![[img]](https://epub.uni-regensburg.de/style/images/fileicons/application_pdf.png) | Lizenz: Veröffentlichungsvertrag für Publikationen ohne Print on Demand (29MB) |
- URN zum Zitieren dieses Dokuments:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-555286
- DOI zum Zitieren dieses Dokuments:
- 10.5283/epub.55528
Zusammenfassung (Deutsch)
In dieser Dissertation werden verschiedene Lösungsmechanismen aromatischer Natriumcarboxylate vorgestellt. Denn aromatische Natriumcarboxylate – unter ihnen viele Polyphenole – besitzen weitreichende hydrotrope Fähigkeiten. Basierend auf ihrem amphiphilem Charakter und auf spezifischen Wechselwirkungen können aromatische Natriumcarboxylate kleine leicht hydrophobe Di(propylenglycol)n-propylether ...
Zusammenfassung (Deutsch)
In dieser Dissertation werden verschiedene Lösungsmechanismen aromatischer Natriumcarboxylate vorgestellt. Denn aromatische Natriumcarboxylate – unter ihnen viele Polyphenole – besitzen weitreichende hydrotrope Fähigkeiten.
Basierend auf ihrem amphiphilem Charakter und auf spezifischen Wechselwirkungen können aromatische Natriumcarboxylate kleine leicht hydrophobe Di(propylenglycol)n-propylether Moleküle ein- und aussalzen und besitzen somit (anti-)hydrotrope Eigenschaften.
Zudem erhöhen aromatische Natriumcarboxylate, hauptsächlich abhängig von ihrem konjugierten π-Elektronensystem, auch die Wasserlöslichkeit aromatischer Moleküle, wie die von Riboflavin, Lumichrom, Natriumriboflavin-5‘-monophosphat, Vitamin K3, Folsäure, Koffein und Kurkumin. Dieser π-Elektronen abhängige Lösungsmechanismus wurde mit verschiedenen Methoden analysiert. Dabei negierten dynamische Lichtstreuung, tensiometrische und kernresonanzspektroskopische Analysen die Bildung größerer Aggregate. (i) Gegenseitige Hydratation aromatischer Natriumcarboxylate und durch sie gelöster aromatischer Moleküle, (ii) die Beobachtung einer reversiblen bathochromen Verschiebung des Absorptionsspektrums aromatischer Moleküle in Anwesenheit elektronenreicher aromatischer Natriumcarboxylate und (iii) kernresonanzspektroskopische Analysen bestätigten π-Komplexierung als Grund für die starke Elektronenabhängigkeit der Hydrotropie. Zudem waren spezielle aromatische Natriumcarboxylate, die Polyphenolate, in der Lage simultan als Hydrotrope und Photostabilisatoren für das Vitamin Riboflavin zu fungieren. Dabei variierte die Art des photoprotektiven Effekts mit der Polyphenolatkonzentration. Da Natriumpolyphenolate potentielle Lösungsvermittler und Stabilisatoren für Nahrungsmittel und Getränke darstellen, wurde auch die Kompatibilität von Natriumpolyphenolat/Riboflavin-Formulierungen mit einem Sportgetränkmuster von BASF getestet, um Präzipitationen und eine Beschleunigung von Riboflavins Photodegradation auszuschließen.
Des Weiteren wurde der Einfluss des Kations auf die hydrotropen Eigenschaften von Polyphenolaten kurz untersucht. Hierbei wiesen nur Cholinpolyphenolate den Natriumpolyphenolaten vergleichbare hydrotrope Eigenschaften auf. Da Cholinpolyphenolate eine höhere Wasserlöslichkeit besitzen, ermöglichten sie ähnliche molare Polyphenolat/Riboflavin-Verhältnisse und sogar eine noch höhere Wasserlöslichkeit Riboflavins als Natriumpolyphenolate.
Es wurde zudem eine dritte lösungsvermittlende Eigenschaft von aromatischen Natriumcarboxylaten beobachtet. So wurde anhand von Natriumferulat gezeigt, dass das Hydrotrop auch als Cotensid in wässrigen Natriumdodecylsulfat Lösungen wirken kann.
Natriumferulat hat nämlich (i) die kritische mizellare Konzentration des Tensids gesenkt, (ii) die Strukturierung der mizellaren Lösung erhöht und (iii) die Wasserlöslichkeit des hydrophoben Farbstoffs Sudanblau II relativ zur reinen Tensidlösung erhöht. Nichtsdestotrotz hängen die Cotensid-Eigenschaften des Polyphenolats von dem Tensid ab. Denn Natriumferulat zeigte deutlich schwächere Cotensid-Eigenschaften in wässrigen Formulierungen des Biotensids Natriumcholat.
Zusätzlich hat sich herausgestellt, dass die Cotensid-Eigenschaften des Natriumferulats und die hydrotrope Solubilisierung aromatischer Moleküle durch Komplexbildung mit aromatischen Natriumcarboxylaten koexistieren können. Somit gelang es, Riboflavin und Sudanblau II gleichzeitig in wässrigen Tensidlösungen bestehend aus Natriumdodecylsulfat oder Natriumcholat durch Zusatz von 0.37 mol·kg-1 Natriumferulat simultan zu lösen. die Kompatibilität von Natriumferulats Cotensid-Eigenschaften und seiner hydrotropen Eigenschaften stellen eine grüne Möglichkeit dar, weniger toxische und essbare Formulierungen kleiner schlecht wasserlöslicher aromatischer und hydrophober Moleküle herzustellen.
Neben den lösungsvermittlenden Eigenschaften aromatischer Natriumcarboxylate beschäftigt sich diese Dissertation auch eingehend mit der Solubilisierung des Vitamins und gelben Lebensmittelfarbstoffs Riboflavin. Anhand von Einkristallröntgenstreuung und Löslichkeitsexperimenten wurde π-stacking von Riboflavins Isoalloxazinringen als Grund für Riboflavins schlechte Löslichkeit in diversen Lösungsmitteln festgestellt. Aus diesem Grund war es nicht erstaunlich, dass aromatische Moleküle wie L-Tryptophan, Koffein, Saccharin, L-Histidin und Indoxylsulfat Riboflavins Wasserlöslichkeit erhöhen konnten. Somit können nicht nur Polyphenolate sondern auch andere π-konjugierte Moleküle als Solubilisierer für Riboflavin verwendet werden. Das bedeutet auch, dass Solubilisierer für Riboflavin nicht zwangsläufig amphiphil sein müssen. Zudem war es möglich die Löslichkeit Riboflavins leicht zu erhöhen indem die Polarität und Wasserstoffbrückenbindungsaffinität von Lösungsmitteln verändert wurde.
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
This thesis deals mainly with the solubilizing modes of aromatic sodium carboxylates. Thus, a broad hydrotropic action of aromatic sodium carboxylates – among them many polyphenols – was discovered. Based on their amphiphilicity and on specific molecular interactions, aromatic sodium carboxylates can act as salting-in and -out agents in the (anti )hydrotrope range for the small slightly ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
This thesis deals mainly with the solubilizing modes of aromatic sodium carboxylates. Thus, a broad hydrotropic action of aromatic sodium carboxylates – among them many polyphenols – was discovered.
Based on their amphiphilicity and on specific molecular interactions, aromatic sodium carboxylates can act as salting-in and -out agents in the (anti )hydrotrope range for the small slightly hydrophobic di(propylene glycol) n-propyl ether.
Mainly based on their conjugated π-electron system, aromatic sodium carboxylates increase the water-solubility of aromatic solutes, such as riboflavin, lumichrome, riboflavin 5’-monophosphate sodium salt, vitamin K3, folic acid, caffeine, and curcumin. The π-electron driven solubilizing mechanism was investigated thoroughly with various techniques. Dynamic light scattering, surface tension, and nuclear magnetic resonance analysis contradicted the presence of larger aggregates. (i) Mutual hydration of aromatic sodium carboxylates with aromatic solutes, (ii) the observation of a reversible bathochromic shift of some aromatic solutes’ absorbance spectrum due to the presence of electron-rich aromatic sodium carboxylates, and (iii) NMR analysis confirmed π-complexation of aromatic sodium carboxylates with other aromatic solutes as reason for the electron system dependent hydrotropy. Aside of the hydrotropic effect of aromatic sodium carboxylates, special aromatic carboxylates, sodium polyphenolates, turned out to act simultaneously photoprotective to the vitamin riboflavin. Thereby, the photoprotection mode depended on the polyphenolate concentration. Keeping in mind the potential application of sodium polyphenolate/riboflavin formulations in food and beverages, their compatibility with a common sports drink formulation from BASF was also tested to exclude precipitation or faster photodegradation.
The effect of distinct cations on a polyphenolate’s hydrotropic properties was also briefly investigated. Choline was the only cation enabling similar performance of the polyphenolates to sodium polyphenolates. Thereby, the better water-soluble choline polyphenolates enabled to keep similar molar polyphenolate/riboflavin ratios and to solubilize even more riboflavin in water.
A third solubilizing mode of aromatic sodium carboxylates was observed for the polyphenolate sodium ferulate. This compound turned out to exert a cosurfactive action in aqueous sodium dodecyl sulfate solutions. Sodium ferulate (i) decreased the critical micellar concentration of the latter surfactant, (ii) increased the structuring of the micellar solution, and (iii) increased the solubility of the hydrophobic solute Sudan blue II relatively to the pure surfactant solution. However, the cosurfactive properties of sodium ferulate depend on the surfactant. Thus, regarding the bio-surfactant sodium cholate, sodium ferulate showed a weaker cosurfactive action.
Moreover, the cosurfactive action of sodium ferulate coexists with its hydrotropic complexation driven solubilizing mode for aromatic solutes. Thus, riboflavin and Sudan blue II could be solubilized simultaneously in an aqueous solution composed of varying concentrations of sodium dodecyl sulfate or cholate with 0.37 mol·kg-1 sodium ferulate. Sodium ferulate’s cosurfactive support for sodium dodecyl sulfate and sodium cholate, and the compatibility of sodium ferulate’s hydrotropic and cosurfactive properties constitute a green way to create less toxic and edible formulations of poorly water-soluble aromatic and hydrophobic solutes.
Aside of the solubilizing properties of aromatic sodium carboxylates, this thesis dealt also with the solubilization of the vitamin and yellow food colorant riboflavin. Using single crystal X-ray scattering and solubilization experiments, π-stacking of riboflavin’s isoalloxazine rings was identified as main reason for the poor solubility of the vitamin in various solvents. Thus, it was not surprising that the aromatic L-tryptophane, caffeine, saccharine, L-histidine and indoxyl sulfate improved riboflavin’s solubility in water. Consequently, not only polyphenolates, but also other π-conjugated compounds can act as solubilizers for riboflavin. Therefore, the solubilizers for riboflavin need not necessarily to be amphiphilic. Nevertheless, riboflavin’s water-solubility can be tuned slightly by altering the polarity of the solvent and its hydrogen bonding network.
Metadaten zuletzt geändert: 03 Feb 2025 07:56
Nur für Besitzer und Autoren: Kontrollseite des Eintrags
Downloadstatistik