Hydrofobe effekt

oprindelsen af den hydrofobe effekt er ikke fuldt forstået.Nogle hævder, at den hydrofobe interaktion for det meste er en entropisk virkning, der stammer fra forstyrrelsen af stærkt dynamiske hydrogenbindinger mellem molekyler af flydende vand af det ikke-polære opløste stof. En carbonhydridkæde eller et lignende ikke-polært område af et stort molekyle er ude af stand til at danne hydrogenbindinger med vand., Indførelse af en sådan ikke-hydrogenbindingsoverflade i vand forårsager forstyrrelse af hydrogenbindingsnetværket mellem vandmolekyler. Hydrogenbindingerne omorienteres tangentielt til en sådan overflade for at minimere forstyrrelse af det hydrogenbundne 3D-netværk af vandmolekyler, og dette fører til et struktureret vand “bur” omkring den ikke-polære overflade. Vandmolekylerne, der danner “buret” (eller clathrate), har begrænset mobilitet. I solvationskallen af små ikke-polære partikler udgør begrænsningen ca. 10%., For eksempel er der i tilfælde af opløst dissolvedenon ved stuetemperatur fundet en mobilitetsbegrænsning på 30%. I tilfælde af større upolære molekyler, reorientational og translationel bevægelse af vand-molekyler i opløsning shell, der kan begrænses med en faktor to til fire; således ved 25 °C reorientational korrelation tid af vand øges fra 2 til 4-8 picoseconds. Generelt fører dette til betydelige tab i translationel og roterende entropi af vandmolekyler og gør processen ugunstig med hensyn til den frie energi i systemet., Ved at aggregere sammen reducerer ikke-polære molekyler overfladearealet udsat for vand og minimerer deres forstyrrende virkning.

den hydrofobe effekt kan kvantificeres ved at måle fordelingskoefficienterne for ikke-polære molekyler mellem vand og ikke-polære opløsningsmidler. De fordelingskoefficienter kan omdannes til fri energi af overførsel, som omfatter enthalpiske og entropiske komponenter ,GG =HH-t .s. Disse komponenter bestemmes eksperimentelt ved kalorimetri., Den hydrofobe effekt blev fundet til at være entropi-drevet ved stuetemperatur på grund af nedsat mobilitet af vand-molekyler i opløsning skallen af ikke-polært stof; men, enthalpic del af overførsel af energi blev fundet til at være positiv, hvilket betyder, at det styrket vand-vand brint obligationer i opløsning shell på grund af den nedsatte mobilitet af vandmolekyler. Ved den højere temperatur, når vandmolekyler bliver mere mobile, falder denne energiforøgelse sammen med den entropiske komponent., Den hydrofobe effekt afhænger af temperaturen, hvilket fører til “kold denaturering” af proteiner.

den hydrofobe effekt kan beregnes ved at sammenligne solvationens frie energi med bulkvand. På denne måde kan den hydrofobe virkning ikke kun lokaliseres, men også nedbrydes til entalpiske og entropiske bidrag.