dynamische waterstofbindingen tussen moleculen vloeibaar water
De oorsprong van het hydrofoob effect is niet volledig begrepen.Sommigen beweren dat de hydrophobic interactie meestal een entropic effect afkomstig van de verstoring van zeer dynamische waterstofbanden tussen molecules van vloeibaar water door de niet-polaire opgeloste stof is. Een koolwaterstofketen of een soortgelijk niet-polair gebied van een groot molecuul is niet in staat waterstofbindingen met water te vormen., Introductie van een dergelijk niet-waterstofbindend oppervlak in water veroorzaakt verstoring van het waterstofbindingsnetwerk tussen watermoleculen. De waterstofbindingen worden tangentieel aan een dergelijk oppervlak geheroriënteerd om verstoring van het waterstofgebonden 3D-netwerk van watermoleculen te minimaliseren, en dit leidt tot een gestructureerde water “kooi” rond het niet-polaire oppervlak. De watermoleculen die de “kooi” (of clathraat) vormen, hebben een beperkte mobiliteit. In de oplossingsschaal van kleine niet-polaire deeltjes bedraagt de beperking ongeveer 10%., Bij opgeloste xenon bij kamertemperatuur is bijvoorbeeld een mobiliteitsbeperking van 30% vastgesteld. In het geval van Grotere niet-polaire moleculen kan de reorientationele en translationele beweging van de watermoleculen in de oplossingsschaal met een factor twee tot vier worden beperkt; zo neemt bij 25 °C de reorientationele correlatietijd van water toe van 2 tot 4-8 picoseconden. Over het algemeen leidt dit tot aanzienlijke verliezen in translationele en rotatie entropie van watermoleculen en maakt het proces ongunstig in termen van de vrije energie in het systeem., Door samen te voegen, verminderen niet-polaire molecules het oppervlakte die aan water wordt blootgesteld en minimaliseren hun verstorende effect.
het hydrofobe effect kan worden gekwantificeerd door het meten van de verdelingscoëfficiënten van apolaire moleculen tussen water en apolaire oplosmiddelen. De verdelingscoëfficiënten kunnen in vrije energie van overdracht worden omgezet die enthalpic en entropic componenten, ΔG = ΔH – TΔS omvat. Deze componenten worden experimenteel bepaald door calorimetrie., Het hydrophobic effect werd gevonden om entropy-gedreven bij kamertemperatuur wegens de verminderde mobiliteit van watermoleculen in de oplossingsschaal van de apolaire opgeloste stof te zijn; nochtans, werd de enthalpic component van overdrachtenergie gevonden om gunstig te zijn, betekenend versterkte het water-water waterstofbanden in de oplossingsschaal toe te schrijven aan de verminderde mobiliteit van watermoleculen. Bij de hogere temperatuur, wanneer watermoleculen mobieler worden, neemt deze energiewinst samen met de entropische component af., Het hydrofobe effect hangt af van de temperatuur, wat leidt tot “koude denaturatie” van eiwitten.
het hydrofoob effect kan worden berekend door de vrije energie van solvatatie te vergelijken met bulkwater. Op deze manier kan het hydrofobe effect niet alleen gelokaliseerd worden, maar ook ontbonden worden in enthalpische en entropische bijdragen.
Geef een reactie