Chemia Piękna. Tom 1 - ebook

PRZEDMOWA

Niniejszy podręcznik powstał na podstawie cyklu wykładów z zakresu chemii kosmetycznej dla studentów szkół wyższych o profilu kosmetycznym i kosmetologicznym. Wykłady te mają na celu nie tylko chemiczne wykształcenie wysokiej klasy kosmetyczek, lecz także przygotowanie ich do kontynuowania nauki na magisterskich studiach uzupełniających o profilu chemicznym. Dlatego tematyka typowa dla chemii kosmetycznej została wzbogacona o elementy chemii ogólnej z uwzględnieniem chemii fizycznej, niezbędne do uzyskania pełnego wglądu w istotę chemii w ogólności, a chemii kosmetycznej w szczególności. Takie holistyczne podejście umożliwia zrozumienie organizacji materii zarówno na poziomie mikroskopowym (atomowym, cząsteczkowym), jak i makroskopowym (dostępnym naszym zmysłom). Ma ono również znaczenie dydaktyczne – wszyscy studenci mogą zrozumieć wykładany materiał niezależnie od posiadanej wiedzy wstępnej z zakresu chemii.

Nie wszystko, co służy urodzie, sprzyja zdrowiu. Dermatolodzy oceniają, że 10–20% ludzi cierpi na alergie i inne schorzenia z powodu używania kosmetyków. W ich skład wchodzą substancje, których użycie może być zakazane ze względu na działanie kancerogenne, toksyczne i/lub alergizujące. W konsekwencji spektrum substancji o praktycznym znaczeniu kosmetycznym ulega ciągłej zmianie, a każdy podręcznik z zakresu chemii kosmetycznej staje się fragmentarycznie nieaktualny już w trakcie pisania. Z tego względu opis substancji w pierwszym tomie „Chemii piękna” ograniczam przede wszystkim do tych, które były, są i w najbliższym czasie będą w kosmetyce stosowane, podając jednocześnie informacje o możliwym działaniu szkodliwym i decyzjach Unii Europejskiej odnośnie do wycofywania z rynku związków stanowiących zagrożenie. Ponieważ jest to poważny problem, wprowadziłem do obecnego, zaktualizowanego wydania nowy rozdział „Substancje kontrowersyjne i szkodliwe”.

Finansowanie badań naukowych przez duże koncerny kosmetyczne powoduje znaczną dynamikę odkryć substancji biologicznie czynnych o znaczeniu kosmetycznym – to pozytywny aspekt problemu. Z drugiej strony należy z dużą ostrożnością podchodzić do wyników badań efektywności działania substancji kosmetycznych, przeprowadzanych w laboratoriach koncernów. Czas zwykle weryfikuje skuteczność i spektrum zastosowań nowo odkrytych substancji – tylko nieliczne przechodzą do kosmetycznego panteonu, inne zapadają w kosmetyczny niebyt.

W książce zastosowano dwie komplementarne metody podziału związków chemicznych o znaczeniu kosmetycznym. Pierwsza – opiera się na klasyfikacji chemicznej, w drugiej kryterium podziału podejścia stanowi funkcja substancji w kosmetykach. Podejście to umożliwia opis nawet złożonych związków chemicznych, które zawierają kilka grup funkcyjnych lub mogą pełnić kilka funkcji w kosmetykach.

W drugim wydaniu „Chemii piękna” zdecydowałem się pominąć „Słownik składników kosmetycznych” sporządzony na podstawie International Cosmetic Ingredients Dictionary. Przyczyną jest ciągły wzrost ilości nowych komponentów kosmetyków, co skutkuje permanentną niekompletnością słownika i koniecznością dekodowania nazw INCI (International Nomenclature of Cosmetic Ingredients), składników produktów kosmetycznych z zastosowaniem internetowych baz danych. Są one aktualizowane w sposób ciągły, dlatego uwzględniają nowe, wprowadzane na rynek komponenty kosmetyków, co w przypadku wydania książkowego jest niemożliwe do zrealizowania. Z podobnych względów postanowiłem przenieść do drugiego tomu „Chemii piękna” rozdziały poświęcone surowcom naturalnym, roślinom andyjskim i amazońskim, które są opisane razem z nowymi surowcami oraz uaktualnionymi informacjami o ich substancjach aktywnych. Ten obszar chemii kosmetycznej jest szczególnie eksplorowany, dlatego wymaga ciągłych uzupełnień i korekty informacji dotyczących bioaktywności z uwzględnieniem najnowszych odkryć w tym względzie. Ponieważ największa dynamika badań dotyczy substancji przeciwstarzeniowych i odmładzających, określanych popularnym terminem „eliksiry młodości”, postanowiłem znacznie rozbudować ten rozdział, który prezentuje aktualną wiedzę na temat procesów starzeniowych i substancji spowalniających starzenie lub niwelujących jego symptomy.

Autor

Poznań, marzec 20201
RYS HISTORYCZNY

Nazwa chemia pochodzi od arabskich słów cheme i khem, które oznaczają czary, lub od greckiego słowa chymea – metalurgia. Na początkowym etapie rozwijała się w Egipcie (od XXXV w. p.n.e.) i Chinach (od II w. p.n.e.) jako alchemia. Podbijając w VII w. Egipt, Arabowie przejęli rękopisy ocalałe po pożarze Biblioteki Aleksandryjskiej w 47 r. p.n.e. W ten sposób zgromadzili całą dostępną wiedzę świata starożytnego, która po podboju Hiszpanii w VIII w. rozpowszechniła się w Europie. Za „ojca” alchemii jest uważany Hermes Trismegistos (Trzykroć Wielki), autor pism Corpus Hermetica i Tabula Smaragdina. Najstarszymi ze znanych tekstów chemicznych są dwa zwoje papirusowe znajdujące się w Lejdzie i Sztokholmie – oba powstały w III wieku. Stanowią one w sumie 252 receptury dotyczące wytopu metali, sporządzania barwników oraz otrzymywania imitacji kamieni szlachetnych. Zawarte w nich informacje można traktować jako pierwsze znane chemiczne notatki laboratoryjne.

Do Europy alchemię wprowadził w VIII w. arabski uczony i filozof Geber. Najstarszy europejski dokument alchemiczny zachował się w pochodzącej z XI w. księdze Schedula diversarum partium, napisanej przez kapłana Theophiliusa. Wielu europejskich uczonych średniowiecznych zajmowało się alchemią, np. Albertus Magnus, Roger Bacon, Arnold de Villanova czy też Raymundus Lullus. Ten ostatni pierwszy otrzymał w XIII w. bezwodny alkohol etylowy (100-procentowy), destylując wino z tlenkiem wapnia CaO. Produkt nazwał ultima consolatio corporis humani (największe pocieszenie ciała ludzkiego). Arnold de Villanova nadał alkoholowi etylowemu nazwę aqua vitae (woda życia), zalecając jego stosowanie do przedłużania życia, wzmacniania ciała i przeciwko dżumie. Znanym polskim alchemikiem był Michał Sędziwój (1566–1636) – autor dzieła Dwanaście traktatów o kamieniu filozofów wyprowadzonych ze źródła przyrody, opublikowanego w 1604 roku.

Alchemicy zajmowali się poszukiwaniem lub syntezą tzw. kamienia filozoficznego, za pomocą którego usiłowali dokonać transmutacji (przemiany) metali nieszlachetnych w złoto lub srebro. Przy okazji dokonywali wartościowych odkryć i wynalazków, przyczyniając się do rozwoju nauk przyrodniczych: chemii, fizyki i biologii. Niektóre z odkryć dokonanych przez alchemików były przełomowe dla ludzkości (np. odkrycie prochu) i przyczyniły się do rozwoju kultury materialnej i duchowej (np. odkrycie szkła, barwników, porcelany, fajansu, tuszu, atramentu, papieru). Alchemicy wprowadzili metody takie, jak destylacja, cementacja, amalgamowanie, ekstrakcja, kupelacja, rektyfikacja, sublimacja, redukcja, utlenianie. Są one stosowane do dziś w laboratoriach oraz na skalę przemysłową. W XVII wieku, wraz z rozwojem nauk przyrodniczych, alchemia metafizyczna upadła, natomiast jej racjonalne elementy zostały włączone do ścisłej nauki – chemii.

Słowo kosmetyka pochodzi od greckiego kosmĕtikós, które oznacza biegły w zdobieniu. Jednakże najstarsze przekazy dotyczące chemii kosmetycznej pochodzą ze starożytnego Egiptu, gdzie już 3500 lat p.n.e. produkowano na dużą skalę leki, maści, olejki oraz substancje zapachowe. Panujący w Egipcie suchy i gorący klimat przyspieszał proces starzenia skóry, która traciła swoje funkcje ochronne. Dlatego nacieranie jej tłuszczami stałymi i ciekłymi było nie tylko praktyką kosmetyczną, lecz także leczniczą, zapobiegało bowiem infekcjom skórnym. Egipcjanie nie znali procesu destylacji, dlatego podstawą w produkcji substancji wonnych były oleje roślinne aromatyzowane cedrem, cyprysem, cynamonem, kasją i mirrą. Analiza chemiczna egipskiej szminki do oczu wyprodukowanej ok. 2000 lat p.n.e. wykazała obecność minerałów: cerusytu (PbCO₃) i bieli ołowianej . Pełniły one funkcję nieorganicznych filtrów UV, których zadaniem była ochrona wrażliwej skóry okolic oczu przed szkodliwym promieniowaniem słonecznym. Ponadto sztucznie bielona cera świadczyła o wysokim statusie społecznym użytkownika. Badania archeologiczne wykazały, że biel ołowiana była stosowana w celach zdobniczych już 4000 lat p.n.e. w Mezopotamii. Jako substancję bielącą stosowano również kasyteryt (SnO₂), który zidentyfikowano w rozjaśniającym podkładzie kosmetycznym znalezionym w rzymskiej świątyni sprzed 2000 lat w Southwark w południowym Londynie. Godnym uwagi jest fakt, że już 3000 lat p.n.e. mieszkańcy Harrapy (kultura doliny Indusu) stosowali nieznaną w Egipcie destylację substancji lotnych, wykorzystywanych w produkcji wód zapachowych. Badania archeologiczne stanowiska Pyrgos-Mavroraki koło Nikozji wykazały, że ok. 2000 lat p.n.e. produkowano na Cyprze pachnidła na bazie anyżku, bergamotki, cynamonu, liści laurowych, mirtu i żywicy sosnowej.

Początek chemii kosmetycznej lekarskiej w Europie wiąże się z powstaniem w XVI w. jatrochemii (w języku greckim iatrós oznacza lekarz), inaczej zwanej alchemią lekarską. Jatrochemicy zajmowali się przygotowaniem i ordynowaniem substancji chemicznych o właściwościach leczniczych. W leczeniu stosowali silnie działające środki, m.in. rtęć, arsen i antymon. Do głównych przedstawicieli jatrochemii zaliczamy Paracelsusa (1493–1541) i Andreasa Libaviusa (1540–1616). Paracelsus – właściwe nazwisko to Phillipus Aureolus Theophrastus Bombastus von Hohenheim – był profesorem uniwersytetu w Bazylei (1526). Uważał, że głównym celem alchemii jest zwalczanie chorób, wzmacnianie ciała i duszy człowieka oraz przedłużanie życia. Wprowadził wiele nowych lekarstw m.in. opium, rtęć (w leczeniu chorób wenerycznych), sole różnych metali. Drugi ze znanych przedstawicieli jatrochemii – Andreas Libavius – jest autorem znanego dzieła Alchymia wydanego w 1597 roku.

Najstarszym kosmetykiem dekoracyjnym jest ochra, zawierająca tlenki żelaza FeO i Fe₂O₃. Jest to mineralna substancja barwiąca, o kolorze od żółtego do brunatnoczerwonego, którą odkryto w grobach sprzed 100 tys. lat w izraelskiej jaskini Qafzeh. Egipskie przekazy datowane na 3500 lat p.n.e. mówią o zastosowaniu minerału galeny (PbS) do malowania oczu i farbowania włosów. Wyznawcy Horusa już 3500 lat p.n.e. wyrabiali perły ze szkła wapniowo-sodowego, stosowane jako ozdoby. Za dynastii Thinitów (3315–2895 r. p.n.e.) wytapiano jasnoniebieskie szkło, stosowane do produkcji ozdób. Wysoki poziom osiągnęła sztuka barwienia tkanin, szkła, wyrobów glinianych i emalii. Na Krecie już 1600 lat p.n.e. stosowano do barwienia tkanin tzw. purpurę antyczną zawierającą 6,6′-dibromoindygo, pozyskiwaną ze skorupek ślimaków Purpura baemostona.

Chemia kosmetyczna pielęgnacyjna i zachowawcza były stosowane w starożytnym Egipcie, gdzie już w 2600 r. p.n.e. otrzymywano blaszki i nici złote o grubości 0,001 mm, stosowane do „odmładzania” ciała. Współczesne badania wykazały, że cienkie złote nici wprowadzone w skórę regenerują ją i stymulują wzrost tkanki łącznej, a efekt „odmłodzenia” utrzymuje się przez okres ok. 10 lat.

Techniki mające na celu podkreślenie i wzmocnienie czynników decydujących o urodzie i elegancji stosowane były przez wszystkie kultury, pod wszystkimi szerokościami geograficznymi, a zadbana skóra, włosy, zęby i paznokcie decydowały i nadal decydują o pięknie ludzkiego ciała.O AUTORZE

PROF. ZW. DR HAB. MARCIN MOLSKI – pracownik naukowo-dydaktyczny na Wydziale Chemii Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu. Zajmuje się m.in. teoretycznym badaniem właściwości chemicznych, fizycznych i biologicznych substancji bioaktywnych, o znaczeniu kosmetycznym i leczniczym. Autor ponad 120 publikacji, w tym przeszło 90 opublikowanych w czasopismach z Listy Filadelfijskiej oraz siedmiu książek, w tym _Fizyka Piękna_ (2007), _Fractal Time of Life_ (2012), _Nowoczesne Składniki Kosmetyków_ (2013), _Nowoczesna Kosmetologia_, tom I i II (2014).PRZYPISY

Dokładna wartość liczby Avogadra wynosi 6,022 140 857(74) ⋅10²³ mol–1. Źródło: https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?na.

Na cześć odkrywcy, fizyka włoskiego Amadeo Avogadro (1776–1856), jednego z twórców atomistycznej teorii budowy materii.

Klasyfikację pierwiastków na podstawie podobieństwa właściwości chemicznych zaproponował Dmitrij Mendelejew (1834–1907) w 1869 r.

Zgodnie z zaleceniami Międzynarodowej Unii Chemii Czystej i Stosowanej (IUPAC).

Internetowa wersja układu okresowego pierwiastków oraz ich charakterystyka fizykochemiczna są prezentowane na stronie http://chemia.panoramix.net.pl

Zjawisko degeneracji polega na tym, że różnym orbitalom odpowiada jednakowa energia elektronów, które je zajmują. Na przykład w atomie wodoru orbitale 2s, 2px, 2py i 2pz są zdegenerowane. W innych atomach energia elektronu na orbitalu 2s różni się od energii elektronu na orbitalu 2p i dlatego orbitale te nie są zdegenerowane.

Skalę twardości zaproponował w 1812 r. Friedrich Mohs (1773–1839) – profesor mineralogii uniwersytetu w Grazu i Wiedniu. W skali tej talk ma najmniejszą twardość – 1, sól kamienna – 2, kalcyt – 3, fluoryt – 4, apatyt – 5, ortoklaz – 6, kwarc – 7, topaz – 8, korund – 9, diament –10. Minerały o twardości większej niż 6 rysują szkło.

Powietrze troposferyczne składa się z 75,51% (mas.) azotu, 23,14% (mas.) tlenu oraz innych gazów (Ar, Ne, Kr, He, Xe, CO₂), które nie mają momentu dipolowego. Dlatego powietrze ma właściwości hydrofobowe.

Domínguez A. i inni. Determination of Critical Micelle Concentration of Some Surfactants by Three Techniques. Journal of Chemical Education. 1997, 74(10): 1227–1231; Piñeiro L. i inni. Dye Exchange in Micellar Solutions. Quantitative Analysis of Bulk and Single Molecule Fluorescence Titrations. Soft Matter. 2013, 9: 10779–10790.

He S. i inni. High-concentration silver colloid stabilized by a cationic gemini surfactant. Colloid Surfaces A 2013, 429: 98–105.

Dam T. i inni. Synthesis, surface properties and oil so-lubilisation capacity of cationic gemini surfactants. Colloid Surfaces A 1996, 118(1–2): 41–9; Xiao J. i inni. Reverse micellar extraction of bovine se-rum albumin – A comparison between the effects of gemini surfactant and its corresponding monomeric surfactant. Food Chemistry 2013, 136(2): 1063–9.

Hikima T. i inni. Skin accumulation and penetration of a hydrophilic compound by a novel gemini surfactant, sodium dilauramidoglutamide lysine. Int. J. Pharm. 2013, 443(1–2): 288–92.

Xiao J. i inni. Reverse micellar extraction of bovine se-rum albumin – A comparison between the effects of gemini surfactant and its corresponding monomeric surfactant. Food Chemistry 2013, 136(2): 1063–9.

Zhao J. i inni. Foams stabilized by mixed cationic gemini/anionic conventional surfactants. Colloid Polym Sci 2013, 291(6): 1471–8.

Wiącek A.E. i inni. Studies of oil-in-water emulsion stability in the presence of new dicephalic saccharide-derived surfactants. Colloid Surface B 2002, 25(3): 243–56.

Brycki B.E. i inni. Multifunctional Gemini Surfactants: Structure, Synthesis, Properties and Applications. Application and Characterization of Surfactants. Intechopen 2017.

Fisicaro E. i inni. Biologically active bisquaternary ammonium chlorides: physico-chemical properties of long chain amphiphiles and their evaluation as non-viral vectors for gene delivery. Biochim. Biophys. Acta 2005, 1722(2): 224–33.

Bell P.C. i inni. Transfection Mediated by Gemini Surfac-tants: Engineered Escape from the Endosomal Com-partment. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125(6): 1551–8.

Wilk K.A. i inni. Aldonamide-type gemini surfactants: Synthesis, structural analysis, and biological properties. J. Surfact. Deterg. 2002, 5(3): 235–44; Bhat I.A. i inni. Solution behaviour of lysozyme in the presence of novel biodegradable gemini surfactants.

Solution behaviour of lysozyme in the presence of novel biodegradable gemini surfactants. Int. J. Biol. Macromol. 2018, 117: 301–307.

Lassila K.R. i inni. Acetylenic diol ethylene oxide/propylene oxide adducts and processes for their manufacture. Patent US7348300B2 2005.

Turgor – stan jędrności komórek roślinnych, wskutek wewnętrznego ciśnienia protoplastu na ściany komórkowe. Więdnięcie roślin związane jest ze zmniejszaniem się turgoru.

Pierwsze na rynku pojawiły się elektrody igłowe Ballet, wyprodukowane przez firmę Ballet Technology Ltd., przeznaczone do usuwania teleangiektazji. Są one wykonane ze stali chromowo-niklowej oraz stali pokrytej 24-karatowym złotem i mają standardowy numer 3.

W ofercie elektrod igłowych Ballet znajdują się też igły pokryte specjalnym materiałem izolującym całą powierzchnię igły z wyjątkiem jej końca. Są one przeznaczone dla osób odczuwających dyskomfort związany z przepływem prądu przez tkankę. Igły Ballet mają różne średnice ostrza (numerowane od 2 do 6), w zależności od grubości epilowanego włosa.