KR100948890B1 - 계면활성제를 형성하는 우레아-, 글리세레이트- 및, 히드록시아미드-머리의 탄화수소 사슬 농도전이형 상 - Google Patents

계면활성제를 형성하는 우레아-, 글리세레이트- 및, 히드록시아미드-머리의 탄화수소 사슬 농도전이형 상 Download PDF

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Abstract

본 발명은 우레아, 글리세롤 또는 글리세레이트계 머리기 및 분지 알킬 사슬, 분지 알킬옥시 사슬 또는 알케닐 사슬로 이루어진 군으로부터 선택된 꼬리를 함유하는 화합물을 제공한다. 상기 화합물은 과량의 극성 용액에서 안정한 농도전이형 상을 형성하기 위한 계면활성제로 사용될 수 있다.

Description

계면활성제를 형성하는 우레아-, 글리세레이트- 및, 히드록시아미드-머리의 탄화수소 사슬 농도전이형 상{UREA-, GLYCERATE- AND, HYDROXYAMIDE-HEADED HYDROCARBON CHAIN LYOTROPIC PHASES FORMING SURFACTANTS}
본 발명은 신규한 계면활성제에 관한 것으로, 수용액에서 역 농도전이형 상을 형성할 수 있는 신규한 계면활성제에 관한 것이다.
계면활성제는 하전 또는 비하전 극성 영역 및 탄화수소 또는 탄화플루오로 비극성 영역을 함유하는 양친성 화합물(amphiphilic compounds) 이다. 친수성 극성 및 소수성 비극성 영역은 종종 선형 모양의 계면활성제에서 각각 머리기 및 꼬리로 불리운다.
이러한 물질의 양친성 특성 때문에, 머리기는 물과 같은 극성 용매와 결합하는 경향이 있고, 꼬리는 오일과 같은 소수성 물질, 또는 다른 계면활성제 분자의 탄화수소 꼬리와 결합하는 경향이 있다. 따라서, 이것이 가장 강력하고 유리한 환경이므로, 계면활성제는 계면활성제와 물 및 다른 성분과의 혼합물에서 친수성 및 소수성 영역 사이의 공유영역에 존재하는 경향이 있다. 이 계면활성(surface activity)은 계면활성제로서 기술분야에서 알려진 이와 같은 양친성 화합물, 즉 계면활성제의 수축을 이끈다.
계면활성제 물질에 물의 첨가는, 머리기와 결합한 물과 함께 결합된 구조의 물이 된다. 물을 순계면활성제(neat surfactant)에 넣으면 공유영역에서 분자의 배열의 방향 및 공간면을 측정하기 위해 계면활성제 분자의 본래의 기하학으로 되어, 혼합물의 친수성 영역에서 유동성을 이끈다. 이 배열은 분자의 머리기 및 꼬리 부분의 상대적인 부피, 및 물 및 계면활성제의 상대적인 부피에 의존하기 때문에 종종 "곡률(curvature)"이라 불리우며, 공유영역은 물 또는 오일 부분을 향하여 구부러질 것이다. 계면활성제에 많은 양의 물의 첨가는 시스템에서 평균 곡률을 변경시켜, 평형상태에서 시스템에서 채택될 수 있는 여러 가지 특정한 기하학을 가져올 것이다. 평형상태에서, 이러한 특정한 기하학은 종종 '메조상(mesophases)', '농도의존형 상(lyotropic phases)' 또는 그냥 '상(phases)'이라 한다.
정돈된 상에서 계면활성제의 부분 순서 및 부분 자유의 결합은 고전적 액정을 암시하므로, 이러한 상은 또한 액정상으로 종종 불리운다. 이러한 상에서는 대부분의 결정 고체의 순서를 잃어버리고, 또한 계면활성제 분자는 고체 결정에 있는 분자와 다르게 움직일 수 있다. 따라서, 시스템의 이러한 타입은 종종 액정으로 불리운다. 또한, 양친성 화합물(amphiphile) 및 용매(주로 물)의 혼합물에서 형성하 는 액정상은 '농도전이형 액정상(lyotropic liquid crystalline phases)'으로 알려질 수 있다.
추가로, 만일 계면활성제-용매 시스템의 평균 곡률이 오일을 향하면, 메조상은 보통 '물-연속(water-continuous)' 및 '정상' 타입으로 확인된다. 만일 곡률이 물을 향하면, 이들을 '오일-연속(oil-continuous)'이라 하며, '역' 또는 '반대' 타입이라 한다. 만일 평균 곡률이 둘 사이에 평균을 이루면, 시스템은 0에 가까운 평균 곡률을 가지고, 결과 상은 적층된 라멜라-타입 구조, 또는 친수성 및 소수성 영역이 연속적으로 두개가 얽혀져 있는 '이연속성(bicontinuous)' 구조일 수 있다.
계면활성제-용매 시스템에서 형성될 수 있는 특정한 기하학의 예로는 여럿 가운에서 역 미셀(reverse micellar), 역 육방(reverse hexagonal), 라멜라, 역 큐빅, 이연속성 큐빅, 정상 큐빅, 정상 육방 및 미셀을 포함한다. 미셀은 계면활성제 분자가 집합체를 형성하기 위해 물과 결합하는 머리기, 및 소수성 환경을 형성하기 위해 다른 꼬리와 결합하는 꼬리 때문에 자기조립(self-assemble)할 때 발생한다. 정상 미셀은 물로 내뻗는 머리기의 껍질에 의해 둘러싸인 소수성 꼬리의 코어로 이루어진다. 이 시스템에 물을 더 첨가하면 미셀은 희석되고, 물에 있는 계면활성제 분자의 용해도에 의존하며, 보다 크거나 보다 적은 희석은 집합체를 파괴하여 물에서 단량체(monimeric) 계면활성제 용액을 형성할 것이다. 비수용성 오일의 첨가는 공간의 한계에 도달할 때까지 미셀의 소수성 내부 코어로 들어가(또는 용해되어) 어떤 오일이 될 것이다. 오일의 추가 첨가는 미셀 용액으로부터 배척된 분리된 오일상의 형성을 이끈다. 역 미셀은 미셀의 코어가 탄화수소-연속 영역으로 뻗치는 머리기 및 꼬리와 결합한 물을 함유한 것을 제외하고 전적으로 정상 미셀과 유사하다. 오일의 첨가는 분리된 실재물로 미셀을 희석하고, 물의 첨가는 물에 용해시키려는 코어의 용량이 초과될 때까지 미셀을 '팽창시켜' 상분리를 일으킨다. 미셀 자체는 계면활성제의 분자 기하학에 의존하는 구모양, 막대모양 또는 디스크 모양일 수 있으며, 그러나 충분이 낮은 농도에서 시스템은 필수적으로 등방성(isotropic)이다.
정상 육방상은 시스템이 물에서 매우 높은 농도에서 길고, 막대모양 미셀로 이루어질 때 발생하며, 육방 배열로 채워 넣는다. 이와 같은 시스템은 2차원 구조를 갖는다. 이것은 시스템에 점도를 증가시키고, 이방성(anisotropy)은 교차된 편광필터를 통해 현미경으로 관찰하였을때 복굴절(birefringent) 직물의 시각화(visualisation)를 준다. 다시, 역 육방상은 조밀하게 쌓은 육방 배열에서 물-코어 미셀과 함께 정상 육방상의 오일 연속 버전이다.
라멜라상은 머리기의 대립되는 단일층이 물 영역에 의해 분리되어 친수성층을 형성하고, 반면 연속적인 층의 꼬리는 접촉을 일으켜 소수성층을 형성하는 적층된 이중층 배열로 이루어진다. 이러한 상은 계면활성제 기하학이 분자의 소수성 및 친수성 부분의 상대적인 부피가 거의 동등할 때 유리하다.
큐빅상은 두개의 주요 타입인, 이연속성 및 미셀로 이루어진다. 정상 및 역 큐빅상은 미셀 타입이며, 물 및 머리기, 또는 꼬리가 미셀의 내부를 형성하는 큐빅 배열에서 조밀하게 쌓여진 구모양의 미셀로 이루어지는 육방상과 유사하다. 이들은 일반적으로 높은 점도이나, 그들이 구모양의 미셀로 이루어져 있기 때문에 이러한 시스템은 등방성이고, 그래서 복굴절 직물이 관찰되지 않는다. 이연속성상은 곡률이 0 같이 계면활성제 분자의 분자 기하학이 잘 균형을 이룰때 형성한다. 이것은 소수성 및 친수성 영역이 서로얽혀있으나 교차되지 않는 소위 '무한 주기 격자 구조(infinite periodic lattice structure)'이다. 본 발명을 위해 이연속성상은 전문용어 '역 농도전이형 상', '역 농도전이형 상들', 또는 '역 액정상'을 포함할 수 있다.
이러한 농도전이형 상이 증가하는 물 대 계면활성제의 비율과 함께 발생하는 순서는 명확하다. 상기에서 이해되지 않으므로, 계면활성제가 첨가된 증가하는 양의 물과 만나는 메조상의 전형적인 공정은 역 미셀, 역 육방, 라멜라, 역 큐빅, 이연속성 큐빅, 정상 큐빅, 정상 육방 및 미셀일 수 있다. 모든 상이 특정한 계면활성제를 위해 희석이 관찰되지 않을 수 있다는 것을 깨닫는 것이 중요하나, 상의 순서는 유지된다.
어떤 계면활성제에 대하여, 기하학적 구속은 정상 타입 상이 전혀 형성되지 않을 수 있다. 이러한 경우에 역 농도전이형 상, 또는 라멜라상은 더 이상의 물을 넣을 수 없는 어떤 시점까지 단지 물과 함께 팽창할 수 있고, 상분리가 발생한다. 이러한 경우 상은 과량의 물과 함께 평형상태에 있다고 말하고, 중요하게 '희석에 안정하다'라고 말한다. 이론적으로, 콜로이드 크기 범위를 작게하는 물질의 특정한 분산체를 형성하기 위해 물-포화된 농도전이형 상을 분해하는 이러한 시스템이 가능하다.
과량의 물에 있는 라멜라상의 경우에는, 시스템으로 에너지를 가하여 이중층 구조를 분해하고, 단편의 '끝(ends)'을 서로 결합하여 이중층 구 내부에 물의 포켓을 올가미로 걸어 구모양의 이중층 입자를 형성할 수 있다. 입자의 이러한 타입을 종종 소포(vesicle)라고 한다. 만일 이중층 형성 물질이 디-아실 포스파티딜 콜린과 같은 지질이면, 용어 '리포좀'을 종종 사용한다. 시스템에 주어지는 에너지에 따라, 제조방법, 다중라멜라 소포 및/또는 단일라멜라 소포가 용액에 존재할 수 있다. 시스템의 이러한 타입은 그들의 막 같은 구조 때문에 많은 세포내 공정의 기초를 형성하는데 적당하게 공통적이다. 그러나 이러한 구조의 형성은 내인성 물질에 의해 독점적으로 나타나지 않으며, 또한 적당한 분자 구조를 갖는 많은 합성 계면활성제는 희석에 안정한 라멜라상을 형성할 수 있다.
또한, 희석에 안정한 역 육방상, 또는 큐빅상과 같은 진정한 역상을 형성하는 계면활성제는 덜 일반적이다. 디-아실 포스파티딜 콜린 시스템과 유사한, 일정한 아실 사슬 길이를 갖는 디-아실 포스파티딜 에탄올아민은 희석에 안정한 역 육방상을 형성하는 것이 알려져 있다. 또한, 두개의 피타닐 사슬을 가진 글리코리피드는 과량의 물에서 역 육방상을 형성한다고 보고되어 있다. 이러한 경우, 물로 포화된 역상이 과량의 물에서 안정한 육방상의 입자를 형성하기 위해 분해될 수 있으며, 이를 헥소좀(hexosomes)이라 한다.
과량의 물에서 안정한 이연속성 큐빅상을 형성하는 계면활성제의 출현은 좀더 덜 일반적이다. 글리세롤 모노올레이트는 피탄트리올(phytantriol)과 같은 하나의 계면활성제이다. 다시 물-포화된 벌크상(bulk phase)의 분산체는 과량의 물에서 안정한 미립자 분산체를 형성하기 위해 에너지를 가하여 분산시킬 수 있다. 이러한 경우 입자를 큐보좀(cubosomes)이라 한다.
리포좀, 큐보좀 및 헥소좀과 같은 분산된 입자는 열역학적으로 안정하지 않고, 역상 및 과량의 물이 분리된 본래의 벌크상으로 되돌아가 응집시킬 것이라는 것을 명심해야 한다. 어떤 경우에는 응집을 막기 위해 장애물을 제공하는 계면안정화제의 첨가에 의해 막을수 있다.
정상적인 상을 형성하는 계면활성제의 잠재적인 용도를 잘 기재하였으며, 많은 중에서도 특히 오일 토양의 가용화에 의한 또는 거품의 기질 표면 변형, 윤활, 생산 및 안정화, 에멀젼의 안정화, 생산의 편의를 위한 분말의 습윤 및 향상된 용 해속도에 의한 세정력을 포함한다.
역 농도전이형 상은 특정한 물질의 고정화가 중요한 적용에 특히 유용한 이러한 물질을 만드는 성질인 높은 점성을 종종 갖는다. 시스템의 조성, 또는 온도와 같은 다른 변수에 미묘한 변화를 통해 필수적으로 낮은 점도 상을 생산하는 상 행동(phase behaviour)을 교묘하게 다룰수 있는 능력은 계면활성제의 이러한 타입으로부터 제조된 조성의 유용함으로 예시된다. 과량의 물에서 안정한 역 농도전이형 상을 형성하는 계면활성제의 잠재적인 용도는 희석력이 중요한 면인 공정과 특별히 관련있을 수 있다. 또한, 막 단백질의 고정화를 위해 생물의약 분야에서 역 농도전이형 상의 용도는 이미 글리세롤 모노올레인 큐빅상을 사용하여 설명하여 왔다. 그러나, 글리세롤 모노올레인에 의해 형성된 큐빅상의 이차원적인 면에 어울리지 않는 막 단백질의 연구를 가능하게 하는 시스템이 필요하다. 게다가, 글리세롤 모노올레인 시스템의 작업 온도 범위는 제한되어 있으며, 이것은 시스템이 사용될 수 있는 적용범위로 제한한다.
발명의 요약
본 발명은 수용액에서 역 농도전이형 상을 형성하는 계면활성제의 새로운 종류의 발견에서 기인한다. 역 농도전이형 상은 미셀 타입, 또는 역 육방, 또는 이연속성 큐빅상과 같은 여러 가지 액정 타입일 수 있다. 역 농도전이형 상의 형성은 주로 양친성 화합물의 구조의 작용이다. 특히, 용액에서 쐐기 또는 원뿔 모양의 공간을 차지하는 상대적으로 조그만 극성 머리기와 꼬리의 결합을 갖는 양친성 화합물은 과량의 수용액에서 역 농도전이형 상을 형성하는 경향이 있다.
따라서, 본 발명은 하기 구조식(Ⅰ) 내지 (Ⅴ) 중 어느 하나로 이루어지는 군으로부터 선택된 머리기 및 분지 알킬 사슬, 분지 알킬 사슬옥시 또는 알케닐 사슬로 이루어지는 군으로부터 선택된 꼬리를 함유하는 화합물을 제공한다.:
Figure 112005011819728-pct00001
여기서,
구조식(Ⅰ)에서 R2는 -H, -CH2CH2OH 또는 다른 꼬리기이고,
R3 및 R4는 독립적으로 -H, -C(O)NH2, -CH2CH2OH,
-CH2CH(OH)CH2OH 중 하나 또는 그 이상으로부터 선택되고,
구조식(Ⅱ)에서 X는 O, S 또는 N 이고,
t 및 u는 독립적으로 0 또는 1 이고,
R5는 -C(CH2OH)2알킬, -CH(OH)CH2OH (제공되는 꼬리기가
올레일이 아님), -CH2COOH, -C(OH)2CH2OH, -CH(CH2OH)2,
-CH2(CHOH)2CH2OH, -CH2C(O)NHC(O)NH2 이고,
구조식(Ⅲ)에서 R6는 -H 또는 -OH 이고,
R7은 -CH2OH 또는 -CH2NHC(O)NH2 이고,
구조식(Ⅳ)에서 R8는 -H 또는 -알킬이고,
R9은 -H 또는 -알킬이다.
바람직하게, 꼬리는
Figure 112008091082765-pct00046
로부터 선택되며,
여기서, n은 정수 1 내지 5, a는 정수 1 내지 12, b는 정수 0 내지 10, d는 정수 0 내지 3, e는 정수 1 내지 12, w는 정수 2 내지 10, y는 정수 1 내지 10 및 z는 정수 2 내지 10 이다.
또한, 본 발명은 과량의 수용액에서 역 농도전이형 상을 형성할 수 있는 계면활성제, 하기 구조식(Ⅰ) 내지 (Ⅴ) 중 어느 하나로 이루어지는 군으로부터 선택된 머리기 및 분지 알킬 사슬, 분지 알킬옥시 사슬 또는 알케닐 사슬로 이루어지는 군으로부터 선택된 꼬리를 함유하는 계면활성제를 제공한다.:
Figure 112005011819728-pct00003
여기서,
구조식(Ⅰ)에서 R2는 -H, -CH2CH2OH 또는 다른 꼬리기이고,
R3 및 R4는 독립적으로 -H, -C(O)NH2, -CH2CH2OH,
-CH2CH(OH)CH2OH 중 하나 또는 그 이상으로부터 선택되고,
구조식(Ⅱ)에서 X는 O, S 또는 N 이고,
t 및 u는 독립적으로 0 또는 1 이고,
R5는 -C(CH2OH)2알킬, -CH(OH)CH2OH (제공되는 꼬리기가
올레일이 아님), -CH2COOH, -C(OH)2CH2OH, -CH(CH2OH)2,
-CH2(CHOH)2CH2OH, -CH2C(O)NHC(O)NH2 이고,
구조식(Ⅲ)에서 R6는 -H 또는 -OH 이고,
R7은 -CH2OH 또는 -CH2NHC(O)NH2 이고,
구조식(Ⅳ)에서 R8는 -H 또는 -알킬이고,
R9은 -H 또는 -알킬이다.
바람직하게, 꼬리는
Figure 112008091082765-pct00047
로부터 선택되며,
여기서, n은 정수 1 내지 5, a는 정수 1 내지 12, b는 정수 0 내지 10, d는 정수 0 내지 3, e는 정수 1 내지 12, w는 정수 2 내지 10, y는 정수 1 내지 10 및 z는 정수 2 내지 10 이다.
적당한 조건 하에서, 본 발명의 계면활성제는 과량의 물에서 열역학적으로 안정한 역 농도전이형 상을 형성한다. 바람직하게, 형성된 농도전이형 상은 역 미셀상, 이연속성 큐빅상, 역 중간체 액정상 및 역 육방 액정상으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 가장 바람직하게, 형성된 역 농도전이형 상은 이연속성 큐빅 액정상 또는 역 육방 액정상이다. 이러한 상은 계면활성제의 메조모피즘(mesomorphism) 분야에서 모두 잘 특징지어지고 잘 확립된다.
또한, 본 발명은 본 발명의 계면활성제로부터 형성된 역 농도전이형 상을 함유하는 조성물을 제공한다. 역 농도전이형 상은 콜로이드 분산체의 형태일 수 있으며, 따라서 본 발명은 또한 본 발명의 계면활성제로부터 형성된 미셀 또는 액정 타입의 역 농도전이형 상으로 이루어지는 콜로이드 입자를 제공한다.
발명의 상세한 설명
본 발명은 상승된 온도에서 과량의 물에서 역 농도전이형 육방상을 형성하기 위해 표시되는 우레아계 화합물의 신규한 종류의 발견으로부터 유래한다. 본 발명은 낮은 온도에서 이러한 상을 형성하는 계면활성제를 발견하고, 또한 창조하기 위해 더 작업하는데서 기인한다. 낮은 온도에서 역 미셀, 역 육방 또는 큐빅상의 창조는 상온에서 안정하고 상업적으로 유용한 이와 같은 역 상을 함유하는 제제의 형성을 인정한다.
우레아, 글리세롤 또는 글리세레이트 머리의 계면활성제를 기초로 한, 많은 화합물들을 합성하였으며, 수용액에서 그들의 행동을 연구하였다. 상 행동을 위한 새로운 화합물을 스크리닝에서, 순화합물(neat compound)의 녹는점과 역 농도전이형 상이 물에서 형성하는 온도 범위 사이의 가공하지 않은 상관관계가 있음을 발견하였다. 현저하게, 순수한 화합물의 녹는점을 낮추고, 역 농도전이형 상을 형성하는 온도를 낮춘다. 언급한 바와 같이, 비록 발명이 이러한 바람직한 온도 범위 안에서 단지 형성하는 계면활성제 및 역 농도전이형 상에 한정되지 않는다고 이해할지라도, 약 150℃ 이하 온도에서 물에서 역 농도전이형 상을 형성하는 시판용의 이러한 계면활성제가 가장 적합한 것으로 간주하였다.
표 1에 나타난 머리기중 어느 하나를 갖는 본 발명의 계면활성제는 특별한 형태로 합성 및 설명하거나 합성되어진 계면활성제로부터 얻어진 데이타를 기초로 한 과량의 물에서 역 농도전이형 상을 형성하려고 한다.
Figure 112005011819728-pct00005
본 발명의 계면활성제는 알려져 있는 출발물질로부터 알려진 방법에 의해 합성될 수 있고, 그 자체 시판되는 것을 이용할 수 있고, 또는 문헌에 대응하는 화합물을 제조하기 위해 사용된 유기화학의 표준 기술에 의해 제조될 수 있다.
예를 들어, 우레아계 계면활성제는 아민을 선택된 꼬리기와 커플링시킴으로써 제조될 수 있고, 그 다음 알킬아민과 더 반응시켜 우레아 유도체를 형성한다. 글리세롤 유도체는 적당한 유기산을 알콜로서 글리세롤과 반응시켜 제조될 수 있으며; 여러 가지 알콜기의 보호/탈보호는 계면활성제를 형성하기 위해 위치특이성(regio-specific) 커플링을 이루기 위해 이용될 수 있다. 글리세레이트 유도체는 활성 글리세린산 유도체를 관심의 꼬리기를 함유하는 알콜로 처리함으로써 제조될 수 있다.
상기 기재된 반응은, 예를 들어 사용된 용매, 어느 반응물 및 중간체의 용해도에 따라 변하는 온도에서 일어날 수 있다. 그러나, 바람직하게는 상기 반응이 사용되었을때, 약 0℃ 내지 100℃, 바람직하게는 실온에서 일어난다. 또한, 상기 반응을 위해 필요한 시간은, 많은 동일한 인자에 따라 광범위하게 변할 수 있다. 그러나, 전형적으로 반응은 약 5분 내지 24시간 안에 일어난다.
생성물은 침전, 적당한 pH 조건 하에 물과 혼화되지 않는 용매로 추출, 증발, 여과, 결정화에 의해, 또는 실리카겔 컬럼 크로마토그래피와 같은 통상적인 기술에 의해 반응 혼합물로부터 분리된다. 그러나, 전형적으로 생성물은 결정화 또는 실리카겔 컬럼크로마토그래피에 의해 제거되고, 필요하다면 역상 HPLC에서 정제함으로써 제거된다.
전구 화합물(precursor compounds)은 기술분야에서 알려진 방법에 의해 제조될 수 있다. 상기 기재된 합성 경로를 이용하여 본 발명의 다른 변화 및 변형은 기술분야에서 숙련된 자에게 자명할 것이다.
V자형 모양의 분자 기하학을 제공하는 상대적으로 조그만 극성 머리기 및 꼬리의 결합은 과량의 물에서 큐빅 또는 역 육방상을 형성하는 본 발명의 계면활성제를 이끈다고 생각한다. (3,7,11-트리메틸)도데칸 (헥사히드로파네솔) 및 (3,7,11,15-테트라메틸)헥사데칸 (피탄올)을 기초로한 것과 같은 분지 알킬 사슬은 본 발명을 위해 특히 꼬리기에 유용하다. 또한 올레일 또는 리놀레일 사슬을 기초로한 것과 같은 하나 또는 그 이상의 시스-이중 결합을 포함하는 지방족 사슬이 꼬리기에 유용한 것임을 발견하였다.
선택된 화합물의 상행동의 예비 평가는 '홍수(flooding)' 기술을 사용하여 수행되었다. 홍수 기술은 덮개유리(coverslip) 및 현미경용 슬라이드(microscope slide) 사이에 화합물을 놓고, 시료를 통해 물농도 기울기를 확립하기 위해 시료로 물을 도입하는 것을 포함한다. 이러한 기술은 농도전이형 상 계면활성제가 물속에서 형성할 것이고, 그 다음 상이 증가하는 물 함량과 함께 나타나나 상 사이의 경계에서 물 함량에 관하여 어느 상세한 설명을 제공하지 않는 것을 확인하기 위해 기술분야에 잘 기재되어 있다. 만일 실험이 뜨거운 단계에서 수행된다면, 특정한 농도전이형 상이 존재하는 온도 범위를 또한 측정할 수 있다. 상행동은 광학현미경(optical microscope)을 사용하여 정상 또는 교차 편광 하에 관찰될 수 있다. 상의 동일성은 교차 편광 하에 관찰된 유일한 직물, 및 시료를 통해 관찰된 상의 서열에 의해 기술분야에서 숙련된 자에게 밝혀졌다. 본 발명을 위해 상이 과량의 물과 함께 경계에서 존재하였다는 것을 확인하는데 특히 유용하였다.
이러한 예비 스크리닝 방법 외에, 두가지 방법이 조성물에 관하여 상 경계를 정량하기 위해 사용되었다. 첫번째 방법은 알려진 비율로 계면활성제와 물의 혼합물의 제조, 포장된 앰플, 및 상 또는 평형상태에서 형성된 상의 측정을 포함한다. 두번째 방법은 상 타입과 서로 관련될 수 있는 농도 기울기를 따라 여러 가지 시점에서 물 함량의 근적외선 측정과 결합된 홍수 실험의 동시 사용을 포함한다.
또 농도전이형 상의 육방 또는 큐빅상의 구조 평가는 소각엑스선 산란(Small Angle X-ray Scattering; SAXS) 연구, 광학 현미경 및 전자 현미경, 예를 들어 cryo-TEM(cryo-Transmission Electron Microscopy)에 의해 분산된 구조의 시각화, NMR, 입자 크기 분포의 측정을 위한 빛 산란 연구, DSC(Differential Scanning Calorimetry) 또는 상기 기술의 어느 둘 또는 그 이상의 결합을 사용하여 수행될 수 있다. 대부분의 경우, 구조 평가는 농도전이형 상의 벌크 시료, 및 벌크 농도전이형 상의 콜로이드 분산체 위에서 수행될 수 있다.
본 발명은 주로 이원소 및 가짜-이원소(pseudo-binary) 시스템과 관련있으며, 이원소 시스템의 경우, 계면활성제는 물과 같은 극성 액체와 혼합하고, 반면 가짜-이원소 시스템에서는 다른 수용성 또는 지용성 성분이 존재할 수 있다. 또한, 삼원소 시스템은 계면활성제-물 혼합물에 비극성 용매를 첨가함으로써 이러한 계면활성제와 함께 생산될 수 있다. 어떤 경우에 본 발명은 이원소 시스템과 같은 특정한 농도전이형 역상에 접근하는 것을 제공할 수 있으며, 단지 거기에 현재 알려진 계면활성제와 함께 삼원소 시스템을 통해 접근할 수 있음을 평가해야 한다.
본 발명의 계면활성제로부터 형성된 역 농도전이형 상을 함유하는 조성물은 친수성 액체 성분으로서 물을 사용하여 제조될 수 있다. 또한, 조성물은 안정화제, 보존제, 착색제, 완충액, 동결방지제, 점도 변형제와 같은 첨가제, 본 발명의 다른 계면활성제, 및 다른 기능적 첨가제를 함유할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
유리하게, 과량의 수용액에서 희석에 대한 역상의 열역학적 안정성은 그들이 역 농도전이형 상의 콜로이드 입자를 형성하기 위해 분산될 수 있음을 의미한다. 큐빅상 또는 육방상을 함유하는 콜로이드 입자는 때때로 각각 큐보좀 또는 헥소좀이라 불리운다. 각각의 이러한 상에 있어서, 계면활성제의 비극성 꼬리는 역 농도전이형 상의 내부 소수성 영역을 함유하고, 수화된 머리기는 소수성 영역과 내부 및 외부 수용성 영역 사이의 공유영역을 차지한다.
본 발명의 조성물은 어느 적당한 공정을 사용하여 형성될 수 있다. 그러나, 가장 바람직하게 공정은 필요하다면 계면활성제의 녹는 단계, 및 수용성 매질에서 용융된 계면활성제를 균질화하는 단계를 포함한다. 택일적으로, 조성물은 다른 용질을 포함하거나 포함하지 않은 용융된, 액체 또는 액체화된 계면활성제에 수용성 성분을 첨가함으로써 형성될 수 있다.
역 농도전이형 상은 역 농도전이형 상 내에 포함되어 있는 용질 화합물을 함유할 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 용질은 소수성 영역, 친수성 영역, 또는 역상의 계면 부분에 존재할 수 있고, 또는 용질은 디자인에 의해 여러 가지 영역 사이에 분포될 수 있거나 자연 분배공정의 결과로서 분포될 수 있다. 만일 용질이 양쪽성이면, 하나 또는 많은 이러한 영역이 동시에 존재한다. 중요하게, 용질을 여러 부분으로 적재하는 능력은 본 발명의 계면활성제의 사용에서 특히 유리하다.
잠재적인 용질은 여럿 가운데서 진단제, 중합 단량체, 중합 개시자, 단백질 및 다른 폴리펩티드, 올리고뉴클레오티드, 변성 및 비변성된 DNA, 방사성 의약품, 자외선차단 활성 성분, 피부 투과 증가자(enhancers), 피부병 치료제, 경피 활성 화합물, 경점막 활성 화합물, 피부 회복제, 상처 치유 화합물, 피부 세척제(cleansing agent), 탈지제(degreasing agent), 점도 변형시키는 고분자, 헤어케어 활성물질, 살균제 및 살충제와 같은 농약, 비료 및 영양소, 비타민 및 미네랄, 폭발물 또는 그의 기폭 물질(detonatable materials) 및 성분, 채광 및 광석 가공 물질, 종이, 판지 등을 위한 표면 코팅 물질을 포함하나 이에 한정되지 않는다.
역 농도전이형 상을 함유하는 조성물을 상업적으로 이용하기 위해, 상 또는 콜로이드 입자가 저장온도에서 연장된 시간 동안 안정한 것이 바람직하다. 본 발명에서 '안정한'은 역 농도전이형 상이 저장조건 또는 화학적 분해 때문에 유해한 상변화를 겪지 않는 것을 의미한다. 택일적으로, 이들은 주변 매질의 고체화 또는 겔화, 동결, 동결건조 또는 스프레이 건조와 같은 안정성을 증가시키는 다른 공정을 따름에 틀림없다. 게다가, 계면활성제 및 용해보조제(hydrotrope)와 같은 다른 성분을 함유하는 전구 용액을 수용액상에 첨가함으로써 역상의 형성은 안정성 문제를 우회하는 방법으로 간주된다. 상의 안정성에 관하여 다른 생각은 그들이 작업온도에서 또한 안정함에 틀림없다는 것이다. 작업온도는 물론 역 농도전이형 상이 사용되는 적용에 의존할 것이다. 저장의 편이를 위해, 역 농도전이형 상은 실온에서 바람직하게 안정하다.
안정성에 관하여, 역 농도전이형 상의 형성 온도 아래로 온도를 낮춤으로써 고체화가 고체 매트릭스에서 수용성 영역 및 수용성 용질을 올가맬 수 있으므로, 높은 전이온도를 나타내는 계면활성제의 사용은 특히 유익할 수 있다. 고체 매트릭스는 시스템 위에 추가적 안정성을 줄 수 있다. 전이온도로 가열하는 동안, 역 농도전이형 상은 적용할 목적으로 역상의 기능, 또는 역 농도전이형 상의 분산에 의해 다시 형성될 수 있다.
바람직하게, 본 발명의 역 농도전이형 상은 약 -100℃ 내지 150℃의 범위내에서 형성한다.
본 발명의 계면활성제에 의해 형성된 상에서, 이연속성 큐빅상은 계면활성제 이중층이 내부 수용성 부피와 외부 수용성 부피로 분리된 구조를 가지고 있다. 이중층막은 다중겹 및 상호연결되어 있다. 육방상은 계면활성제 매트릭스에서 육방 배열로 적층된 막대모양의 미셀로 이루어진다. 이러한 구조는 잘 알려져 있고, 계면활성제 상 행동 문헌에 상세하게 기재되어 있다.
분자가 친수성 및 소수성 영역 사이의 공유영역에서 채택한 배열의 타입을 측정한 본 발명의 계면활성제의 특정한 기하학이며, 차후 열역학적으로 안정한 상을 생성한다. 라멜라상 및 이연속성 큐빅상의 형성 사이에 강한 연결이 있으며, 후자는 주로 전자와 물 함량이 증가함에 따라 더욱 더 친수성인 물-풍부 상 사이에서 중간체 상으로써 관찰된다. 그러나, 본 발명의 계면활성제는 물에 즉시 용해되지 않고, 증가하는 물 함량과 함께 더욱 더 친수성 상으로 전이되지 않는다. 대신, 과량의 물은 모두 결합되지 않고, 상 분리된 영역으로서 존재한다. 역 육방상과 마찬가지로, 육방상에서 물과 함께 한정된 팽창 때문에 더욱 더 친수성상으로 전이가 일어나지 않음이 명백하며, 물에서 계면활성제의 낮은 용해도는 더욱 더 친수성 균등질 시스템에 상변화보다 다소 과량의 수상이 생성되는 것을 나타낸다. 이것은 역 농도전이형 상, 또는 이연속성 큐빅상이 과량의 물에 존재할 것이고, 희석에 상변화가 일어나지 않는 본 발명의 계면활성제의 성질을 제공한다.
본 발명의 많은 계면활성제는 실온에서 물과 접촉할 때 동시에 역 농도전이형 상을 형성한다. 전형적으로 온도가 증가함에 따라, 큐빅 또는 역 육방상이 천천히 녹기 시작하고, 유동성이 종종 상온에서 관찰된다. 계속해서 가열하는 동안, 시료는 마침내 모든 액정 구조가 파괴되고, 등방성 계면활성제-풍부 상이 되고, 과량의 물이 존재하는 온도에 도달하게 된다. 냉각하는 동안, 전형적으로 큐빅 또는 역 육방상이 다시 나타나고, 상의 몇몇 과냉(supercooling)은 재현의 온도에서 뚜렷할 수 있다.
몇몇 액정상이 가진 문제점은 상이 용액의 희석에 따라 변한다고 평가될 것이다. 이들이 사용되는 많은 적용에서, 용매로 희석을 변화시키지 않는 안정한 상이 바람직하다. 본 발명의 계면활성제로부터 형성된 액정상은 용매희석으로 상을 변화시키지 않는다는 것을 발견하였다.
비록 다른 형태가 특정의 용도에 따라 필요할 수 있을지라도, 본 발명의 유용한 제제는 하기 두가지 주요 형태일 수 있다.
첫번째 형은, 완전한 수용성 성분이 역 농도전이형 상으로 결합 또는 결합하지 않을 벌크 역상(bulk reverse phase)이다. 벌크상의 제제는 어느 필수 용질을 함유하는 계면활성제 성분을 블렌더, 믹서, 제트-믹서, 균질기 등에 있는 수용성 성분과 간단하게 혼합하는 것을 포함할 수 있다. 그 후에 자연적 증발 또는 진공 하에 의해, 또는 가열 또는 다른 수단에 의해 부분적으로 또는 완전하게 제거되는 공용매의 사용은 벌크 역상 시료를 이루기 위해 더욱 더 쉽게 가공처리할 수 있다. 택일적으로, 용매는 필요하다면 시스템의 일부분으로서 남을수 있다. 또한 온도조절은 혼합물의 상 행동의 변경 및 그의 유동학 성질에 의해 혼합 공정을 용이하게 하기 위해 이용될 수 있다.
두번째 형은, 혼합물에 가해진 과량의 수용액이 있는 경우이다. 벌크 역상을 과량의 물에 희석시키는 것이 안정하므로, 수용액에서 역상의 입자 분산체를 얻을 수 있다. 비록 이들이 실시예에 한정되지는 않을지라도, 가역 농도전이형 상의 수용성 분산체는 물로 균질한 벌크 역상의 단편화, 또는 인시츄(in situ)에서 계면활성제의 분산체로부터 액정의 형성에 의한 두가지 주요 방법에 의해 얻어진다. 단편화 과정은 과량의 물이 존재하지 않는 주요 농도전이형 상을 형성하기 위해 충분한 수용상 존재 하에 벌크 역상의 제제를 포함한다.
선택적으로 액정상 내에 운반된 어느 용질은 소수성 계면활성제 성분 또는 친수성 수용성 성분에 녹여 가할 수 있다. 그 다음 벌크 역 농도전이형 상을 주요 농도전이형 상을 형성하기 위해 사용된 수용상과 동일하거나 동일하지 않는 두번째 수용액에 가하고, 혼합물을 고에너지 믹서로 균질화시켰다. 결과 굵은 분산체는 굵은 분산체를 고압 균질기에 통과시킴으로써 분산된 입자의 크기를 작게하기 위해 더 진행시킬 수 있다. 균질화 조건은 계획된 특정의 용도에 필요한 평균 입자 크기를 얻기 위해 맞춘다; 이러한 공정과 함께 서브마이크론 크기 부분에서 평균 입자 크기, 종종 직경 200 나노미터 이하를 이루는 것이 가능하다. 어떤 경우에 공정의 온도는 중요할 수 있고, 열로 피복된 장치를 이용하여 조절될 수 있다.
택일적으로 역 농도전이형 상의 입자는 굵은 분산체를 이루기 위해 고전단혼합(high shear mixing) 하에 수용액으로 적당한 용해보조제에 가능한 용해되어 있는 계면활성제를 첨가함으로써 인시츄에서 제조될 수 있다. 어떤 경우에, 용해보조제의 선택은 안정한 굵은 분산체를 생성하기 위해 필수적인 에너지를 감소시킬 수 있다. 입자 크기를 감소시키기 위한 다음 공정은 상기 기재된 대로 적용될 수 있다. 분산체의 질 및 콜로이드 안정성은 관심의 조건 하에 저장 후 입자 크기 분석 및 초기 불안정성의 시각적 관찰 및 저장 후의 시간에 걸쳐 모니터된다.
높은 녹는점을 나타내는 본 발명의 계면활성제의 분산체는 특별한 주의로 온도 조절된 것과 함께 상기 기재된 거와 동일한 방법으로 수행된다. 입자의 내부 수용성 영역의 보호부분에서 그들의 사용은 적당한 온도를 필요로 하고, 그러나 높은 온도에서 그들의 함량의 방출은 이러한 계면활성제의 분산체에 특히 중요하다.
본 발명의 조성물은 특정한 용도에 사용하기 위해 그들을 적합하게 하는 공정을 더 처리하기 쉬울 수 있다. 예를 들어, 조성물은 고압 멸균기(autoclave), 무균여과(sterile filtration), 또는 방사 기술(radiation techniques)에 의해 무균될 수 있다.
이들을 함유하는 콜로이드 입자 또는 조성물은 안정화제를 사용하여 더 안정화될 수 있다. 이러한 목적에 적합한 여러 가지 물질은 보통 다른 콜로이드 시스템에 사용되며, 본 발명의 목적에 적합할 수 있다. 예를 들어, 폴록사머, 알기네이트, 아밀로펙틴 및 덱스트란은 안정성을 향상시키기 위해 사용될 수 있다. 바람직하게, 안정화제의 첨가는 입자 또는 조성물의 마지막 구조 또는 물리적 성질에 영향을 미치지 않는다. 더욱 더 중요하게, 안정화제의 첨가는 바람직하게 과량의 수용상과 접촉되는 역 농도전이형 상을 변경하지 않는다.
또한, 본 발명의 조성물은 입자의 주요 구조를 변화시키지 않고 수용성 매질에 글리세롤, 수크로스, 적절한 농도의 포스페이트 완충액 및 소금물과 같은 첨가제, 그러나 이에 한정되지 않는 첨가제의 첨가에 의해 변형될 수 있다.
이연속성상을 포함하는 역 농도전이형 상의 분산체는 벌크 물질이 산업 공정에서 어떤 방법으로 펌프하거나 취급하는데 필요로 할 때, 또는 매우 높은 표면적이 계면 중합공정 또는 반응 종결자(reaction quencher)로서 바람직한 이용을 발견하기를 기대한다.
본 발명의 계면활성제에 의해 형성된 상의 물저항 성질은, 풍화(weathering) 및/또는 수용성 환경에 대한 저항이 기능을 위하거나 물질의 생명시간을 연장하기 위해 필요한, 물저항 코팅 및 윤활제로서 물질의 용도를 제공한다. 종이 및 판지용 코팅으로서의 적용은 일반적으로 사용된 지방- 및 왁스계 코팅으로 유익하게 제공할 수 있으며, 또는 역상이 더 영원한 코팅 성분용 담체로서 작용할 수 있다. 본 발명의 분산체를 스프레이 하기 위한 가능성은 이러한 용도의 타입에 가공처리 이익을 제공할 수 있다.
폭발물의 제형이 (연료로서) 유기 용액 및 (수용성 산화제를 함유하는) 수용액의 친밀한 접촉을 필요로하므로, 채광 산업용 폭발물의 제형은 이러한 물질의 다른 잠재적인 특정의 용도이다. 본 발명에서 접촉은 일반적으로 이용되는 에멀젼 제형보다 중요하게 더 친밀하다. 폭발물의 분야에 대해 본 발명의 특별한 용도는, 만일 종종 극도로 축축하고, 젖은 상태 하에 있다면 채광 산업에서 폭발물의 적용을 이해하는 것으로부터 인지될 수 있다.
역 농도전이형 상의 내부 환경이 용질의 변성 또는 분해를 최소화하기 위해 조절될 수 있으므로, 역 농도전이형 상 구조내에 있는 효소 및 단백질의 고정화는 유용하다.
또한, 이의 역상 및 분산체는 목적분자의 결합으로 농도전이형 상에서 변화시키는 바이오센서로 사용될 수 있고, 또는 안티젠은 검출용 형질도입 메커니즘으로 사용될 수 있다.
중합, 반응 조절 및 조절된 결정화의 분야에서 본 발명의 적용은 이러한 물질의 분산체의 조그만 입자 크기 및 높은 표면적 때문에 특히 관심이 있다. 아주 다른 물리화학 성질을 갖는 시약을 본 발명의 다른 구획으로 적재시키는 능력은 이러한 적용에 있어 특히 중요하다. 이와 같은 발명이 특히 둘 또는 그 이상의 반응물을 발명의 여러 가지 구획으로 조화시킴과 같이, 외부 수용액에 촉매 또는 개시자를 도입시킨다. 택일적으로, 촉매는 구획 및 외부 수용액을 통해 나중에 도입된 반응물중 하나에 포함될 수 있다. 어떤 경우에, 조절된 반응 또는 중합의 위치로서 잠재성은 이러한 양친성 화합물로부터 제조된 벌크 역 농도전이형 상 및 이의 분산체의 중요한 잠재적 용도이다. 본 발명에 의해 형성된 상의 구획안에서 물질의 조절된 결정화는 그것에 의해 생성된 신규한 입자의 크기 및 모양을 주형뜨거나 제한하는 것을 고려한다.
또한, 화장품, 헤어 및 피부 케어의 분야는 본 발명의 물질의 용도에 대해 목표이다. 다시, 다른 성질을 가진 물질을 적재하는 능력은 이러한 용도에서 중요하다. 이러한 물질을 사용하여 크림, 젤, 폼, 무스, 오일, 연고 등을 제조하는 능력은 그들의 물저항성 및 낮은 피부자극과민성 때문에 전통적인 물질에 걸쳐 잠재적인 이익을 갖는다. 헤어케어 용도, 항박테리아 또는 항진균제의 국소 치료, 건선 등을 위한 생산품이 본 발명의 용도이다.
물질이 매우 낮은 경구 독성을 가진 파손 생성물을 생성한다고 예상되기 때문에, 에멀젼, 분산체, 젤리, 잼, 아이스크림 및 요구르트 같은 낙농제품과 같은 식료품에서 물질의 적용이 또한 가능할 것으로 기대된다. 물에 가하였을 때 이러한 양친성 화합물의 특별한 유동학적 성질은 시스템의 이러한 타입을 위해 유동학 및 상 변형자(phase modifier)로서 그들의 용도에 특별히 중요할 수 있다. 유사하게, 물질은 비타민 및 미네랄 보충 등의 제형으로 이용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예는 하기 한정되지 않은 실시예를 통해 나타낼 것이다.
실시예 1 - 1-(3,7,11,15-테트라메틸-헥사데실)-1-(2-히드록시에틸) 우레아
Figure 112005011819728-pct00006
합성
Figure 112005011819728-pct00007
화학적 특성 - 원소 분석
계산치 : C 71.82, H 12.58, N 7.28, O 8.32
분석치 : C 71.48, H 12.44, N 6.81, O 9.27
화학적 특성 - NMR
1H NMR m, δ0.78-0.93, 15H 헥사데실 CH3; m, δ0.96-1.65, 24H 헥사데실 CH2 + 헥사데실 CH; m, δ3.15-3.27, 2H, CO2-CH 2 ; t, δ3.39, J 4.85 Hz, NHCH 2 CH2OH; t, δ3.76, J 4.85 Hz, NHCH2 CH 2 OH; v br s, δ4.66 2H, N-H; v br s, δ5.35 1H, N-H.
물리적 성질
화합물은 실온에서 엷은 노란색 오일이다.
농도전이형 행동
20℃에서 물은 내부를 나타내고, 역 육방상은 20분 동안 움직이지 않고 천천히 넓혀지는 고유영역에서 순간적으로 전개한다. 가열하는 동안, 50.9℃에서 육방상은 녹기 시작하고, 유동 등방성상으로 변하며, 시료는 58.1℃에서 완전히 등방성이다. 유동 등방성상은 100℃까지 잔존한다. 빠르게 냉각시키면 육방상은 51.1℃에 서 다시전개한다.
실시예 2 - 1-(3,7,11,15-테트라메틸-헥사데실)-3-(2-히드록시에틸) 우레아
Figure 112005011819728-pct00008
합성
Figure 112005011819728-pct00009
화학적 특성 - 원소 분석
계산치 : C 71.82, H 12.58, N 7.28, O 8.32
분석치 : C 71.84, H 12.77, N 7.38, O 8.01
화학적 특성 - NMR
1H NMR m, δ0.76-0.94, 15H 헥사데실 CH3; m, δ0.94-1.60, 24H 헥사데실 CH2 + 헥사데실 CH; m, δ3.03-3.23, 2H, CO2-CH 2 ; t, δ3.30, J 4.7 Hz, NHCH 2 CH2OH; t, δ3.66, J 4.7 Hz, NHCH2 CH 2 OH; v br s, δ4.68 3H.
물리적 성질
실온에서 무색 오일.
농도전이형 행동
이 계면활성제는 8℃ 아래에서 시작하여 58℃에서 완전히 녹는 넓은 온도 체제에서 물과 함께 공유영역에서 역 육방상을 형성한다. 40.4℃에서 시작하여, 역상은 천천히 녹고, 공유영역에 인접한 등방성상을 형성하고, 이것은 높은 유동성이며 바깥으로 넓힌다. 시료는 57.3℃에서 완전히 등방성이다. 역 육방상은 냉각하는 동아 44.1℃에서 재결정한다.
실시예 3 - 3,7,11,15-테트라메틸-헥사데실 우레아
Figure 112005011819728-pct00010
합성
Figure 112005011819728-pct00011
화학적 특성 - 원소 분석
계산치 : C 74.06, H 13.02, N 8.22, O 4.70
분석치 : C 73.79, H 12.83, N 8.11, O 5.97
화학적 특성 - NMR
1H NMR m, δ0.78-0.93, 12H 헥사데실 CH3; m, δ0.93-1.60, 24H 헥사데실 CH2 + 헥사데실 CH; m, δ3.00-3.23, 2H, CO2-CH 2 ; v br s, δ4.66, 2H; v br s, δ5.35, 1H.
물리적 성질
화합물은 실온에서 불변하고 60.6~65.6℃에서 녹는 온도전이형(thermotropic) 액정을 형성한다.
농도전이형 행동
25℃에서 역 육방상은 물과 함께, 이것과 불변하는 계면활성제 사이에서 등방성 밴드와 함께 계면활성제의 공유영역을 따라 형성한다. 25℃에서 계속될 때, 물과 함께 상의 공유영역의 위치는 움직이지 않는다. 유동성은 등방성 밴드에서 관찰되었으며, 양쪽 메조상에서 조그만 구모양의 거품을 가리켰다. 49.6℃에서, 등방 성 밴드는 결정을 대체하기 시작하고, 온도가 올라감에 따라 빠르게 전개한다. 계면활성제 코어는 54.9℃까지 등방성이다. 72.6℃에서, 물과 함께 공유영역에서 등방성 액체에 역 육방상이 녹기 시작하고, 82.1℃까지 완전해 진다.
실시예 4 - 3,7,11-트리메틸-도데실 우레아
Figure 112005011819728-pct00012
합성
Figure 112005011819728-pct00013
화학적 특성 - 원소 분석
계산치 : C 71.06, H 12.67, N 10.36, O 5.92
분석치 : C 71.41, H 12.38, N 10.37, O 5.84
화학적 특성 - NMR
1H NMR m, δ0.77-0.92, 12H 도데실 CH3; m, δ0.92-1.65, 17H 도데실 CH2 + 도데실 CH; m, δ3.15-3.27, 2H, CO2-CH 2 ; v br s, δ4.66 2H, N-H; v br s, δ5.35 1H, N-H
물리적 성질
실온에서 투명한 점성의 공명현상(mesomeric) 액체. 액정 녹는점 61~62.5℃
농도전이형 행동
30℃에서 점성의 유성 계면활성제와 함께 물을 접촉하면, 물이 오일속으로 빠르게 들어가고, 오일안에 물이 더 들어가 정지되는 공유영역에서 역 육방상 직물이 즉시 나타난다. 역 육방상은 30℃~50℃에서 투명하게 뚜렷해진다. 물과 함께 공유영역에서 몇몇 동적 효과는 뚜렷한 용해 및 육방상의 재성장으로 특징지워지는 55℃에서 발생한다. 중요한 용해 및 재성장은 60℃에서 발생하며, 70℃ 이상에서는 역 육방성의 완전한 용해가 발생한다.
실시예 5 - 2,3-디히드록시프로피온산 옥타덱-9-에닐 에스터
Figure 112005011819728-pct00014
합성
Figure 112005011819728-pct00015
화학적 특성 - 원소 분석
계산치 : C 71.35, H 10.55, O 18.10
분석치 : C 70.39, H 10.92, O 18.69
화학적 특성 - NMR
1H NMR δ(CDCl3) sl br t, δ0.88, 3H, 분할 6.3 Hz, 올레일 CH3; m, δ1.2-1.45, 22H 올레일 CH2; m, δ1.55-1.75, 2H, CH 2 CH2CO2; m, δ1.9-2.1, 4H, CH 2 CH=CHCH 2 ; v br s*, δ2.05-2.45, 1H, OH; v br s*, δ3.05-3.40, 1H, OH; dd, δ3.83, 1H, J -11.7 Hz 3.7 Hz, 글리세릴 C3-H; dd, δ3.90, 1H, J -11.7 Hz 3.3 Hz, 글리세릴 C3-H; t, δ4.22, 2H, J 6.7 Hz, 올레일 CH 2 O; dd, δ4.26, 1H, J 3.7 Hz 3.3 Hz, 글리세릴 C2-H; m, 2H, δ5.3-5.4, CH=CH. * 2.2 및 3.2에서 공명은 D2O 처리로 사라진다.
물리적 성질
23℃에서 부분적으로 결정 왁스. 30℃에서 점도 점적제(viscosity drops). 결정은 30~35℃에서 녹는다.
농도전이형 행동
30℃에서 물을 첨가하면, 물의 많은 양이 계면활성제로 들어가는 것이 발생하고, 물과 함께 공유영역에서 역 육방상을 초기에 형성하며, 그러나 30℃에서 지속되면 등방성 점성의 큐빅상은 물과의 공유영역에서 나타난다. 육방상과 함께 큐빅상 경계는 온도가 30~55℃로 올라감에 따라 순수한 계면활성제 부분으로 움직인다. 55~60℃에서 등방성 큐빅상은 약간 좁고, 65℃에서 육방 직물은 녹기 시작한다. 70℃에서, 등방성상은 사라지고, 육방상의 더 용해됨이 명백하다; 이러한 공정은 하나의 등방성 비점성 액체가 80℃에서 형성될 때까지 계속된다. 이러한 공정은 가역적이다 - 77℃로 온도를 낮추어 육방 직물을 다시 나타나게 하고, 40℃로 더 낮추어 등방성상의 재형성을 가져온다.
실시예 6 - 2,3-디히드록시프로피온산 3,7,11,15-테트라메틸-헥사데실 에스터
Figure 112005011819728-pct00016
합성
Figure 112005011819728-pct00017
화학적 특성 - 원소 분석
계산치 : C 71.45, H 11.99, O 16.55
분석치 : C 70.78, H 12.24, O 16.98
화학적 특성 - NMR
1H NMR m, δ0.78-0.93, 15H 헥사데실 CH3; m, δ0.93-1.80, 24H 헥사데실 CH2 + 헥사데실 CH; dd, δ2.13, 1H, J 8.5 Hz 4.6 Hz, 글리세릴 C3-OH; d, δ3.16, 1H, J 4.6 Hz, 글리세릴 C2-OH; ddd, δ3.83, 1H, J -11.4 Hz 4.1 Hz 8.5Hz, 글리세릴 C3-H; ddd, 1H, δ3.90, J -11.4 Hz 3.4 Hz 4.8 Hz, 글리세릴 C3-H; ddd, δ4.27, 1H, J 4.6 Hz 4.1 Hz 3.4 Hz, 글리세릴 C2-H; t, δ4.22, 2H, J 6.7 Hz, CO2-CH 2 .
D2O로 처리한 후 m, δ0.78-0.93, 15H 헥사데실 CH3; m, δ0.93-1.80, 24H 헥사데실 CH2 + 헥사데실 CH; dd, δ3.83, 1H, J -11.4 Hz 4.1, 글리세릴 C3-H; dd, 1H, δ3.90, J -11.4 Hz 3.4 Hz; 글리세릴 C3-H; dd, δ4.27, 1H, J 4.1 Hz 3.4 Hz, 글리세릴 C2-H; t, δ4.22, 2H, J 6.7 Hz, CO2-CH 2 . 2.13 및 3.16에서 공명은 사라진다.
물리적 성질
실온에서 엷은 노란색 오일.
농도전이형 행동
역 육방상은 실온에서 계면활성제와 과량의 물사이의 경계에서 자발적으로 형성한다. 가열하는 동안, 역 육방상의 용해의 느린 개시가 ~40℃에서 시작하고, 물이 역 육방상 구조로 방향을 가리키는 것이 관찰되었다. 완전한 시료는 48℃에 도달되었을 때 등방성이 나타난다.
실시예 7 - 3,7,11,15-테트라메틸-헥사데칸오익산 (1,1-비스-히드록시메틸-에틸)-아미드
Figure 112005011819728-pct00018
합성
Figure 112005011819728-pct00019
화학적 특성 - NMR
1H NMR sl br d, δ0.84, 6H, 분할 6.3 Hz, CH3; d, δ0.86, 6H, 분할 6.6 Hz, CH3; d, δ0.94, 3H, 분할 6.2 Hz, CH3; m, δ0.97-1.42, 21H, 사슬 CH2 + CH; s, 1.23, 3H, CH 3 CH-N; m, δ1.40-1.63, 1H, C(3)-H; m, δ1.85-20.7, 1.45H, CH 2 -N; m, δ2.15-2.34, 0.55H, CH 2 -N; br s, δ3.47, 2H, OH; d, δ3.60, 2H, J 11.5Hz, CCH 2 OH; d. δ3.74, 2H, J 11.5Hz, CCH 2 OH; br s, δ6.02, 1H, NH.
물리적 성질
실온에서 결정 물질의 반점을 가진 엷은 노란색 점성 오일.
농도전이형 행동
10~15℃에서, 이러한 계면활성제는 물과의 공유영역에서 등방성상, 및 이것과 불변하는 계면활성제 사이의 육방상에 빠르게 전개한다. 시료가 30분 동안 23℃에서 유지되고, 2 부분이 매우 천천히 내부로 전개됨에 따라 물과의 공유영역의 위치에서 변화가 없으며, 이것은 이들이 역 농도전이형 상이라는 것을 가리킨다. 어떤 위치에서, 물은 오일을 가리키고 수지상(dentritic) 모양이 물 경계선(perimeter)을 따라 관찰된다. 등방성 밴드는 점성이 나타나고, 상 안에서 유동성은 관찰되지 않았다. 갇힌 거품(entrapped bubbles)은 비-구형이다.
육방상은 25.5℃에서 녹시 시작하였고, 26.7℃에서 완전히 등방성이다. 녹는 동안, 육방상은 두번째 등방성상을 형성하기 위해 나타난다. 경계는 굴절률(refractive index) 변화를 가리킨다. 32.9℃에서 비딩(beading)은 물과 접촉하는 등방성상에서 발생한다. 시료가 20분 동안 32.9℃에서 유지됨에 따라, 이전의 육방 등방성 범위는 점성의 등방성 부분을 소비하는 물 공유영역을 향하여 바깥으로 펼쳐진다. 34.4℃에서 두개의 등방성상은 더 유동적인 하나의 등방성상으로 변하는 것이 나타난다. 온도가 95℃ 이상으로 증가됨에 따라, 등방성상의 작은 구는 인접한 수상으로 분리한다.
실시예 8 - 1-(2-히드록시에틸)-3-(시스-옥타덱-9-에닐) 우레아
Figure 112005011819728-pct00020
합성
Figure 112005011819728-pct00021
화학적 특성 - NMR
1H NMR sl br t, δ0.88, 3H, 분할 6.4 Hz, 올레일 CH3; m, δ1.17 - 1.43, 22H, 올레일 CH2; m, δ1.43 - 1.63, 2H, 올레일 CH 2 CH2N; m, δ1.91 - 2.08, 4H, CH 2 CH=CHCH 2 ; t, δ3.19, 2H, J 7.6 Hz, 올레일 CH 2 N; t, δ3.36, 2H, J 4.8 Hz, 에틸 CH 2 N; t, δ3.72, 2H, J 4.8 Hz, 에틸 CH 2 OH; m, δ5.25 - 5.43, 1.75H, CH=CH.
물리적 성질
80~84.7℃의 녹는점을 갖는 흰색 결정 고체.
농도전이형 행동
물과 접촉하는 등방성상의 점진적 전개가 있을때인 59.5℃로 이를 때까지 가열하는 동안, 고체 계면활성제와 물 사이의 상호작용은 발생하지 않는다. 시료가 10분 동안 62℃에서 유지되는 것 처럼, 등방성 밴드는 계면활성제 코어로 천천히 넓어진다. 공유영역의 매우 가장자리에서, 높은 점성 농도전이형 상을 가리키는 겔 같은 밀도가 관찰된다. 등방성 밴드의 내부(영역 2) 및 외부(영역 1) 사이에서 약간의 굴절률 차이가 있다. 외부 여역은 끊임없이 내부로 퍼진다. 이러한 등방성 영역의 양쪽에서는 유동성은 뚜렷하지 않고; 이러한 영역의 높은 점도는 비-구형 거품의 올가미를 암시한다.
64.4℃에서, 라멜라 + 등방성(영역 3), 및 다른 등방성상(영역 4)은 나머지 계면활성제 부근에 전개하고 내부로 퍼진다. 이것은 굴절률 차이를 가리킨다. 유동성은 비-점성 상을 가리키는 내부 등방성 상에서 관찰되었다. ~67℃까지, 시료는 계면활성제 코어를 점진적으로 따라잡는 등방성상으로 변하는 라멜라상과 완전히 등방성이다. 73℃에서, 초기 영역 2는 천천히 펼쳐지고, 83℃까지 영역 3을 능가하였다. 영역 1 및 2 사이의 굴절률 차이는 높은 온도(>98℃)까지 유지된다.
실시예 9 - 시스-옥타덱-9-에닐 비우레트
Figure 112005011819728-pct00022
합성
Figure 112005011819728-pct00023
화학적 특성 - NMR
1H NMR sl br t, δ0.88, 3H, 분할 6.5 Hz, 올레일 CH3; m, δ1.17-1.43, 22H, 올레일 CH2; m, δ1.43-1.63, 2H, CH 2 CH2N-; m, δ1.89-2.08, 4H, CH 2 CH=CHCH 2 ; sl br dt, δ3.22, 2H, J 5.6 Hz 6.9 Hz z, 올레일 CH 2 N; m, δ5.23-5.44, 2, CH=CH."
물리적 성질
100~106℃의 녹는점을 갖는 흰색 왁시 고체.
농도전이형 행동
고체 결정 계면활성제는 육방상이 물과 접촉하여 형성하기 시작될 때인 85℃가 될 때까지 물과 함께 가열하는 동안 변하지 않았다. 온도가 87℃로 올라갔을때, 유동성의 등방성상은 육방상과 결정 사이에서 형성하기 시작하였다. 육방상은 107℃에서 녹았다.
실시예 10 - 시스-옥타덱-9-에닐 우레아
Figure 112005011819728-pct00024
합성
Figure 112005011819728-pct00025
화학적 특성 - NMR
1H NMR sl br t, δ0.88 3H, 분할 6.5 Hz, CH3; m, δ1.10-1.70, 24H, 올레일-CH2; m δ1.89-2.12, 4H, CH 2 CH=CHCH 2 ; t δ3.14, 2H, 분할 7.0Hz, CH 2 -NHCONH2; v br s, δ3.3-4.3, 3H, NHCONH 2 ; m, δ5.23-5.44, 2H, CH=CH.
물리적 성질
68~83℃의 녹는점을 갖는 흰색 왁시 고체.
농도전이형 행동
역 육방상이 물과 접촉하여 형성하기 시작될 때인 61℃가 될 때까지 변하지 않았다. 65℃에서, 유동성의 등방성상은 육방상과 고체 우레아 사이에서 형성하기 시작하였다. 온도가 더 올라감에 따라, 고체 우레아는 첫번째로 유동성 등방성상으 로 변하였으며, 그 다음 육방상으로 변하였다. 마침내 모든 물질이 110℃에서 녹는 육방상으로 변하였다.
실시예 11 - 시스,시스-옥타덱-9,12-디에닐 우레아
Figure 112005011819728-pct00026
합성
Figure 112005011819728-pct00027
화학적 특성 - NMR
1H NMR sl br t, δ0.89, 3H 분할 6.5 Hz, CH3; m, δ1.15-1.63, 20H, CH2; m, δ1.93-2.17, 4H CH2-CH 2 -C=C; sl br t, δ2.78, 2H, 분할 5.5Hz, C=C-CH 2 -C=C; sl br t, δ3.35, 2H, 분할 4.7Hz, 올레일-CH 2 -NH; v br s, δ3.3-4.4, 2.5H, -NHCONH2; v br s, δ4.5-5.1, 0.9H, NHCONH2; m, δ5.22-5.42, 4H, CH=CH.
물리적 성질
70~79℃의 녹는점을 갖는 흰색 왁시 고체.
농도전이형 행동
역 육방상이 물과 접촉하여 형성하기 시작될 때인 53℃가 될 때까지 변하지 않았다. 59℃에서, 유동성의 등방성상은 육방상과 고체 우레아 사이에서 형성하기 시작하였다. 온도가 더 올라감에 따라, 고체 우레아는 첫번째로 유동성 등방성상으로 변하였으며, 그 다음 육방상으로 변하였다. 물 손가락의 침입은 이 공정을 가속화시켰다. 80℃에서, 고체 우레아는 녹았고, 물 손가락의 빠른 침입은 모든 물질이 육방상으로 변하게 하였다. 육방상은 92~93℃에서 녹았다.
실시예 12 - 물 존재 하에 계면활성제에 의해 점성의 농도전이형 상의 형성
계면활성제는 과량의 물 존재 하에 점성의 농도전이형 상을 형성하는 것이 바람직하다. 과량의 물에서 계면활성제에 의해 형성된 농도전이형 상은 소량의 지 질(전형적으로 5㎎)을 유리 현미경 슬라이드와 덮개유리 사이에 놓고, 뜨거운 단계에 의해 40℃에서 유지되는 시료와 함께 모세관 작용에 의해 물을 시료로 도입하는 홍수 실험에 의해 측정되었다. 200x 확대에서 교차된 편광 하에 관찰은 눈에 보이는 복굴절(birefringent), 또는 그의 부족에 의해 형성된 상의 동일함을 인정하였다. 표 2에 시험된 계면활성제 및 과량의 물에 노출되어 형성된 농도전이형 상을 열거하였다.
농도의존형 상에서 결합된 물 덩어리는 과량의 물에서 계면활성제의 300㎎ 시료를 제조하고, 40℃에서 평형을 유지시키고, 칼 피셔 적정(Karl Fisher titration)에 의해 농도전이형 상의 물 함량을 시험하여 측정되었다. 또한 시험된 계면활성제 물 결합의 이러한 값은 표 2에 열거하였다. 만일 다른 것을 가리키지 않으면, 기록된 값은 3개의 분리된 시료의 평균±표준편차이다.
Figure 112005011819728-pct00028
마지막으로, 본 발명의 영역안에 있는 여기에 기재된 제제 및 방법으로 된 다른 변수 및 변형이 있을 수 있다.

Claims (27)

  1. 하기 구조식(Ⅰ) 내지 (Ⅲ) 중 어느 하나로 이루어지는 군으로부터 선택된 머리기:
    Figure 712009003037934-pct00045
    여기서,
    구조식(Ⅰ)에서,
    R2는 -H, 또는 -CH2CH2OH이고,
    R3 및 R4는 독립적으로 -H, -C(O)NH2, -CH2CH2OH,
    -CH2CH(OH)CH2OH 중 하나 또는 그 이상으로부터 선택되고,
    구조식(Ⅱ)에서,
    X는 O, S 또는 N 이고,
    t 및 u는 독립적으로 0 또는 1 이고,
    R5는 -CH(OH)CH2OH, -C(OH)2CH2OH, -CH(CH2OH)2, -CH2(CHOH)2CH2OH, -CH2C(O)NHC(O)NH2 인 머리기;
    및
    Figure 712009003037934-pct00048
    로부터 선택된 꼬리기:
    여기서, n은 정수 1 내지 5, a는 정수 1 내지 12, b는 정수 0 내지 10, d는 정수 0 내지 3, e는 정수 1 내지 12, w는 정수 2 내지 10, y는 정수 1 내지 10 및 z는 정수 2 내지 10인 꼬리기로 구성되고, 머리기가 구조식(I)인 경우 꼬리기는
    Figure 712009003037934-pct00049
    가 아닌 화합물.
  2. 제 1항에 있어서, 꼬리기는 (3,7,11-트리메틸)도데실, (3,7,11,15-테트라메틸)헥사데실, 옥타덱-9-에닐 및 옥타덱-9,12-디에닐 사슬로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물.
  3. 제 2항에 있어서, 머리기가
    Figure 112005011823385-pct00031
    인 화합물.
  4. 제 2항에 있어서, 머리기가
    Figure 112005011823385-pct00032
    인 화합물.
  5. 제 2항에 있어서, 머리기가
    Figure 112005011823385-pct00033
    인 화합물.
  6. 제 2항에 있어서, 머리기가
    Figure 112005011823385-pct00034
    인 화합물.
  7. 제 2항에 있어서, 머리기가
    Figure 112005011823385-pct00035
    인 화합물.
  8. 삭제
  9. 하기 구조식(Ⅰ) 내지 (Ⅲ) 중 어느 하나로 이루어지는 군으로부터 선택된 머리기:
    Figure 112009050936129-pct00050
    여기서,
    구조식(Ⅰ)에서,
    R2는 -H 또는 -CH2CH2OH이고,
    R3 및 R4는 독립적으로 -H, -C(O)NH2, -CH2CH2OH,
    -CH2CH(OH)CH2OH 중 하나 또는 그 이상으로부터 선택되고,
    구조식(Ⅱ)에서,
    X는 O, S 또는 N 이고,
    t 및 u는 독립적으로 0 또는 1 이고,
    R5는 -CH(OH)CH2OH, -C(OH)2CH2OH, -CH(CH2OH)2, -CH2(CHOH)2CH2OH, -CH2C(O)NHC(O)NH2 인 머리기;
    및
    Figure 112009050936129-pct00051
    로부터 선택된 꼬리기:
    여기서, n은 정수 1 내지 5, a는 정수 1 내지 12, b는 정수 0 내지 10, d는 정수 0 내지 3, e는 정수 1 내지 12, w는 정수 2 내지 10, y는 정수 1 내지 10 및 z는 정수 2 내지 10인 꼬리기로 구성되고, 머리기가 구조식(I)인 경우 꼬리기는
    Figure 112009050936129-pct00052
    가 아닌, 수용액에서 역 농도전이형 상을 형성하는 계면활성제.
  10. 삭제
  11. 제 9항에 있어서, 꼬리기는 (3,7,11-트리메틸)도데실, (3,7,11,15-테트라메틸)헥사데실, 옥타덱-9-에닐 및 옥타덱-9,12-디에닐 사슬로 이루어진 군으로부터 선택된 계면활성제.
  12. 제 11항에 있어서, 머리기가
    Figure 112005011823385-pct00039
    인 계면활성제.
  13. 제 11항에 있어서, 머리기가
    Figure 112005011823385-pct00040
    인 계면활성제.
  14. 제 11항에 있어서, 머리기가
    Figure 112005011823385-pct00041
    인 계면활성제.
  15. 제 11항에 있어서, 머리기가
    Figure 112005011823385-pct00042
    인 계면활성제.
  16. 제 11항에 있어서, 머리기가
    Figure 112005011823385-pct00043
    인 계면활성제.
  17. 삭제
  18. 제 11항에 있어서, 역 농도전이형 상이 150℃ 이하 온도에서 물에서 형성되는 계면활성제.
  19. 제 18항에 있어서, 형성된 역 농도전이형 상이 이연속성 큐빅 액정상인 계면활성제.
  20. 제 18항에 있어서, 형성된 역 농도전이형 상이 역 육방 액정상인 계면활성제.
  21. 제 18항에 있어서, 형성된 역 농도전이형 상이 물의 첨가로 더 친수성 상으로 전이되지 않는 계면활성제.
  22. 제 18항에 있어서, 역 농도전이형 상에 가해진 물이 상 분리된 영역을 형성하는 계면활성제.
  23. 제 18항에 있어서, 역 농도전이형 상 안에 용질을 포함하는 계면활성제.
  24. 제 23항에 있어서, 용질은 진단제, 중합 단량체, 중합 개시자, 단백질 및 폴리펩티드, 올리고뉴클레오티드, 변성 및 비변성된 DNA, 방사성 의약품, 자외선차단 활성 성분, 피부 투과 증가자(enhancers), 피부병 치료제, 경피 활성 화합물, 경점막 활성 화합물, 피부 회복제, 상처 치유 화합물, 피부 세척제(cleansing agent), 탈지제(degreasing agent), 점도 변형시키는 고분자, 헤어케어 활성물질, 농약, 비료 및 영양소, 비타민 및 미네랄, 폭발물 또는 그의 기폭 물질(detonatable materials) 및 성분, 채광 및 광석 가공 물질, 표면 코팅 물질로 이루어진 목록중 하나 또는 그 이상으로부터 선택된 계면활성제.
  25. 삭제
  26. 제 9항의 계면활성제로부터 형성된 미셀 또는 액정 타입의 역 농도전이형 상으로 이루어진 콜로이드 입자.
  27. 삭제
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