ハイドロトロープ

ハイドロトロープは、ミセル可溶化 以外の手段で疎水性化合物を水溶液中で可溶化する化合物である。通常、ハイドロトロープは親水性部分と疎水性部分から構成される（界面活性剤と同様）が、疎水性部分は一般に小さすぎて自発的な自己凝集を引き起こすことはない。ハイドロトロープには、それを超えると自発的に自己凝集が起き始める臨界濃度はない（ミセル形成界面活性剤や小胞形成界面活性剤には臨界ミセル濃度（cmc）と臨界小胞濃度（cvc）がある）。代わりに、一部のハイドロトロープは段階的な自己凝集プロセスで凝集し、徐々に凝集サイズを大きくする。しかし、多くのハイドロトロープは、可溶化剤を添加しない限り、自己凝集しないと思われる。ハイドロトロープの例には、尿素、トシル酸塩、クメンスルホン酸塩、キシレンスルホン酸塩などがある。

ハイドロトロピーという用語は、もともとカール・ノイバーグ^{[1] [2]}によって提唱されたもので、さまざまな有機酸のアルカリ金属塩をかなり高濃度で添加することで溶質の溶解度が増加することを説明するために使用されました。しかし、この用語は文献では、不溶性化合物を溶解できる液体または固体の非ミセル形成物質を指すために使用されています。

従来のノイベルグのヒドロトロピック塩（原型、安息香酸ナトリウム）の化学構造は、一般的に、アニオン基と疎水性芳香族環または環系という2つの必須部分から構成されています。アニオン基は、ヒドロトロピック物質の前提条件である高い水溶性をもたらすことに関与しています。アニオンまたは金属イオンの種類は、この現象にほとんど影響を与えないようです。^[1]一方、疎水性部分の平面性は、ヒドロトロピック可溶化のメカニズムにおける重要な要素として強調されてきました^{[3] [4]}

ハイドロトロープを形成するには、芳香族炭化水素溶媒をスルホン化して芳香族スルホン酸を作り、それを塩基で中和します。 [ ^5]

添加剤は、特定の溶媒中の溶質の溶解度を増減させる可能性があります。溶解度を高める塩は溶質を「塩で固める」と言われ、溶解度を低下させる塩は溶質を「塩で溶出させる」と言われています。添加剤の効果は、水の構造に与える影響や、溶媒の水分子と競合する能力に大きく依存します。^[6] 溶質添加剤が別の溶質の溶解度に与える影響の便利な定量化は、セチェトウ方程式によって得られます。^[7]

${\displaystyle \log {\frac {S_{0}}{S}}=K\cdot C_{a}}$、

どこ

S _{0 は}添加剤がない場合の溶解度である

Sは添加剤の存在下での溶解度である

C _{a は}添加剤の濃度である

Kは塩析係数であり、塩に対する溶質の活量係数の感度の尺度です。

ハイドロトロープは、界面活性剤のより濃縮された配合を可能にするために、洗浄剤やパーソナルケア製品の配合において工業的および商業的に使用されています。米国では年間約29,000トンが生産（製造および輸入）されています。^[5]ヨーロッパとオーストラリアの年間生産量（および輸入）は、それぞれ約17,000トンと1,100トンです。^{[8] [9]}

ハイドロトロープを含む一般的な製品には、洗濯用洗剤、表面洗浄剤、食器用洗剤、液体石鹸、シャンプー、コンディショナーなどがあります。^[5]これらはカップリング剤であり、0.1～15%の濃度で使用され、処方を安定させ、粘度と曇点を調整し、低温での相分離を減らし、泡立ちを抑えます。^[9]

アデノシン三リン酸（ATP）は、通常の生理的濃度でタンパク質の凝集を防ぎ、古典的なハイドロトロープアッセイではキシレンスルホン酸ナトリウムよりも約1桁効果的であることが示されています。^[10] ATPのハイドロトロープ活性は、細胞内の「エネルギー通貨」としての活性とは無関係であることが示されています。^[10]さらに、ATPの生物学的ハイドロトロープとしての機能は、ほぼネイティブな条件下でプロテオーム全体で示されています。^[11]しかし、最近の研究では、ATPのハイドロトロープ能力は、その三リン酸部分のために重度の塩析特性があるため疑問視されています。^[12]

ハイドロトロープは、オクタノール-水分配係数 が 1.0 未満であるため、生体蓄積性が低い。 ^[5]研究では、ハイドロトロープはわずかに揮発性があり、蒸気圧は 2.0x10-5 Pa 未満であることがわかっている。^[5]ハイドロトロープは好気的に生分解性である。活性汚泥の二次廃水処理プロセスによる除去率は 94% を超える。^[9] 魚類に対する急性毒性試験では、LC50 が 400 mg 有効成分 (ai)/L を超えることがわかっている。ミジンコの場合、EC50 は 318 mg ai/L を超える。最も感受性の高い種は緑藻類で、EC50 値は 230～236 mg ai/L、無影響濃度 (NOEC) は 31～75 mg ai/L の範囲である。^[9]水生予測無影響濃度 (PNEC) は 0.23 mg ai/L であることが判明した。^[8]予測環境濃度（PEC）/PNEC比は1未満と判定されており、そのため家庭用洗濯用品や洗浄剤に含まれるハイドロトロープは環境上の懸念事項ではないと判定されている。^{[5] [8]}

消費者への総暴露量（直接的および間接的な皮膚接触、摂取、吸入）は、1.42 ug/Kg bw/日と推定されています。^[8] キシレンスルホン酸カルシウムとクメンスルホン酸ナトリウムは、動物に一時的な軽度の眼刺激を引き起こすことが示されています。 [9] 研究では、ハイドロトロープに変異原性、発がん性、または生殖毒性があることは確認されていません。 [ ^{9 ]}