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Biotechnologie, Agronomie, Société et Environnement

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Zakanda F. Nsimba, Michel Paquot, Lelo G. Mvumbi & Magali Deleu

Les dérivés tensioactifs de la glycine bétaïne : méthodes de synthèse et potentialités d'utilisation

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Notes de la rédaction

Reçu le 29 octobre 2009, accepté le 2 février 2010

Résumé

Le terme « bétaïne » est utilisé pour désigner la glycine bétaïne, mais également ses dérivés et un composé organique portant un azote quaternaire. La glycine bétaïne est un petit composé amphotérique, très polaire qui agit comme osmoprotecteur chez les végétaux et agent protecteur du foie, du cœur et des vaisseaux chez l'homme. En vue d'exploiter ses nombreux effets, des chercheurs ont synthétisé des dérivés tensioactifs dont les alkylbétaïnes, les alkylamidobétaïnes, les bétaïnates (esters de la glycine bétaïne monomères, dimères et bipolaires) et les bétaïnamides (amides de la glycine bétaïne). Les alkylbétaïnes et les alkylamidobétaïnes sont produites à l'échelle industrielle et sont utilisées comme tensioactifs amphotères dans les cosmétiques. Elles sont moins irritantes comparativement au dodécylsulfate de sodium (SDS). Les bétaïnates et les bétaïnamides sont produites à l'échelle du laboratoire. Les bétaïnates monomères sont plus biodégradables que les esters courants, tandis que les bétaïnates dimères et bipolaires présentent respectivement des activités tensioactives et membranaires plus intéressantes comparativement à leurs analogues monomères. Seule la voie chimique est jusqu'à présent utilisée pour leur synthèse.

Mots-clés : dérivés de la glycine bétaïne, tensioactifs bolaforme et gemini, propriétés amphiphiles, concentration micellaire critique, tensiométrie, synthèse chimique, potentialités

Abstract

Glycine betaine surfactant derivatives: synthesis methods and potentialities of use. The term "betaine" is used to refer to the glycine betaine, but also its derivatives and an organic compound carrying a quaternary nitrogen. Glycine betaine is an amphoteric small compound, very polar that acts as osmoprotectant in plants and protective agent of the liver, of the heart and of the vessels in human. In order to exploit its numerous effects, researchers synthesized surfactant derivatives including alkylbetaines, alkylamidobetaines, betainates (esters of glycine betaine monomers, geminis and bolaforms) and betainamides (amides of glycine betaine). Alkylbetaines and alkylamidobetaines are produced on the industrial scale and are used as amphoteric surfactants in cosmetics. They are less irritating compared to sodium dodecylsulfate (SDS). Betainates and betainamides are produced on laboratory scale. Betainates monomers are more biodegradable than the current esters while betainates geminis and bolaforms present respectively surface and membrane activities more interesting compared to their analogous monomers. Only the chemical way is used until now for their synthesis.

Keywords : glycine bétaïne, glycine betaine, glycine betaine derivatives, bolaforme and gemini surfactants, amphiphiles properties, critical micellar concentration, tensiometry, chemical synthesis, potentialities

Texte intégral

1. Introduction

1Dans la littérature, le terme « bétaïne » est souvent utilisé pour désigner la glycine bétaïne ou les dérivés de la glycine bétaïne utilisés comme tensioactifs dans les cosmétiques (Lever et al., 2007 ; Likes et al., 2007). Ce terme est aussi utilisé comme suffixe pour désigner un acide organique (très souvent un acide aminé) dont l'atome électronégatif (très souvent l'azote) porte une charge positive (Wood et al., 2002) ou encore un composé possédant une fonction quelconque (acide, alcool, etc.) et un azote quaternaire (Wydro et al., 2005). Le tableau 1 présente les structures de quelques bétaïnes.

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2La glycine bétaïne (N,N,N-triméthylglycine), appelée parfois bétaïne, est présente dans plusieurs plantes (betterave, blé, épinards), animaux et micro-organismes (Propionibacterium shermanii, Pseudomonas dénitrifiants) (Huang et al., 2008). Elle joue un rôle important dans la résistance au stress osmotique chez les bactéries, les algues, les plantes et les mammifères (Wood et al., 2002) en stabilisant les structures des protéines et des membranes (Huang et al., 2008). Dans l'organisme humain, elle provient de l'alimentation et aussi du métabolisme de la choline. La glycine bétaïne est utilisée dans le traitement de l'homocystéinurie et de l'homocystéinemie, une élévation de la concentration de l'homocystéine dans les urines et dans le plasma respectivement (Yagisawa et al., 2006 ; Atkinson et al., 2009). L'administration de la bétaïne a montré des effets protecteurs contre les blessures du foie induites par les médiateurs de l'oxydation de l'éthanol, du chloroforme et des lipopolysaccharides (Kim et al., 2005) ; les déficiences du système cardiovasculaire (Stepnova et al., 2007) ; vis-à-vis de l'accumulation d'espèces d'oxygène réactives et de la peroxidation de lipides (Banu et al., 2009). En biotechnologie, la bétaïne et la choline ont été largement utilisées comme donneurs du groupe méthyle pour la fermentation industrielle de la vitamine B12 par les Pseudomonas dénitrifiants (Li et al., 2008).

3La glycine bétaïne est très soluble dans l'eau et augmente sa tension superficielle (Söderlund et al., 2002). Pour exploiter ses propriétés bénéfiques citées ci-dessus, de nombreux auteurs ont synthétisé des dérivés de la glycine bétaïne par substitution d'un radical méthyle, par un radical alkyle à longue chaine (Hines et al., 1997 ; Li et al., 2005), par un radical alkylamidopropyle (Tegeler et al., 1995 ; Guan et al., 1997), par estérification de son groupement carboxylique par des alcools gras ou des polysaccharides (Auzély-Velty et al., 2003 ; Granö et al., 2000) ou encore par amidation du groupement carboxylique avec le chitosan (Holappa et al., 2006 ; Korjamo et al., 2008) ou le 3-amino-1,2-propanediol (Floch et al., 1998). Le tableau 2 montre quelques dérivés de la glycine bétaïne.

4Une des voies de synthèse vise à construire des molécules tensioactives à base de glycine bétaïne. Celles-ci permettent de répondre aux exigences de plus en plus strictes en termes de qualité environnementale (Noiret et al., 2002) et de développer des caractéristiques fonctionnelles bien précises, deux critères recherchés par l'industrie des tensioactifs.

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2. Méthodes de synthèse par voie chimique des dérivés tensioactifs de la glycine bétaïne

2.1. Synthèse des alkylbétaïnes

5Le chlorure de dodécylbétaïne (C12Be) a été synthétisé et purifié par différentes méthodes. Une des méthodes consiste à faire réagir le chloroacétate de sodium avec la N,N-diméthylamine-N-dodécylamine (rapport molaire 1:1) dans une solution aqueuse d'éthanol à reflux pendant 18 h. Le mélange est alors refroidi et séché. Le solide résultant est dissous dans de l'isopropanol, filtré pour enlever les solides inorganiques et séché. Le résidu est recristallisé d'abord dans de l'acétone et ensuite dans de l'acétate d'éthyle. La recristallisation est répétée jusqu'à ce qu'une pureté suffisante soit atteinte (Hines et al., 1997).

6Une autre méthode de synthèse du dodécylbétaïne (Figure 1) a été utilisée par Delgado et al., 2006. Dans la première étape, une amine tertiaire, la N,N-diméthyl-N-dodécylamine réagit avec le bromo-2-éthanoate d'éthyle à reflux avec de l'acétone pendant 12 h. Après évaporation de l'acétone, le produit brut de réaction est récupéré par extraction liquide-liquide en présence d'éther éthylique et d'eau purifiée, afin que les réactifs qui n'ont pas réagi restent dans la phase organique et que le sel d'ammonium quaternaire, le produit de la réaction, aille dans la phase aqueuse. Dans la deuxième étape, le sel d'ammonium quaternaire est traité dans sa propre phase aqueuse avec une résine basique échangeuse d'ion, AG1-X8. Bien que la méthode originale indique que la réaction peut avoir lieu dans le méthanol, l'éthanol, ou l'isopropanol, la présence de l'alcool conduit à des réactions parallèles de transestérification. Il en résulte de plus petits rendements de la réaction et la production d'autres sous-produits. La résine employée permet l'échange de l'anion bromure du produit intermédiaire avec un groupe hydroxyle de la résine pour la formation du produit final. La résine est ajoutée pour rendre le milieu basique et la réaction se poursuit jusqu’à l’hydrolyse totale de l’ester formé pouvant être vérifié par HPLC-MS. Quand le rendement de la réaction atteint 99,9 %, la résine est filtrée et l'eau est évaporée. L'évaporation de l'eau est assez difficile parce que les alkylbétaïnes sont des agents moussants. Par conséquent, un volume de toluène est ajouté pour former un azéotrope avec l'eau, empêchant ainsi la formation de la mousse. De plus, il sert à sécher les produits qui sont très hygroscopiques. Quand les produits sont complètement séchés, ils sont dissous dans de l'acétone bouillant et sont cristallisés par refroidissement. Finalement, les solides sont filtrés et séchés sous vide et atmosphère humide.

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2.2. Synthèse des alkylbétaïnates

7La glycine bétaïne peut être directement utilisée comme réactif chimique pour former des esters avec des alcools gras. Cependant, à cause de sa faible réactivité, elle est communément utilisée sous une forme activée, le chlorure d'acyle (Auzély-Velty et al., 2003). Les alkylbétaïnates ou esters de la glycine bétaïne avec des alcools gras sont synthétisés en deux étapes. Avant l'acylation, la première étape consiste en l'activation du composant carboxyle ou du composant carbonyle.

8Activation des acides organiques. Les acides organiques ou composants carboxyles peuvent être activés sous forme d'halogénures d'acyle (chlorure d'acyle, bromure d'acyle ou fluorure d'acyle), acyl azides, acylimidazoles, anhydride, esters, etc. Un agent d'acylation intermédiaire est formé, isolé et ensuite soumis à l'alcoolyse. Les réactifs chlorés sont le plus fréquemment utilisés pour activer la glycine bétaïne.

9Le chlorure de thionyle SOCl2, le chlorure d'oxalyle (COCl)2, le trichlorure de phosphore PCl3, l'oxychlorure de phosphore POCl3 et le pentachlorure de phosphore PCl5 sont généralement utilisés pour produire les chlorures d'acyle à partir d'un acide carboxylique ou d'un composé portant une fonction carboxylate comme la glycine bétaïne en présence d'un solvant organique comme le dichlorométhane et à reflux pour faciliter le dégagement de HCl. Un des inconvénients majeurs des réactifs chlorés est la production de HCl (Montalbetti et al., 2005). La figure 2 montre la formation du chlorure de bétaïnyle à l'aide des réactifs chlorés les plus utilisés, le chlorure de thionyle et le chlorure d'oxalyle.

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10L'alkylbétaïnate est formé en faisant réagir le chlorure de bétaïnyle avec un alcool gras primaire. Une base supplémentaire (pyridine, diméthylaminopyridine, triéthylamine, N-bromosuccinimide) est habituellement exigée comme réactif nucléophile et/ou pour piéger l'HCl formé. Les couplages sont habituellement exécutés dans les solvants secs et inertes (acétone, 1,4-dioxane, pyridine, diméthylsulfoxide) (Granö et al., 2000).

11Activation des alcools. La première étape consiste à activer un alcool ou un composant carbonyle en halogénure d'alcoyle qui sera ensuite soumis à une aminolyse dans la deuxième étape. Les réactifs chlorés et bromés sont les plus utilisés pour activer les alcools. Notons que cette procédure fait intervenir la triméthylamine comme réactif d'aminolyse, plutôt que la glycine bétaïne. Les réactifs les plus utilisés pour produire les halogénures d'alcoyles à partir des alcools gras primaires sont le chlorure de chloroacétyle (ClCH2COCl) (Lundberg et al., 2004 ; Mohlin et al., 2006) et le bromure de bromoacétyle (BrCH2COBr) (Tehrani-Bagha et al., 2007a). La figure 3 illustre la formation de chloroacétate d'alkyle à l'aide de chlorure de chloroacétyle.

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12L'alkylbétaïnate est formé dans une deuxième étape par la réaction d'aminolyse consistant en la réaction du chloroacétate d'alkyle avec la triméthylamine en milieu organique (acétone, 1,4-dioxane) (Figure 4).

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2.3. Synthèse de bétaïnate d'amidon

13Granö et al. (2000) ont synthétisé le bétaïnate d'amidon en deux étapes (Figure 5). La première étape a consisté en la synthèse de chlorure de bétaïnyle à partir de la glycine bétaïne et de chlorure de thionyle dans le dichlorométhane. Dans la deuxième étape, l'amidon a réagi avec le chlorure de bétaïnyle en présence de 1,4-dioxane comme solvant et de la pyridine comme réactif nucléophile et catalyseur.

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14Auzély-Velty et al. (2003) ont également synthétisé le chlorure de bétaïnate d'amidon en deux étapes (Figure 6). La première étape a consisté en la synthèse de poly (N,N-diméthyl glycyl) ester d'amidon à partir de N,N-diméthyl glycine et de l'amidon dans le diméthylsulfoxide sec (DMSO), le diisopropylcarbodiimide et la diméthylaminopyridine (DMAP). La deuxième étape a consisté en la quaternisation des esteramines du dérivé de l'amidon à partir de poly (N,N-diméthyl glycyl) ester d'amidon et de l'iodure de méthyle dans le diméthyle sulfoxide sec à température ambiante.

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2.4. Synthèse de N-bétaïnate de chitosan

15L'acylation de chitosan peut être accomplie régiosélectivement au niveau du groupe aminé en protégeant le groupe hydroxyle primaire avec une molécule de triphénylméthyle. Cette approche a été utilisée pour préparer le N-chloroacyl 6-O-triphénylméthyl chitosan qui peut, en outre, être substitué ou quaternisé avec les amines comme la pyridine, l'imidazole, la triéthylamine, la tributylamine, le chlorure de N-chlorobétaïnyle (Mourya et al., 2008). La figure 7 montre les cinq étapes de synthèse du N-bétaïnate de chitosan.

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2.5. Synthèse de N-bétaïnylamino-3-dialkyloylglycérol

16La figure 8 résume les étapes de synthèse de N-bétaïnylamino-3-dialkyloylglycérol (Floch et al., 1998). En effet, la glycine bétaïne (GB)(A) est convertie en un dérivé électrophile réactif en présence du chlorure de thionyle dans la triéthylamine comme solvant. Ce dérivé est traité avec le 2-thiazoline-2-thiol (B) dans le même solvant pour produire le N-bétaïnyl thiazolidine-2-thione (C). Le 3-amino-1,2-propanediol (D) est quantitativement N-acylé par le réactif C pour former le diol cationique (E) dans des conditions douces. Les amphiphiles cationiques cibles GB 12,14 et 16 sont obtenus dans une quatrième étape en utilisant les chlorures de dodécanoyle, de tétradécanoyle et d'hexadécanoyle respectivement en présence de 4-diméthylaminopyridine et de pyridine.

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2.6. Synthèse de dodécyl bétaïnate dimère ou gemini

17Les tensioactifs geminis sont une nouvelle génération de tensioactifs composés de deux molécules de tensioactifs monomériques liées entre elles par un groupe espaceur au niveau de leur tête hydrophile. Ils possèdent donc deux groupes hydrophiles et deux groupes hydrophobes (Tehrani-Bagha et al., 2007b). La structure d'une telle molécule est généralement notée m.s.m où m représente la queue (CmHm+1) et s la longueur du groupe espaceur. Ce dernier peut être hydrophile ou hydrophobe, flexible ou rigide (Paria, 2008). En général, les deux têtes aussi bien que les deux queues ont la même structure chimique et la même longueur. Les amphiphiles hétérogeminis, qui sont moins courants, sont des molécules avec des têtes polaires anioniques, cationiques ou non-ioniques différentes et des queues différentes, c'est-à-dire une structure du type n.s.m (Fischer et al., 2008). La figure 9 montre la voie de synthèse de dodécylbétaïnate dimère avec un groupe espaceur de deux méthylènes. Dans la première étape, une solution de bromure de bromoacétyle (B) dans le dichlorométhane est ajoutée à une solution de 1-dodécanol (A) dans le même solvant. Le mélange réactionnel est agité pendant 4 h à température ambiante pour former le dodécylbromoacétate (C). Dans la deuxième étape, le composé (C) réagit avec la N,N,N',N'-tetraméthyl-1,2-éthanediamine (D) dans l'acétone sous agitation à reflux pendant 20 h pour produire le dodécylbétaïnate dimère (E).

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2.7. Synthèse d'amphiphiles bipolaires avec une tête de glycine bétaïne

18Les amphiphiles bipolaires, appelés bolaamphiphiles ou encore bolaformes, sont une classe particulière de molécules tensioactives constituant la membrane cellulaire des archéobactéries méthanogènes et thermoacidophiles. Ces amphiphiles bipolaires sont caractérisés par la présence de deux groupes hydrophiles terminaux reliés par un groupe espaceur hydrophobe possédant une ou deux chaines alkyles. La figure 10 montre la voie de synthèse des bolaamphiphiles asymétriques avec une tête de glycine bétaïne. Les alcools acétyléniques sont couplés à l'acétate de cuivre en milieu organique. Les diols formés sont convertis en diamines correspondants qui ont ensuite réagi avec le β-D-glucofurono-6,3-lactone pour former les glucuronamides (A). Ces derniers sont acylés avec la N-bétainyl thiazolidine-2-thione pour former les bolaamphiphiles asymétriques insaturés (B) et saturés (C).

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3. Potentialités des dérivés tensioactifs de la glycine bétaïne

3.1. Potentialités des alkylbétaïnes et des alkylamido bétaïnes

19La chimie des tensioactifs cationiques s'est attelée depuis dix ans au remplacement des produits issus de la pétrochimie par des produits issus de la biomasse car ils sont moins polluants et plus biodégradables (Auzély-Velty et al., 2003). Aujourd'hui, l'usage de produits cosmétiques, tels que les démaquillants, les shampooings, les bains moussants, fait partie de nos habitudes de vie. Les détergents représentent les produits les plus importants. Une formule actuelle peut contenir classiquement un tensioactif anionique (par exemple, l'alkyl ether sulfate), un non-ionique (par exemple, l'alkyl polyglucoside) aussi bien qu'un amphotérique (par exemple, la cocamidopropylbétaïne) (Tegeler et al., 1995).

20Les tensioactifs amphotériques dont les dérivés de bétaïne font partie ont de bonnes propriétés moussantes et un haut pouvoir détergent, surtout en présence de tensioactifs anioniques. En outre, ils développent aussi de bonnes fonctions tensioactives sur une large gamme de pH et sont moins irritants pour la peau et les yeux, comparativement aux autres tensioactifs. Ces caractéristiques conviennent très bien pour les produits de nettoyage de la maison, de lavage facial et les shampooings (Koike et al., 2007).

21Les alkylbétaïnes (décylbétaïne, dodécylbétaïne et tétradécylbétaïne) et les alkylamidobétaïnes (cocamidopropylbétaïne, cocamidobétaïne) sont des tensioactifs dérivés de la bétaïne les plus utilisés dans les produits commerciaux. La cocamidopropylbétaïne (CAPB) est l'un des trois composants majeurs dans les shampooings à côté du lauroyléthylsulfate de sodium (SLES) et du cocomonoéthanolamide (CME) (Im et al., 2008). En tant que groupe particulier de tensioactifs amphotériques, les alkylbétaïnes sont utilisées comme additifs de conditionnement des shampooings et présentent un niveau d'irritation très bas comparativement au lauryl sulfate de sodium (Ward et al., 1998), des effets adoucissants et antistatiques sur les cheveux (Koike et al., 2007). Les tensioactifs amphotériques (et les bétaïnes, en particulier) suppriment l'effet anti-moussant causé par les gouttelettes d'huile. Ainsi, ils sont utilisés comme amplificateurs de la mousse dans les formulations de shampooings commerciaux (Basheva et al., 2000).

22Le pouvoir moussant des tensioactifs est amélioré avec la longueur de la chaine alkyle, lequel est corroboré par le fait que la tension de surface décroît avec l'accroissement du nombre d'atomes de carbone de la chaine alkyle du tensioactif. La concentration micellaire critique (CMC) des alkylbétaïnes décroît également avec la longueur de la chaine hydrocarbonée. Le tableau 3 compare les valeurs des CMC des alkylbétaïnes avec leurs homologues dans lesquels le groupe hydroxypropyle a été incorporé. L'effet du nombre de carbone sur les propriétés de surface est évident et les faibles tensions de surface sont observées lorsque le nombre de carbone du groupe alkyle hydrophobe est augmenté. Le groupe hydroxypropyle est favorable à l'amélioration des propriétés de surface.

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3.2. Potentialités des bétaïnates

23Les esters de bétaïne tensioactifs sont des candidats intéressants en tant qu'agent de formulation pour plusieurs applications pharmaceutiques (Lundberg et al., 2004). Ils sont beaucoup moins étudiés que les alkylbétaïnes (Mohlin et al., 2006).

24Le bétaïnate d'amidon comme additif de fin d'humidification (mouillabilité) a été étudié dans la fabrication du papier. Les tests de papetiers ont montré que le bétaïnate d'amidon augmente considérablement la résistance des feuilles de papier (Granö et al., 2000).

25L'activité antimicrobienne des dérivés de chitosan a été étudiée. Les N-bétaïnates de chitosan avec des degrés de substitution de 0,05 à 0,9 du groupe amino du chitosan avec la glycine bétaïne ne sont pas actifs vis-à-vis d'Escherichia coli et de Staphylococus aureus en milieu neutre (pH 7,2). Par contre, avec un degré de substitution moindre et en milieu acide (pH 5,5), cette activité antimicrobienne a été observée (Holappa et al., 2006).

26Des dérivés particuliers comportant un diacylglycérol lié à la fonction carboxyle de la bétaïne par une liaison amide ont été démontrés utiles pour la transfection de gènes dans des cellules hépatocytes (Gilot et al., 2002).

3.3. Potentialités des tensioactifs geminis

27Les tensioactifs geminis sont une classe relativement nouvelle de molécules tensioactives, ce qui explique le peu de littérature disponible à ce sujet. Cependant, ils présentent un intérêt en raison de leurs propriétés tensioactives remarquables et de leur capacité à former des structures supramoléculaires intéressantes aussi bien en solution qu'à l'interface solide-solution aqueuse. Comme les tensioactifs conventionnels, les tensioactifs geminis peuvent être utilisés dans les produits de consommation comme les produits de nettoyage, les produits cosmétiques et les produits pharmaceutiques (Zhou et al., 2009) avec réduction de la consommation des produits chimiques (Sakai et al., 2009). En outre, leur solubilité et leur stabilité excellentes dans des solutions d'électrolytes concentrées ainsi que leur remarquable résistance à l'oxydation et à la dégradation thermique (Paria, 2008) doivent être relevées. Comparativement à leurs équivalents monomériques, les tensioactifs geminis montrent une plus haute activité de surface, une concentration micellaire critique (CMC) 10 à 100 fois inférieure, une haute capacité de solubilisation et une meilleure tolérance aux ions mono et divalents (Tehrani-Bagha et al., 2007b ; Paria, 2008). Les propriétés des tensioactifs geminis sont largement influencées par la longueur du groupe espaceur (Paria, 2008).

283.4. Potentialités des amphiphiles bipolaires (bolaamphiphiles, bolaformes)

29Les amphiphiles bipolaires ont la capacité d'adopter des conformations supramoléculaires variées comme des vésicules, des lamelles, des disques, des tubules ainsi que des fibrilles (Berchel et al., 2008). Ceci permet leur application comme modèles de membranes biologiques et comme microréacteurs (Chen et al., 2009). Ils forment des monocouches lipidiques très denses et moins perméables que les bicouches membranaires classiques (Gliozzi et al., 2002). Leur capacité à stabiliser des membranes a été appliquée pour stabiliser des vésicules servant de système de distribution des médicaments. En outre, leur aptitude à former des nanotubes creux permet d'envisager leur application dans le domaine de l'encapsulation médicale et industrielle (Meister et al., 2007). Certains bolaamphiphiles (comme les diester-dicarboxyliques formés de deux têtes d'acide phthalique et du 1,2-éthanediol, du 1,4-butène-2-diol ou du 1,4-butanediol comme groupes espaceurs) peuvent former, dans un mélange eau-méthanol, des structures hélicoïdales semblables à celles observées dans les protéines. Ces structures jouent un rôle crucial dans le processus d'auto-assemblage moléculaire et définissent la morphologie des agrégats comme la texture tubulaire (Mosae Selvakumar et al., 2009).

30L'utilisation des bolaformes de bétaïne en tant qu'agent tensioactif, antibactérien et/ou antifongique dans le domaine de la cosmétique et de la détergence a également été envisagée (Estrine et al., 2004).

4. Conclusion

31La glycine bétaïne présente un intérêt tant pour les animaux, les végétaux que les micro-organismes. Elle a des effets protecteurs sur de nombreux organes humains comme le foie, le cœur, les vaisseaux. Ses dérivés alkyles trouvent des applications dans le secteur de l'industrie cosmétique. Ils sont utilisés comme tensioactifs amphotères. Les dérivés esters et amides de la glycine bétaïne dimères (geminis) et bipolaires (bolaformes) constituent de nouvelles classes de tensioactifs qui sont sujets à de nombreuses études actuellement. Les activités de surface des dérivés dimères et les activités membranaires des bolaformes sont plus intéressantes que celles des dérivés monomères correspondants. Les dérivés esters et amides monomères, dimères et bipolaires qui sont encore étudiés à l'échelle du laboratoire montrent des applications prometteuses en cosmétologie, en imprimerie et dans les domaines pharmaceutique et médical. Un autre avantage des dérivés de la glycine bétaïne est sans doute la diversité de structures. Cependant, ces dérivés tensioactifs de la glycine bétaïne sont obtenus par voie chimique. La voie biotechnologique exploitant les capacités de synthèse à l'aide d'enzymes est à explorer du fait qu'elle peut fournir des produits plus respectueux de l'environnement, bien que leur cout de production soit élevé.

Bibliographie

Atkinson W. et al., 2009. Dietary and supplementary betaine: effects on betaine and homocysteine concentrations in males. Nutr. Metab. Cardiovasc. Dis., 16(1), 1-7.

Auzély-Velty R. & Rinaudo M., 2003. Synthesis of starch derivatives with labile cationic groups. Int. J. Biol. Macromol., 31, 123-129.

Banu M.N.A. et al., 2009. Proline and glycine betaine induce antioxidant defense gene expression and suppress cell death in cultured tobacco cells under salt stress. J. Plant Physiol., 166(2), 146-156.

Basheva E.S. et al., 2000. Role of betaine as foam booster in the presence of silicone oil drops. Langmuir, 16(3), 1000-1013.

Berchel M. et al., 2008. Synthesis of unsymmetrical saturated or diacetylenic cationic bolaamphiphiles. Tetrahedron Lett., 49(52), 7419-7422.

Chen Y., Liu Y. & Guo R., 2009. Aggregation behavior of amino acid-derive bolaamphiphile and conventional surfactant mixed system. J. Colloid Interface Sci., 336(2), 766-772.

Delgado C., Merchán M.D., Velázquez M.M. & Anaya J., 2006. Effect of surfactant structure on the adsorption of carboxybetaines at the air-water interface. Colloids Surf. A, 280(1-3), 17-22.

Estrine B. et al., 2004. Nouvelle famille de composition à base de polyglycosides d'alkyle et de composés dérivés de la glycine bétaïne ; utilisation comme agent tensioactif. Brevet FR n°04 04741 du 4 mai (ARD, ENSCR) ; WO 2005 121294.

Fischer P. & Wu H., 2008. Morphological transitions in dilute solutions of sugar-based zwitterionic dimer betaine surfactants. Colloids Surf. A, 326, 103-108.

Floch V. et al., 1998. New biocompatible cationic amphiphiles derivative from glycine betaine: a novel family of efficient nonviral gene transfer agents. Biochem. Biophys. Res. Commun., 251, 360-365.

Gilot D. et al., 2002. Cationic lipids derived from glycine betaïne promote efficient and nontoxix gene transfection in cultured hepatocytes. J. Gene Med., 4, 415-427.

Gliozzi A., Relini A. & Chong P.L., 2002. Structure and permeability properties of biomimetic membranes of bolaform archaeal tetraether lipids. J. Membr. Sci., 206(1-2), 131-147.

Ghosh K.K., Pandey A. & Roy S., 2000. Micellar kinetics of hydrolysis of hydroxamic acids in zwitterionic sulfobetaine surfactants. Colloids Surf., A, 163, 293-300.

Granö H. et al., 2000. Preparation of starch betainate: a novel cationic starch derivative. Carbohydr. Polym., 41(3), 277-283.

Guan J.Q., Li X.Y. & Tung C.H., 1997. Novel zwitterionic surfactants: synthesis and surface active properties of N-(3-alkoxy-2-hydroxypropyl)-N,N-dimethyl glycine betaines. Chinese Chem. Lett., 8(6), 499-502.

Hall-Manning T.J. et al., 1998. Skin irritation potential of mixed surfactant systems. Food Chem. Toxicol., 36(3), 233-238.

Hines J.D. et al., 1997. Neutron reflection from mixtures of sodium dodecyl sulfate and dodecyl betaine adsorbed at the hydrophobic solid/aqueous interface. J. Colloid Interface Sci., 189, 259-267.

Holappa J. et al., 2006. Antimicrobial activity of chitosan N-betainates. Carbohydr. Polym., 65, 114-118.

Huang J. et al., 2008. Manipulation of sinapine, choline and betaine accumulation in Arabidopsis seed: towards improving the nutritional value of the meal and enhancing the seedling performance under environmental stresses in oilseed crops. Plant Physiol. Biochem., 46, 647-654.

Im S.H., Jeong Y.H. & Ryoo J.J., 2008. Simultaneous analysis of anionic, amphoteric, nonionic and cationic surfactant mixtures in shampoo and hair conditioner by RP-HPLC/ELSD and LC/MS. Anal. Chim. Acta, 619(1), 129-136.

Kim S.K. & Kim Y.C., 2005. Effects of betaine supplementation on hepatic metabolism of sulfur-containing amino acids in mice. J. Hepatol., 42, 907-913.

Koike R., Kitagawa F. & Otsuka K., 2007. Simultaneous determination of amphoteric surfactants in detergents by capillary electrophoresis with indirect UV detection. J. Chromatogr. A., 1139, 136-142.

Korjamo T. et al., 2008. Effect of N-betainate and N-piperazine derivatives of chitosan on the paracellular transport of mannitol in Caco-2 cells. Eur. J. Pharmacol. Sci., 35(3), 226-234.

Lever M., Atkinson W., George P.M. & Chambers S.T., 2007. An abnormal urinary excretion of glycine betaine may persist for years. Clin. Biochem., 40, 798-801.

Li K.T. et al., 2008. Improved large-scale production of vitamin B12 by Pseudomonas denitrificans with betaine feeding. Bioresour. Technol., 99, 8516-8520.

Li Y. et al., 2005. Studies on the interaction between tetradecyl dimethyl betaine and sodium carboxymethyl cellulose by DPD simulations. Colloids Surf. A, 257-258, 385-390.

Likes R. et al., 2007. The betaine and choline content of a whole wheat flour compared to other mill streams. J. Cereal Sci., 46, 93-95.

Lundberg D., Ljusberg-Wahren H., Norlin A. & Holmberg K., 2004. Studies on dodecyl betainate in combination with its degradation products or with phosphatidyl choline-phase behavior and hemolytic activity. J. Colloid Interface Sci., 278, 478-487.

Meister A. & Blume A., 2007. Self-assembly of bipolar amphiphiles. Curr. Opin. Colloid Interface Sci., 12(3), 138-147.

Mohlin K., Karlsson P. & Holmberg K., 2006. Use of cleavable surfactants for alkyl ketene dimmer (AKD) dispersions. Colloids Surf. A, 274, 200-210.

Montalbetti C.A.G.N. & Falque V., 2005. Amide bond formation and peptide coupling. Tetrahedron, 61, 10827-10852.

Mosae Selvakumar P., Suresh E. & Subramanian P.S., 2009. Hydrogen bonded helices: synthesis, crystal structure and self-assembled microtubes. J. Mol. Struct., 919(1-3), 72-78.

Mourya V.K. & Inamdar N.N., 2008. Chitosan-modifications and applications: opportunities galore. React. Funct. Polym., 68(6), 1013-1051.

Noiret N., Benvegnu T. & Plusquellec D., 2002. Tensioactifs à base de substances renouvelables. Actual. Chim., 258-259.

Paria S., 2008. Surfactant-enhanced remediation of organic contaminated soil and water. Adv. Colloid Interface Sci., 138, 24-58.

Peddie B.A. et al., 1998. Osmoprotective properties and accumulation of betaine analogues by Staphylococcus aureus. FEMS Microbiol. Lett., 160(1), 25-30.

Sakai K. et al., 2009. Flurocarbon-hydrocarbon gemini surfactant mixtures in aqueous solution. Colloids Surf. A, 333(1-3), 26-31.

Söderlund T. et al., 2002. Effects of betaine on the structural dynamics of Thermomyces (Humicola) lanuginosa lipase. Colloid Surf. B, 26(1-2), 75-83.

Stepnova E.A., Tikhonov V.E. & Babushkina T.A., 2007. New approach to the quaternization of chitosan and its amphiphilic derivatives. Eur. Polym. J., 43(6), 2414-2421.

Storer M.K., McEntyre C.J. & Lever M., 2006. Separation of cationic aracyl derivatives of betaines and related compounds. J. Chromatogr. A., 1104(1-2), 263-271.

Tegeler A., Ruess W. & Gmahl E., 1995. Determination of amphoteric surfactants in cosmetic cleansing products by high-performance liquid chromatography on a cation-exchange column. J. Chromatogr. A., 715, 195-198.

Tehrani-Bagha A.R., Oskarsson H., van Ginkel C.G. & Holmberg K., 2007a. Cationic ester-containing gemini surfactants: chemical hydrolysis and biodegradation. J. Colloid Interface Sci., 312, 444-452.

Tehrani-Bagha A.R. et al., 2007b. Dynamic adsorption of gemini and conventional cationic surfactants onto polyacrylonitrile. Colloids Surf. A, 307, 121-127.

Vodolazkaya N.A. , Mchedlov-Petrossyan N.O., Heckenkemper G. & Reichardt C., 2003. A new solvatochromic/acid-base indicator for surfactant micellar media: hydrophilic 3-pyridyl substituted pyridinium N-phenolate betaine dye. J. Mol. Liq., 107(1-3), 221-234.

Ward R.K. et al., 1998. Human keratinocyte cultures in an in vitro approach for the assessment of surfactant-induced irritation. Toxicol. in Vitro, 12, 163-173.

Wood K.V. et al., 2002. Characterization of betaines using electrospray MS/MS. Phytochemistry, 59, 759-765.

Wydro P. & Paluch M., 2005. A study of the interaction of dodecyl sulfobetaine with cationic and anionic surfactant in mixed micelles and monolayers at the air/water interface. J. Colloid Interface Sci., 286(1), 387-391.

Yagisawa M. et al., 2006. Betaine supplementation suppresses plasma homocysteine level elevation induced by folate deficiency in rats. Nutr. Res., 26, 266-270.

Zhou Q. & Somasundaran P., 2009. Synergistic of mixtures of cationic gemini and nonionic sugar-based surfactant. J. Colloid Interface Sci., 331(2), 288-294.

Pour citer cet article

Zakanda F. Nsimba, Michel Paquot, Lelo G. Mvumbi & Magali Deleu, «Les dérivés tensioactifs de la glycine bétaïne : méthodes de synthèse et potentialités d'utilisation», Base [En ligne], numéro 4, Volume 14 (2010), 737-748 URL : http://popups.ulg.ac.be/1780-4507/index.php?id=6609.

A propos de : Zakanda F. Nsimba

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Université de Kinshasa. Faculté de Médecine. Département des Sciences de Base. Service de Biochimie. B.P.127 Kinshasa XI (R.D. Congo).

A propos de : Magali Deleu

Univ. Liège - Gembloux Agro-Bio Tech. Unité de Chimie Biologique Industrielle. Passage des Déportés, 2. B-5030 Gembloux (Belgique). E-mail : magali.deleu@ulg.ac.be