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Bromure de cétyltriméthylammonium

tensioactif d'ammonium quaternaire et agent antiseptique

Le bromure de cétyltriméthylammonium, ou CTAB, est un composé organique de formule chimique [(CH3(CH2)15N(CH3)3]Br. Il se présente sous la forme d'une poudre blanche utilisée comme tensioactif. Il est constitué par une longue chaîne aliphatique apolaire en C16 contenant 16 atomes de carbone saturés (chaine cétylique, ou hexadécane) attachée à un groupement triméthyl ammonium quaternaire chargé positivement. Il forme des micelles stables dans l'eau. Il est largement employé dans la production de nanoparticules d'or (sphères, bâtonnets, bipyramides...), de nanoparticules de silice mésoporeuse (MCM-41 par exemple) et d'après-shampooings. Le cation hexadécyltriméthylammonium [(CH3(CH2)15N(CH3)3]+ est un antiseptique efficace contre les bactéries et les champignons.

Bromure de cétyltriméthylammonium
Bromure de cétyltriméthylammonium
Identification
Nom UICPA bromure d'hexadécyl(triméthyl)azanium
No CAS 57-09-0
No ECHA 100.000.283
No CE 200-311-3
No RTECS BQ7875000
ChEBI 3567
SMILES
InChI
Apparence poudre blanche à l'odeur discrète[1]
Propriétés chimiques
Formule C19H42BrN
Masse molaire[2] 364,447 ± 0,019 g/mol
C 62,62 %, H 11,62 %, Br 21,92 %, N 3,84 %,
Propriétés physiques
T° fusion 237 à 243 °C[1]
Solubilité 55 g·L-1[1] à 20 °C
T° d'auto-inflammation 290 °C[1]
Point d’éclair 244 °C[1]
Limites d’explosivité dans l’air inférieure : < 15 g/m3 ; supérieure : 9,0 bar[1]
Précautions
SGH[1]
SGH05 : CorrosifSGH07 : Toxique, irritant, sensibilisant, narcotiqueSGH08 : Sensibilisant, mutagène, cancérogène, reprotoxiqueSGH09 : Danger pour le milieu aquatique
Danger
H302, H315, H318, H335, H373, H410, P273, P280.3, P314, P302+P352 et P305+P351+P338
NFPA 704[3]

Symbole NFPA 704.

 
Transport[1]
   3077   
Écotoxicologie
DL50 410 mg·kg-1[1] (souris, oral)
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.
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C'est l'un des ingrédients du cétrimide (en)[4]. C'est également le principal ingrédient de solutions tampons utilisées pour l'extraction de l'ADN[5]. Le chlorure de cétyltriméthylammonium (en) et le stéarate de cétyltriméthylammonium, qui lui sont apparentés, peuvent être également utilisés comme antiseptiques ainsi que dans les shampooings et les cosmétiques. Le CTAB est cependant une substance assez chère qui n'est employée que dans des cosmétiques haut de gamme.

Comme la plupart des tensioactifs, le bromure de cétyltriméthylammonium forme des micelles en solution aqueuse. À 303 K (30 °C), il forme des micelles ayant un nombre d'agrégation (en) compris entre 75 et 120 selon le mode de détermination, la moyenne étant de l'ordre de 95, et un degré d'ionisation α = 0,2 à 0,1 selon que la concentratien est basse ou haute[6].

Applications

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Biologie et médecine

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Le bromure de cétyltriméthylammonium est un tensioactif très utilisé pour l'extraction de l'ADN afin de dissoudre la membrane plasmique des cellules et de provoquer leur lyse. La séparation fonctionne également avec les tissus riches en polysaccharides[5] : le CTAB se lie à ces derniers lorsque leur concentration est élevée, ce qui les élimine de la solution.

Les membranes cellulaires sont essentiellement constituées d'acides gras, qui sont amphiphiles, de sorte que des détergents sont souvent utilisés pour les dissoudre en interagissant à la fois avec leur groupe hydrophile et leur domaine hydrophobe. Le bromure de cétyltriméthylammonium est apprécié en biologie moléculaire et en biochimie parce qu'il préserve l'intégrité de l'ADN précipité au cours de l'opération[7]. En particulier, la charge positive du cation cétyltriméthylammonium dénature les glycoprotéines et les polysaccharides cellulaires avant qu'ils n'interfèrent avec le processus d'extraction de l'ADN[5].

Le bromure de cétyltriméthylammonium présente également un intérêt comme anticancéreux favorisant l'apoptose des cellules de cancers des voies aérodigestives supérieures[8].

Production de nanoparticules

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Les tensioactifs jouent un rôle clé dans la production de nanoparticules en s'adsorbant à la surface des nanoparticules en formation, ce qui réduit leur énergie de surface[9]. Ils aident également à prévenir l'agrégation, par exemple à travers des mécanismes DLVO (en).

Les nanoparticules d'or font l'objet de recherches en raison de leurs propriétés particulières, qui peuvent être mises à profit dans les domaines de la catalyse, l'optique, l'électronique, les appareils de détection et de mesure, et la médecine[10]. Le contrôle de la forme et de la taille de ces nanoparticules est important pour ajuster leurs propriétés, et le bromure de cétyltriméthylammonium est largement utilisé précisément pour contrôler la morphologie des nanoparticules. On pense qu'il agit en se liant aux facettes des cristaux en formation.

Une partie de cet effet provient de la réaction du CTAB avec d'autres réactifs au cours du processus de fabrication. Par exemple, lors de la synthèse auqueuse de nanoparticules d'or, l'acide chloraurique HAuCl4 peut réagir avec le CTAB pour donner un complexe CTA+AuCl4−[11],[12]. Ce complexe aurique réagit ensuite avec de l'acide ascorbique pour donner de l'acide chlorhydrique, un radical d'acide ascorbique et un complexe CTA-AuCl3. Ces deux dernières espèces réagissent spontanément pour produire des nanoparticules métalliques Au0 et d'autres sous-produits. La substitution des anions chlorure Cl− par des anions bromure Br− sur les centres Au(III) se produit de manière simultanée ou alternative. La cinétique de la formation des nanoparticules est influencée par la complexation avec le cation ammonium et la spéciation du précurseur Au(III), qui influencent par conséquent la taille, la forme et la distribution des formes et des tailles des particules ainsi formées.

Le bromure de cétyltriméthylammonium a été utilisé pour la publication du premier matériau mésoporeux ordonné[13]. Les solides microporeux, dont les pores ont un diamètre inférieur à 2 nm, et les solides mésoporeux, dont les pores ont un diamètre compris entre 2 et 50 nm, se sont avérés d'une grande utilisé comme catalyseurs et matériaux d'adsorption en raison de leur surface spécifique élevée. Les zéolithes sont des matériaux microporeux typiques dont les pores sont cependant trop petits pour permettre une grande variété d'applications. La silice mésoporeuse est un matériau mésoporeux bien connu, mais elle est fréquemment amorphe ou paracristalline, avec des pores irrégulièrement disposés dont le diamètre présente une dispersion importante. Le besoin de disposer de matériaux mésoporeux très ordonnés avec une bonne cristallinité à moyenne échelle a favorisé l'utilisation de tensioactifs avec gels d'aluminosilicates, par exemple pour former des matériaux contenant des réseaux de canaux uniformes de dimension réglable de 1,6 à 10 nm en fonction du tensioactif, des réactifs auxiliaires et des conditions de réaction. On pense que la formation de ces matériaux ordonnés repose sur la formation de parois inorganiques entre micelles disposées régulièrement. Le bromure de cétyltriméthylammonium tend à former des micelles organisées en réseau hexagonal bidimensionnel ; le précurseur de silice s'hydrolyse entre les micelles et remplit les espaces avec du dioxyde de silicium. La matrice organique est ensuite éliminée par calcination, laissant une silice mésoporeuse ordonnée.

Notes et références

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  1. ↑ a b c d e f g h et i Entrée « n-Cetyl-N,N,N-trimethylammonium bromide » dans la base de données de produits chimiques GESTIS de la IFA (organisme allemand responsable de la sécurité et de la santé au travail) (allemand, anglais), accès le 15 mars 2021 (JavaScript nécessaire)
  2. ↑ Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  3. ↑ « Fiche du composé (1-Hexadecyl)trimethylammonium bromide, 98%  », sur Alfa Aesar (consulté le ).
  4. ↑ (en) U. K. Laemmli, « Cleavage of Structural Proteins during the Assembly of the Head of Bacteriophage T4 », Nature, vol. 227, no 5259,‎ , p. 680-685 (PMID 5432063, DOI 10.1038/227680a0, Bibcode 1970Natur.227..680L, lire en ligne)
  5. ↑ a b et c (en) Joseph D. Clarke, « Cetyltrimethyl Ammonium Bromide (CTAB) DNA Miniprep for Plant DNA Isolation », Cold Spring Harbor Protocols, vol. 2009, no 3,‎ , article no pdb.prot5177 (PMID 20147112, DOI 10.1101/pdb.prot5177, lire en ligne)
  6. ↑ (en) Clifford A. Bunton, Faruk Nome, Frank H. Quina et Laurence S. Romsted, « Ion binding and reactivity at charged aqueous interfaces », Accounts of Chemical Research, vol. 24, no 12,‎ , p. 357-364 (DOI 10.1021/ar00012a001, lire en ligne)
  7. ↑ (en) Muhammad Abubakkar Azmat, Iqrar Ahmad Khan, Hafiza Masooma Naseer Cheema, Ishtiaq Ahmad Rajwana, Ahmad Sattar Khan et Asif Ali Khan, « Extraction of DNA suitable for PCR applications from mature leaves of Mangifera indica L. », Journal of Zhejiang University Science B, vol. 13, no 4,‎ , p. 239-243 (PMID 22467363, PMCID 3323937, DOI 10.1631/jzus.B1100194, lire en ligne)
  8. ↑ (en) Emma Ito, Kenneth W. Yip, David Katz, Sonali B. Fonseca, David W. Hedley, Sue Chow, G. Wei Xu, Tabitha E. Wood, Carlo Bastianutto, Aaron D. Schimmer, Shana O. Kelley et Fei-Fei Liu, « Potential Use of Cetrimonium Bromide as an Apoptosis-Promoting Anticancer Agent for Head and Neck Cancer », Molecular Pharmacology, vol. 76, no 5,‎ , p. 969-983 (PMID 19654225, DOI 10.1124/mol.109.055277, lire en ligne)
  9. ↑ (en) S. K. Mehta, Sanjay Kumar, Savita Chaudhary et K. K. Bhasin, « Effect of Cationic Surfactant Head Groups on Synthesis, Growth and Agglomeration Behavior of ZnS Nanoparticles », Nanoscale Research Letters, vol. 4, no 10,‎ , p. 1197-1208 (PMID 20596462, PMCID 2893803, DOI 10.1007/s11671-009-9377-8, Bibcode 2009NRL.....4.1197M, lire en ligne)
  10. ↑ (en) Sook Young Moon, Takafumi Kusunose et Tohru Sekino, « CTAB-Assisted Synthesis of Size and Shape-Controlled Gold Nanoparticles in SDS Aqueous Solution », Materials Letters, vol. 63, no 23,‎ , p. 2038-2040 (DOI 10.1016/j.matlet.2009.06.047, lire en ligne)
  11. ↑ (en) Zaheer Khan, Taruna Singh, Javed Ijaz Hussain et Athar Adil Hashmi, « Au(III)-CTAB reduction by ascorbic acid: preparation and characterization of gold nanoparticles », Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, vol. 104,‎ , p. 11-17 (PMID 23298582, DOI 10.1016/j.colsurfb.2012.11.017, lire en ligne)
  12. ↑ (en) Wenlong Cheng, Shaojun Dong et Erkang Wang, « Synthesis and Self-Assembly of Cetyltrimethylammonium Bromide-Capped Gold Nanoparticles », Langmuir, vol. 19, no 22,‎ , p. 9434-9439 (DOI 10.1021/la034818k, lire en ligne)
  13. ↑ (en) C. T. Kresge, M. E. Leonowicz, W. J. Roth, J. C. Vartuli et J. S. Beck, « Ordered mesoporous molecular sieves synthesized by a liquid-crystal template mechanism », Nature, vol. 359, no 6397,‎ , p. 710-712 (DOI 10.1038/359710a0, Bibcode 1992Natur.359..710K, lire en ligne)
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