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
菌类中(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
共生的
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
以
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;
(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
锌盐与
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;
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
需氧菌和
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
酶的活性。与其它
杀菌剂和
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
(2)色素沉着紊乱。
如
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)。