Раздел 1. Сырьевая база парфюмерно-косметической промышленности

Тема 1.1. Химические вещества,

Применяемые в производстве косметики Вещества простые и сложные

В качестве косметического сырья используются разнообразные химические вещества. Все вещества делятся на простые и сложные. Простые вещества состоят из одного элемента, сложные — из двух и более элементов.

По строению и свойствам простые вещества можно разделить на металлы и неметаллы. Обычно простые вещества редко применяются в качестве косметического сырья. Косметическим сырьем в основном являются сложные химические вещества, которые подразделяются на органические и неорганические. Вещества, встречающиеся в неживой природе, называются неорганическими, например минералы, глина, песок и др.

По агрегатному состоянию вещества делятся на газообразные, жидкие и твердые.

В веществе, находящемся в газообразном состоянии, образующие его частицы — молекулы или атомы хаотически движутся и преобладающую часть времени находятся на больших расстояниях друг от друга. Вследствие этого силы взаимодействия между ними очень малы. Иначе обстоит дело, когда вещество находится в конденсированном (жидком или твердом) состоянии. В этом случае расстояния между частицами вещества малы и силы взаимодействия между ними велики. Эти силы удерживают частицы жидкости или твердого тела друг около друга. Поэтому у вещества в конденсированном состоянии, в отличие от газов, постоянный при данной температуре объем.

Твердые вещества обычно имеют кристаллическое строение. Например, если расколоть кусок графита и рассмотреть излом, то на изломе хорошо заметны мелкие грани кристаллов. Обычно любое твердое вещество образует кристаллы определенной формы. Только незначительное количество твердых веществ (например, кусок смолы) на изломе не имеют кристаллов. Подобное состояние веществ называют аморфным. Аморфные тела не имеют определенной температуры плавления. Многие из них, как и жидкости, текучи, т.е. при длительном действии незначительных сил постепенно изменяют свою форму. Аморфные и кристаллические вещества отличаются и внутренним строением. Жидкое состояние веществ является промежуточным между твердым и газообразным.

Классификация органических и неорганических соединений

В основу классификации положен класс углеводородов с учетом следующих важнейших признаков: строение скелета молекулы; степень насыщенности, определяемая природой связи между атомами углерода; наличие функциональных групп и их природа.

По этой классификации углеводороды делятся на три основных ряда:

• Ациклические соединения;

• Карбоциклические соединения;

• Гетероциклические соединения.

Ациклические соединения – соединения, в молекулах которых содержится незамкнутые, или открытые, цепи углеродных атомов. Например:

сн₃—сн₂—сн₂— сн₂—сн₃

пентан

Карбоциклические соединения — обширная группа органи­ческих веществ, которые содержат циклы, состоящие ив атомов углерода.

Наибольшее значение имеют соединения с шестью атомами углерода в кольце.

Карбоциклические соединения могут быть разделены на две основные группы:

• алициклические соединения - циклические соединения, обладающие свойствами алифатических соединений;

• ароматические соединения, занимающие обособленное положение вследствие специфических свойств бензольного ядра. Алициклические соединения включают:

• циклические углероды и их производные;

• терпеноиды, каротиноиды;

• стероиды.

Например:

н₂ с— сн₂

н₂ с— сн₂

циклобутан

Гетероциклические соединения — соединения, в которых формирование цикла осуществляется не только атомами углерода, но и одним или несколькими атомом и других элементов.

В настоящее время получены гетероциклические соединения с участием большинства элементов периодической системы. Из них наибольшее значение имеют кислород, азот, сера.

Многочисленные гетероциклические соединения играют важную роль в биологии, медицине, косметологии и т.д. Они входят в состав важнейших природных продуктов: красящих веществ крови и растений, нуклеиновых кислот, многих витаминов, анти­биотиков и алкалоидов. Многие яркие высокопрочные синтетические красители (индиго, индантрен) также подержат гетеро­циклические кольца.

Например:

НС—СН

НС—СН

О

фуран

От этих рядов углеводородов могут быть получены различные производные, образованные путем замещения одного или нескольких атомов водорода другими атомами или группами атомов (функциональные группы). Введение этих групп в значительной степени определяет химические свойства соответствующих соединений.

Важнейшие производные углеводородов:

Галогенопроизводные алканов характеризуются наличием одного или нескольких атомов галогена. В зависимости от числа атомов галогена различают моно-, ди- и полигалогеноалканы. Широкое применение в качестве растворителей, медицинских препаратов и промежуточных продуктов в органическом синтезе.

Спирты — вещества, полученные путем замещения одного или нескольких атомов водорода в углеводороде одной или несколькимигидроксильными группами ОН, например С₂Н₅ОН (этиловый спирт), СН₂0Н—СНОН—СН₂ОН (глицерин).

Альдегиды и кетоны — производные углеводородов, содер­жащие функциональную карбонильную группу

О

С

Иногда эту группу называют карбонилом или оксогруппой. Соединения, содержащие ее, относят к классу оксосоединений. В альдегидах карбонильная группа соединена с водородом и ра­дикалом, в кетонах — с двумя радикалами. Отсюда их общая формула:

О

R – С

Н

Альдегиды

О

R – С

R

кетоны

Карбоновые кислоты — вещества, содержащие в молекуле карбоксильную группу СООН, например С₁₅Н₃₁СООН (пальми­тиновая кислота).

Амины - вещества, в молекуле которых содержится амино­группа NH₂илиее производные, например СН₃—NH₂ (метил­амин).

При взаимодействии некоторых простых органических ве­ществ между собой образуются сложные органические соедине­ния; эфиры, жиры, углеводы, белки и др.

Органические соединения широко используются в парфюмерно-косметической промышленности в качестве сырья. Наиболее важными из них являются предельные углеводороды, жиры, альдегиды, кетоны, спирты, белки, жирные кислоты и эфирные масла.

Основными классами неорганических соединений являются оксиды, кислоты, основания, соли.

Оксиды — соединения химических элементов с кислородом. В основном все химические элементы образуют оксиды. Некоторые элементы образуют несколько оксидов, например S0₂ (оксид серы), Вг₂О₇ (оксид брома), Мn₂0₇ (оксид марганца).

Среди кислородных соединений элементов в отдельную группу выделяют пероксиды — производные пероксида водорода Н₂0₂который проявляет слабые кислотные свойства (например, пероксид калия К₂0₂, пороксид натрия Na₂0₂).

По химическим свойствам оксиды делят на три группы: основные, кислотные и амфотерные.

Основные оксиды (например, К₂0, CaO, Na₂O) при взаимодействии с кислотными оксидами образуют соли. Основные оксиды щелочных и щелочноземельных металлов могут взаимодействовать с водой с образованием оснований:

СаО + Н₂0 = Са (ОН)₂

Другие основные оксиды обычно с водой не взаимодействуют.

Кислотные оксиды образуют соли при взаимодействии с осно­ваниями или с основными оксидами.

Амфотерные оксиды образуют соли при взаимодействии как с кислотами путем отнятия йоды, так и с основаниями.

В косметической промышленности некоторые оксиды используют в качестве сырья, например амфотерные оксиды ZnO (цинковые белила). Тi0₂ (титановые белила), которые являются наполнителями.

Кислоты. Карбоновыми кислотами называются органические вещества, молекулы которых содержат одну или несколько карбоксильных групп СООН, соединенных с углеводородным радикалом. Карбоновые кислоты. Как и неорганические кислоты, со спиртами образуют сложные эфиры, в виде которых часто встречаются в природных продуктах.

Уксусная кислота СН₃—СООН (безводная) — жидкость с острым запахом. Смешивается с водой в любых соотношениях. В косметическом производстве применяется как консервант и нейтрализатор щелочи.

Бензойная кислота С₆Н₅—СООН — простейшая одноосновная кислота ароматического ряда. Представляет собой бесцветные кристаллы (пластины). Отличный антисептик. Применяется как дезинфицирующее средство и как консервант.

Щавелевая кислота НООС—СООН — кристаллическое вещество, растворимое в воде. Ядовита. Содержится во многих расте­ниях. Применяется в производстве красящих веществ.

Молочная кислота

СН₃—СН—СООН

ОН

проявляет свойства кислоты и спирта. Образуется при молочнокислом брожении сахаристых веществ. Используется как консервирующее средство и в производстве ухаживающей косметики.

Салициловая кислота НО—C₆H₄—СООН — аналог молочной кислоты в ароматическом ряду. Проявляет свойства кислоты и фенола. Используется как лекарственное вещество и как консервант. В растениях находится в связанном состоянии.

Борная кислота H₃В0₃ — белые кристаллы, растворяющиеся в горячей воде. Является слабой кислотой. Хороший антисептик. Используется в приготовлении лосьонов для ухода за проблемной кожей.

В производстве косметики используют также некоторые высокомолекулярные жирные кислоты — стеариновую, пальмитиновую, миристиновую и др.

Основания - сложные вещества, в состав которых входят атомы металлов, соединенные с одной или несколькими гидроксильными группами ОН. Например, NaOH (гидроксид натрия), КОН (гидроксид калия) и др.

В производстве косметики основания применяются как активизирующее средство (в красителях для волос) и для производства мыла.

Соли — это сложные вещества, образованные атомами металлов и кислотными остатками. Например, бура Na₂B₄O₇ — натриевая соль борной кислоты. Она применяется для смягчения воды, играет роль эмульгатора в косметических препаратах. Бикарбонат аммония NH₄HCO₃ используется в производстве красителей для волос.