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트리글리세라이드를 이용한 N-아실 글리신의 합성 및 물성
Synthesis and Properties of N-Acyl Glycine Used Triglyceride 원문보기

한국유화학회지 = Journal of oil & applied science, v.34 no.4, 2017년, pp.1058 - 1065  

신혜린 (충북대학교 공업화학과) ,  박예원 (충북대학교 공업화학과) ,  정노희 (충북대학교 공업화학과)

초록
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단백질 계면활성제로서의 아미노산 계면활성제는 친환경적인 화합물이다. 따라서 아미노산계 계면활성제는 차세대 계면활성제로 기대된다. 아미노산계 계면활성제는 높은 생분해성, 낮은 독성 및 표면 활성 특성을 갖는다. 이 실험에서 아미노산 기반의 계면활성제인 cocoyl glycine은 코코넛 오일과 팜 오일과 같은 트리글리세라이드와 글리신에 의해 합성되었다. 그리고 이것은 표면 장력, 유화 특성, 거품 안정성 및 HLB 값을 측정하였다. 합성된 계면활성제는 FT-IR에 의해 확인되었다. 희석된 계면활성제 수용액에서 코코넛 오일로 합성된 계면활성제의 표면 장력은 $1.0{\times}10^{-4}mol/L$에서 31.2 dyne/cm 이었다. 희석된 계면활성제의 수용액에서 팜 오일에 의해 합성된 계면활성제의 표면 장력은 $3.2{\times}10^{-5}mol/L$에서 42.1 dyne/cm 이었다. 기포 안정성은 시간 경과에 따라 기포 높이를 측정했다. 코코넛 오일로 합성된 계면활성제의 초기 기포 높이는 14.5cm이고 5분 후 10.7cm였다. 팜 오일에 의해 합성 된 계면활성제의 초기 기포 높이는 3.0 cm이고, 5 분 후에 2.8 cm이다. 코코넛 오일로 합성한 계면 활성제의 기포 높이는 팜 오일로 합성한 계면 활성제보다 높았다. 그러나 팜 오일로 합성한 계면활성제의 기포 안정성은 코코넛 오일로 합성한 계면활성제보다 우수하였다. 합성된 계면활성제의 유화 특성은 벤젠과 콩기름에서 관찰되며 유기 용매에서의 유화 성질이 콩기름에서보다 우수하다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Amino acid based surfactants as protein-surfactants is eco-friendly compound. So, amino acid based surfactants is expected as next generation surfactants. Amino acid based surfactants has high biodegradability, low toxicity and surface active properties. In this experiment, amino acid based surfacta...

주제어

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제안 방법

  • )로 표면장력을 측정하였다. 각각 3번씩 측정하여 평균값을 사용하였다. 계면활성제는 각각 고유한 임계미셀농도(CMC)를 갖는데 임계미셀농도를 경계로 표면장력, 삼투압 등 용액의 성질이 현저하게 변한다.
  • 계면활성제의 친수성과 소수성의 균형을 나타내는 지표인 HLB를 구하였다. HLB의 값이 10보다 작을 때는 지용성이고, 10보다 클 때는 수용성이다.
  • 계면활성제의 표면장력을 측정하기 위해 코코넛 오일로부터 유도된 N-아실 글리신과 팜오일로부터 유도된 N-아실 글리신을 증류수에 넣어 10-6∼10-1 mol/L 용액을 만들어 시료를 만들었다.
  • 계면활성제의 합성 여부를 알아보기 위해 FT-IR(FT/IR-480 Plus, Jasco)로 피크를 관찰하여 정성분석 하였다. 합성이 되면 피크가 이동하거나 사라지기 때문에 생성물과 글리신, 트리글리세라이드의 피크를 비교 분석하여 합성 여부를 확인하였다.
  • 계면활성제의 합성 여부를 확인하기 위해 생성물, 트리글리세라이드, 글리신의 FT-IR 스펙트럼을 비교 분석하여 Fig. 2에 나타내었다. 코코넛오일로부터 유도된 N-아실 글리신은 (a)로 N-H 신축진동 피크가 3317 cm-1 로 (c) glycine과 비교하였을 때 왼쪽으로 이동하였다.
  • 그 후, 트리글리세라이드를 sodiummethoxide와 반응시켜 트리글리세라이드의 아실기가 결합된 메틸에스테르(CH3OOCR)를 합성하였다. 그리고 메틸에스테르(CH3OOCR)를 글리신과 반응시켜 아미노산계 계면활성제를 합성하였다. 합성한 아미노산계 계면활성제의 구조를 FT-IR을 통해 확인하였으며, 합성물의 물성을 확인하기 위해 표면장력, 임계미셀농도, 초기 기포력, 기포안정성, 유화력을 측정하였다.
  • 넷째, 유화력을 확인하기 위해 합성한 계면활성제 0.1 mol/L 용액을 만든 후, 두 개의 100ml 메스실린더에 각각 벤젠 50 ml와 계면활성제0.1 mol/L 용액 50 ml를 혼합한 용액과 대두유50 ml와 계면활성제 0.1 mol/L 용액 50 ml를혼합한 용액을 넣고 시간이 지남에 따라 흰색의 유화된 층의 높이를 측정한다.
  • 본 연구에서 트리글리세라이드를 이용한 아미노산계 계면활성제를 합성하였다. 합성된 아미노산계 계면활성제는 FT-IR 스펙트럼, 수율, HLB,표면장력, 기포력, 유화력 통해 최적의 조건을 검토한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
  • 본 연구에서는 메탄올과 수산화나트륨을 반응시켜 이 반응의 촉매인 sodium methoxide를 합성하였다. 그 후, 트리글리세라이드를 sodiummethoxide와 반응시켜 트리글리세라이드의 아실기가 결합된 메틸에스테르(CH3OOCR)를 합성하였다.
  • 셋째, 기포력을 측정하기 위해 10-4∼10-1 mol/L 용액을 만들어 50 ml용액에 200 ml 용액을 떨어뜨린 후 기포의 높이를 측정한고, 떨어뜨린 직후부터 1분 후의 기포 높이와 5분 후의 기포 높이를 측정한다.
  • 얻은 지방산의 평균 분자량을 이용하여 알킬기의 평균값을 얻어 대략적인 코코넛 오일로부터 유도된 N-아실 글리신과 팜오일로부터 유도된 N-아실 글리신의 분자량을 얻었다. 코코넛 오일로부터 유도된 N-아실 글리신의 분자량은 577.
  • FT-IR을 통해 N-H 신축진동 피크가 3317 cm-1 로 글리신과 비교하였을 때 왼쪽으로 이동하였고, C=O 신축진동 피크가 코코넛오일에서는 1741 cm-1로 에스테르에 의해 나타났지만, 코코넛 오일로부터 유도된 N아실 글리신은 1704 cm-1과 1644 cm-1 로 카복실산과 아마이드에 의해서 나타남을 알 수 있었다. 이를 통해, 코코넛 오일과 팜오일로부터 유도된 N-아실 글리신의 합성을 확인하였다.
  • 전체 반응에 대한 반응식은 Scheme 1에 나타내었다. 최종 생성물을 얻고 난 후, 여러 분석을 하였다.
  • 3%이었다. 코코넛 오일과 팜오일로부터 유도된 N-아실 글리신의 녹는점을 측정하였다. 코코넛 오일로부터 유도된 N-아실 글리신의 녹는점은 178℃, 팜오일로부터 유도된 N-아실 글리신의 녹는점은 169.
  • 코코넛 오일로부터 유도된 N-아실 글리신과 팜오일로부터 유도된 N-아실 글리신은 흰색 고체의 형태를 가졌다. 코코넛 오일과 팜오일로부터 유도된 N-아실 글리신의 수율을 구하였다. 수율은 이론적으로 반응했을 때의 값과 실제 값의 비를 백분율로 나타낸 것이다.
  • 계면활성제는 각각 고유한 임계미셀농도(CMC)를 갖는데 임계미셀농도를 경계로 표면장력, 삼투압 등 용액의 성질이 현저하게 변한다. 표면장력을 이용하여 임계미셀농도를 측정하였다.
  • 본 연구에서 트리글리세라이드를 이용한 아미노산계 계면활성제를 합성하였다. 합성된 아미노산계 계면활성제는 FT-IR 스펙트럼, 수율, HLB,표면장력, 기포력, 유화력 통해 최적의 조건을 검토한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
  • 계면활성제의 합성 여부를 알아보기 위해 FT-IR(FT/IR-480 Plus, Jasco)로 피크를 관찰하여 정성분석 하였다. 합성이 되면 피크가 이동하거나 사라지기 때문에 생성물과 글리신, 트리글리세라이드의 피크를 비교 분석하여 합성 여부를 확인하였다.
  • 합성한 계면활성제를 증류수에 넣어 10-6∼10-1 mol/L 용액을 만들어 표면장력 측정기(Kyowa interface science Co.)로 표면장력을 측정하였다.
  • 그리고 메틸에스테르(CH3OOCR)를 글리신과 반응시켜 아미노산계 계면활성제를 합성하였다. 합성한 아미노산계 계면활성제의 구조를 FT-IR을 통해 확인하였으며, 합성물의 물성을 확인하기 위해 표면장력, 임계미셀농도, 초기 기포력, 기포안정성, 유화력을 측정하였다.

대상 데이터

  • 1에 나타내었다. 삼구 플라스크에 0.5 mol 글리신, 0.5 mol 수산화나트륨과 20 ml 증류수에 교반시키면서 녹인다. 0.

데이터처리

  • )로 표면장력을 측정하였다. 각각 3번씩 측정하여 평균값을 사용하였다. 계면활성제는 각각 고유한 임계미셀농도(CMC)를 갖는데 임계미셀농도를 경계로 표면장력, 삼투압 등 용액의 성질이 현저하게 변한다.

이론/모형

  • 둘째, HLB 값의 측정을 위해 비누화가를 통해 얻은 평균 분자량을 통해 합성한 계면활성제의 분자식을 유추한 후, Griffin 식에 적용하여 HLB값을 구한다.
  • [9]. 우리가 합성한 계면횔성제는 비이온 계면활성제이기 때문에 HLB를 구하기 위해 Griffin의 식(1)을 이용하였다. 수율과 HLB의 값은 Table 3 에 나타내었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
아미노산 계면활성제은 무엇인가? 단백질 계면활성제로서의 아미노산 계면활성제는 친환경적인 화합물이다. 따라서 아미노산계 계면활성제는 차세대 계면활성제로 기대된다.
아미노산계 계면활성제의 특성은 무엇인가? 따라서 아미노산계 계면활성제는 차세대 계면활성제로 기대된다. 아미노산계 계면활성제는 높은 생분해성, 낮은 독성 및 표면 활성 특성을 갖는다. 이 실험에서 아미노산 기반의 계면활성제인 cocoyl glycine은 코코넛 오일과 팜 오일과 같은 트리글리세라이드와 글리신에 의해 합성되었다.
차세대 계면활성제로 아미노산이 기대되어지는 이유는 어떤 특징 때문인가? 아미노산은 자연계에 풍부하게 존재하는 물질로 특히, 인체를 구성하는 주요 성분들이기 때문에 환경 친화적인 소재이며 아미노산류를 이용한 유기합성 공업은 공해가 없는 화학 공정으로서 지속적인 개발이 필요하다[3]. 단백질 계면활성제라고도 불리는 아미노산계 계면활성제는 고부가 가치성이 있는 차세대 계면활성제로 기대되어지고 있으며 생체 안정성이 높은 아미노산을 이용한다는 점에서 친환경적이라고 할 수 있다[4].
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참고문헌 (15)

  1. H.C. Choi, N.H. Jeong, "Addition Effects of Ethanol on Foamability of Cocamidopropyl Betaine", Jornal of Industrial Science and Technology Institute, Vol.26, No.2 pp. 41-45, (2012). 

  2. Savanit. B, Sumaeth. C, Pomthong. M, John F. S, "Anionic and cationic surfactant recovery from water using a multistage foam fractionator", Chemical Engineering Journal, Vol.93, pp. 241-252, (2003). 

  3. K.S. Kwack, Y.K. Yoon, N.H. Jeong, D.G. Kim, K.D. Nam, "N-Acyl Amino Surfactant(15) Synthesis and Properties of Sodium N-(-2-Dodecyl Succinoyl) 1-Glutamate", J. of Korean Oil Chemists' Soc., Vol.18, No.1 pp. 55-59, (2001). 

  4. M.S. Kim, H.S. Kim, H.K. Jeong, K.D. Nam, "N-Acyl Amino Surfactant(14) Kinetics for Micelle Formation of sodium N-Acyl sarcosinate Solution", J. of Korean Oil Chemists' Soc., Vol.17, No.2 pp. 105-112, (2000). 

  5. Nimisha. C, V.K. Tyagi, "Synthesis, Properties, and Applications of Amino Acids Based Surfactants: A Review", Journal of Dispersion Science and Technology, Vol.34, No.6 pp. 800-808, (2013). 

  6. Griffin, William .C, "Calculation of HLB Values of Non-Ionic Surfactants", Journal of the Society of Cosmetic Chemists, Vol.5, No.4 pp. 249-256, (1954). 

  7. B.J. Ha, "Study on the Foam of Soap", Journal of the Korean Society of Cosmetology, Vol.8, No.2 pp. 93-98, (2002). 

  8. T.Y. Kim, S.C. Kim,, S.J. Lee, J.H. Lee, K.D. Nam, "Studies on the Surfactants of the N-Acyl Amino Acid(part8)(cmc and Emulsion Stability of N-Acyl Amino Acid Type Anionic Surfactant.)", J. of Korean Ind. & Eng. Chemistry, Vol.6, No.5 pp. 785-794, (1995). 

  9. G. Zhang, B. Xu, F. Han, Y. Zhou, H.Liu, Y. Li, L. Cui, T.Tan, N, Wang, "Green Synthesis, Composition Analysis and Surface Active Properties of Sodium Cocoyl glycinate", American Journal of Analytical Chemistry, Vol.4, pp. 445-450, (2013). 

  10. Perinelli, D. R., Casettari, L., Cespi, M., Fini, F., Man, D. K., Giorgioni, G., Canala, S., Lam, J. K., Bonacucina, G., Palmieri, G. F., "Chemical-physical properties and cytotoxicity of N-decanoyl amino acid-based surfactants: Effect of polar heads", Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspect, Vol.492, pp. 38-46, (2016). 

  11. J. D. Xia, Y. M. Xia, I. A. Nnanna, "Structure-Function Relationship of Acyl Amino Acid Surfactants: Surface Activity and Antimicrobial Properties", Journal of agricultural and food chemistry, Vol.43, No.4 pp. 867, (1995). 

  12. E. Jungermann, J. F. Gerecht, I. J. Krems, "The Preparation of Long Chain N-Acylamino Acids", J. Am. Chem. Soc., Vol.78, No.1 pp 172-174, (1956). 

  13. Aurelie Lavergnea, Ying Zhua, Aldo Pizzinob, Valerie Moliniera, Jean-Marie Aubry,"Synthesis and foaming properties of new anionic surfactants basedon a renewable building block: Sodium dodecyl isosorbide sulfates", Journal of Colloid and Interface Science, Vol.360, No.2 pp.645-653, (2011). 

  14. Pu, W., Yuan, C., Hu, W., Tan, T., Hui, J., Zhao, S., Wang, S., Tang, Y, "Effects of interfacial tension and emulsification on displacement efficiency in dilute surfactant flooding", RSC Advances, Vol.6, No.56 pp.50640-50649, (2016). 

  15. Morgan Durand, Ying Zhu, Valerie Molinier, Thierry FeronAEJean-Marie Aubry, "Solubilizing and Hydrotropic Properties of Isosorbide Monoalkyl- and Dimethyl-Ethers", Journal of Surfactants and Detergents, Vol.12, No.4 pp. 371-378, (2009). 

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