Organosulfat

Struktura alkilsulfata (kation, npr. Na⁺ ali NH₄⁺, ni prikazan).

Organosulfati so razred organskih spojin s skupno funkcionalno skupino in strukturo R-O-SO₃⁻. SO₄ je sulfatna skupina, R pa organski del. Vsi organosulfati so formalno estri, pridobljeni iz alkoholov in žveplove kisline, čeprav mnogi niso pripravljeni na ta način. Veliko sulfatnih estrov se uporablja v detergentih, nekateri pa so uporabni kot reagenti. Alkil sulfati so sestavljeni iz hidrofobne ogljikovodične verige, polarne sulfatne skupine (vsebujoče anion) in bodisi kationa bodisi amina za nevtralizacijo sulfatne skupine. Primeri vključujejo: natrijev lavrilsulfat in s tem povezane kalijeve in amonijeve soli.

Uporaba

Alkil sulfate se navadno uporablja kot anionske površinsko aktivne snovi v tekočih milih, detergentih za čiščenje volne, čistil za površine, kot aktivne učinkovine v detergentih za pranje perila, šamponih in balzamih. Mogoče jih je najti tudi v drugih gospodinjskih izdelkih, kot so zobne paste, antacidi, kozmetika in hrana. Na splošno jih v izdelkih najdemo v koncentracijah, ki segajo 3–20 %. V ZDA je letu 2003 bilo porabljenih približno 118,000 ton alkil sulfatov.^[1]

Sintetični organosulfati

Pogost primer je natrijev lavrilsulfat s formulo NaCH₃(CH₂)₁₁OSO₃. Prav tako pogosti so v izdelkih sulfatni estri etoksiliranih maščobnih alkoholov, kot so tisti, pridobljeni iz lavril alkohola. Primer je natrijev lavretsulfat, sestavina nekaterih kozmetičnih izdelkov.^[2]

Priprava

Alkil sulfat lahko izdelamo iz alkoholov, ki pa se jih pridobiva s hidrogeniranjem živalskih ali rastlinskih olj in masti ali z uporabo Zieglerjevega procesa ali prek oksosinteze. Če so proizvedeni iz oleokemijske surovine ali s Zieglerjevim procesom, bo ogljikovodikova veriga alkohola linearna. Če so pridobljeni z uporabo oksosinteze, se pojavi rahla razvejanost, običajno z metilno ali etilno skupino na položaju C-2, ki vsebuje parno ali neparno število alkilnih verig.^[3] Ti alkoholi reagirajo s klorosulfonsko kislino:

ClSO₃H + ROH → ROSO₃H + HCl

Nekatere organosulfate lahko pripravimo z Elbsovo persulfatno oksidacijo fenolov in Boyland–Simsovo oksidacijo anilinov.

Dialkil sulfati

Manj pogosta družina organosulfatov ima formulo R-O-SO₂-O-R'. Pripravlja se jih iz žveplove kisline in alkohola. Glavna primera sta dietilsulfat in dimetilsulfat, brezbarvni tekočini, ki se ju uporablja kot reagenta v organski sintezi. Te spojine so potencialno nevarne alkilirajoče snovi.

Struktura diorganosulfata.

Naravni sulfatni estri

Redukcija sulfata v naravi vključuje oblikovanje enega ali včasih dveh sulfatnih estrov, adenozin 5'-fosfosulfata (APS) in 3'-fosfoadenozin-5'-fosfosulfata (PAPS). Sulfat je inertni anion, zato ga narava aktivira z nastankom teh estrskih derivatov, ki so dovzetni za redukcijo do sulfita. Mnogi organizmi uporabljajo te reakcije v metabolične namene ali za biosintezo žveplovih spojin, potrebnih za življenje.^[4]

Varnost

Ker se pogosto uporabljajo v komercialnih izdelkih, so varnostni vidiki organosulfatov močno raziskovani.^[5]

Zdravje ljudi

Alkil sulfati se po zaužitju dobro absorbirajo in so metabolizirani v C₃, C₄ ali C₅ sulfat in dodaten metabolit. Najbolj dražilen od alkil sulfatov je natrijev lavrilsulfat, s pragom draženja v koncentraciji 20 %. Površinsko aktivne snovi v izdelkih so običajno mešane, kar zmanjšuje verjetnost draženja. Po podatkih OECD TG 406 alkil sulfati v študijah na živalih niso pokazali, da bi naredili kožo občutljivejšo.^[5][6]

Laboratorijske študije niso odkrile, da bi alkil sulfati bili genotoksični, mutageni ali rakotvorni. Prav tako niso bili ugotovljeni dolgoročni učinki na razmnoževanje.^[7]

Okolje

Primarno odstranjevanje alkil sulfatov iz komercialnih izdelkov poteka prek odpadnih vod. Koncentracija alkil sulfatov v iztoku čistilne naprave je bila izmerjena in znaša 10 μg/L in manj. Alkil sulfati se biorazgradijo enostavno. Ko so enkrat v čistilni napravi, so hitro odstranjeni z biorazgradnjo.

Ugotovljeno je bilo, da so na alkil sulfate najbolj občutljivi trofični organizmi nevretenčarji. Za natrijev lavrilsulfat, testiran na Uronema parduczi, praživali, je bilo ugotovljeno, da ima najmanjšo vrednost učinka z 20 h-EC5 vrednostjo 0,75 mg/L. Testi kronične izpostavljenosti z od C₁₂ do C₁₈ pri nevretenčarju Ceriodaphnia dubia so odkrili najvišjo strupenost s C₁₄ (NOEC je bil 0,045 mg/L).

Glede toplotne stabilnosti se alkil sulfati razgradijo, preden dosežejo vrelišče zaradi nizkega parnega tlaka (za C_8-18 znaša od 10–11 hPa ali 10–15 hPa). Talna sorpcijo je sorazmerna z dolžino ogljikove verige, pri čemer ima veriga z dolžino 14 in več C-atomov najvišjo sorpcijsko stopnjo. Talne koncentracije se razlikujejo 0,0035–0,21 mg/kg.

Reference

1. CEH (Oktober 2004). »Surfactants, household detergents and their raw materials«. {{navedi splet}}: Manjkajoč ali prazen |url= (pomoč)Manjkajoč ali prazen |url= (pomoč)
2. Eduard Smulders, Wolfgang von Rybinski, Eric Sung, Wilfried Rähse, Josef Steber, Frederike Wiebel, Anette Nordskog "Laundry Detergents" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2007, Wiley-VCH, Weinheim. DOI: 10.1002/14356007.a08_315.pub2.
3. Klaus Noweck, Wolfgang Grafahrend, "Fatty Alcohols" in Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry 2006, Wiley-VCH, Weinheim. DOI: 277.pub2 10.1002/14356007.a10 277.pub2
4. M. T. Madigan, J. M. Martinko, J. Parker "Brock Biology of Microorganisms" Prentice Hall, 1997.
5. SDA/Alkylsulfate Consortium (2007). »SIDS Initial Assessment Profile. SIAM 25: Alkyl Sulfates, Alkane Sulfonates, and α-Olefin sulfonates« (PDF). Helsinki. Arhivirano iz prvotnega spletišča (PDF) dne 3. marca 2016. Pridobljeno 29. decembra 2016.
6. DE/ICCA (2009). »SIDS Initial Assessment Profile SIAM 25: Alkyl Sulfates, Alkane Sulfonates, and α-Olefin sulfonates«.
7. Wibbertmann, A; Mangelsdorf, I.; Gamon, K.; Sedlak, R. (2011). »Toxicological properties and risk assessment of the anionic surfactants category: Alkyl sulfates, primary alkane sulfonates, and α-Olefin sulfonate«. Ecotoxicology and Environmental Safety. Zv. 74, št. 5. doi:10.1016/j.ecoenv.2011.02.007.