امینو ایسڈ سرفیکٹینٹس کی ترکیب

1. سنگل-چین امینو ایسڈ سرفیکٹینٹس کی ترکیب:

ان کی ترکیب کے لیے خام مال مختلف تیزابی، بنیادی، یا غیر جانبدار امینو ایسڈز سے آتا ہے جیسے اسپارٹک ایسڈ، گلوٹامک ایسڈ، ارجنائن، ایلانائن، گلائسین، لیوسین، پرولین، سیرین، اور پروٹین ہائیڈرولیسس مصنوعات۔ ہائیڈروفوبک سرے، جیسے کہ فیٹی ایسڈ یا الکائل کلورائیڈ، امینو گروپ، -COOH گروپ، یا امینو ایسڈ کے سائیڈ چین گروپ سے منسلک ہو سکتے ہیں۔ اگر فیٹی ایسڈ یا الکائل ہیلائیڈز امینو گروپ کے ساتھ رد عمل ظاہر کرتے ہیں، اسی طرح N-acyl یا N-alkyl امینو ایسڈ مشتق پیدا ہوتے ہیں۔ اگر فیٹی امائنز یا فیٹی الکوحل کاربوکسائل گروپس کے ساتھ گاڑھا ہو جائیں تو N-alkyl یا O-alkyl ایسٹر امینو ایسڈ ڈیریویٹوز حاصل کیے جاتے ہیں۔ مختلف ردعمل کے طریقوں سے مصنوعات کی مختلف اقسام ملتی ہیں۔ لہذا، امینو ایسڈ سرفیکٹینٹس کیمیائی ساخت اور فزیکو کیمیکل اور حیاتیاتی خصوصیات میں تنوع کی نمائش کرتے ہیں۔ کیمیائی طریقے، انزیمیٹک ترکیب کے طریقے، یا کیمو-انزیمیٹک ترکیب کے طریقے سبھی امینو ایسڈ سرفیکٹینٹس کی ترکیب کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔ کیمیائی طریقوں کے نسبتاً آسان عمل کے بہاؤ اور آلات، اور آسانی سے دستیاب خام مال کی وجہ سے، کیمیائی طریقے 1970 کی دہائی میں تیزی سے فعال ہو گئے جب بونڈی نے انہیں 1909 میں N{12}} ایسلگلوٹامک ایسڈ کی ترکیب کے لیے استعمال کیا، اور یہ بنیادی طریقہ ہیں جو ملکی اور بین الاقوامی سطح پر استعمال ہوتے ہیں۔

1.1 N-Acyl Amino Acid Surfactants
N-Acyl امینو ایسڈ سرفیکٹینٹ سب سے اہم امینو ایسڈ سرفیکٹینٹس رہتے ہیں۔

این-ایسیل امینو ایسڈ سرفیکٹینٹس کے مصنوعی طریقے:

(1) راست طریقہ:فیٹی ایسڈ کے خام مال کی براہ راست ترکیب میں انزائم-کیٹیلائزڈ ترکیب اور ڈی ہائیڈریشن گاڑھا ہونا شامل ہے۔ انزائم-کیٹیلائزڈ ترکیب کم تبادلوں کی شرح، طویل رد عمل کا وقت، اور مہنگی انزائم تیاریوں سے محدود ہے۔ جب کہ پانی کی کمی سنکشیشن سخت رد عمل کے حالات، اعلی سازوسامان کی ضروریات، اور زیادہ توانائی کی کھپت، اور بہتری کی ضرورت سے محدود ہے۔

(2) بالواسطہ ترکیب کا طریقہ:اس میں فیٹی نائٹریلز کا ہائیڈولیسس، فیٹی ایسڈ اینہائیڈرائڈز کا اکیلیشن، اور امائڈس کا کاربونیلیشن شامل ہے۔

① فیٹی ایسل کلورائد اکیلیشن طریقہ: شارٹن-بومن کنڈینسیشن طریقہ، جس میں فیٹی ایسڈ ایسل کلورائڈز فیٹی ایسڈز کو الکلائن محلول میں بدل دیتے ہیں، لیبارٹریوں یا صنعت میں سب سے زیادہ استعمال شدہ ترکیب کا طریقہ ہے۔ اس کے فوائد ہیں جیسے نسبتاً کم سازوسامان کی ضروریات، سستا اور آسانی سے دستیاب خام مال، ہلکے رد عمل کے حالات، اور ضمنی مصنوعات کی آسان ہینڈلنگ۔ مزید تحقیق جاری ہے کہ کس طرح acyl کلورائیڈ ہائیڈولائسز کو کم کیا جائے اور پروڈکٹ پوسٹ - پروسیسنگ کو آسان بنایا جائے۔ یہ طریقہ بنیادی طور پر چار مراحل کے ذریعے مکمل کیا جاتا ہے جیسا کہ ذیل میں دکھایا گیا ہے: اکیلیشن، گاڑھا ہونا، تیزابیت، اور نمک کی تشکیل:
اکیلیشن: R1COOH + PCl3 → R1COCl
گاڑھا ہونا: HOOCCHR2NH2 + R1COCl → NaOOCCHR2NHCOR1
تیزابیت: NaOOCCHR2NHCOR1 + HCl → HOOCCHR2NHCOR1
نمک کی تشکیل: HOOCCHR2NHCOR1 + NaOH →NaOOCCHR2NHCOR1

② فیٹی نائٹریلز کا اکائیلیشن: فیٹی نائٹریلز کا اکیلیشن عمل 1955 میں تجویز کیا گیا تھا۔ رد عمل کی پیداوار اور سلیکٹیوٹی 95٪ سے زیادہ ہے، لیکن اعلی آلات کی ضروریات اور رد عمل کے دوران انتہائی زہریلے مادوں HCN اور NaCN کی تخلیق کی وجہ سے، اسے صنعتی نہیں بنایا گیا ہے۔ رد عمل کی مساوات درج ذیل ہے: CH3NH2+CH2O+HCN→CH3NHCH2CN+RCOCl→RCON(CH3)CH2COOH

③ فیٹی ایسڈ اینہائیڈرائڈز کا اکیلیشن: فیٹی ایسڈ اینہائیڈرائڈز اور امینو ایسڈ نمکیات کا اکیلیشن عمل تھامپسنز ایٹ ال نے تجویز کیا تھا۔ 1960 کی دہائی میں اینہائیڈرائڈ پانی میں امینو ایسڈ نمک کے ساتھ اپنے پگھلنے کے نقطہ (100 ڈگری سے زیادہ نہیں) کے ساتھ رد عمل ظاہر کرتا ہے۔ کسی اتپریرک یا پانی کے حجم کو کنٹرول کرنے کی ضرورت نہیں ہے، لیکن فیٹی ایسڈ اینہائیڈرائڈز کا زیادہ استعمال زیادہ لاگت اور علیحدگی کی مشکلات کا باعث بنتا ہے، اس لیے اسے بڑے پیمانے پر صنعتی پیداوار کے لیے استعمال نہیں کیا گیا ہے۔

④ بیلر ایٹ ال کے ذریعہ تجویز کردہ امائڈ کاربونیلیشن رد عمل کا عمل، خام مال کی کم لاگت، ایسیل کلورائیڈ کا استعمال، کوئی ضمنی مصنوعات (اس طرح ماحولیاتی آلودگی سے بچنے)، اعلی ایٹم اکانومی، اور 90% سے زیادہ پیداوار جیسے فوائد پیش کرتا ہے۔ تاہم، اس رد عمل کے لیے اعلی-پریشر CO کی ضرورت ہوتی ہے، جس میں جدید ترین آلات کی ضرورت ہوتی ہے، اور اتپریرک، کوبالٹ کاربونیل کمپلیکس [Co2(CO)8] کی سرگرمی کم ہوتی ہے، جس سے صنعت کاری مشکل ہوتی ہے۔

1.2 N-الکائل امینو ایسڈ سرفیکٹینٹس

یہ بنیادی طور پر aliphatic amines اور acrylic مرکبات سے امینو ایسڈ کے ڈھانچے بنا کر، میتھائل ایکریلیٹ، acrylonitrile، acrylic acid، یا -propiolactone جیسے خام مال کا استعمال کرتے ہوئے ترکیب کیے جاتے ہیں۔

① مثال کے طور پر، laurylamine (C12H25NH2) کو پہلے 60-70 ڈگری پر پگھلا دیا جاتا ہے، اور پھر ہلچل کے دوران 1.0-2.0 مول میتھائل ایکریلیٹ کو آہستہ آہستہ ڈراپ وائز میں شامل کیا جاتا ہے۔ رد عمل کی مساوات درج ذیل ہے: CH2=CHCOOCH3 + C12H25NH2 → C12H25NH(CH2CH2COOCH3)n

② ایکریلونیٹریل طریقہ میتھائل ایکریلیٹ طریقہ سے زیادہ اقتصادی ہے، لیکن ردعمل کی ضروریات زیادہ ہیں، لہذا اس پر محدود تحقیق ہے۔ یہ بتایا گیا ہے کہ اس طریقہ کار کی مصنوعات کا معیار خراب اور غیر مستحکم ہے۔

③ ایکریلک ایسڈ اور الیفاٹک امائنز کو براہ راست ملایا جاتا ہے اور N-alkyl- -امینو پروپیونک ایسڈ کی ترکیب کے لیے سالوینٹ-مفت حالات میں 110-120 ڈگری پر گرم کیا جاتا ہے۔ یہ طریقہ آسان اور تیز ہے، لیکن نظام کی واسکاسیٹی زیادہ ہے، اور پولیمرائزیشن ری ایکشن یا امائن مرکبات کی تشکیل ہو سکتی ہے، جس سے علیحدگی مشکل ہو جاتی ہے۔

④ الیفاٹک امائنز کے ساتھ -propiolactone کے رد عمل سے دو مصنوعات کا مرکب پیدا ہوتا ہے: ایک N-alkyl amino acid اور N-acyl amino acid surfactant۔

1.3 امینو ایسڈ ایسٹرز

امینو ایسڈ ایسٹر سرفیکٹینٹس امینو ایسڈ کے ساتھ فیٹی الکوحل کی کیٹلیٹک ایسٹریفیکیشن کے ذریعے تیار کیے جاتے ہیں [4]۔ N-acyl اور N-alkyl امینو ایسڈ سرفیکٹینٹس کے برعکس، امینو ایسڈ ایسٹر ترکیب کے رد عمل میں ایسٹر بانڈز بناتے ہیں، اس طرح کاربوکسائل گروپ کی مؤثر طریقے سے حفاظت کرتے ہیں۔ لہذا، ان کے دو خاص افعال ہیں:

① پیپٹائڈ بانڈنگ ری ایکشنز میں، وہ کاربوکسائل گروپس کے ایکٹیویشن کی وجہ سے ہونے والے ضمنی رد عمل کو روک سکتے ہیں جنہیں کچھ طریقوں سے کاربوکسائل گروپ کو چالو کرنے پر رد عمل ظاہر کرنے کی ضرورت نہیں ہوتی ہے۔

② وہ امینو جزو کے امینو گروپ کو کاربوکسائل گروپ کے ساتھ اندرونی نمک بننے سے روک سکتے ہیں اور اسے مکمل طور پر چھوڑ سکتے ہیں، اس طرح کاربوکسائل گروپ کے ساتھ ردعمل کو پیپٹائڈ بانڈ بنانے میں سہولت فراہم کرتے ہیں۔ 1906 میں، فشر نے پہلی بار امینو ایسڈ ایسٹریفیکیشن کے طریقہ کار کا مطالعہ کیا۔ زیادہ تر تحقیق ردعمل کے لیے اتپریرک پر مرکوز ہے۔ اتپریرک ابتدائی غیر نامیاتی تیزاب کیٹیلیسٹ سے لیوس ایسڈ کیٹالیسس، پھر مرحلہ وار منتقلی کیٹالیسس، ٹھوس ایسڈ کیٹالیسس، سالماتی چھلنی کیٹالیسس، آئن ایکسچینج رال کیٹالیسس، وغیرہ تک تیار ہوئے ہیں، جب کہ ایسٹرفائینگ ایجنٹ ابتدائی الکوحل سے تیار ہوئے ہیں، ہیلوجنیٹڈ ہائیڈرو کاربونیس وغیرہ۔ اتپریرک اور ایسٹرفائینگ ایجنٹوں نے ایسٹریفیکیشن کی تبدیلی کی شرح اور سلیکٹیوٹی کو بہت بہتر کیا ہے، جس سے ایسٹریفیکیشن کے رد عمل کو زیادہ وسیع اور حالات کو زیادہ پرفیکٹ بنایا گیا ہے۔ تاہم، امینو ایسڈ گروپس کی مخصوص خصوصیات اور نامیاتی سالوینٹس میں حل پذیری کی وجہ سے، مصنوعات کی علیحدگی اور صاف کرنے کے لیے زیادہ سخت رد عمل کی شرائط کی ضرورت ہوتی ہے، جس سے عام ایسٹریفیکیشن رد عمل کا اطلاق محدود ہوتا ہے۔

امینو ایسڈ ایسٹریفیکیشن عام طور پر دو راستوں کی پیروی کرتا ہے:

① مفت امینو ایسڈ کی براہ راست ایسٹریفیکیشن؛

② امینو گروپ کی حفاظت کے بعد ایسٹریفیکیشن، جس کے بعد حفاظتی گروپ کو ہٹا دیا جاتا ہے۔ پہلا آسان ہے لیکن اس کی پیداوار کم ہے اور تیزاب اور حرارت کے لیے حساس امینو ایسڈز کے لیے موزوں نہیں ہے۔ مؤخر الذکر زیادہ پیچیدہ ہے لیکن اس کی پیداوار زیادہ ہے اور یہ اس کے ہلکے حالات کی وجہ سے تمام امینو ایسڈ کے لیے موزوں ہے۔ اتپریرک میں گیسی اتپریرک جیسے ہائیڈروجن کلورائد، مائع اتپریرک جیسے تھیونائل کلورائد اور کلورو سلفونک ایسڈ، آئنک مائع اتپریرک، اور ٹھوس اتپریرک جیسے p-ٹولوئن سلفونک ایسڈ، ٹرائی فاسجن، ریزنز، اور اولی زی شامل ہیں۔ اس کے علاوہ، انزائم کیٹالیسس اور مائکروویو-اسسٹڈ کیٹالیسس بھی ہیں۔

2. امینو ایسڈ-جیمنی سرفیکٹنٹ کی قسم
مصنوعی طریقے: پہلے سنگل زنجیروں کی ترکیب اور پھر انہیں جیمنی میں جوڑنا؛ پہلے دو ہائیڈروفوبک زنجیروں کی ترکیب کرنا اور پھر ایک ہائیڈرو فیلک گروپ شامل کرنا؛ پہلے دو ہائیڈرو فیلک گروپس کی ترکیب اور پھر ایک ہائیڈروفوبک چین شامل کرنا۔

2.1 سنگل-زنجیروں کو جوڑنے کا طریقہ: سب سے پہلے، سنگل-چین امینو ایسڈ سرفیکٹینٹ کی ترکیب کریں، پھر انہیں ایک لنکر کے ساتھ جوڑیں تاکہ ایک امینو ایسڈ-قسم کے جیمنی سرفیکٹنٹ بنائیں۔

2.2 ڈبل-چین کی فنکشنلائزیشن کا طریقہ: سب سے پہلے، دو ہائیڈروفوبک چینز کو ایک لنکر سے جوڑیں، پھر کاربو آکسیلیشن کے ذریعے ایک امینو ایسڈ-قسم کے جیمنی سرفیکٹنٹ کی ترکیب کریں۔ ڈائمینز اکثر لنکرز کے طور پر استعمال ہوتے ہیں۔

2.3 بائی ہائیڈرو فیلک ڈبل-سلسلہ بنانے کا طریقہ: دو ہائیڈرو فیلک امینو ایسڈ ہیڈ گروپس کو ایک لنکر کے ساتھ جوڑیں، پھر دو ہائیڈرو فوبک گروپس کو متعارف کرائیں تاکہ ایک امینو ایسڈ-قسم کے جیمنی سرفیکٹنٹ کی ترکیب کریں۔ ڈائمینز بھی عام طور پر لنکرز کے طور پر استعمال ہوتے ہیں۔