Alkylglycoside Surfactants - Self-Assembly, Solid-State Properties and Interactions with Hydrophobic Molecules

Abstract: Popular Abstract in Swedish Tensider är en mycket vanlig typ av kemikalier som använts i tusen år och som man ofta stöter på i vardagliga livet. De ingår i exempelvis rengöringsmedel, diskmedel, tvättmedel, lim, målarfärger, hudkrämer och schampo. Tensider är ytaktiva ämnen som anrikas på ytor där de reducerar ytspänningen och därmed ändrar ytans egenskaper. En tensidmolekyl består av en hydrofil del (vattenälskande) och en hydrofob del (vattenskyende). Dessa dubbla egenskaper medför att de aggregerar till små klot, så kallade miceller, vars insida består av de vattenskyende svansarna, medan de vattenälskande huvudena befinner sig på ytan och gör micellen vattenlöslig. Ökas koncentrationen av tensid i en vattenlösning kommer mer tätpackade aggregat att bildas med exempelvis hexagonal, kubisk och lamellär struktur. Tensider indelas i icke-laddade och laddade beroende på ladding av huvudgruppen. Lösligheten i vatten av diverse hydrofoba molekyler kan ökas avsevärt genom tillsats av tensider. Detta används tex. när du tvättar händerna med tvål. Den feta smutsen blir vattenlöslig genom att gömma sig i den hydrofoba inre regionen av micellen. Ett annat användningsområde där tensidernas förmåga att lösa in hydrofoba substanser utnyttjas är i läkemedelsberedningar. Här används tensiderna som löslighetsförbättrare för de aktiva substanserna eller på annat sätt för att stabilisera formuleringen. Detta sker vanligtvis med hjälp av icke-laddade tensider då dessa är mindre irriterande på slemhinnor än laddade tensider. De mest vanligt förkommande icke-laddade tensiderna är baserade på polyetylenoxid. Dessvärre framställs dessa av petrokemiska råvaror och nedbrytningen i naturen är långsam där giftiga nedbrytningsprodukter bildas. Den långsamma nedbrytningen kan medföra att vattenlevande djur och växter tar skada. Den ökande användningen av tensider och det ökande miljömässiga tänkandet har medfört att sökandet efter mer miljömässiga tensider som ersättare för de traditionella har ökat markant de senaste åren. En ny klass av tensider som framställs utifrån förnyelsebara råvaror är alkylglykosider. De kallas även sockertensider eftersom deras hydrofila del är baserad på glukos. Denna typ av tensider bryts ner snabbt i naturen till relativt ofarliga produkter och är därmed ett intressant alternativ till de traditionellt använda polyetylenoxid-baserade tensiderna. Dess unika egenskaper har medfört att de används i stor utsträckning i industriella tillämpningar men dock har ingen produkt inom läkemedelsindustrin innehållande alkylglykosider nått marknaden. Målet med denna studie var att undersöka det fysikalisk-kemiska beteendet hos alkylglykosider i såväl vattenlösningar som det fasta tillståndet. Detta är nödvändigt för att i ett senare skede kunna förbättra befintliga produkter och även kunna introducera dem i läkemedelstillämpningar. Ett brett urval av såväl alkylglukosider (huvudgruppsenhet bestående av en glukosenhet) som alkylmaltosider (huvudgruppsenhet bestående av två glukosenheter) har använts i detta projekt. Alkylglykosiderna har tendens att bilda miceller som växer i en dimension till trådlika miceller vid ändring av yttre faktorer som exempelvis temperatur, salt, koncentration och utbyte av H2O mot D2O. Beroende på balansen mellan den hydrofila och den hydrofoba delen kommer endast vissa att påverkas av dessa faktorer. Packningen av tensidmolekylerna i en avlång micell skiljer sig av förklarliga skäl från den i en rund micell. Detta kommer i sin tur att ha en stark inverkan på en rad olika egenskaper hos tensidlösningen som tex. förmågan att lösa in hydrofoba molekyler och stabilisera peptidlösningar. Detta är av speciell stor betydelse i läkemedelsberedningar där tensidkoncentrationen måste minimeras. En annan del av arbetet som presenteras i denna avhandling handlar om alkylglykosider i det fasta tillståndet. Alkylglykosiders möjlighet att bilda vätebindningar med närliggande glukosenheter medför att denna typ av tensid visar mycket intressanta fasbeteenden. Genom detta arbete har kunskapen om alkylglykosiders fasbeteende förbättrats och förhoppningsvis kortat den långa vägen mot användning av alkylglykosider i läkemedelsberedningar.