Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Полиатомные ионы формулы N(–R)₄ (заряд +1)
Polyatomic ions of the form N(–R)₄ (charge +1)
В органической химии кватернарные аммониевые катионы, также известные как кваты, представляют собой положительно заряженные полиатомные ионы структуры [NR₄]+, где R – алкильная, арильная или органильная группа. В отличие от иона аммония (NH₄⁺) и первичных, вторичных или третичных аммониевых катионов, кватернарные аммониевые катионы имеют постоянный заряд, не зависящий от pH их раствора. Кватернарные соли аммония или кватернарные соединения аммония (называемые кватернарными аминами в нефтяной промышленности) являются солями кватернарных аммониевых катионов. Поликваты – это различные виды синтетических полимеров, содержащих несколько кватовых молекул в составе более крупной молекулы. Кваты используются в потребительских товарах, включая антимикробные средства (например, моющие и дезинфицирующие средства), смягчители ткани и кондиционеры для волос. Как антимикробные средства, они способны инактивировать вирусные частицы с оболочкой (например, SARS-CoV-2). Кваты, как правило, более бережно воздействуют на поверхности, чем дезинфицирующие средства на основе отбеливателей, и обычно безопасны для тканей.
In organic chemistry, quaternary ammonium cations, also known as quats, are positively charged polyatomic ions of the structure |[NR4]+, where R is an alkyl group, an aryl group or organyl group. Unlike the ammonium ion (|NH4+) and the primary, secondary, or tertiary ammonium cations, the quaternary ammonium cations are permanently charged, independent of the pH of their solution. Quaternary ammonium salts or quaternary ammonium compounds (called quaternary amines in oilfield parlance) are salts of quaternary ammonium cations. Polyquats are a variety of engineered polymer forms which provide multiple quat molecules within a larger molecule. Quats are used in consumer applications including as antimicrobials (such as detergents and disinfectants), fabric softeners, and hair conditioners. As an antimicrobial, they are able to inactivate enveloped viruses (such as SARS CoV 2). Quats tend to be gentler on surfaces than bleach based disinfectants, and are generally fabric safe.
Омелачиватели тканей и кондиционеры для волос
В 1950-х годах дистеарилдиметиламмоний хлорид (DHTDMAC) был представлен как смягчитель ткани. Это соединение было снято с производства из-за слишком медленной биоразлагаемости катиона. Современные смягчители ткани основаны на солях четвертичных аммониевых катионов, в которых жирная кислота связана с четвертичным центром посредством сложноэфирных связей; их обычно называют бетаиновыми эфирами или эфирными кватами, и они подвержены разложению, например, гидролизу. Характерно, что катионы содержат одну или две длинные алкильные цепи, происходящие из жирных кислот, связанных с этоксилированной аммониевой солью. Другие катионные соединения могут быть получены из имидазолия, гуанидиния, замещенных аминов или четвертичных алкоксиаммониевых солей. Антистатические свойства, благодаря которым соли четвертичного аммония полезны в качестве смягчителей ткани, также делают их полезными в кондиционерах и шампунях для волос. Эта идея была впервые реализована компанией Henkel в патенте 1984 года. Примеры включают хлорид цетримония и хлорид бегентримония.
In the 1950s, distearyldimethylammonium chloride (DHTDMAC), was introduced as a fabric softener. This compound was discontinued because the cation biodegrades too slowly. Contemporary fabric softeners are based on salts of quaternary ammonium cations where the fatty acid is linked to the quaternary center via ester linkages; these are commonly referred to as betaine esters or ester quats and are susceptible to degradation, e. g., by hydrolysis. Characteristically, the cations contain one or two long alkyl chains derived from fatty acids linked to an ethoxylated ammonium salt. Other cationic compounds can be derived from imidazolium, guanidinium, substituted amine salts, or quaternary alkoxy ammonium salts. The antistatic qualities that make quaternary ammonium salts useful as fabric softeners also make them useful in hair conditioners and shampoos. The idea was pioneered by Henkel with a 1984 patent. Examples include cetrimonium chloride and behentrimonium chloride.
Задерживающие рост растений
Цикоцел (хлормекват хлорид) снижает высоту растений, подавляя выработку гиббереллинов – основных растительных гормонов, ответственных за растяжение клеток. В связи с этим, его действие проявляется главным образом в тканях стебля, черешков и цветоносов. Менее выраженное влияние оказывает на уменьшение площади листьев, что приводит к образованию более толстых листьев с более насыщенным темно-зеленым цветом.
Cycocel (chlormequat chloride) reduces plant height by inhibiting the production of gibberellins, the primary plant hormones responsible for cell elongation. Therefore, their effects are primarily on stem, petiole, and flower stalk tissues. Lesser effects are seen in reductions of leaf expansion, resulting in thicker leaves with darker green color.
Природное происхождение
В природе существует несколько четвертичных производных аммония. Яркими примерами являются глицин бетаин, холин, карнитин, бутиробетаин, гомарин и тригонеллин. Глицин бетаин, являясь осмолитом, стабилизирует осмотическое давление в клетках. Холин является предшественником нейромедиатора ацетилхолина. Холин также входит в состав лецитина, который содержится во многих растительных и животных органах. Он входит в состав фосфолипидов. Например, фосфатидилхолины, основной компонент биологических мембран, относятся к группе лецитинов – жироподобных веществ в тканях животных и растений. Карнитин участвует в бета-окислении жирных кислот.
Several quaternary ammonium derivatives exist in nature. Prominent examples include glycine betaine, choline, carnitine. butyrobetaine, homarine, and trigonelline. Glycine betaine, an osmolyte, stabilizes osmotic pressure in cells. Choline is a precursor for the neurotransmitter acetylcholine. Choline is also a constituent of lecithin, which is present in many plants and animal organs. It is found in phospholipids. For example, phosphatidylcholines, a major component of biological membranes, are a member of the lecithin group of fatty substances in animal and plant tissues. Carnitine participates in the beta oxidation of fatty acids.
Влияние на здоровье
Соединения четвертичного аммония могут вызывать различные неблагоприятные эффекты для здоровья, от легкого раздражения кожи и дыхательных путей до тяжелых химических ожогов кожи и стенок желудочно-кишечного тракта (в зависимости от концентрации), желудочно-кишечных расстройств (например, тошноты и рвоты), комы, судорог, гипотензии и смерти. Предполагается, что они являются химической группой, ответственной за анафилактические реакции, возникающие при использовании нейромышечных блокаторов во время общей анестезии при хирургических вмешательствах. Кватерниум-15 является наиболее частой причиной аллергического контактного дерматита кистей рук (16,5% из 959 случаев).
Quaternary ammonium compounds can display a range of health effects, amongst which are mild skin and respiratory irritation up to severe caustic burns on skin and the gastrointestinal wall (depending on concentration), gastrointestinal symptoms (e. g., nausea and vomiting), coma, convulsions, hypotension and death. They are thought to be the chemical group responsible for anaphylactic reactions that occur with use of neuromuscular blocking drugs during general anaesthesia in surgery. Quaternium 15 is the single most often found cause of allergic contact dermatitis of the hands (16.5% in 959 cases).
Возможные воздействия на репродуктивную систему у лабораторных животных
Четвертичные аммониевые дезинфицирующие средства (Virex и Quatricide) были предварительно идентифицированы как наиболее вероятная причина увеличения числа врожденных дефектов и проблем с фертильностью у лабораторных мышей, содержащихся в клетках. Четвертичные компоненты в этих дезинфицирующих средствах включают хлорид алкилдиметилбензиламмония (ADBAC) и хлорид дидецилдиметиламмония (DDAC). Подобная связь была предварительно выявлена и у медицинских работников. Эти исследования противоречат ранее рассмотренным данным токсикологических исследований Агентством по охране окружающей среды США (U. S. EPA) и Европейской комиссией.
Quaternary ammonium based disinfectants (Virex and Quatricide) were tentatively identified as the most probable cause of jumps in birth defects and fertility problems in caged lab mice. The quat ingredients in the disinfectants include alkyl dimethyl benzyl ammonium chloride (ADBAC) and didecyl dimethyl ammonium chloride (DDAC). A similar link was tentatively identified in nurses. The studies contradict earlier toxicology data reviewed by the U. S. Environmental Protection Agency (U. S. EPA) and the EU Commission.
Количественная оценка
Количественное определение четвертичных аммониевых соединений может быть затруднительным. Некоторые методы включают осаждение твердых солей тетрафенилборатом. Другой метод, титрование по Эптону, предполагает распределение между водой и хлороформом в присутствии анионного красителя. Отдельные катионы обнаруживаются с помощью ESI MS и ЯМР-спектроскопии.
The quantification of quaternary ammonium compounds can be challenging. Some methods include precipitation of solid salts with tetraphenylborate. Another method, an Epton titration, involves partitioning between water chloroform in the presence of an anionic dye. Individual cations are detectable by ESI MS and NMR spectroscopy.