Tensioactifs & Notion de HLB PDF

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE BADJI MOKHTAR ANNABA FACULTE DE MEDECINE DEPARTEMENT DE PHARMACIE LABORATOIRE DE PHARMACIE GALENIQUE...

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE BADJI MOKHTAR ANNABA FACULTE DE MEDECINE DEPARTEMENT DE PHARMACIE LABORATOIRE DE PHARMACIE GALENIQUE Module : Pharmacie Galénique Intitulé du cours Tensioactifs & Notion de HLB Destiné aux étudiants de 3éme année Pharmacie Réalisé par : Dr BENCEDIRA S/H 1  Plan Introduction 1. Définition des tensioactifs 2. Propriétés des tensioactifs 3. Classification des tensioactifs 4. Notion de HLB 4.1. Définition de HLB 4.2. Additivité de la valeur HLB 4.3. Détermination du HLB d’un tensioactif 4.3.1. Méthodes par calcul 4.3.2. Méthode expérimentale 4.4. Intérêt du HLB Conclusion 2 Introduction Un médicament, tel qu’il est présenté au malade, est constitué par un ou plusieurs principe (s) actif (s), excipients et des articles de conditionnement. Parmi les excipients constituants les médicaments, nous citons les tensioactifs. 1. Définition des tensioactifs Les tensioactifs (agents de surface ou surfactifs ou agent de surface ou surfactant) sont des molécules amphiphiles formées de deux parties de polarité différente : - Une partie de la molécule, dite polaire ou hydrophile, - L’autre partie, dite apolaire ou lipophile (figure 1). La structure des tensioactifs peut être : - Monocaténaire, bicaténaire ou tricaténaire, selon que la tête polaire porte respectivement une, deux ou trois chaînes alkyles, - Bolaforme, lorsque deux têtes polaires sont reliées par un ou deux segments hydrophobes, - Gémini, lorsque deux têtes polaires portent chacune une chaîne hydrophobe et sont reliées entre elles par un segment hydrophobe appelé espaceur mésogène. Figure 01. Représentation schématique d’un tensioactif 2. Propriétés des tensioactifs Les tensioactifs sont des composés naturels ou synthétiques présentant les propriétés suivantes : - Grâce à leur structure amphiphile, les tensioactifs s’adsorbent aux interfaces liquide- gaz (figure 2), liquide-liquide (figure 3), ou liquide-solide (figure 4) et s’orientent de telle sorte que la partie hydrophile se trouve dans la phase polaire et la partie lipophile dans la phase apolaire. Il en résulte une modification de la tension inter-faciale. - En solutions aqueuse, ces molécules sont capables de se grouper pour donner naissance à des micelles (sphériques ou cylindriques) a des structures lamellaires en bicouches ou à des structures vésiculaires, une fois la concentration micellaire critique (CMC) atteinte (figures 5). La morphologie de ces agrégats découle de la structure des tensioactifs, de la nature et de la taille de la tête polaire et de la longueur de la queue hydrophobe. 3 Ces propriétés se traduisent par différents pouvoirs : - Pouvoir mouillant : Le pouvoir mouillant d’une solution définit son aptitude à s’étaler sur une surface solide. Le mouillage est exprimé par la loi d'Young-Duprè (figure 6).... Loi d'Young-Duprè où : 𝛾𝑆𝑉, 𝛾𝑆𝐿 et 𝛾𝐿𝑉 désignent respectivement la tension superficielle des interfaces solide/vapeur, solide/liquide et liquide/vapeur. L’angle de contact θ dépond des tensions de surface existant entre l'air (V), le solide (S) et le liquide (L). Une diminution de l’angle de contact se traduit par une augmentation de la mouillance (figure 7). - Pouvoir émulsionnant : Les tensioactifs favorisent la dispersion d’un liquide dans un autre liquide non miscible (formation des émulsions). Ils augmentent la stabilité de l’émulsion formée. - Pouvoir moussant : Les tensioactifs favorisent la dispersion d’un gaz, le plus souvent de l’air, dans un liquide, en présence. Ces molécules amphiphiles vont s’adsorber aux interfaces gaz/liquide et les stabiliser par abaissement de la tension superficielle. - Pouvoir solubilisant : C’est le degré d’aptitude d’un agent de surface en solution à donner, à certains corps peu solubles dans le solvant, une solubilité apparente par association micellaire (figure 8). - Pouvoir détergeant : Certains tensioactifs à propriétés détergentes facilitent l’élimination des souillures fixées sur un support solide. Ceci est dû à leurs propriétés mouillantes, solubilisantes, dispersante et souvent moussantes. - Autres : pouvoir dispersant, pouvoir pénétrant, pouvoir antiseptique,... Figure 02. Adsorption et Figure 03. Adsorption et orientation des tensioactifs à une orientation des tensioactifs à une interphase eau-air interphase eau-huile 4 Figure 04. Adsorption et orientation des tensioactifs à une interphase eau-solide Figure 5. Mésophases possibles des tensioactifs. (A) : Micelle cylindrique, (B) : Micelle sphérique (directe), (C) : Structure lamellaire (bicouche), (D) : Structure vésiculaire et (E) : Micelle sphérique inverse. Figure 6. Mouillage définis par l'angle de contact. 5  Ѳ Ѳ Ѳ ≥ 90 ˚ 0˚ < Ѳ < 90˚ Ѳ = 0˚ Mouillage nul Mouillage Mouillage imparfait parfait Figure 7. Types de mouillage définis par l'angle de contact. Figure 8 : Schéma de solubilisation d’une substance dans les micelles 3. Classification des tensioactifs Il est possible de classer les agents tensioactifs de différentes manières : origine, emploi, solubilité dans l’eau, structure,... Du point de vue chimique, deux types de classifications sont distingués selon : - La composition de la queue du tensioactif : Tensioactif hydrocarboné, Tensioactif propoxylé, Tensioactif fluoré, Tensioactif siliconé, - La composition de la tête du tensioactif : Tensio-actifs anioniques, Tensio-actifs cationiques, Tensioactifs amphotères, Tensioactifs non iniques. C’est le classement le plus utilisé à l’heure actuelle, il est fondé sur le caractère ionique des tensioactifs (tableau 01). 6  Tableau 01 : Classification des tensioactifs selon leur caractère ionique Caractère ionique Propriétés Exemples Savons alcalins (L/H): stéarates de sodium, stéarates de S’ionisent dans l’eau potassium, stéarates d’ammonium. Savons métalliques (H/L): stéarates de calcium. Tensioactifs A anion volumineux Savons de bases organiques (L/H): stéarate de triéthanolamine. anioniques lipophile Savons d’acides diterpéniques (L/H): abiétate de sodium. Agissent qu’en milieu Dérivés sulfatés (L/H): laurylsulfate de sodium. alcalin Dérivés sulfonés (L/H): Diocrylsulfosuccinate de sodium, Dodécylbenzènesulfonate de sodium. S’ionisent dans l’eau A cation volumineux Sels d’ammoniums quaternaires : bromure de (L/H) cétyltriméthylammonium. Tensioactifs cationiques Agissent qu’en milieu Sels d’amines : chlorhydrate d’octadécylamine. acide Présentent des propriétés antiseptiques Contiennent à la fois des groupes acides et basiques. Tensioactifs En pH basique, ils se amphotères comportent comme des Bétaïnes ou tensioactifs anioniques. zwitterioniques En pH acide, ils se comportent comme des tensioactifs cationiques. Tensioactifs à liaison esters : - Esters d’éthylèneglycol, de glycérol et de macrogols : palmito-stéarate d’éthylène glycol, monostéarate, monooléate et monolinoléate de glycérol, di-stéarate et dibéhénate de glycérol. Classés selon la nature de la liaison qui unit la - Esters de sorbitan (spans et d’arlacels) (H/L) : laurate de Tensioactifs partie lipophile à la sorbitan, palmitate de sorbitan, stéarate de sorbitan, oléate de non ioniques partie hydrophile : sorbitan et trioléate de sorbitan, esters, éthers, amides, - Esters de sorbitan polyhydroxyéthylés ou polysorbates etc. (tweens) (L/H): polysorbates 20, polysorbates 60 et polysorbates 80. Tensioactifs à liaison éther : Éthers d’alcools aliphatiques et de macrogols, Éthers de phénols et de macrogols. Tensioactifs à liaison amide : amides polyhydroxyéthylés. Copolymères d’oxydes d’alkylène ou poloxamères : copolymères d’éthylène et d’oxyde de propylène. 7 Les tensioactifs anioniques et cationiques présentent les inconvénients suivants : - De nombreuses incompatibilités :  les anioniques n’agissent qu’en milieu alcalin,  les cationiques n’agissent qu’en milieu acide,  les anioniques et les cationiques sont incompatibles entre eux,  les savons alcalins sont sensibles aux sels dissous et en particulier aux sels de calcium des eaux dures. - Ils sont irritants pour la peau et les muqueuses. Les tensioactifs non ioniques ne possèdent pas, d’une façon générale, ces divers inconvénients et sont, de ce fait, les plus employés. 4. Notion de HLB 4.1. Définition de HLB La balance hydrophile lipophile d’un tensioactif ou HLB est un système de classification des tensioactifs mis au point par Griffin. La valeur du HLB d’un tensioactif est en fonction de l’importance de la partie hydrophile. Elle est élevée lorsque la fraction hydrophile est prédominante. Elle est faible si la molécule est plus lipophile qu’hydrophile (tableau 2). Tableau 2. HLB de quelques tensioactifs Tensioactifs Valeur HLB Trioléate de sorbitan (span 85) 1.8 Monostéarate de glycérol 3.8 Monostéarate de sorbitan (span 60) 4.7 Monolaurate de sorbitan (span 20) 8.6 Monostéarate de macrogol 400 11.6 Oléate de triéthanolamine 12 Polysorbate 80 14.9 Polysorbate 60 15 Polysorbate 20 16.7 Oléate de sodium 18 Laurylsulfate de sodium 40 Les tensioactifs ayant un PM > 200 présente un HLB compris entre 1 et 50. Les substances dont le PM est < 200 sont trop petites pour être composées de deux pôles (hydrophile et lipophile) bien séparés. Les substances de HLB inférieur à 1 ou supérieur à 50 sont, soit trop solubles dans l’huile soit trop solubles dans l’eau, pour avoir des propriétés tensioactives. 8  4.2. Additivité de la valeur HLB Selon Griffin, les valeurs HLB sont additives. Lorsque deux tensioactifs sont mélangés, le HLB du mélange prend une valeur intermédiaire entre les HLB des deux tensioactifs. Cette valeur peut être calculée en tenant compte du taux respectif des deux produits en faisant appel à la formule suivante : HLB a. Qa + HLB b. Qb HLB m = Qa+Qb HLB m : Valeur HLB du mélange de tensioactifs HLB a : Valeur HLB du tensioactif « a » HLB b : Valeur HLB du tensioactif « b » Qa : Quantité du tensioactif « a » exprimée en gramme Qb : Quantité du tensioactif « b » exprimée en gramme 4.3. Détermination du HLB d’un tensioactif Il existe deux de méthodes détermination du HLB : - Méthodes par calcul, selon les formules de GRIFFIN, formule de DAVIES ou formule de RIMLINGER. - Méthodes expérimentales. 4.3.1. Méthodes par calcul Pour GRIFFIN, le HLB d’une molécule de tensioactif est calculé selon une méthode essentiellement pondérale, et dont la formule varie suivant la nature de la molécule (tableau 3). Tableau 3. Formules de GRIFFIN Ester d’acide gras et polyols faciles à Ester dont la saponification est saponifier difficile HLB=20.(1-S/A) HLB=(E+P)/5 S : indice de saponification de l’ester E : pourcentage en poids des groupements A : indice d’acide gras libéré. éthylène P : pourcentage en poids de polyol. Partie hydrophile formée seulement d’oxyde d’éthylène condensé avec un reste d’alcool gras 1.masse moléculaire de la partie hydrophile.100 HLB = 5.masse moléculaire totale 9 Les formules de GRIFFIN ne s’appliquent : - Ni aux tensioactifs non ioniques, contenant des groupements oxyde de propylène, de l’azote ou du soufre, - Ni aux tensioactifs ioniques, pour ces derniers GRIFFIN propose une méthode expérimentale fondée sur la notion d’additivité. Selon DAVIES, il est nécessaire pour calculer le HLB des tensioactifs d’attribuer à chaque groupement de la molécule un coefficient d’hydrophilie bien déterminé. Ce coefficient est appelé nombre de groupe, il est positif pour les groupements hydrophiles et négatif pour les groupements lipophiles. Le HLB est calculé selon la formule : HLB=7+Σ (nombre de groupe hydrophile) + Σ (nombre de groupe lipophile) En pratique, la méthode DAVIES ne s’applique que si la structure de la molécule est connue. Quant à RIMLINGER, Il attribue également des coefficients d’hydrophilies aux différents groupements des molécules de tensioactifs. HLB=10 +Σ (nombre de groupes hydrophiles) + Σ (nombre de groupes lipophiles) 4.3.2. Méthode expérimentale Le principe repose sur deux points de base : - Le HLB est une grandeur additive : Cette additivité permet avec deux tensioactifs seulement de préparer toute une gamme de mélanges de HLB différents ; - L’HLB critique ou HLB optimal d’une phase lipophile : correspond à HLB du mélange de tensioactifs, qui dans des conditions opératoires bien précises, permet d’obtenir, avec cette phase et de l’eau, l’émulsion la plus stable. Pour déterminer le HLB d’un nouveau tensioactif, il suffit de faire une série d’émulsions avec de l’eau, une huile de HLB critique connu et un mélange d’un tensioactif de HLB connu et du nouveau tensioactif, en proportions variables. Une des émulsions obtenues est plus fluide et plus stable que les autres : c’est celle pour laquelle le HLB du mélange de tensioactifs est égal au HLB critique de l’huile. Connaissant les proportions des deux tensioactifs dans cette émulsion, le HLB du nouveau tensioactif est déduit. 4.4. Intérêt du HLB Sa connaissance facilite le choix d’un tensioactif au moment de l’emploi. Très approximativement, en effet, on peut admettre les domaines d’utilisation suivants selon le HLB (Tableau 4). 10  Tableau 4 : Domaines d’utilisation des tensioactifs suivants selon le HLB Propriétés Valeur HLB Emulsionnants H/L 3à6 Mouillants 7à9 Anti moussants < 8 (surtout 1,5 à 3) Emulsionnants L/H 8 à 18 Détergents 13 à 15 Solubilisants 15 à 18 Conclusion Outre les propriétés des tensioactifs (émulsionnante, moussante, mouillante,...) qui font d’eux, des composés largement utilisés dans le domaine de la formulation galénique (collyres, pommades, suppositoires, comprimés, etc.), il est important de souligner qu’ils peuvent présenter des propriétés antiseptiques, détergentes, kératolytiques, d’intérêt certain dans la thérapeutique. 11