L'incorporamento di molecole idrofobiche nell'acqua sembra molto diverso da quanto ipotizzato in precedenza. In acqua, le molecole idrofobiche sono circondate da due diverse popolazioni d'acqua:il guscio interno forma una rete bidimensionale di molecole d'acqua. Lo strato successivo è formato da una seconda popolazione d'acqua che è quasi sfusa ma forma legami idrogeno leggermente più forti con l'acqua sfusa. L'ipotesi fino ad oggi era che tetraedrica, L'acqua "simile al ghiaccio" domina nel guscio di idratazione più interno delle molecole idrofobiche. Il contrario è il caso. Queste nuove scoperte sono state pubblicate dal team guidato dalla professoressa Martina Havenith, cattedra di Chimica Fisica II presso la Ruhr-Universität Bochum (RUB) nel Journal of Physical Chemistry Letters il 18 giugno 2020.

Approfondimenti di spettroscopia THz e simulazioni

Nel loro studio, i ricercatori hanno studiato la rete di legami idrogeno attorno all'alcol solvatato idrofobo tert-butanolo, poiché i ricercatori usano gli alcoli come modelli prototipo per le molecole idrofobe. Il team ha combinato i risultati della spettroscopia terahertz (THz) e delle simulazioni.

Nella spettroscopia THz, i ricercatori misurano l'assorbimento della radiazione THz in un campione. Lo spettro di assorbimento fornisce un'impronta digitale della rete idrica.

Hanno ottenuto un'immagine dettagliata degli strati d'acqua che circondano la molecola. "Ci riferiamo allo strato più interno come HB-wrap, dove HB sta per legame acqua-idrogeno, " spiega Martina Havenith. Lo strato superiore si chiama HB-hydration2bulk, come descrive l'interfaccia con l'acqua alla rinfusa. Combinato, entrambi gli strati del rivestimento a volte non sono più spessi di un singolo strato di molecole d'acqua. "Occasionalmente, una singola molecola d'acqua può far parte di entrambi gli strati."

Lo strato interno è più stabile

Quando la temperatura è aumentata, lo strato esterno si scioglie per primo, e lo strato HP-wrap rimane intatto più a lungo. "Lo strato interno ha anche meno libertà di formare configurazioni distinte a causa dell'idrofobicità del soluto, "dice Havenith. "Poiché le singole molecole d'acqua devono sempre allontanarsi dall'alcol, formano un bidimensionale, rete allentata." Le molecole d'acqua nello strato esterno hanno più libertà di movimento e quindi anche più possibilità di connettersi con altre molecole d'acqua; i ricercatori si riferiscono a questo fenomeno come maggiore entropia.

Questo tipo di interazione è rilevante per i processi di ripiegamento delle proteine ​​e per il riconoscimento biomolecolare tra un farmaco e la sua molecola bersaglio. Comprendere il ruolo dell'acqua svolge un ruolo cruciale nel processo.