Sulu çözeltide hidrotropların davranışı üzerine teorik araştırmalar
Makale bazı hidrotroplar için (bir seri sodyum p-n-alkilbenzoatlar, n=0-8) kritik agregasyon konsantrasyonu (cac) bulunmasına yardımcı olacak bir teorik model önermektedir. Bu öneri , söz konusu bütün hidrotropların yüzey aktif benzeri olduğunu bildiren yakın zamanlardaki bir çalışmayı desteklemekte yardımcı olabilecek (bkz. doi: 10.1021/la2025846) bazı fiziksel özellikleri kestirmek için yoğunluk fonksiyonel teorisi (DFT) kaynaklı teorik hesaplamalar üzerinden yürütülmüştür. Kestirilen fiziksel özellikler etkilerine göre üç sınıfa ayrılabilir: hacim ve yüzey alanı gibi sterik özellikler, polarizlenebilirlik gibi elektronik özellikler ve log P (oktanol ve su fazlarında bir bileşiğin konsantrasyon oranını belirtir) gibi hidrofobik özellikler. Elde edilen sonuçlar, sterik ve hidrofobik özelliklerin söz konusu hidrotropların cac değerini tahmin etmekte büyük rol oynadığını göstermektedir. En iyi model, cac ve kuyruk polarizlenebilirliği (PT) üzerinden şu eşitlik ile bulunmuştur: cac = 1,52-1,09logPT; r2 -0,96’ya eşittir, S.E. 0,026 M’ye eşittir ve belirgin çapraz doğrulama korelasyon katsayısı 0,943’e eşittir. Önerilen modelin benzersiz bir özelliği, mükemmel istatistik parametreler içeren yalnızca bir belirleyici kullanmasıdır. Bu da yukarıda bahsedilen kaynak yayındaki sonuçları doğrulamaktadır (bütün bu hidrotroplar yüzey aktif madde gibidir). Önerilen modeller, makul sonuçlar vermek üzere rasgele seçilmiş bazı yüzey aktif maddelere uygulanmıştır. Sonuçlar genel olarak, hesapsal kimya yazılımları kullanılarak amfifilik moleküller için cac veya kritik misel konsantrasyonu (cmc) değerlerini kestirme olasılığını ortaya koymaktadır.
Anahtar Kelimeler:
-
Theoretical Investigations for the Behavior of Hydrotropes in Aqueous Solution
The presented paper introduces an attempt for finding a theoretical model capable for describing the critical aggregation concentration (cac) for some hydrotropes (a series of sodium-p-n-alkylbenzoates, n=0-8). Such a proposal was carried out through theoretical calculations based on density functional theory (DFT) for estimating some physical properties which might be helpful for supporting the recent published report as all of these hydrotropes are considered as surfactant like (see doi: 10.1021/la2025846). The estimated physical properties can be divided to three classes according to their effect: steric properties such as volume and surface area, electronic properties such as polarizability, and hydrophobic properties such as log P which represents the ratio of concentrations of a compound in two phases of octanol and water. The results show that both steric and hydrophobic properties play major roles in predicting the cac for the presented hydrotropes. The best model was found between cac and tail polarizability (PT) according to the following relation: cac = 1.52-1.09log PT ; with r2 equal to 0.96, S.E equal to 0.026M and significant cross validation correlation coefficient (0.943). A unique feature of the presented model is containing only one descriptor with excellent statistical parameters. This actually supports the recent (above mentioned) published results of that all of these hydrotropes can be considered as surfactant-like. The suggested models were applied to some randomly selected surfactants with reasonable results. The results are generally suggesting for the possibility of estimating the cac or critical micelle concentration (cmc) for amphiphilic molecules using computational chemistry software.
Keywords:
-,
___
- Hopkins Hatzopoulos M, Eastoe J, Dowding PJ, Grillo I. Cylinder to sphere transition in reverse microemulsions: The effect of hydrotropes. Journal of Colloid and Interface Science 2013; 392: 304-310. DOI: 10.1016/j.jcis.2012.09.078.
- Eastoe J, Hopkins Hatzopoulos M, Dowding PJ. Action of hydrotropes and alkyl-hydrotropes. Soft Matter 2011;7:5917−5925. DOI: 10.1039/C1SM05138E.
- Srinivas V, Balasubramanian D. When does the switch from hydrotrope to micellar behavior occur? Langmuir1998;14:6658-6661. DOI: 10.1021/la980598c.
- Booth JJ, Abbott S, Shimizu S. Mechanism of hydrophobic drug solubilization by small molecule hydrotropes. Journal of Physical Chemistry B 2012;116:14915-14921. DOI: 10.1021/jp309819r.
- Hopkins Hatzopoulos M, Eastoe J, Dowding PJ, Rogers SE, Heenan, RK, Dyer R. Are hydrotropes distinct from surfactants. Langmuir 2011;27:12346−12353. DOI: 10.1021/la2025846.
- Hopkins Hatzopoulos M, Eastoe J, Dowding PJ, Grillo I, Demé B, Rogers SE, Heenan, RK, Dyer R. Effects of structure variation on solution properties of hydrotropes: phenyl versus cyclohexyl chain tips. Langmuir 2012;28:9332−9340. DOI: 10.1021/la301222m.
- Huibers PDT. Quantum-chemical calculations of the charge distribution in ionic surfactants. Langmuir 1999;15:7546-7550. DOI: 10.1021/la9903671.
- Huibers PDT, Lobanov VS, Katritzky AR, Shah DO, Karelson M. Prediction of critical micelle concentration using a quantitative structure–property relationship approach. Journal of Colloid and Interface Science 1997;187:113-120. DOI: 10.1016/j.jcis.1996.4680.
- Jalali-Heravi M, Konouz, E. Prediction of critical micelle concentration of some anionic surfactants using multiple regression techniques:A quantitative structure-activity relationship study. Journal of Surfactants and Detergents 2000;3:47-52. DOI: 10.1007/s11743-000-0112-5.
- Yuan S, Cai Z, Xu G, Jiang Y. Quantitative Structure–Property Relationships of Surfactants: Critical Micelle Concentration of Anionic Surfactants. Journal of Dispersion Science and Technology 2002;23:465-472. DOI: 10.1081/DIS-120014014.
- Roberts DW. Application of octanol/water partition coefficient in surfactant science. A Qualitative Structure Activity Relationship for micelization of anionic surfactants. Langmuir 2002;18:345-352. DOI: 10.1021/la0108050 .
- Li X, Zhang G, Dong J, Zhou X, Yan X, Luo M. Estimation of critical micelle concentration of anionic surfactants with QSPR approach. Journal of Molecular Structure: THEOCHEM 2004;10:119–126. DOI: 10.1016/j.theochem.2004.08.039.
- Katritzky AR, Pacureanu L, Dobchev D, Karelson M. QSPR Study of Critical Micelle Concentration of Anionic Surfactants Using Computational Molecular Descriptors. Journal of Chemical Information and Modeling 2007;47:782-793. DOI: 10.1021/ci600462d.
- Li X, Zhang G, Dong J, Zhou X, Yan X, Luo M. Correlation of critical micelle concentration of sodium alkyl benzenesulfonate, with molecular descriptors. Wuhan University Journal of Natural Science 2006;11:409-414. DOI: 10.1007/BF02832133.
- Khalil RA, Zarari AA. Theoretical estimation of the critical packing parameter ofamphiphilic self-assembled aggregates. Applied Surface Science 2014;318:85-90. DOI: 10.1016/j.apsusc.2014.01.046.
- Lindman B. Handbook of Applied Surface and Colloid Chemistry, Holmberg K, Shah DO, Schwuger MO. Editors, vol. 1. New York: John Wiley & Sons;2002. ISBN: 978-0-471-49083-8.
- Mills I, Cvitas T, Homann K, Kallay N, Kuchitsu K. Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry.2nd ed.; UK: Blackwell Science; 1993. ISBN: 0-632-03583-8.
- Laidler KJ, Meiser JH, Sanctuary BC. Physical Chemistry, 4th ed.; USA: Houghton Mifflin Company; 2003. ISBN: 978-0-618-12341-4.
- Khalil RA. A new approach to micellization parameters using iterative mathematical method. Colloids and Surface A 2006;286:51-56. DOI: 10.1016/j.colsurfa.2006.02.063.
- Berezin IV, Martine K, Yatsimirskii AK. Physicochemical foundations of micellar catalysis. Russian Chemical Review.1973;42:787-802. DOI: 10.1070/RC1973v042n10ABEH002744
- Başlangıç: 2014
- Yayıncı: Türkiye Kimya Derneği
Sayıdaki Diğer Makaleler
Sulu çözeltide hidrotropların davranışı üzerine teorik araştırmalar
Rahim Hekmatshoar, Mojgan Kargar, Abdoljalil MOSTASHARİ, Zahra Hashemi, Fereshteh Goli, Seyedehfarnoush Mousavizadeh
Bazı benziliden monosakkarit benzoatların sentezi ve karşılaştırmalı antibakteriyel çalışmaları
Mohammed MATİN, M.m.h. BHUİYAN, Md. HOSSAİN, Mohammad OR ROSHİD