اقرأ في هذا المقال
ما هي أملاح الأمونيوم الرباعية؟
(QAS) عبارة عن مركبات أيونية تحتوي على نيتروجين أمونيوم رباعي وأربع مجموعات ألكيل أو أريل متصلة بهذا النيتروجين، وأيون أنيوني مثل الكلوريد أو البروميد. من بين أربع مجموعات ألكيل، واحدة عبارة عن مجموعة سلسلة ألكيل طويلة تحتوي على أكثر من ثمانية هيدروكربونات وتعمل أيضًا كمجموعة كارهة للماء.
تميل المجموعات الكارهة للماء في (QAS) إلى التأثير على وظائفها المضادة للميكروبات. (QAS) هي مبيدات حيوية فعالة عند استخدامها في المحاليل المائية وكمطهرات سائلة. عندما يتم توصيل (QAS) كيميائيًا بالأسطح الليفية، يمكن إعاقة وظائفها اعتمادًا على كيفية توصيلها والهياكل النهائية لـ (QAS) على الأسطح.
يمكن أن توفر (QAS) المدمجة ماديًا في الألياف وظائف مضادة للميكروبات عن طريق إطلاقها تدريجيًا من أسطح الألياف أثناء الاستخدام، ممّا قد يوفر الوظائف المقصودة للمواد ولكنه قد يمثل مصدر قلق بشأن المتانة.
أملاح الأمونيوم الرباعية (QAS) هي مركبات كاتيونية تحتوي على مجموعات ألكيل بطول سلسلة من (C8 إلى C18) وهي قابلة للذوبان في الماء، ويمكن استخدامها كمطهرات في الصناعات النسيجية. كل هذه المركبات عبارة عن عوامل غشائية نشطة، ويمكن أن تلحق الضرر بجدران الخلايا من البكتيريا موجبة الجرام. يمكن أن يؤدي الغشاء التالف إلى تسرب المكونات داخل الخلايا، ممّا يؤدي إلى تحلل الخلايا (Russell and Chopara ،1996). تمّ تطبيق (QAS) بنجاح على أقمشة الصوف والنايلون، كما أنه يمتلك نشاطًا قويًا ومتينًا مضادًا للبكتيريا.
تمّ الإبلاغ عن سلسلتين من الأصباغ تحتويان على مجموعتي أنثراكينون و(QAS)، مع سلسلة ألكيل طويلة تتراوح من (C4 إلى C12). أظهرت الأصباغ التي تحتوي على سلسلة ألكيل أطول من (C8) أنشطة جيدة ضد الميكروبات ضد الإشريكية القولونية، ومع ذلك فإنّ متانة الغسل واستقرار التحلل المائي للأصباغ كانت محدودة للغاية منذ أن تمّ ربط الأنثراكينون و(QAS) برابطة أميد، والتي يمكن تحللها في محلول قلوي.
للتغلب على الاستقرار المائي المنخفض لرابطةالأميد، تمّ تصنيع سلسلتين جديدتين من الأصباغ باستخدام رابطة أمين كوصلة جديدة بين مجموعتي الأنثراكينون و(QAS). هذه الأصباغ مستقرة جدًا في كل من الظروف القلوية والحمضية، ولها سلاسل ألكيل مختلفة بأطوال مختلفة تتراوح من (C4 إلى C16). أظهرت الأصباغ التي تحتوي على أطوال سلسلة ألكيل من (C8 وC12) أقوى نشاط مضاد للميكروبات، وكانت الأصباغ ذات موقعين من الأمونيوم الرباعي أقوى من تلك الموجودة في موقع واحد في الأنشطة المضادة للميكروبات. كان الحد الأدنى لتركيز تثبيط الأصباغ منخفضًا يصل إلى 10 جزء في المليون في المحاليل.
استخدامات أملاح الأمونيوم الرباعية
تمّ استخدام أملاح الأمونيوم الرباعية، خاصة تلك التي تحتوي على (12-18) ذرة كربون على نطاق واسع كعوامل مضادة للميكروبات في تصنيع المنسوجات المضادة للميكروبات، حيث تحمل هذه المركبات شحنة موجبة عند ذرات N بعد غمرها في محلول مائي، وتسبب مجموعة متنوعة من الآثار السلبية على الميكروبات، إذ أنّها تمتص على جدران خلايا البكتيريا المحتوية على الفوسفات من خلال تفاعل أيوني، وتخترق جدار الخلية ثمّ تلتصق بالغشاء السيتوبلازمي، ممّا يتسبب في تمسخ البروتينات، وبالتالي تسرب المكونات داخل الخلايا وموت البكتيريا.
أثناء تعطيل البكتيريا، تظل مجموعات الأمونيوم الرباعية سليمة وتحتفظ بقدرتها المضادة للميكروبات، طالما أنّ المركبات مرتبطة بالمنسوجات، ومع ذلك وبسبب آلية الإطلاق البطيئة، فإنّ متانة الغسيل للأقمشة المعالجة محدودة بسبب كمية المبيدات الحيوية المدمجة، كما أن أملاح الأمونيوم الرباعية لها فعالية مضادة للجراثيم أقل نسبيًا مقارنة بالمركبات المضادة للبكتيريا الأخرى، واليوم تمّ تصنيع أنواع جديدة من مركبات الأمونيوم الرباعية ومعالجتها بنجاح على المنسوجات.
أملاح الأمونيوم الرباعية هي مجموعة أخرى من مشتقات الشيتوزان، حيث يمكن تحقيق درجات تربيع مختلفة للمجموعات الأمينية في الشيتوزان باستخدام ميثيل يوديد في محلول قلوي باستخدام (N-methylpyrrolidinone NMP) كخطوة أولى للتفاعل، وبعد ذلك يستمر تفاعل التحويل الرباعي باستخدام الكواشف الأخرى مثل: كلوريد أسيتيل الكلور في ثنائي ميثيسولفوكسيد واستخدام البيريدين أو البيريدين الأميني.
مشتقات الشيتوزان الرباعية هذه قابلة للذوبان في المحاليل المحايدة والقلوية قليلاً، ممّا يدل على أنشطة مضادة للأكسدة ومضادة للفطريات ومنخفضة السمية، علاوةً على ذلك، فإنّها تقدم امتصاصًا محسنًا وخصائص لاصقة مخاطية مقارنةً بالكيتوزان، ممّا يجعل هذه البوليمرات مناسبة للاستخدام في أنظمة توصيل الجينات والأدوية.
تحتوي أملاح الأمونيوم الرباعية، مثل كلوريد سيتيل تراي ميثيل كلوريد الأمونيوم وبيهينيل تريميثيل كلوريد الأمونيوم على نطاق واسع في منشطات التكييف في تركيبات مستحضرات التجميل المختلفة؛ بسبب ملمسها المشحم والمكيف الفريد، كما تعتبر مجموعة رأس تريميثيل الأمونيوم، بالإضافة إلى مضادها مثل الكلوريد كبيرة الحجم و الكحول الدهني أو مجموعة الرأس السطحي بجانبها، إذ يتيح ذلك للجزيء مساحة للدوران تمنع تبلور جميع سلاسل الألكيل حولها، كما تستخدم هذه الفئة من المواد على نطاق واسع في مكيفات الشعر والعلاجات.
خصائص أملاح الأمونيوم الرباعية:
تتميز أملاح الأمونيوم الرباعية بذرة نيتروجين مرتبطة بأربع سلاسل ألكيل، إذ أن هذه المواد الخافضة للتوتر السطحي من المحتمل أن تكون مصادر ممتازة لنمو الميكروبات، ومن بين أملاح الأمونيوم الرباعية، تمّت دراسة التحلل البيولوجي لأملاح ألكيل ترايميثيل الأمونيوم بالتفصيل، وذلك باستخدام الثقافات النقية للكائنات الحية الدقيقة، كما تمّ تحديد البكتيريا مبدئيًا على أنّها (Pseudomonas sp) القادرة على استخدام ألكيل ترايميثيل أمونيوم كلوريد كمصدر وحيد للكربون والطاقة وتمّ عزلها من الحمأة المنشطة.
ينمو على الكلوريد السداسي كلوريد ثلاثي ميثيل الأمونيوم، يتراكم ثلاثي ميثيل أمين كمنتج تكسير، ممّا يوضح بشكل لا لبس فيه أن هذا الكائن الحي يستخدم سلسلة الألكيل كمصدر وحيد للكربون والطاقة، حيث يبدأ انشقاق رابطة (Calkyl-N) لأملاح (Alkyltrimethylammonium) بواسطة أحادي أوكسجيناز، كما تمّ تقديم عرض آخر لانشقاق رابطة (Calkyl-N) كخطوة تحلل أولية لأملاح (Alkyltrimethylammonium).
كما أن الـ (Aeromonas hydrophila sp. K) وهو كائن حي معزول عن التربة قادر على استخدام أملاح (alkylbenzyldimethylalkylammonium) كمصدر وحيد للكربون والطاقة، حيث تمّ استخدام تحليل الكروماتوغرافيا السائلة عالية الأداء وتحليل الطيف الكتلي لكروماتوغرافيا الغاز لدراسة مسار التحلل، وأثناء التحلل الحيوي لكلوريد ألكيل بنزيلدي ميثيل الأمونيوم، يحدث تكوين بنزيل ميثيل أمين، بنزيل ميثيل أمين، بنزيل أمين، بنزالديهايد وحمض البنزويك.
يشير تكوين (benzyldimethylamine) إلى أنّ انقسام رابطة (Calkyl-N) يحدث كخطوة أولى في استقلاب كلوريد ألكيل بنزيل ألكيل أمونيوم. سلسلة من اختبارات الزجاجة المغلقة التي تمّ تلقيحها بالكائنات الدقيقة غير المعدلة والكائنات الدقيقة التي تمّ تكييفها مع كلوريد الديسيلبينزيل ميثيل الأمونيوم تشير أيضًا إلى انقسام رابطة (Calkyl-N 90).
يتم تحرير سلاسل الألكيل لأملاح الأمونيوم الرباعية كقنيات ويتم توجيه القنوات في دورة الأكسدة β، حيث يتحلل ثلاثي ميثيل أمين وثنائي ميثيل بنزيل أمين بواسطة الكائنات الحية الدقيقة الأخرى.
