Efekt hydrofobowy

pochodzenie efektu hydrofobowego nie jest w pełni poznane.Niektórzy twierdzą, że oddziaływanie hydrofobowe jest głównie efektem entropowym pochodzącym z zakłócenia wysoce dynamicznych wiązań wodorowych między cząsteczkami ciekłej wody przez niepolarną substancję rozpuszczoną. Łańcuch węglowodorowy lub podobny niepolarny region dużej cząsteczki jest niezdolny do tworzenia wiązań wodorowych z wodą., Wprowadzenie takiej powierzchni wiązania wodorowego do wody powoduje zakłócenie sieci wiązania wodorowego między cząsteczkami wody. Wiązania wodorowe są reorientowane stycznie do takiej powierzchni, aby zminimalizować zakłócenia wiązanej Wodorem sieci 3D cząsteczek wody, a to prowadzi do strukturalnej „klatki” wody wokół niepolarnej powierzchni. Cząsteczki wody, które tworzą „klatkę” (lub klatrat), mają ograniczoną mobilność. W powłoce solwatacyjnej małych cząstek niepolarnych ograniczenie wynosi około 10%., Na przykład w przypadku rozpuszczonego ksenonu w temperaturze pokojowej stwierdzono ograniczenie ruchomości wynoszące 30%. W przypadku większych cząsteczek niepolarnych, reorientacyjny i translacyjny ruch cząsteczek wody w powłoce solwacyjnej może być ograniczony przez współczynnik od dwóch do czterech; tak więc w temperaturze 25 °C reorientacyjny czas korelacji wody wzrasta od 2 do 4-8 pikosekund. Ogólnie rzecz biorąc, prowadzi to do znacznych strat w entropii translacyjnej i rotacyjnej cząsteczek wody i sprawia, że proces ten jest niekorzystny pod względem energii swobodnej w układzie., Agregując razem, niepolarne cząsteczki zmniejszają powierzchnię narażoną na działanie wody i minimalizują ich uciążliwy efekt.

efekt hydrofobowy można określić mierząc współczynniki podziału niepolarnych cząsteczek między wodą a niepolarnymi rozpuszczalnikami. Współczynniki podziału można przekształcić w energię swobodną transferu, która obejmuje składniki entalpiczne i entropowe, ΔG = ΔH-TΔS. Składniki te są eksperymentalnie wyznaczane przez kalorymetrię., Efekt hydrofobowy okazał się być napędzany entropią w temperaturze pokojowej z powodu ograniczonej mobilności cząsteczek wody w powłoce solwatacyjnej niepolarnej substancji rozpuszczonej; jednak entalpiczny Składnik energii transferu okazał się korzystny, co oznacza, że wzmocnił wiązania wodorowe woda-woda w powłoce solwatacyjnej z powodu ograniczonej mobilności cząsteczek wody. W wyższej temperaturze, gdy cząsteczki wody stają się bardziej mobilne, ten przyrost energii maleje wraz ze składnikiem entropowym., Efekt hydrofobowy zależy od temperatury, co prowadzi do” zimnej denaturacji ” białek.

efekt hydrofobowy można obliczyć porównując energię swobodną solwacji z masową wodą. W ten sposób efekt hydrofobowy może być nie tylko zlokalizowany, ale także rozłożony na wkład entalpiczny i entropowy.