Synthèse des tensioactifs fluores

Classification des tensioactifs

On peut classer les tensioactifs en fonction de la nature de leur tête hydrophile ou bien de leur chaîne hydrophobe.

Classification basée sur la nature de la tête hydrophile

C’est le système de classification le plus utilisé. On classe alors les amphiphiles dans quatre grandes catégories : les dérivés anioniques, cationiques, amphotères et non‐ioniques.
Tensioactifs anioniques : Les agents de surface anioniques sont les premiers à avoir été préparés et ils sont surtout les plus utilisés dans le monde (9). Ces molécules forment des anions tensioactifs dans l’eau (carboxylate, sulfate, sulfonate…) associés à un contre ion généralement un métal alcalin. Ces agents de surface représentent plus de la moitié de la production de tensioactifs dans le monde en raison de leurs utilisations dans le domaine de la détergence , comme savon ou comme moussant et dispersant. De plus, ils rentrent dans les ingrédients de base des produits d’hygiène et cosmétiques.
Tensioactifs cationiques : Les tensioactifs cationiques sont caractérisés par une partie hydrophile chargée positivement. Le plus souvent ce sont des sels d’ammonium quaternaires triméthylés ou des sels de pyridinium .
Tensioactifs amphotères : Les tensioactifs zwitterioniques, ou amphotères, possèdent sur la partie hydrophile à la fois une charge positive et une charge négative. Ce type de tensioactifs peut alors aisément devenir cationique ou anionique selon le pH de la solution dans laquelle ils sont solubilisés. Cette structure dipolaire s’apparente à celle des phospholipides naturels et conduit à une famille de produits généralement non irritants et peu agressifs sur le plan biologique.
Tensioactifs non ioniques : Leur molécule ne comporte aucune charge nette (ne s’ionise pas dans l’eau), leur solubilité est due à la présence de groupements polaires. Ces tensioactifs sont compatibles avec les trois autres groupes et de ce fait sont souvent utilisés avec d’autres amphiphiles dans des formulations à usages spécifiques. La partie hydrophobe est greffée à la tête hydrophile par des liaisons de type éther, ester, amide… La tête polaire est constituée soit par des ponts oxygène, soit par des groupements hydroxyles. Le premier cas est celui des dérivés de l’oxyde d’éthylène, quant au second, il concerne les produits de condensation sur des polyols (glycérol, polyglycérol).

Classification basée sur la nature de la chaine hydrophobe

La partie hydrophobe d’un tensioactif est souvent constituée d’une ou plusieurs chaines alkyles hydrocarbonées. Cette chaine peut contenir des hétéroatomes comme du silicium ou du fluor et permet donc de les classer suivant ces critères.
Tensioactifs fluorés : Les tensioactifs fluorés sont constitués d’une tête hydrophile et d’une queue hydrophobe formée d’une chaîne perfluorocarbonée.
Les intérêts des amphiphiles fluorés sont nombreux . D’une part, les atomes de fluor sont petits, leur rayon n’est que de 10% plus grand que celui des atomes d’hydrogène. Cette faible différence de taille ainsi que les effets de répulsion du fluor expliquent que contrairement aux chaînes hydrocarbonées qui adoptent une structure en zigzag, les chaînes fluorocarbonées sont plus rigides. Elles ressemblent ainsi à une barre d’atomes de carbones recouverte d’une enveloppe d’atomes de fluor .
D’autre part, la force de la liaison C-F (484 kJ/mol comparée aux 412 kJ/mol de la liaison C-H) confère aux surfactants fluorés une grande résistance thermique et chimique supérieure à leurs homologues hydrocarbonés. Cette stabilité est due à une bonne concordance entre les orbitales 2s et 2p des atomes de fluor et de carbone.
Enfin, l’hydrophobie des composés fluorés est plus importante. En effet, pour qu’un produit soit tensioactif, sa chaîne fluorée doit comporter au minimum quatre carbones contre un minimum de six carbones dans le cas d’un hydrocarboné. Ces dérivés sont également doués de propriétés lipophobes vis-à-vis des solvants carbonés et des huiles, ce qui leur confère des propriétés très particulières.
Tensioactifs hydrocarbonés : Ils peuvent être d’origine naturelle (acides gras, huiles végétales, bois…) ou synthétique et contenir une ou plusieurs chaines hydrocarbonées, saturées ou non, linéaires ou ramifiées, ou encore cycliques, aromatiques ou non. Ils sont les premiers à être étudiés et synthétisés. En général pour qu’une molécule ait un pouvoir tensioactif, il faut que la chaine hydrocarbonée comporte entre 6 et 18 atomes de carbones. En dessous de cette valeur, la partie hydrophobe n’apporte pas un effet hydrophobe assez important. Si la chaine comporte plus de 18 atomes de carbone c’est la solubilité dans l’eau qui devient limitée.
Tensioactifs siliconés : Les agents de surface « silicones » sont en général des copolymères de polysiloxane et une ou plusieurs chaînes polymères d’oxyalkylène. Les atomes de silicium apportent une hydrophobie supplémentaire par rapport aux composés hydrocarbonés. Nous pouvons citer l’exemple suivant :
Tensioactifs hybrides : Une molécule amphiphile est dite hybride lorsqu’elle est composée de groupes hydrophobes de nature différente. Par exemple une chaine hydrocarbonée et une chaine fluorocarbonée. On peut ainsi cumuler les effets de chacun et obtenir des nuances ou une plus grande variété de propriétés physiques.

Les propriétés des tensioactifs

Ils présentent principalement des pouvoirs mouillants, solubilisant, détergent, émulsifiant. Solubilisation : Les tensioactifs ont la propriété de dissoudre les matières organiques pratiquement insolubles dans l’eau. Ce phénomène, est dû à l’incorporation de ces matières organiques dans les micelles des tensioactifs. Concentration micellaire critique (CMC) : La formation de ces micelles n’intervient qu’à partir d’une certaine concentration en tensioactif, elle est appelée concentration micellaire critique. C’est un paramètre qui caractérise chaque tensioactif, elle représente la concentration pour laquelle, on a saturation de la surface en produits tensioactifs.
Détergence : Les agents tensioactifs sont particulièrement efficaces pour éliminer les résidus huileux par solubilisation. Selon l’usage et l’aspect souhaités pour les détergents, le tensioactif peut être présenté sous forme de poudre ou liquide. On peut distinguer deux types de détergences : ménagère et professionnelle.
Emulsification : Il s’agit de la dispersion de particules liquides dans une autre phase liquide non miscible. Dans une émulsion, le premier liquide (appelé phase discontinue) est dispersé dans le second liquide (appelé phase continue) sous forme de petites gouttelettes. Le rôle du tensioactif est de diminuer la tension de surface entre les deux phases liquides, en formant un film autour des gouttelettes dispersées.

Structure des tensioactifs

Dans la littérature, on rencontre diverses structures de tensioactifs, variant notamment selon la nature de la partie hydrophile qui peut être cationique, anionique, zwitterionique ou non ionique. La partie hydrophobe, quant à elle, est le plus souvent sous forme d’une chaîne aliphatique de longueur variable, ramifiée ou non.
On peut diviser les tensioactifs, appelés aussi surfactants, en plusieurs catégories en fonction de leur structure (nombre et disposition des pôles hydrophiles et hydrophobes au sein de la molécule). La structure la plus courante nommée tensioactif monocaténaire est celle comportant une tête hydrophile et une chaîne hydrophobe. On rencontre des tensioactifs possédant plusieurs chaînes hydrophobes greffées sur la même tête hydrophile (tensioactifs bicaténaires et tricaténaires), mais aussi plusieurs têtes hydrophiles reliées à une ou plusieurs chaînes hydrophobes appelés tensioactifs bolaformes ou géminis .

Applications des tensioactifs sur les bactéricides

L’utilisation des tensioactifs

Une source de nutriments ou de moisissures, qui peut aboutir à la formation d’organisme tels que les bactéries, les algues, les levures, … se développent et se multiplient. Ces organismes peuvent ainsi altérer des animaux, interférer avec les procédés industriels en endommageant le matériel et avoir un impact sur la santé humaine. Parmi les principaux moyens de défense, contre ces organismes les produits bactéricides tels que les ammoniums quaternaires sont largement utilisés. Les ammoniums quaternaires agissent sur les microorganismes par modification de la perméabilité membranaire pour inhiber la formation bactérienne. Les surfaces poly-cationiques présentent des propriétés bactéricides permanentes. Cette méthode de traitement présente un intérêt potentiel important car non seulement sa mise en œuvre est simple, le procédé retenu repose sur l’utilisation de copolymères statistiques.
L’ammonium quaternaire est très actif face aux bactéries gram négatif alors que leur action est nettement moins importante vis-à-vis des bactéries gram positif . Ils sont bactériostatiques à faible concentration et bactéricides à forte concentration Récemment, Roy et coll ont développé une nouvelle série d’ammonium chloride, avec une chaine carbonée de C12 à C18 avec un degré d’hydrophobie élevé, ces petites molécules de longue chaine hydrophobe, une charge positive du groupement ammonium quaternaire peuvent être un puissant agent antibactérien. Le chlorure de benzalkonium est surtout employé comme désinfectant .

Implications biologiques de l’utilisation des surfactifs

L’absorption, la distribution et le métabolisme des surfactifs est un domaine d’étude intéressant pour comprendre les mécanismes par lesquels ces substances interagissent avec le milieu biologique dans lequel ils sont plongés. Il est utile de se rappeler que les tensioactifs sont des substances chimiques qui peuvent interagir avec des membranes cellulaires, pouvant produire des effets non recherchés et même indésirables. Ils peuvent altérer leur perméabilité et leur intégrité et par conséquent le processus de transport des solutés à travers ces membranes. Ce processus semble dépendre d’interactions complexes avec les protéines de la paroi cellulaire et de la solubilisation de certains composés lipidiques.
En ce qui concerne l’épiderme, ils peuvent réduire son contenu en substances hydrosolubles et hygroscopiques, et aussi en lipides, altérant sa capacité naturelle à retenir l’eau, réduisant sa flexibilité et son élasticité et produisant une peau rêche et sèche.
Les tensioactifs peuvent également augmenter la perméabilité de l’épiderme en dénaturant les protéines de la couche cornée et faciliter la diffusion de molécules polaires dans l’épiderme. Ils sont aussi capables de modifier le métabolisme de l’épiderme, tant des lipides (réduisant la synthèse des phospholipides) que des acides nucléiques et nucléotides, et de réduire son activité respiratoire (absorption d’oxygène). L’ammonium est lui-même peu toxique mais il peut provoquer plusieurs problèmes tels que la corrosion des conduites la reviviscence bactérienne à l’intérieur de celles-ci, la diminution de l’efficacité du traitement au chlore et le développement de microorganismes responsables de saveurs et d’odeur désagréables.

Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE I : GENERALITES SUR LES TENSIOACTIFS
I.1. Définition et caractéristiques
I.2. Classification des tensioactifs
I.2.1. Classification basée sur la nature de la tête hydrophile
I.2.1.1. Tensioactifs anioniques
I.2.1.2. Tensioactifs cationiques
I.2.1.3. Tensioactifs amphotères
I.2.1.4. Tensioactifs non ioniques
I.2.2. Classification basée sur la nature de la chaine hydrophobe
I.2.2.1. Tensioactifs fluorés
I.2.2.2. Tensioactifs hydrocarbonés
I.2.2.3. Tensioactifs siliconés
I.2.2.4. Tensioactifs hybrides
I.3. Répartition des différentes classes de tensioactifs
I.4. Les propriétés des tensioactifs
I.4.1. Solubilisation
I.4.2. Concentration micellaire critique (CMC)
I.4.3. Détergence
I.4.4. Emulsification
I.5. Structure des tensioactifs
CHAPITRE II : SYNTHESES ET APPLICATIONS DES TENSIOACTIFS FLUORES SUR LES BACTERICIDES
II. Introduction
II.1. Synthèse
II.1.1. Synthèse des intermédiaires hydrophobes
II.1.1.1. Préparation des thiols fluorés
II.1.1.2. Formation de l’intermédiaire chloré
II.1.1.3. Transformation du chlorure en amine primaire
II.1.1.4. Synthèse des amines tertiaires
II.1.2. Synthèse de tensioactifs fluorés hybrides à partir des 2-[Falkyléthylthio]-N,N dimethylamine (RF-CH2-CH2-S-CH2-CH2-N(CH3)2 )
II.1.2.1. Spectroscopie infrarouge
II.1.2.2. RMN du proton 1H
II.1.2.3. RMN du fluor 19F
II.1.2.4. Spectrométrie de masse
II.2. Applications des tensioactifs sur les bactéricides
II. 2.1. L’utilisation des tensioactifs
II.2.2. Implications biologiques de l’utilisation des surfactifs
CONCLUSION GENERALE
REFERENCE BIBLIOGRAPHIQUES