Selbstorganisation

Lebenswissenschaften nach Oparin entsteht „Leben“ durch eine spontane Zunahme der molekularen Komplexität und Spezifität Selbstorganisation von DNA Selbstorgansation von Phospholipiden Kolloidwissenschaften nach Shinoda entstehen „organisierte Lösungen“ bei einer kontrollierten Ballance zwischen lyophoben und lyophilen Substanz-Lösungsmittel Wechselwirkungen Selbstorganisation

Organisierte Lösungen (nach Shinoda) solute-solvent interactions lyophilic interactions lyophilic/lyophobic interactions lyophobic interactions regular solution organized solution phase separation

Organized solutions (according to Shinoda): • Low solute solubility • Swelling of solvent by solute phase • Solute in a liquid or liquid crystalline state • High molecuar or aggregate weight of solute species

Tenside • Als Tenside werden allgemein niedermolekulare Verbindungen bezeichnet , deren Moleküle einen hydrophoben und einen hydrophilen Teil enthalten.

Ionische Tenside Anionisch Kationisch Amphoter Carboxylgruppen Primäre Aminogruppen Sulfobetaine Sulfatgruppen Sekundäre Aminogruppen Carbobetaine Sulfonatgruppen Tertiäre Aminogruppen Phospholipide Phosphatgruppen Quaternäre Aminogruppen

Nichtionische Tenside • Polyglycolether R-O-(CH2-CH2O)m –H • Polyglycolester R-C(O) O-(CH2-CH2O)m –H • Polyglycolamide R-C(O) NH-(CH2-CH2O)m –H • Polypropylenglycolether R-O-(C(CH3)H-CH2O)m –H • Polypropylenglycolester R-C(O) O-(C(CH3)H -CH2O)m –H • Polypropylenglycolamide R-C(O) NH-(C(CH3)H -CH2O)m –H • Polyamine R-NH-(CH2-CH2NH)m –H • Glycoside

Hydrophober Teil • Längerkettige Kohlenwasserstoffe (KW) - gesättigt - ungesättigt - verzweigt - fluriert

Eigenschaften • Infolge ihres amphoteren Charakters sind Tenside grenzflächenaktiv. Dies kann zu verschiedenen Effekten führen: - Senkung der Grenzflächenspannung - Benetzung - Filmbildung  Mizellbildung

Mizellbildung • Spontane Assoziation von Tensidmolekülen oberhalb einer kritischen Tensidkonzentration (Kritsche MizellbildungsKonzentration KMK bzw. cmc)

Methoden zur cmc Bestimmung • Grenzflächenspannungsmessung • Leitfähigkeitsmessung • Trübungsmessung

Krafft Punkt bzw. Krafft Temperatur • Die Temperatur, bei der die Auflösung des ungelösten Tensids durch die einsetzende Mizellbildung erfolgt

Form der Mizellen • kugelförmig • scheibenförmig • zylindrisch • lamellar • vesikelförmig • bikontinuierlich

Modelle zur Beschreibung der Mizellbildung • 2-Phasenmodell • Assoziationsmodell

2-Phasenmodell • Chemische Potentiale der Tensidmoleküle in der Wasser- und der Mizellphase sind gleich  G°Miz = °(Mizelle) - °(LSM) = RT ln cmc

Assoziationsmodell • Die Freie Energie der Mizellbildung (  G°Miz) kann in Bezug zur Gleichgewichtskonstante Kn gesetzt werden •  G°Miz = - RT ln Kn

Kritischer Packungsparameter (V / A L) • V – Volumen des hydrophoben Teils • A – Optimum der Kopfgruppenfläche • L – Kritische Länge des hydrophoben Schwanzes nach Israelachvili

Parameter zur Beschreibung einer Mizelle • Aggregationszahl n • Kritische Mizellbildungskonzentration (cmc) • Relaxationszeiten t1 ; t2

Zunahme der Aggregationszahl • mit zunehmender Kettenlänge • mit abnehmender Hydrophilie der Kopfgruppe • mit zunehmender Temperatur (Niotenside) • mit zunehmender Ionenstärke (ionische Tenside) • bei Zugabe von organischen Verbindungen

cmc nimmt ab • Carboxylat > Sulfonat > Sulfat • Quaternäre N-Funktion > primäres Amin • Mit abnehmender Hydrophilie der Kopfgruppe

Abnahme der cmc mit zunehmender Kettenlänge log10 cmc = A – B nc A, B – Konstanten nc – Zahl der C-Atome in der Kette Empir. Gleichung nach Klevens

Schnelle und langsame Relaxation • Schnelle Relaxation: Austausch von Monomer • Langsame Relaxation: Auf- und Abbau ganzer Mizellen

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