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Lebenswissenschaften nach Oparin entsteht „Leben“ durch eine spontane Zunahme der molekularen Komplexität und Spezifität Selbstorganisation von DNA Selbstorgansation von Phospholipiden. Kolloidwissenschaften nach Shinoda

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Presentation Transcript
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 l sungen nach shinoda
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
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
Tenside
  • Als Tenside werden allgemein niedermolekulare Verbindungen bezeichnet , deren Moleküle einen hydrophoben und einen hydrophilen Teil enthalten.
ionische tenside
Ionische Tenside

Anionisch Kationisch Amphoter

Carboxylgruppen Primäre Aminogruppen Sulfobetaine

Sulfatgruppen Sekundäre Aminogruppen Carbobetaine

Sulfonatgruppen Tertiäre Aminogruppen Phospholipide

Phosphatgruppen Quaternäre Aminogruppen

nichtionische tenside
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
Hydrophober Teil
  • Längerkettige Kohlenwasserstoffe (KW)

- gesättigt

- ungesättigt

- verzweigt

- fluriert

eigenschaften
Eigenschaften
  • Infolge ihres amphoteren Charakters sind Tenside grenzflächenaktiv. Dies kann zu verschiedenen Effekten führen:

- Senkung der Grenzflächenspannung

- Benetzung

- Filmbildung

 Mizellbildung

mizellbildung
Mizellbildung
  • Spontane Assoziation von Tensidmolekülen oberhalb einer kritischen Tensidkonzentration

(Kritsche MizellbildungsKonzentration

KMK bzw. cmc)

methoden zur cmc bestimmung
Methoden zur cmc Bestimmung
  • Grenzflächenspannungsmessung
  • Leitfähigkeitsmessung
  • Trübungsmessung
krafft punkt bzw krafft temperatur
Krafft Punkt bzw. Krafft Temperatur
  • Die Temperatur, bei der die Auflösung des ungelösten Tensids durch die einsetzende Mizellbildung erfolgt
form der mizellen
Form der Mizellen
  • kugelförmig
  • scheibenförmig
  • zylindrisch
  • lamellar
  • vesikelförmig
  • bikontinuierlich
modelle zur beschreibung der mizellbildung
Modelle zur Beschreibung der Mizellbildung
  • 2-Phasenmodell
  • Assoziationsmodell
2 phasenmodell
2-Phasenmodell
  • Chemische Potentiale der Tensidmoleküle in der Wasser- und der Mizellphase sind gleich

 G°Miz = °(Mizelle) - °(LSM) = RT ln cmc

assoziationsmodell
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
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
Parameter zur Beschreibung einer Mizelle
  • Aggregationszahl n
  • Kritische Mizellbildungskonzentration (cmc)
  • Relaxationszeiten t1 ; t2
zunahme der aggregationszahl
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
cmc nimmt ab
  • Carboxylat > Sulfonat > Sulfat
  • Quaternäre N-Funktion > primäres Amin
  • Mit abnehmender Hydrophilie der Kopfgruppe
abnahme der cmc mit zunehmender kettenl nge
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 und langsame Relaxation
  • Schnelle Relaxation:

Austausch von Monomer

  • Langsame Relaxation:

Auf- und Abbau ganzer Mizellen