Calculating the solvation energies of surfactants is a way to predict the cmc. The solvation energies were determined for a homologous series of betaines, (CH₃)₃N+(CH₂)nCOO- where n = 1 to 6. Their structure is composed of only the hydrophilic head group of a surfactant. The solvation energies were determined from both the gas phase energy and free energy of solution. Conformational analysis was performed on each molecule to locate the lowest energy structures and determine the Boltzmann population of each conformation for each molecule. The final solvation energies for each molecule are expectation values based on their energies and Boltzmann populations. The plotted solvation energies versus n form a parabolic curve that is similar to the literature cmc data where the betaine has a long hydrocarbon tail. However, the solvation energies peak at n = 3 and the cmc data peaks at n = 4. The dipole moments were also examined. The gas phase dipole moments were graphed and have a maximum at n = 3, similar to the solvation energy. The solution dipole moments have a linear graph, not comparable to the solvation energies. Therefore, the stability of the gas phase structures contributes more to the final solvation energy than the stability of the molecule in water. The correlation between the plots of log cmc vs n and solvation energy vs n indicates that it is possible to computationally predict the cmc with this method. The hydrophobic contribution can be accounted for based on a known correlation between chain length and the cmc, and the hydrophilic contribution can be examined with this method. Therefore, it is possible to design a new surfactant molecule that has a cmc within the range of the biological activity to be sent for synthesis. / Master of Science

O consumo de tensoativos vem aumentando em função do crescimento da população, da melhoria geral das condições de vida e maior disponibilidade nos países menos desenvolvidos. Juntamente com o aumento de consumo, crescem os problemas no tocante às matérias-primas, resíduos e sua eliminação para o meio ambiente. A maioria dos tensoativos existentes no mercado é obtida a partir de matéria graxa. As fontes graxas convencionais incluem os óleos ou triglicerídeos de côco, babaçu, palma ou ainda os seus respectivos ácidos graxos. O Brasil possui grandes vantagens para produção de óleos vegetais, pois apresenta geografia favorável, e situa-se em uma região tropical. Além disso, a produção de oleaginosas em lavouras familiares torna-se uma importante alternativa de renda. Assim esse trabalho se propôs a desenvolver dois tensoativos anfóteros a partir de produtos da biodiversidade brasileira e estudar as suas propriedades físico-químicas. Tensoativos anfóteros são compostos que quando em solução aquosa ionizam-se produzindo ânions ou cátions, dependendo do pH. Em meio básico comportam-se como tensoativos aniônicos e, em meio ácido como catiônicos. Estes tensoativos têm alta compatibilidade com a pele e mucosas. Neste trabalho, foi efetuada uma comparação de desempenho entre os principais tensoativos comerciais do segmento de higiene e cuidado pessoal, e novos tipos de tensoativos. Este estudo foi realizado por meio da avaliação das propriedades de tensão superficial, espuma e detergência, destes tensoativos. Os resultados obtidos, dentro das condições experimentais utilizadas, indicaram que o caráter iônico do tensoativo possui pouca influência nas propriedades avaliadas, sendo o tamanho da porção apolar da molécula o fator de maior importância. A comparação entre a eficiência obtida pelos novos tipos de tensoativos com aqueles já consolidados no mercado indicou que estes se ajustam bem ao mercado. / The consumption of surfactants is increasing due to population growth, the general improvement of living conditions and greater availability in less developed countries. Along with the increase in consumption has led to increasing problems with regard to raw materials, residues and their disposal into the environment. Most of the surfactants on the market are made from fatty sources. The sources include conventional greases oils or triglycerides, coconut, babassu, palm or their respective fatty acids. Brazil has great advantages for vegetable production, because it shows favorable geography, is located in a tropical area. Furthermore, the oilseed production in family farms becomes an important alternative source of income. Thus, this study proposes to develop two amphoteric surfactants produced from the Brazilian biodiversity and study their physicochemical properties. Amphoteric surfactants are compounds that when in aqueous solution producing ionized anions or cations, depending on the pH. In basic medium behave as anionic and cationic in acid like. These surfactants have high compatibility with skin and mucous membranes. In this study, a comparison was made between the surfactants commonly used by industry of hygiene and personal care, and new types of surfactants. This study was conducted by evaluating the properties of surface tension, foam, and detergency of surfactants. The results obtained in the experimental conditions used, indicated that the ionic character of the surfactant has little influence on the properties evaluated, and the size of the nonpolar portion of the molecule the most important factor. The comparison between the efficiency of the new types of surfactants with those already established in the market indicated that they are well adjusted to the market.

O consumo de tensoativos vem aumentando em função do crescimento da população, da melhoria geral das condições de vida e maior disponibilidade nos países menos desenvolvidos. Juntamente com o aumento de consumo, crescem os problemas no tocante às matérias-primas, resíduos e sua eliminação para o meio ambiente. A maioria dos tensoativos existentes no mercado é obtida a partir de matéria graxa. As fontes graxas convencionais incluem os óleos ou triglicerídeos de côco, babaçu, palma ou ainda os seus respectivos ácidos graxos. O Brasil possui grandes vantagens para produção de óleos vegetais, pois apresenta geografia favorável, e situa-se em uma região tropical. Além disso, a produção de oleaginosas em lavouras familiares torna-se uma importante alternativa de renda. Assim esse trabalho se propôs a desenvolver dois tensoativos anfóteros a partir de produtos da biodiversidade brasileira e estudar as suas propriedades físico-químicas. Tensoativos anfóteros são compostos que quando em solução aquosa ionizam-se produzindo ânions ou cátions, dependendo do pH. Em meio básico comportam-se como tensoativos aniônicos e, em meio ácido como catiônicos. Estes tensoativos têm alta compatibilidade com a pele e mucosas. Neste trabalho, foi efetuada uma comparação de desempenho entre os principais tensoativos comerciais do segmento de higiene e cuidado pessoal, e novos tipos de tensoativos. Este estudo foi realizado por meio da avaliação das propriedades de tensão superficial, espuma e detergência, destes tensoativos. Os resultados obtidos, dentro das condições experimentais utilizadas, indicaram que o caráter iônico do tensoativo possui pouca influência nas propriedades avaliadas, sendo o tamanho da porção apolar da molécula o fator de maior importância. A comparação entre a eficiência obtida pelos novos tipos de tensoativos com aqueles já consolidados no mercado indicou que estes se ajustam bem ao mercado. / The consumption of surfactants is increasing due to population growth, the general improvement of living conditions and greater availability in less developed countries. Along with the increase in consumption has led to increasing problems with regard to raw materials, residues and their disposal into the environment. Most of the surfactants on the market are made from fatty sources. The sources include conventional greases oils or triglycerides, coconut, babassu, palm or their respective fatty acids. Brazil has great advantages for vegetable production, because it shows favorable geography, is located in a tropical area. Furthermore, the oilseed production in family farms becomes an important alternative source of income. Thus, this study proposes to develop two amphoteric surfactants produced from the Brazilian biodiversity and study their physicochemical properties. Amphoteric surfactants are compounds that when in aqueous solution producing ionized anions or cations, depending on the pH. In basic medium behave as anionic and cationic in acid like. These surfactants have high compatibility with skin and mucous membranes. In this study, a comparison was made between the surfactants commonly used by industry of hygiene and personal care, and new types of surfactants. This study was conducted by evaluating the properties of surface tension, foam, and detergency of surfactants. The results obtained in the experimental conditions used, indicated that the ionic character of the surfactant has little influence on the properties evaluated, and the size of the nonpolar portion of the molecule the most important factor. The comparison between the efficiency of the new types of surfactants with those already established in the market indicated that they are well adjusted to the market.