SEMINARIO 10 (1)

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FARMACIA Y BIOQUÌMICA - UNT AGENTES TENSOACTIVOS AGENTES TENSOACTIVOS DEFINICIÓN: Los agentes tensoactivos son los derivados de los ácidos carboxílicos (carboxilatos) de cadena larga que se orientan en la superficie del agua. Son compuestos químicos que adicionados en pequeñas cantidades a un disolvente, modifican las propiedades superficiales del mismo, promoviendo actividades como la humectación, detergencias, emulsificación, lubricación y otros fenómenos de superficie. 1 Agentes o sustancias tensoactivas son las que ejercen efecto sobre la tensión superficial. Productos químicos que se agrega a los detergentes o a productos cosméticos que contienen detergentes, para disminuir la tensión superficial para disminuir la fuerza de adhesión de las partículas a una superficie. 2 Como definición de agente tensoactivos tenemos que son compuestos químicos que, al disolverse en agua o en otro disolvente, disminuyen su tensión superficial y modifican las propiedades de la interfase. Estas modificaciones pueden estar acompañadas por formación de espuma. Los tensoactivos son importantes tanto por ser el constituyente activo de los agentes limpiadores como para estabilizar emulsiones. CARACTERÍSTICAS: 1

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Farmacia y Bioquìmica - unt AGENTES TENSOACTIVOS

AGENTES TENSOACTIVOS

DEFINICIÓN: Los agentes tensoactivos son los derivados de los ácidos carboxílicos

(carboxilatos) de cadena larga que se orientan en la superficie del agua.

Son compuestos químicos que adicionados en pequeñas cantidades a un disolvente, modifican

las propiedades superficiales del mismo, promoviendo actividades como la humectación,

detergencias, emulsificación, lubricación y otros fenómenos de superficie.1

Agentes o sustancias tensoactivas son las que ejercen efecto sobre la tensión superficial.

Productos químicos que se agrega a los detergentes o a productos cosméticos que contienen

detergentes, para disminuir la tensión superficial para disminuir la fuerza de adhesión de las

partículas a una superficie.2

Como definición de agente tensoactivos tenemos que son compuestos químicos que, al

disolverse en agua o en otro disolvente, disminuyen su tensión superficial y modifican las

propiedades de la interfase. Estas modificaciones pueden estar acompañadas por formación de

espuma. Los tensoactivos son importantes tanto por ser el constituyente activo de los agentes

limpiadores como para estabilizar emulsiones.

CARACTERÍSTICAS:

Los agentes tensoactivos son adsorbidos en las interfases agua - aceite a causa de sus grupos

hidrófilos ("amantes del agua") o polares, y de sus grupos lipófilos ("amantes del aceite") o no

polares. Es entonces, que un tensoactivo posee dos características marcadas dentro de su

estructura química, estos son:

Los grupos hidrófilos: Son los que se orientan hacia la fase polar, como por ejemplo:

– OH, –COOH, –SO4H.

Los grupos lipófilos: Denominados también hidrófobos, son los que se dirigen a la fase

no polar, y pueden ponerse como ejemplo los hidrocarburos alifáticos y cíclicos.

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Las propiedades generales y comportamiento de los agentes tensoactivos se deben al carácter

dual de sus moléculas (grupo hidrófilo y lipófilo); es así como el antagonismo entre estas dos

secciones de su molécula y el equilibrio entre ellas es la que da al compuesto sus propiedades

activas de superficie.3

El grupo hidrófilo ejerce un efecto solubilizante y tiende a llevar a la molécula a disolución

completa. El grupo hidrófobo, en cambio, es debido a su insolubilidad tiende a contrarrestar la

tendencia del otro. Sí se logra el equilibrio adecuado entre los dos grupos se ve que la

substancia no se disuelve por completo, ni queda sin disolver del todo, concentrándose en la

interfase con sus moléculas orientadas de tal forma que los grupos hidrófilos se orientan hacia

la fase acuosa, mientras que los hidrófobos hacia la no acuosa o a la fase vapor.3

Como consecuencia de esta caracterización, es entonces que también, en la interfase agua -

aceite, las moléculas del agente superficial forman una especie de "puente" entre las fases polar

y no polar, haciendo así que la transición entre ambas sea menos brusca. El agente tensoactivo

ha de estar equilibrado en cuanto a poseer la cantidad adecuada de grupos hidrosolubles y

liposolubles para que se concentre en la interfase, y de esta forma haga descender la tensión

interfacial. Si la molécula es demasiado hidrófila, permanecerá en el interior de la fase acuosa y

no ejercerá efecto algunos sobre la interfase, de la misma forma que si es demasiado lipófila se

disolverá por completo en la fase oleosa y aparecerá muy poca cantidad en la interfase. Por

tanto, un agente superficialmente activo ha de estar formado por una porción hidrófila y otra

lipófila, equilibradas de tal modo que cuando se disperse inicialmente en la fase oleosa o en la

acuosa, emigre a la interfase y se oriente con el grupo hidrófilo en el agua y el grupo lipófilo en

la fase oleosa.2

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CLASIFICACIÓN HIDRÓFILA – LIPÓFILA DE LOS SISTEMAS:

Hay dos tipos principales de sistemas de impermeabilización integrales: los sistemas

hidrofílicos e hidrofóbicos. Un sistema hidrofílico utiliza típicamente una tecnología de la

cristalización que substituya el agua en el concreto por los cristales insolubles. Las varias

marcas de fábrica disponibles en las características similares de la demanda del mercado, pero

no todas pueden reaccionar con una amplia gama de los subproductos de la hidración del

cemento, y requieren así la precaución. Los sistemas hidrofóbicos utilizan los ácidos grasos

para bloquear poros dentro del concreto, previniendo el paso del agua. Los productos tienen

diversos funcionamientos.

Químicamente, los surfactantes son moléculas anfipáticas. Esto es, ellos tienen

dos diferentes características, una polar y otra no polar, en diferentes partes de la

misma molécula. Por lo tanto, una molécula de surfactante tiene tanto

características hidrofílicas (con afinidad por el agua) como hidrofóbicas (sin

afinidad por el agua). Simbólicamente, una molécula de surfactante puede ser

representada como que tiene una “cabeza polar” una “cola no polar” como se

muestra en la Figura 1.

Figura 1: Ilustración de la naturaleza anfipática de un tensoactivo.

El grupo hidrofóbico en un surfactante para su uso en un medio acuoso es

usualmente una cadena hidrocarbonada, pero puede ser también una cadena de

fluorcarbonos o siloxanos de determinada longitud. El grupo hidrofílico es polar y

puede ser ya sea iónico o no iónico.

Debido a que las moléculas de surfactantes tienen tanto partes hidrofílicas como

hidrofóbicas, el mejor lugar atractivo para ellos en el agua es en la superficie

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donde las fuerzas de atracción y repulsión se equilibran. Otra forma en la que los

surfactantes interactúan para equilibrar las fuerzas naturales atracción y repulsión

es mediante la formación de “micelas”

Las micelas consisten de una región interior de carácter hidrofóbico en donde las

colas hidrofóbicas interactúan con otras de su mismo tipo. Esta región hidrofóbica

está rodeada por la región hidrofílica en donde las cabezas de las moléculas del

surfactante interactúan con el agua.

Las propiedades generales y comportamiento de los agentes tensoactivos se deben al carácter

dual de sus moléculas (grupo hidrófilo y lipófilo); es así como el antagonismo entre estas dos

secciones de su molécula y el equilibrio entre ellas es la que da al compuesto sus propiedades

activas de superficie.

El grupo hidrófilo ejerce un efecto solubilizante y tiende a llevar a la molécula a disolución

completa. El grupo hidrófobo, en cambio, es debido a su insolubilidad tiende a contrarrestar la

tendencia del otro. Sí se logra el equilibrio adecuado entre los dos grupos se ve que la

substancia no se disuelve por completo, ni queda sin disolver del todo, concentrándose en la

interfase con sus moléculas orientadas de tal forma que los grupos hidrófilos se orientan hacia

la fase acuosa, mientras que los hidrófobos hacia la no acuosa o a la fase vapor.

CONSTITUCION QUIMICA.

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Todos los agentes de superficie activa o tensoactivos contienen en su molécula, uno o varios

grupos hidrofílicos, de tipo iónico y no iónico y generalmente una estructura hidrocarbonada

lipofílica no polar

Es importante examinar algunos de los tipos más usuales de grupos lipofílicos y hidrofílicos

que intervienen en la mayoría de los agentes tensoactivos comerciales.

Grupos Lipofílicos. La parte lipofílica de la molécula puede estar constituida por una variedad

de estructuras alifáticas o alifático-aromáticas, puesto que las materias primas utilizadas en su

preparación son hidrocarburos alifáticos saturados o insaturados, ramificados o lineales e

hidrocarburos aromáticos formados por anillos simples o condensados. Dentro de estos grupos

alquílicos, los de mayor uso en la industria de productos de superficie activa, son los de cadena

ramificada ya que tienen la ventaja de ser biodegradables lo que no ocurre con los lineales.

Cadenas alquílicas lineales de C8 a C18 derivados de ácidos grasos naturales. Estos se

pueden usar como tal, o como intermediarios de síntesis de agentes tensoactivos.

Cadenas alquílicas de C3 a C frecuentemente unidos a núcleos aromáticos como

benceno o naftaleno.

Cadenas alquílicas olefínicas de C8 a C18 o más, obtenidas por polimerización de

propeno, isobuteno e isómeros de penteno y hexeno. Estas olefinas se utilizan

ampliamente en la alquilación de fenol y benceno.

Hidrocarburos lipofílicos derivados del petróleo, en el rango de C8 a C20 o más, a partir

de fracciones de querosina, aceites ligeros y ceras de parafina:

Obtención de alcoholes de alto peso molecular, por el proceso "oxo".

Grupos Hidrofílicos.- Los grupos hidrófilos pueden estar cargados eléctricamente, debido a la

presencia de un par de iones de carga opuesta, o presentar cargas residuales, positivas o

negativas que ponen de manifiesto la presencia de un dipolar. Es importante tomar en

consideración los grupos hidrofílicos no-iónicos, conteniendo uniones etéreas, hidroxilos etc.

Grupos ácidos, como carboxilos, monoester sulfúrico, sulfónicos, fosfatos.

Grupos básicos, como aminas primarias, aminas secundarias, aminas terciarias,

derivados de amonio cuaternario.

Grupos no iónicos: -COO-; -CONH-; -NH-; -O-; -CH (OH)-.

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CLASIFICACION:

La clasificación se fundamenta en el poder de disociación del tensoactivo en presencia de un

electrolito y de sus propiedades fisicoquímicas. Pueden ser: iónicos o no-iónicos; y dentro de

los iónicos según la carga que posea la parte que presenta la actividad de superficie serán:

aniónicos, catiónicos y anfóteros

Los iónicos, con fuerte afinidad por el agua, motivada por su atracción electrostática hacia los

dipolos del agua puede arrastrar consigo a las soluciones de cadenas de hidrocarburos, por

ejemplo el ácido pálmico, prácticamente no ionizable es insoluble, mientras que el palmitato

sódico es soluble completamente ionizado.

Dentro de los que se ionizan en agua, se encuentran:

Los tensoactivos Aniónicos. En solución se ionizan, pero considerando el comportamiento de

sus grupos en solución, el grupo hidrófobo queda cargado negativamente.

Están constituidos por una cadena alquílica lineal o ramificada que va de 10 a 14 átomos de

carbono, y en su extremo polar de la molécula se encuentra un anión.

Están caracterizados por la existencia en su molécula de cationes orgánicos e inorgánicos (Na+,

K+ Ca++, Ba++, Mg++, NH+4 y una parte hidrofílica que contiene los grupos aniónicos (-

COO- , -SO3- , -O-, PO32- etc.) unido a la fracción orgánica.

Dentro de esta clasificación, exceptuando los jabones, los Alquil aril sulfatos y alcoholes

sulfatados son de la mayor importancia por su empleo en la formulación de detergentes de uso

doméstico e industrial

Además de los productos anteriores, podemos citar otros agentes de superficie activa aniónica:

o Tipo sulfonato - SO3 (-) ejemplos: Alquil bencensulfonato de sodio Alquil sulfonato de

sodio. Alfa olefin sulfonato de sodio

o Tipo sulfato - O - SO 3 (-) ejemplos: Alquil sulfato de sodio Alquil etersulfato de sodio

Monoglicérido sulfato de sodio Nonilfenileter sulfato de sodio.

o Tipo fosfato - O - P -O3(2 - ) ejemplos : Alquil fosfato de sódio, ácido oleileter

fosfórico alquil eter fosfato de sódio.

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o Tipo sulfosuccinatos - C O - CH2 - CH -SO3 (-) - CO3 (-). Ejemplos: alquileter

sulfosuccinato de sodio. Alquilmonoetanolamidasulfosuccinato disódico.

Dialquilsulfosuccinato de sodio.

o Tipo sulfoacetato ejemplo: lauril sulfoacetato de sodio CH3 - (CH2)n - CH2 - O - CO -

CH2 - SO3(-) Na(+)

o Tipo derivados de aminoácidos ejemplo : n- lauril sarcocinato de sodio

Alquilamidopolipeptidato de sodio:

Formula:

AGENTES TENSOACTIVOS CATIONICOS

Son aquellos que en solución forman iones, resultando cargado positivamente el grupo

hidrófobo de la molécula.

Como representante de este grupo se encuentra el Bromuro de Cetil Amonio; en general, son

compuestos cuaternarios de amonio o una amina grasa en medio ácido

El término "surfactante catiónico" se refiere a los compuestos que contienen por lo menos una

cadena de 8 a 25 átomos de carbono, derivada de un ácido graso o de un derivado petroquímico

y un nitrógeno cargado positivamente, el anión suele ser un Cl (-) Br(-) OH (-) , SO4 (-2)

La mayoría de los agentes catiónicos están constituidos por una cadena larga de sales de

amonio cuaternarios o sales de alquilaminas. La cadena larga constituye el grupo hidrofóbico,

en tanto que el hidrofílico pequeño y altamente ionizado, lo constituye el nitrógeno tetravalente

en forma de sales de amonio cuaternario. Estos surfactantes son de menor interés que los

agentes aniónicos y no-iónicos pero reside su importancia por su eficiencia bactericida,

germicida, algicida etc.

En el catión, el radical R, representa la cadena larga (grupos alquílicos o arílicos); los otros

radicales pueden estar reemplazados por átomos de hidrógeno u otros radicales alquílicos.

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Como ejemplos podemos citar: Cloruro de alquil dimetilbencilamonio, cloruro de cetil trietil

amonio

Formula:

Los Tensoactivos Anfóteros ó anfotéricos. Como su nombre lo indica, actúan dependiendo

del medio en que se encuentren, en medio básico son aniónicos y en medio ácido son

catiónicos.

Presentan en su molécula a grupos aniónicos y catiónicos, constituidos por una cadena grasa y

un nitrógeno cuaternario conteniendo un radical aniónico, son productos completamente

estables en sistemas ácidos y alcalinos, son básicos en el área cosmética por su inocuidad a la

piel, también tienen aplicación en inhibidores de la corrosión y en neutralización de cargas.

Ejemplo de ellos son las betaínas y derivados de imidazolinas: Alquil dimetil betaína, Alquil

amida propil dimetil betaína (4).

Finalmente cabe mencionar otra clasificación elaborada por el comité internacional de la

detergencia en base decimal, que considera los siguientes aspectos:

grupo hidrófilo determinante.

grupo hidrófobo determinante.

caracteres complementarios de la parte hidrófoba.

caracteres complementarios del grupo hidrófilo determinante.

Formula: Alquil Dimetil Betaína

Tensoactivos No-iónicos. Los surfactantes o tensoactivos no-iónicos son aquellos que son

ionizarse, se solubilizan mediante un efecto combinado de un cierto número de grupos

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solubilizantes débiles (hidrófilos) tales como enlace tipo éter ó grupos hidroxilos en su

molécula.

El término" surfactante no-iónico" se refiere principalmente a los derivados polioxietilenados y

polioxipropilenados, también se incluyen en esta categoría los derivados de anhídridos del

sorbitán alcanolamidas grasas etc.

Los surfactantes no-iónicos tienen la ventaja de que son estables con la mayoría de los

productos químicos en las concentraciones usuales de empleo. Al no ionizarse en agua, no

forman sales con los iones metálicos y son igualmente efectivos en aguas blandas y duras. Su

naturaleza química los hace compatible con otros tensoactivos aniónicos, catiónicos y coloides

cargados positiva y negativamente. Estas características, los hace valiosos como materia prima

para la formulación de diversos productos industriales como:

Agricultura: concentrados emulsionables y polvos mojables.

Látex: emulsionantes primarios y coemulsionantes.

Curtido: desengrase, teñido, engrasado.

Textiles: mercerizado, blanqueado, teñido, descrude.

Procesos de metales: limpiadores alcalinos.

Pinturas en emulsión: humectación y dispersión de pigmentos.

Petróleo: tratamiento de pozos de gas, aditivos para lodos de perforación.

Pulpa y papel: lavado de pulpa, desentintado de papel, humectante y suavizante.

Química: intermediario de síntesis de otros surfactantes aniónicos y catiónicos.

Limpiadores en general: limpiadores de pisos, detergentes de lavandería combinados

en pequeña proporción con los tensoactivos aniónicos.

En los agentes no-iónicos el grupo hidrofóbico está formado por una cadena larga que

contienen una serie de grupos débilmente solubilizantes (hidrofílicos) tales como enlaces

etéreos o grupos hidroxilos en sus moléculas. La repetición de estas unidades débiles tiene el

mismo efecto que un hidrófilo fuerte, pero no hay ninguna ionización.

Como ejemplo de ellos pueden ser:

Alcoholes grasos polioxietilenados: Alcohol laúrico etoxilado, alcohol oleílico.

Alquil fenol polioxietilenados: nonilfenol etoxilado.

Ácidos grasos polioxietilenados: ácido oleico etoxilado.

Derivados de óxidos de etileno y propileno: alcohol graso etoxilado ó propoxilado.

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Amidas de ácidos grasos polioxietilenados: lauril dietanolamida polioxietilenada.

Aminas grasas polioxietilenadas: laurilamina polioxietilenada.

Esteres de ácidos grasos: monoestearato de etilenglicol.

Alcanolamidas: lauril monoetanolamida.

Derivados de azúcar: monolaurato de sacarosa.

Esteres de ácidos grasos derivados del sorbitol: laurato de sorbitán

Formula: Laurato de sorbitán.

GRIFFIN ideó una escala arbitraria de valores que sirviese como medida del balance hidrófilo - lipófilo "hydrophilic - lipophilic balance: HLB" de los agentes superficialmente activos. Así, por medio de este sistema numérico de índices HLB, indicado en la figura 13, es posible establecer un intervalo de la máxima eficacia para cada tipo o clase de agente tensoactivo, deduciéndose de esta escala que cuanto más alto es el HLB de un agente, mayor es su carácter hidrófilo; así, los Spans, ésteres del sorbitán, fabricados por la Atlas Powder Company, son agentes lipófilos y, por tanto, tienen valores HLB bajos (de 1,8 a 8,6), mientras que los Tweens, derivados polioxietilénicos de los Spans, son hidrófilos y, en consecuencia, tienen valores HLB altos (de 9,6 a 16,7).

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El HLB de algunos ésteres de ácidos grasos y alcoholes polihidroxilados, como, por ejemplo, el

monoestearato de glicerina, puede calcularse mediante la fórmula:

HBL=20(1− SA )… ……(1)

En donde S es el índice de saponificación del éster, y A el de acidez del ácido graso. Así,

tendremos que el valor HLB del monolaurato del sorbitán polioxietilénico (Tween 20), para el

cual S =45,5 y A = 276, es:

Para aquellas otras sustancias con las cuales no es posible obtener buenos índices de

saponificación, por ejemplo, los derivados de la cera de abejas y de la lanolina, se emplea la

fórmula siguiente:

HBL=E+ p5

………(2)

En la que E es el tanto por ciento, en peso, de las cadenas oxletilénicas y P es el tanto por

ciento; en pesó, de los grupos alcohólicos polihidroxilados (por ejemplo, glicerina, sorbita) en

la molécula. Finalmente, cuando la porción hidrófila del agente tensoactivo está formada

solamente por grupos oxietilénicos, la ecuación (2) se transforma en:

HBL=E5

………(3)

Donde, de nuevo, E es el tanto por ciento en pesó de óxido de etileno existente en la molécula. Para obtener los valores HLB de los agentes tensoactivos iónicos de los compuestos que contienen óxido de propileno, nitrógeno, etc., y de muchos de los complejos emulgentes naturales; debe emplearse el método original de Griffin, que comprende la preparación y observación de una serie de emulsiones. En la tabla 4 se dan los valores HLB de algunos agentes anfifílicos de uso frecuente.

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Comparación de las distintas clasificaciones hidrófilas - lipófilas

Sustancia anfifílica

HLB H/L Resultados de la valoración con el agua

OPE1 3,5 7,1 13,8

OPE2 7,8 21,4

16,7

Triton X-45 10,3 35,7

18,4

Triton X-114 12,3 53,7

21,4

Triton X-100 13,5 69,3

23,0

Triton X-102 14,5 87,9

23,6

En la tabla se expone una comparación de los tres sistemas de clasificación estudiados para

algunos compuestos de las series Triton (alcoholes alquilarilpoliéter) y OPE (octilfenil

polioxietileno) de Rhom y Haas. El subíndice de los compuestos OPE indica el número de

moles de óxido de etileno unido al radical alquilfenílico.

ESCALA HLB:

El HLB de un surfactante es una expresión de su balance Hidrófilo – Lipófilo, es decir, el

balance del tamaño y fuerza de los grupos hidrofílicos (afín al agua o polar) y lipofílicos (no

afín al agua o no polar) de un surfactante. Todos los surfactantes consisten de una molécula

que combina tanto a grupos hidrofílicos como a lipofílicos.

El HLB de un surfactante o mezcla de surfactantes es una indicación de lo que hará, es decir, si

formará una emulsión aceite en agua (O/W; oil/water en el inglés) o una de agua en aceite

(W/O; water/oil en el inglés). Expliquemos esto:

Existen dos tipos básicos de emulsiones previstas por valores HLB. Ellas son como se dijo

anteriormente: las emulsiones (O/W) y las (W/O). La fase que se designa primero es la fase

discontinua; esto es, la fase que es emulsionada dentro de otra. Al mezclarse las dos fases con

un surfactante, éste forma una tercera fase bajo la forma de una película en la interfase de las

dos fases. Además, predijo que la fase en la cual el surfactante es más soluble llegaría a ser la

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fase continua. La fase continua no necesita ser la cantidad predominante del material presente.

Existen emulsiones en donde la fase discontinua se compone de un mayor porcentaje en peso

que la fase continua. Un simple análisis de dilución de una emulsión con agua, determinará si

esta es la fase continua al homogenizar la mezcla.

Figura 3: Diagrama clásico de los tipos de emulsiones.

Un surfactante que tenga carácter lipofílico tiene asignado un número bajo HLB (menor a 9.0),

y uno que es hidrofílico tiene asignado un alto número HLB (mayor a 11.0). Aquellos que

están en el rango de 9.0 – 11.00 tiene un carácter intermedio.

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Figura 4: Diagrama de clasificación funcional de los surfactantes según su número HLB.

Valores HLB de algunos agentes anfifílicos*

   

Sustancia HLB

   

Acido oleico 1

Monoestearato de glicerina 3,8

Monooleato de sorbitán (Span 80) 4,3

Monolaurato de sorbitán (Sean 20) 8,6

Goma arábiga 8,0

Gelatina (Farmagel B) 9,8

Métilcelulosa (Metocel, 15 cps) 10,5

Oleato de irietanolamina 12,0

Goma tragacanto 13,2

Monooleato de sorbitán poli oxietilénico (Tween 80) 15

Monoláurato de sorbitán poli oxietilénico (Tween 20).

16,7

Oleato sódico 18,0

Lauril sulfato sódico 40

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Algunas fórmulas para el cálculo del HLB?

El número HLB de un surfactante es calculado de acuerdo a ciertas fórmulas empíricas, y el

detalle deductivo de las que se exponen no será abordado en el presente artículo.

Así:

El número HLB de un surfactante no iónico perteneciente a la clase de los polioxietilenos se

calcula mediante la siguiente fórmula:

Ejemplo: El polietilenglicol (PEG) tiene un HLB de 20.

El número HLB de un éster de un ácido graso con un alcohol polihídrico como el

monoestearato de glicerol, puede ser calculado mediante la siguiente fórmula:

Donde:

S = Ìndice de saponificación del éster

A = Valor ácido del ácido

Ejemplos: Los polisorbatos tiene un HLB en el rango de 9.6 a 16.7

Los ésteres de sorbitan un HLB en el rango de 1.8 a 8.6

Para aquellos materiales en los cuales no es posible obtener los índices de saponificación,

como por ejemplo, en la cera de abejas y los derivados de lanolina, el HLB se calcula a partir

de la siguiente fórmula:

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Donde:

E es el porcentaje en peso de la cadena oxietilénica

P es el porcentaje en peso del grupo alcohol polihídrico (glicerol o sorbitol) en la molécula.

El sistema HLB ha sido colocado sobre una base más cualitativa por Davies y Riedel, quienes

calcularon las contribuciones de grupos al número HLB, de tal manera que el HLB fue

calculado a partir de la siguiente fórmula:

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El HLB de una mezcla de surfactantes que contiene una fracción f de un componente A y (1- f)

de un componente B, es calculado de la siguiente manera:

En la segunda parte de este artículo trataremos directamente acerca del “Sistema HLB” en lo

que respecta a su aplicación y metodología, esperando que la exposición de ciertos conceptos

vitales, brindados en esta primera parte, permita un más claro entendimiento de lo que

trataremos posteriormente (7).

AGENTES HUMECTANTES, SOLUBILIZANTES, ESPUMANTES,

ANTIESPUMANTES:

AGENTES HUMECTANTES:

Un agente humectante es un tensoactivo que, cuando se disuelve en el agua, hace disminuir el

ángulo de contacto y ayuda a desplazar la fase aérea de la superficie, reemplazándola por otra

líquida. Entre los muchos ejemplos de aplicación en Farmacia y Medicina de la acción mojante

se encuentran: el desplazamiento del aire de la superficie del azufre, carbón y otros polvos con

el fin de alcanzar la dispersión de estos medicamentos en los vehículos líquidos; la separación

del aire de la matriz de los algodones y vendajes, con objeto de que las disoluciones

medicinales puedan ser adsorbidas por aquéllos para así poder aplicarlas a las diferentes partes

del cuerpo; la eliminación del polvo y suciedad de las heridas mediante el uso de detergentes en

los lavados de los mismos; y la aplicación de lociones y pulverizaciones medicinales a la

superficie de la piel y a las membranas mucosas.

La acción más importante de un agente humectante es la de disminuir él ángulo de contacto

entre el líquido y la superficie en que se apoya, entendiendo por ángulo de contacto el ángulo

que existe entre la superficie de una gotita líquida y la superficie sobre la cual se encuentran.

Como se observa en la figura 14, el ángulo de

contacto entre un líquido y un sólido puede variar

desde 0°, señal de que el líquido moja

completamente al sólido, hasta aproximarse a

180°, cuando la acción mojante es insignificante;

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pudiendo también presentar cualquier valor intermedio entre estos límites, como se señala en

esta figura. El ángulo de contacto que se forma entre una gota de agua y una superficie

grasienta es debido a que este líquido, al aplicarlo sobre la citada superficie, la moja de forma

incompleta, pero cuando se coloca la gota de agua sobre una superficie de vidrio muy limpia,

aquélla se extiende espontáneamente, no existiendo ángulo de contacto alguno, resultado éste

que puede interpretarse asignando al agua sobre el vidrio un coeficiente de extensión elevado o

estableciendo que el ángulo de contacto entre el agua y el vidrio es cero. Si al agua se le añade

un agente humectante apropiado, la disolución se extenderá espontáneamente sobre una

superficie, aunque esté engrasada. Para que un agente humectante actúe con eficacia, es decir,

para que presente un ángulo de contacto pequeño, deberá tener un valor HLB alrededor de 6 a

9.

Aunque, con frecuencia, se desea determinar la eficacia relativa de los agentes humectantes,

éste no es asunto fácil, pues es difícil medir el ángulo de contacto, y porque tampoco pueden

utilizarse, en general, los coeficientes de extensión, ya que no se conoce ningún método

adecuado para medir directamente la tensión superficial de una superficie sólida. Como

consecuencia de todas estas dificultades, en la industria se ha recurrido a ensayos empíricos,

entre los cuales el de Draves es uno de los más conocidos. En el ensayo de Draves se mide el

tiempo que tarda en sumergirse en una disolución humectante, contenida en una probeta

graduada de 500 ml, una madeja de hilo de algodón, previamente pesada. En la actualidad

todavía no se ha ideado ningún método adecuado para determinar la aptitud que posee un

agente humectante para provocar la extensión de una loción sobre la superficie de la piel y, por

esto, las propiedades de extensión de estos productos se siguen valorando, generalmente, de

una forma subjetiva.

AGENTES SOLUBILIZANTES:

Cuando un tensoactivo se disuelve o se dispersa en un líquido, aquél queda adsorbido en la superficie de éste. Pero si la concentración de tensoactivo es elevada, existirá un exceso de éste que no puede ser adsorbido en la superficie del líquido y que ha de permanecer en él formando agregados moleculares coloidales, denominados micelas. Algunos autores estiman que estas micelas, corrientemente formadas por 50 a 150 moléculas o iones del agente tensoactivo, se encuentran en la disolución acuosa en forma esférica, cilíndrica (tipo salchicha) o incluso en forma de placas laminares con las porciones hidrocrabonadas no polares orientadas hacia el centro de la micela. Estas diferentes formas están` esquematizadas en la figura 15.

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WINSOR ha sugerido la existencia, en la disolución, de un equilibrio intermicelar entre las micelas esféricas y las laminares. Los agentes solubilizantes son compuestos anfifílicos que permiten preparar disoluciones acuosas, de concentración un tanto elevada, de sustancias inmiscibles o parcialmente miscibles con el agua. El empleo de agentes solubilizantes en Farmacia no es reciente, pues ya en 1892, dos farmacéuticos, ENGLER y DIECKHOF, solubilizaron un gran número de compuestos en disoluciones jabonosas.

El cresol, que solamente es soluble en agua en una proporción de alrededor del 3 %, sin

embargo, se disuelve en una disolución jabonosa hasta un 50%, dando lugar a un producto

denominado disolución jabonosa de cresol. Probablemente, lo que ocurre es que los

hidrocarburos no polares se disuelven en el interior de las micelas del agente tensoactivo,

mientras que las moléculas de las sustancias parcialmente miscibles en agua, como es el caso

del cresol, se orientan con la parte no polar hacia el interior de la micela y la porción polar entre

la capa de las cadenas del tensoactivo que sobresalen en la fase acuosa circundante de la

micela, la cual recibe el nombre de capa empalizada.

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Farmacia y Bioquìmica - unt AGENTES TENSOACTIVOS

En la figura 16 está representada esquemáticamente, en forma idealizada, una micela esférica

de un agente solubilizante no iónico, monoestearato de polioxietileno, y las posiciones relativas

de las diferentes sustancias solubilizadas en ellas. El esquema ha sido hecho de acuerdo con la

sugerencia de REICH, según la cual una micela no iónica puede representarse como una gotita

minúscula de aceite, formada por las proporciones hidrocarbonadas de las moléculas del agente

tensoactivo, con los tentáculos ondulantes de polioxietileno sobresaliendo de la superficie de la

gotita. En esta figura, la molécula de benceno y la de tolueno, no polares, están representadas

como solubilizadas en el interior hidrocarbonado de la micela; la del ácido salicílico, con más

carácter polar, se encuentra orientada con la parte no polar de la molécula dirigida hacia la

región central de la micela y el grupo polar hacia las cadenas hidrófilas, cuyas espirales están

sumergidas en el medio acuoso; y, finalmente, la del ácido parahidroxibenzoico, molécula

predominantemente polar, se encuentra completamente dentro de la región empalizada, es

decir, entre las cadenas hidrófilas.

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Farmacia y Bioquìmica - unt AGENTES TENSOACTIVOS

La solubilización ha sido empleada en Farmacia para preparar esencias, preparados resinosos y

de alquitrán de hulla, fenobarbital, sulfonamidas, vitaminas, hormonas y colorantes.

O'MALLEY y col. investigaron la acción solubilizante, en el agua, del Tween 20 (Atlas

Powder Co.) sobre la esencia de menta piperita, `y presentaron sus resultados en forma de

diagrama triangular, como se muestra en la figura 17, comprobando que al añadir gradualmente

agua en una mezcla 50:50 de esencia de menta y Tween 20, el sistema pasaba de ser una

mezcla homogénea (región I) a un gel viscoso (región II), pero añadiendo sucesivas cantidades

de agua se formaba, de nuevo, una disolución clara (región III), que luego se separaba en dos

capas (región IV). Esta sucesión de cambios corresponde a los resultados que se obtendrían al

diluir un concentrado de esencia de menta en el proceso de mezcla y preparación del

medicamento. Por tanto, los análisis de este tipo pueden proporcionar al investigador

farmacéutico orientaciones importantes para la formulación de los sistemas de medicamentos

solubilizados.

AGENTES ESPUMANTES Y ANTIESPUMANTES:

Muchas disoluciones de agentes tensoactivos producen espumas estables cuando se mezclan

íntimamente con el aire. La espuma es una estructura relativamente estable formada por bolsas

o burbujas de aire encerradas en el interior de películas delgadas de líquido, es decir, una

dispersión de un gas en un líquido que sé estabiliza por medio de un agente espumante. La

espuma se disipa o deshace a  medida que se va eliminando el líquido de la zona que rodea a las

burbujas de aire, pues finalmente la película líquida colapsa. Los agentes antiespumantes,

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Farmacia y Bioquìmica - unt AGENTES TENSOACTIVOS

como el alcohol, éter, aceite de ricino y algunos agentes tensoactivos, pueden emplearse para

destruir la espuma. Las espumas tienen, algunas veces, aplicaciones farmacéuticas, pero, en

general, son incómodas, y cuando es posible se evitan o destruyen. El inconveniente de la

formación de espuma en las preparaciones farmacéuticas de líquidos solubilizados constituye

un serio problema en la formulación.

Detergentes. Los detergentes son agentes tensoactivos que se emplean para separar la suciedad

de cualquier tipo de superficie. La detergencia es un proceso complejo, por el cual se separan

las sustancias extrañas de las superficies, en el que están incluidas muchas de las acciones

características de los agentes tensoactivos específicos, como el mojar, inicialmente, la suciedad

y la superficie que va a ser limpiada, la defloculación y suspensión, la emulsificación o

solubilización de las partículas de suciedad y, algunas veces, la formación de la espuma para

extraer y eliminar las partículas extrañas. Teniendo en cuenta que un detergente posee una

combinación de diversas propiedades, su eficacia se comprueba mejor mediante ensayos reales

practicados sobre los materiales que se desean limpiar.

ACCIÓN ANTIBACTERIANA DE LOS AGENTES TENSOACTIVOS:

Un agente tensoactivo con acción antibacteriana, son productos

metabólicos naturales de los Hongos (Actinomicetos) que

provocan muerte bacteriana o inhiben el crecimiento de

bacterias.

Muchos de los agentes superficialmente activos actúan en la

superficie de las células y bacterias, reduciendo la tensión

superficial e interfacial como consecuencia de su adsorción y

extensión. La penetración del hexilresorcinol en la lombriz

intestinal aumenta en presencia de un detergente, pero, sin

embargo, si se añade un exceso de detergente, para rebajar bruscamente la tensión superficial,

la velocidad de penetración del medicamento desciende casi hasta cero. Probablemente, a esta

concentración el medicamento se solubiliza en las micelas o se forma un complejo entre el

medicamento y el detergente, lo cual evita su ulterior penetración 20.

La actividad antibacteriana de los agentes tensoactivos, en particular la de los compuestos

cuaternarios, que es bien conocida, depende no sólo de los fenómenos interfaciales, sino

también de otros importantes factores. Estos agentes son adsorbidos sobre la superficie celular,

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y es de suponer que se produzca la destrucción de las células al aumentar la permeabilidad de la

membrana celular lipoidea. Por tanto, la muerte de los microorganismos es debida a la pérdida

de sustancias esenciales para la vida celular. Tanto los microbios Gram positivos como los

Gram negativos son sensibles a la acción de los compuestos cuaternarios catiónicos; sin

embargo, las bacterias Gram positivas son atacadas con más facilidad por los agentes aniónicos

que las Gram negativas.

Los tensoactivos no iónicos son los agentes antibacterianos menos eficaces, ya que, en realidad,

éstos favorecen, en lugar de inhibir, el crecimiento de las bacterias, posiblemente por

proporcionar los ácidos grasos de cadena larga en una forma tal que son metabolizados con

facilidad por el microorganismo.

Existen diversos agentes tensoactivos con acción antibacteriana, tenemos:

EL JABÓN CON ACCIÓN ANTIBACTERIANA

El jabón es un invento surgido de la preocupación de eliminar

la suciedad y protegerse de los gérmenes y las bacterias

mediante la espuma que dejaba la superficie de la piel

suficientemente resbaladiza para que el agua del aclarado

arrastrara a los microbios junto a la suciedad y las grasas de la

piel. Después aparecen geles de ducha, detergentes que

eliminan los gérmenes con sustancias químicas añadidas que contienen surfactantes; estos

aditivos aumentan la espuma y la solubilidad y tienen características  antibacterianas y

germicidas (5).

Con un mayor uso, los científicos empezaron a cuestionar las ventajas de usar un jabón

antibacterial, se manifestó que el uso de este producto no mantendrá a las personas sin

enfermar. A pesar de matar la mayoría de las bacterias, es ineficaz contra los virus.

Las bacterias realmente producen muchas enfermedades, y la mayoría de la gente cree que sólo

el jabón antibacteriano puede proteger contra estos gérmenes. En la mayoría de los casos, esto

no es cierto.

Una de las preocupaciones sobre el uso a largo plazo del jabón

antibacterial es que puede producir bacterias que son resistentes

a los antibacterianos determinados. Estrechar la bacteria: el

potencial de hacer que la gente enferma en el futuro, y tienen

menos curas para ofrecerles. Mediante el uso de jabón

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Farmacia y Bioquìmica - unt AGENTES TENSOACTIVOS

antibacterial, que realmente puede contribuir a un futuro de tener que luchar contra las bacterias

más resistentes.

Otra preocupación con un jabón antibacteriano es que uno de sus principales ingredientes, el

triclosán, ahora está mostrando en nuestro suministro de agua. Su presencia también se ha

detectado en la leche materna, y en los océanos. Esto significa que todos estamos ingiriendo

triclosán, con ramificaciones desconocidas futuro.

La alternativa son los detergentes ecológicos elaborados con sustancias inocuas para el medio

ambiente (6).

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

(1) ARTISAM. Agentes Tensoactivo. Disponible en:

http://www.artisam.org/descargas/pdf/TENSOACTIVOS.pdf 09 OCTUBRE 2010.

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(2) DOKEOS. Agentes Tensoactivos. Disponible en:

http://campus.dokeos.com/courses/FAR180/document/Unidad_VI/Agente_hucmentates

,solubilizantes.doc?cidReq=FAR180 09 octubre 2010.

(3) UNDA,T. Clasificación de tensoactivo. Disponible en:

http://depa.fquim.unam.mx/~tunda/Clasificatensoa.html 10 octubre 2010.

(4) FACULTAD DE QUÍMICA. UNAM. México. Clasificación tensoactivos. 2009.

Disponible en: http://depa.fquim.unam.mx/~tunda/Clasificatensoa.html 10

OCTUBRE 2010.

(5) VERENA J. El detergente bactericida una amenaza para la vida. 10/12/2004.

Disponible en: http://www.terra.org/articulos/art01014.html 09 OCTUBRE 2010.

(6) LULAR. I. Jabón antibacteriano realmente dañino. Disponible en:

http://www.lular.info/a/salud/2010/09/Jabon-antibacteriano-es-realmente-danino.html

09 OCTUBRE 2010.

(7) RODRÍGUEZ, C. Desarrollando el sistema HLB para la labor de Emulsificación. 18

de mayo, 2009. Disponible en: http://auxitex.com/noticias/20 09 OCTUBRE 2010.

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