представляют собой различные спроектированные полимер формы, которые обеспечивают несколько молекул quat в более крупной молекуле.

Вид "сверху" одного вида Бу4N+ как определено Рентгеновская кристаллография.[2]
"Боковой" вид на Бу4N+ как определено рентгеновской кристаллографией.[2]

Синтез

Соединения четвертичного аммония получают алкилирование из третичные амины с галокарбон.[3] В более ранней литературе это часто называют Реакция Меншуткина, однако современные химики обычно называют это просто кватернизация.[4] Реакция может быть использована для получения соединения с разной длиной алкильной цепи; например при создании катионные поверхностно-активные вещества одна из алкильных групп амина обычно длиннее других.[5] Типичный синтез для хлорид бензалкония из длинноцепочечного алкилдиметиламина и бензилхлорид:

CH3(CH2)пN (CH3)2 + ClCH2C6ЧАС5 → [CH3(CH2)пN (CH3)2CH2C6ЧАС5]+Cl−

Реакции

Катионы четвертичного аммония не реагируют даже с сильными электрофилы, окислители, и кислоты. Они также устойчивы к большинству нуклеофилы. На последнее указывает стабильность гидроксид соли, такие как гидроксид тетраметиламмония и гидроксид тетрабутиламмония. Из-за их устойчивости многие необычные анионы были выделены в виде солей четвертичного аммония. Примеры включают пентафтороксенат тетраметиламмония, содержащий высокореакционный пентафтороксенат (XeF−
5) ион. Перманганат может быть растворен в органический растворители, при развертывании как его NБу+
4 соль.[6][7]

При исключительно сильных основаниях четвертичные катионы разлагаются. Они проходят Перегруппировка Соммеле – Хаузера[8] и Перестановка Стивенса,[9] а также деалкилирование в жестких условиях или в присутствии сильных нуклеофилов, таких как тиолаты. Катионы четвертичного аммония, содержащие звенья N – C – C – H, также могут подвергаться Устранение Хофмана и Деградация Эмде.

Хлорид бензалкония является распространенным типом четвертичной соли, используемой в качестве биоцид, а катионный поверхностно-активное вещество, и как агент фазового перехода.[10] ADBAC - это смесь хлоридов алкилбензилдиметиламмония, в которых алкильная группа имеет различные длины четных алкильных цепей.

Приложения

Соли четвертичного аммония используются в качестве дезинфицирующие средства, поверхностно-активные вещества, смягчители ткани, и, как антистатики (например, в шампуни ). В жидкость смягчители ткани, хлористый часто используются соли. В сушилка антиклинг полоски, сульфат часто используются соли. Старый алюминий электролитические конденсаторы и спермицидные желе также содержат соли четвертичного аммония.

Как противомикробные препараты

Соединения четвертичного аммония также обладают антимикробной активностью.[11] Некоторые четвертичные аммониевые соединения, особенно содержащие длинные алкильные цепи, используются в качестве противомикробные препараты и дезинфицирующие средства. Примеры хлорид бензалкония, бензетония хлорид, метилбензетония хлорид, цеталкония хлорид, цетилпиридиния хлорид, цетримоний, цетримид, хлорид дофана, бромид тетраэтиламмония, дидецилдиметиламмоний хлорид и бромид домифена. Также хорош против грибы, амебы, и окутанный вирусы,[12] четвертичные аммониевые соединения, как полагают, действуют, нарушая клеточная мембрана или же вирусный конверт.[13] Соединения четвертичного аммония смертельны для самых разных организмов, кроме эндоспоры, Микобактерии туберкулеза и вирусы без оболочки.

Соединения четвертичного аммония являются катионными. моющие средства, а также дезинфицирующие средства, и как таковой может использоваться для удаления органического материала. Они очень эффективны в сочетании с фенолы. Соединения четвертичного аммония дезактивируются анионными детергентами (включая обычное мыло). Кроме того, они лучше всего работают в мягкая вода.[нужна цитата ] Эффективный уровень составляет 200 частей на миллион. Они эффективны при температурах до 100 ° C (212 ° F).

Соли четвертичного аммония обычно используются в общественное питание промышленность в качестве дезинфицирующих средств.

Катализаторы фазового переноса

В органической химии соли четвертичного аммония используются в качестве катализаторы межфазного переноса (PTC). Такие катализаторы ускоряют реакции между реагентами, растворенными в несмешивающихся растворителях. Высокоактивный реагент дихлоркарбен генерируется через PTC в результате реакции хлороформ и водный едкий натр.

Анионный обмен смолы в форме шариков содержат ионы четвертичного аммония, связанные с полимером.

Кондиционеры для белья и кондиционеры для волос

В 1950-х годах дистеарилдиметиламмоний хлорид (DHTDMAC), был представлен как кондиционер для белья. Это соединение было прекращено, потому что катион разлагается слишком медленно. Современные смягчители тканей основаны на солях катионов четвертичного аммония, где жирная кислота связана с четвертичным центром через сложноэфирные связи; их обычно называют бетаин -эфиры или четвертичные сложные эфиры и подвержены разложению, например, под действием гидролиз.[14] Характерно, что катионы содержат один или два длинных алкил цепи, полученные из жирных кислот, связанных с этоксилированный аммониевая соль.[15] Другие катионные соединения могут быть получены из имидазолий, гуанидиний, замещенные аминовые соли или четвертичные алкокси соли аммония.[16]

  • Катионные поверхностно-активные вещества, используемые в качестве смягчителей тканей

  • Дистеарилдиметиламмоний хлорид, раннее поколение кондиционер для белья с низкой биоразлагаемостью, который был прекращен.

  • Еще один диэстеркват, современный кондиционер для белья.

  • Диэтиловый эфир диметиламмония хлорид, используемый в качестве смягчителя ткани.

  • Другой диэстеркват используется как кондиционер для белья.

Антистатические качества, которые делают соли четвертичного аммония полезными в качестве смягчителей тканей, также делают их полезными в кондиционеры для волос и шампуни.[17] Идея принадлежит Хенкель с патентом 1984 г.[18] Примеры включают цетримония хлорид и бегентримония хлорид.[19]

Замедлители роста растений

Cycocel (хлормекват хлорид) снижает высоту растений, подавляя производство гиббереллины, основные гормоны растений, ответственные за удлинение клеток. Следовательно, их воздействие в первую очередь на ткани стебля, черешка и цветоноса. Меньший эффект наблюдается в уменьшении разрастания листьев, в результате чего листья становятся толще и имеют темно-зеленый цвет.[20]

Естественное явление

Глицин бетаин, нашел в осмолиты, стабилизирует осмотическое давление в клетках.[21]

Глицин бетаин представляет собой встречающийся в природе катион четвертичного аммония. Продукт его разложения, триметиламин, отвечает за запах испорченной рыбы.
Холин представляет собой четвертичное соединение.

Холин является предшественником нейромедиатора ацетилхолин. Холин также входит в состав лецитин, который присутствует во многих растениях и органах животных.[22] Он находится в фосфолипиды. Например, фосфатидилхолины, основной компонент биологические мембраны, являются членами лецитин группа жировых веществ в тканях животных и растений.[23]

Карнитин участвует в бета-окисление жирных кислот.

1-олеоил-2-пальмитоил-фосфатидилхолин

Влияние на здоровье

Соединения четвертичного аммония могут оказывать воздействие на здоровье, в том числе легкое раздражение кожи и дыхательных путей. [24] вплоть до сильных едких ожогов кожи и стенка желудочно-кишечного тракта (в зависимости от концентрации), желудочно-кишечные симптомы (например, тошнота и рвота), кома, судороги, гипотония и смерть.[25]

Считается, что это химическая группа, ответственная за анафилактические реакции которые происходят с использованием нервно-мышечные блокаторы в течение общая анестезия в хирургия.[26] Кватерниум-15 является наиболее часто встречающейся причиной аллергических контактный дерматит рук (16,5% в 959 случаях)[27]

Возможные репродуктивные эффекты у лабораторных животных

Дезинфицирующие средства на основе четвертичного аммония (Virex и Quatricide) были предварительно определены как наиболее вероятная причина скачков врожденных дефектов и проблем с фертильностью у лабораторных мышей, содержащихся в клетках. Ингредиенты quat в дезинфицирующих средствах включают: хлорид алкилдиметилбензиламмония (ADBAC) и дидецилдиметиламмоний хлорид (DDAC).[28][29] Подобная связь предварительно была выявлена ​​у медсестер.[30] Исследования противоречат более ранним токсикологическим данным, рассмотренным Агентством по охране окружающей среды США (Агентство по охране окружающей среды США) и Комиссией ЕС.[31]

Количественная оценка

Количественная оценка четвертичные аммониевые соединения в экологических и биологических образцах проблематично использовать обычные методы хроматографии, потому что соединения хорошо растворимы в воде. Анализируя их жидкостная хроматография, тандемная масс-спектрометрия было обнаружено, что они следуют правилу исключения. По стандарту ионизация электрораспылением (ESI), соединения моно- и д четвертичного аммония образуют молекулярные ионы с формулой мq/zq скорее, чем м + z/z.[требуется разъяснение ] Формирование мq/2 наблюдается для соединений четвертичного аммония (например, дикват ) в качестве иона-предшественника и мq/1 как продукт-ион из-за потери одного из четвертичных зарядов во время CID. В соединениях четвертичного аммония этот процесс также может приводить к образованию ионов-фрагментов с большей массой по сравнению с их ионом-предшественником. Жидкостная хроматография гидрофильных взаимодействий Сообщалось, что разделение продемонстрировало успешное разделение соединений четвертичного аммония для их количественного определения в ESI-MS / MS с более высокой точностью.[32]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ ИЮПАК, Сборник химической терминологии, 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) "четвертичные аммониевые соединения ". Дои:10.1351 / goldbook.Q05003
  2. ^ а б Керн, Аксель; Нэтер, Кристиан; Студт, Феликс; Тучек, Феликс (2004). «Применение универсального силового поля к смешанным кластерам Fe / Mo-S / Se с кубаном и гетерокубаном. 1. Замещение серы на селен в ряду [Fe4X4 (YCH3) 4] 2-; X = S / Se и y = S / Se † ". Неорганическая химия. 43 (16): 5003–5010. Дои:10.1021 / ic030347d. PMID  15285677.
  3. ^ Brasen, W. R .; Хаузер, К. Р. (1954). «О-Метилбензиловый спирт». Органический синтез. 34: 58. Дои:10.15227 / orgsyn.034.0058.
  4. ^ Смит, Майкл Б .; Марш, Джерри (2001), Продвинутая органическая химия: реакции, механизмы и структура (5-е изд.), Нью-Йорк, Нью-Йорк: Wiley-Interscience, ISBN  0-471-58589-0
  5. ^ Косвиг, К. "Поверхностно-активные вещества". Энциклопедия промышленной химии Ульмана. Вайнхайм: Wiley-VCH. Дои:10.1002 / 14356007.a25_747.
  6. ^ Херриотт, Артур В. (1977). «Пурпурный бензол: солюбилизация анионов в органических растворителях». Журнал химического образования. 54 (4): 229. Bibcode:1977JChEd..54Q.229H. Дои:10.1021 / ed054p229.1.
  7. ^ Доэни, Энтони Дж., Мл .; Ганем, Брюс (1980). «Снова о пурпурном бензоле». Журнал химического образования. 57 (4): 308. Bibcode:1980JChEd..57..308D. Дои:10.1021 / ed057p308.1.
  8. ^ Brasen, W. R .; Хаузер, К. Р. (1963). «2-Метилбензилдиметиламин». Органический синтез.; Коллективный объем, 4, п. 585
  9. ^ Сосна, Стэнли Х. (2011). "Перегруппировки четвертичных аммониевых солей, стимулированные основанием". Органические реакции. С. 403–464. Дои:10.1002 / 0471264180.or018.04. ISBN  978-0471264187.
  10. ^ Лакнер, Максимилиан; Гуггенбихлер, Йозеф Петер (2013). «Антимикробные поверхности». Энциклопедия промышленной химии Ульмана. С. 1–13. Дои:10.1002 / 14356007.q03_q01. ISBN  9783527306732.
  11. ^ Цзя, Чжишэнь; Шен, Дунфэн; Сюй, Вэйлян (2001). «Синтез и антибактериальная активность четвертичной аммониевой соли хитозана». Исследование углеводов. 333 (1): 1–6. Дои:10.1016 / S0008-6215 (01) 00112-4. PMID  11423105.
  12. ^ Абедон, Стивен Т. «Специфические противомикробные препараты». Государственный университет Огайо. Архивировано из оригинал на 2008-10-15. Получено 2020-02-14.
  13. ^ Кокко, Александра; Веллингтон Луис де Оливейра да Роса; Адриана Фернандес да Силва; Рафаэль Герра Лунд; Эвандро Пива (2015). «Систематический обзор антибактериальных мономеров, используемых в стоматологических адгезивных системах, текущего состояния и дальнейших перспектив». Журнал стоматологических материалов. 31: 1345–1362. Дои:10.1016 / j.dental.2015.08.155.
  14. ^ Хеллберг, Пер-Эрик; Бергстрём, Карин; Холмберг, Кристер (январь 2000 г.). «Расщепляемые поверхностно-активные вещества». Журнал поверхностно-активных веществ и моющих средств. 3 (1): 81–91. Дои:10.1007 / s11743-000-0118-z.
  15. ^ "Хенкель Информация для потребителей". Henkelconsumerinfo.com. Архивировано из оригинал на 2019-10-18. Получено 2009-06-04.
  16. ^ Smulders, E .; Сун, Э. "Моющие средства для стирки, 2. Ингредиенты и продукты". Энциклопедия промышленной химии Ульмана. Вайнхайм: Wiley-VCH. Дои:10.1002 / 14356007.o15_013.
  17. ^ Записывать в базе данных товаров для дома NLM
  18. ^ «Кондиционеры для волос на основе четвертичного аммония US4744977». Патенты Google. 14 ноября 1985 г.
  19. ^ Что такое цетримония хлорид? В архиве 2012-03-04 в Wayback Machine на naturalcurly.com
  20. ^ «Архивная копия». Архивировано из оригинал 25 сентября 2011 г.. Получено 19 июля, 2012.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь) Вагенингенский сельскохозяйственный университет, Нидерланды
  21. ^ Слейтор, Рой Д .; Воутерс, Джерун; Gahan, Cormac G.M .; Аби, Тьякко; Хилл, Колин (2001). «Анализ роли OpuC, транспортной системы осмолита, в солевой устойчивости и вирулентности Listeria monocytogenes». Прикладная и экологическая микробиология. 67 (6): 2692–2698. Дои:10.1128 / AEM.67.6.2692-2698.2001. ЧВК  92926. PMID  11375182.
  22. ^ Цейсель, С. Х.; да Коста, К. А. (ноябрь 2009 г.). «Холин: важное питательное вещество для здоровья населения». Отзывы о питании. 67 (11): 615–23. Дои:10.1111 / j.1753-4887.2009.00246.x. ЧВК  2782876. PMID  19906248.
  23. ^ Яковски, Сюзанна; Кронан младший, Джон Э .; Рок, Чарльз О. (1991). «Глава 2: Липидный обмен у прокариот». In Vance, Dennis E .; Вэнс, Дж. (Ред.). Биохимия липидов, липопротеинов и мембран. Эльзевир. стр.80–81. ISBN  0-444-89321-0.
  24. ^ Белло, Анила; Куинн, Маргарет М .; Перри, Мелисса Дж .; Милтон, Дональд К. (2009). «Характеристика профессионального воздействия чистящих средств, используемых для общих задач уборки - пилотное исследование больничных уборщиков». Состояние окружающей среды. 8: 11. Дои:10.1186 / 1476-069X-8-11. ЧВК  2678109. PMID  19327131.
  25. ^ Четвертичный аммоний (PIM G022)
  26. ^ Харпер, Н. Дж. Н .; и другие. (2009). «Подозрение на анафилактические реакции, связанные с анестезией». Анестезия. 64 (2): 199–211. Дои:10.1111 / j.1365-2044.2008.05733.x. ЧВК  3082210. PMID  19143700.
  27. ^ Уоршоу, Э. М .; и другие. (2007). «Контактный дерматит рук: перекрестный анализ данных Североамериканской группы контактного дерматита, 1994–2004». Журнал Американской академии дерматологии. 57 (2): 301–314. Дои:10.1016 / j.jaad.2007.04.016. PMID  17553593.
  28. ^ Хант, П. (июнь 2008 г.). «Лабораторное дезинфицирующее средство вредит фертильности мышей. Патрисия Хант, интервью с Бренданом Махером». Природа. 453 (7198): 964. Дои:10.1038 / 453964a. PMID  18563110.
  29. ^ Мелин В.Е., Потинени Х., Хант П., Грисволд Дж., Симс Б., Верре С.Р., Хрубек ТК (2014). «Воздействие обычных дезинфицирующих средств на основе четвертичного аммония снижает фертильность мышей». Репродуктивная токсикология. 50: 163–70. Дои:10.1016 / j.reprotox.2014.07.071. ЧВК  4260154. PMID  25483128.
  30. ^ Гаскинс, Одри (2017). «Профессиональное использование дезинфицирующих средств высокого уровня и плодовитость среди медсестер». Scand J Work Environ Health. 43 (2): 171–180. Дои:10.5271 / sjweh.3623. ЧВК  5840865. PMID  28125764.
  31. ^ Управление по профилактике, пестицидам и токсичным веществам, Агентство по охране окружающей среды США (август 2006 г.). «Решение о праве на перерегистрацию для алифатических алкилчетвертичных соединений (DDAC)». Epa739-R-06-008.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  32. ^ Велпандиана, Тирумурти; Нирмала, Джаябалан; Арораа, красота; Равиа, Алок Кумар; Котналаа, Анкита (октябрь 2012 г.). «Понимание вопросов заряда в моно- и двухчетвертичных соединениях аммония для их определения с помощью LC / ESI-MS / MS». Аналитические письма. 45 (16): 2367–2376. Дои:10.1080/00032719.2012.693140.

внешняя ссылка