壬二酸
用作增塑剂的白色至微黄色单斜棱晶
壬二酸(azelaic acid),化学式为C9H16O4,结构简式为HOOC-(CH2)7-COOH,是一种含有7个正构饱和碳原子脂肪族的中长链二元羧酸有机物,具有α和β两种晶型,被广泛用于生产壬二酸二甲酯增塑剂香料润滑油人造革醇酸树脂油漆等产品。
发展历史
壬二酸是一种广泛存在于黑麦大麦小麦等谷物和某些类中(亦可由酵母产生),的天然二元羧酸,虽然其别名是“杜鹃花酸”,但杜鹃花中不含有壬二酸。该别名的流传可能是因为旧时翻译错误导致,即杜鹃花的英文名为azalea,与壬二酸的azelaic acid有些许类似,翻译人员可能混淆了两个英文名。
上世纪70年代,一位叫Marcella的意大利罗马医生在研究花斑癣(亦称“汗斑”)皮肤病时,意外发现马拉色菌(一种能在人体皮肤中共生真菌)会分泌一种使花斑癣部位皮肤局部色素减退的物质——壬二酸。
1995年9月,美国食品药品监督管理局(FDA)批准20%壬二酸乳膏用于轻中度痤疮的局部治疗;2003年4月,国内壬二酸获得药用资格;2019年,壬二酸首次被《中国痤疮治疗指南》收录,在中国临床实践中崭露头角。
理化性质
物理性质
在标准状态下,壬二酸呈白色粉末状。其微溶于冷水,溶于热水、热乙醇乙醚,壬二酸在水中的溶解度随温度的变化关系如下。
由此可知,水温低于20 ℃时,壬二酸基本不溶于水;20~40 ℃时,溶解度平缓上升;40~50 ℃时,溶解度上升明显并形成拐角;50~65 ℃时,溶解度曲线斜率激增;65 ℃以上,曲线斜率接近80°。
借助Excel对溶解度数据进行指数拟合,溶解度Y随温度X的拟合方程如下式2-1所示,相关系数R2 = 0.9882,拟合效果较好。
Y = 0.0929 · exp(0.0484X)
注:摄氏度 = (华氏度 - 32) / 1.8。
化学性质
(1)不稳定性:壬二酸在高温下会分解,放出刺激性烟气,在320~340 ℃会脱除羧基
(2)易燃易爆:壬二酸粉体与空气可形成爆炸性混合物,浓度到达上限时,遇火星易发生爆炸;
(3)弱酸性:25 ℃下壬二酸水溶液的解离常数(Ka)为2.82×10-5,与醋酸(Ka = 1.8×10-5)酸性相当。
毒理学数据
(1)皮肤/眼睛刺激:兔子皮肤标准德雷兹染眼实验:500 mg/24H,对皮肤有轻微的刺激作用。
(2)兔子眼睛标准德雷兹染眼实验:3 mg,对眼睛有轻微的刺激作用。
(3)急性毒性:大鼠经口LD50:> 5g/kg。
分子结构数据
计算化学数据
贮存方法
(1)壬二酸应储存在密封、清洁、阴凉、干燥、远离火源的库房内避免日晒雨淋;
(2)壬二酸在装卸和运输时应避免静电火花的产生,搬运时不可与皮肤直接接触;
(3)壬二酸的包装宜用聚乙烯(polyethylene,PE)塑料袋,并附上完整、牢固、清晰的标志,如产品名称、厂家名称和地址、净含量等。
合成方法
硝酸高锰酸钾高碘酸钠等作为氧化剂氧化油酸(Oleic acid、C18H34O2)、以及一些生物氧化生产壬二酸的方法,具有处理复杂、环境不友好、气相产率普遍不高、经济性较低、规模较小等缺点,在工业应用方面因此受到限制。
过氧化氢氧化法
过氧化氢是一种绿色的强氧化剂,符合绿色化学的理念,在化工领域被广泛用于不饱和双键的氧化和氧化裂解,低浓度的H2O2储运较为安全,适合大规模的工业应用。
虽然高浓度的H2O2有利于反应进行,但是其易燃易爆的危险性亦需谨慎考虑,因此,H2O2的浓度一般不高于60%。由于过氧化氢氧化油酸是液液反应,因此,采用非均相催化剂的一大优势是回收催化剂的便捷性。此外,为改善传质效率,一般需要通过加入溶剂或对催化剂进行改性。
臭氧氧化法
1957年,Emery首次利用臭氧取代铬酸作为氧化剂氧化裂解油酸制备壬二酸,并实现了工业化。臭氧(O3)的氧化性比氧气(O2)更强,亦无污染,氧化过程无杂质生产,因此得到了人们的广泛关注。
臭氧氧化法一般分两步进行,首先,油酸经臭氧氧化生成1,2,3-三氧茂烷,并因其性质不稳定而转化为1,2,4-三氧茂烷;其次,在80-120 ℃下由氧气或者过氧化氢继续将1,2,4-三氧茂烷催化氧化为壬二酸和壬酸
该方法具有反应温度低、时间短、杂质少等优点,但壬二酸产率一般不高,而且臭氧具有一定的毒性。
分子氧氧化法
目前,关于以分子氧为氧化剂的研究相对较少,而且氧化条件较为苛刻(高压),对反应器的要求较高,但分子氧具有获取途径容易、价格低廉、环保绿色(不产生杂质)的优点,因此,利用分子氧氧化油酸制取壬二酸具有一定的发展前景。此外,分子氧的氧化性较弱,一般需要辅以其他氧化剂实现共同氧化的目的,例如在臭氧氧化法中的裂解步骤使用。
图中,k1—烯烃双键裂解的速率常数:k2—末端甲基氧化的速率常数。
蓖麻油法
(1)往装有搅拌器、回流冷凝器的反应瓶中加入氢氧化钾(KOH)100 g,95%的乙醇1000 mL,蓖麻油500 g,搅拌回流3 h;
(2)将反应液倒入3 L水中,以100 mL浓硫酸与300 mL水配成的稀酸酸化。分出油层,热水洗涤两次,以无水硫酸镁干燥;
(3)滤去干燥剂,得粗品1,2-羟基十八烯-9-酸约480 g(溶液易聚合,不宜久置,应及时用于下一步反应);
(4)于装有搅拌器、温度计、回流冷凝器的反应瓶中,加入高锰酸钾625 g(3.5 mol),水7.5 L,于35 ℃剧烈搅拌溶解;
(5)一次加入由12-羟基十八烯-9-酸240 g(0.8 mol)溶于1.6 L水和64 g氢氧化钾配成的溶液;
(6)反应放热,迅速升温至75 ℃左右,继续在搅拌下反应0.5 h。反应过程中会产生大量泡沫,必要时可加入消泡剂;
(7)趁热过量除去MnO2,滤饼用热水洗涤两次;
(8)滤液用稀硫酸酸化,减压浓缩至约2 L,冰箱中冷却析晶;
(9)用冷水洗涤过滤析出的固体,干燥后得壬二酸35~38 g;
(10)经用15倍的热水重结晶活性炭脱色、冷却后滤出结晶、干燥,可得纯品壬二酸23~27 g,熔点为104~106 ℃,收率可达31%~35%。
应用
首先,由于壬二酸可作为石油基二元酸的替代物,因此可用于生产润滑剂、尼龙聚氨酯,是一类前景良好的生物基平台化合物,如壬二酸二异丁酯、壬二酸二辛酯壬二酸二异辛酯均是工业上常用的增塑剂产品。
其次,在润滑剂工业中,壬二酸可用作锂润滑脂的增稠剂,壬二酸与六亚甲基二胺的共聚物是特种塑料尼龙69,与尼龙99、尼龙910、尼龙1010等同为常用的合成纤维。
壬二酸有抗菌性,可用作食品防腐剂、香料和日化用品。在漱口品中使用有利于龋齿的防治,在香皂中使用可避免皂体表面的开裂,在膏霜类化妆品中使用可增加皮肤的吸收功能,在皮肤病膏药中使用可有亮肤和增白功能;壬二酸或其盐与维生素B6配伍用于护发品,适用于男性内分泌较旺盛的男性荷尔蒙型脱发症的治疗,并同时刺激头发生长。
壬二酸原液(又名“杜鹃花原液”),是一种针对易生粉刺、痘痘的油性肌肤的植物原液,可快速去除粉刺、暗疮、痘痘,治疗青春痘反复发作等顽疾,还可收紧毛孔、消除痘印
急救
(1)与皮肤接触时,应脱去被污染的衣物,立即用流动的清水彻底冲洗接触皮肤15 min并就医;
(2)与眼睛接触时,应用流动水至少冲洗15 min并就医;
(3)若不慎吸入,应迅速离开现场至空气新鲜处,保持呼吸道通畅,如遇呼吸困难应输氧;如遇不能呼吸者,施以人工呼吸并就医;
(4)若不慎误食,对于失去知觉者,不应从口部服任何药物,亦不得引吐,宜就医;若有知觉,给牛奶饮用,并就医。
消防
(1)灭火方法:喷水冷却容器,可行时将容器从火场移至空旷处;
(2)灭火剂:喷水、抗溶性泡沫、二氧化碳、干粉。
药理学
药理作用机制
壬二酸的药理作用可归纳为以下5个方面:
1.直接抑制和杀灭皮肤表面和毛囊内的细菌,消除病原体;
2.竞争性抑制产生二氢睾酮的酶过程,减少二氢睾酮因素诱发的皮肤油脂过多;
3.抑制活性氧自由基的产生和作用,有利于抗炎;
4.减少丝状角蛋白的合成,防止毛囊角化过度;
5.破坏细胞线粒体呼吸,抑制细胞合成,从而抑制细胞增殖。
本品为外用抗菌剂,对皮肤上的各种需氧菌厌氧菌具有抑制和杀灭作用,局部使用20%的杜鹃花酸软膏能显著减少皮肤细菌和滤泡内丙酸杆菌类细菌的生长,并使皮肤表面脂质的游离脂肪酸含量下降。本品的抗菌活性和吸收,均依赖于pH,pH低时,具有较高抗菌活性,较快地进入细胞内,对各种不同病因引起的皮肤病具有良好的抗菌作用。特点是渗透到异常细胞的药量比正常细胞多,能可逆性地抑制主要的活性。与其它杀菌剂抑菌剂作用机制一样,抑制蛋白质的合成。
本品对正常皮肤和痤疮感染的皮肤有抗角质化作用,其作用原理是减少滤泡过度角化。
本品还具有抗增生和抗细胞毒素作用,这似乎是通过破坏线粒体呼吸和细胞DNA合成,而不是抑制酪氨酸酶的活性。紫外结构研究证明,在体外当把皮肤或脉络膜的黑素瘤细胞或从患有恶性小痣或皮肤黑素瘤病人的皮肤活检组织置于杜鹃花酸液(≤100 nmol/L)中,出现有选择性明显的线粒体膨胀、形成空泡以及胞浆脂质微粒聚集的现象。
在降低色素沉着和减小黑斑病损伤大小方面,20%的本品与4%的对苯二酚软膏相当,明显优于2%对苯二酚软膏。本品对轻中度痤疮的病人能显著减少粉刺、丘疹和脓疱的数目。
适应症
(1)普通痤疮粉刺)。
(2)色素沉着紊乱。
黑斑病、恶性小痣、黑素瘤和其它因身体和光毒性原因引起的色素沉着。
用法用量
本品供局部使用,涂于患处,每日2次。可持续3~12个月。
制剂与规格]乳剂:200 mg/20g;霜剂:20%。
不良反应
本品无全身不良反应。局部皮肤刺激主要为红斑、瘙痒、鳞屑和烧灼感,发生率5%~10%,一般比较轻微和短暂,治疗后2~4周逐步消失。与普通的抗痤疮药相比,本品耐受良好。此外,本品不易出现耐药以及经粘膜、皮肤的致畸作用和潜在的内分泌失衡。
标准法规
(1)工业用壬二酸(HG/T 4481-2012);
(2)化妆品中壬二酸的检测 气相色谱法(GB/T 40845-2021);
(3)食品安全国家标准 食品添加剂使用标准(GB 2760-2014)。
参考资料
壬二酸.物竞化学品.
Azelaic acid.PubChem.
最新修订时间:2024-12-13 19:49
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参考资料