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Intermolecular Forces03:13

Intermolecular Forces

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Atoms and molecules interact through bonds (or forces): intramolecular and intermolecular. The forces are electrostatic as they arise from interactions (attractive or repulsive) between charged species (permanent, partial, or temporary charges) and exist with varying strengths between ions, polar, nonpolar, and neutral molecules. The different types of intermolecular forces are ion–dipole, dipole–dipole, hydrogen bonds, and dispersion; among these, dipole–dipole, hydrogen...
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Water: A Bronsted-Lowry Acid and Base02:30

Water: A Bronsted-Lowry Acid and Base

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The reaction between a Brønsted-Lowry acid and water is called acid ionization. For example, when hydrogen fluoride dissolves in water and ionizes, protons are transferred from hydrogen fluoride molecules to water molecules, yielding hydronium ions and fluoride ions:
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Aqueous Solutions and Heats of Hydration02:42

Aqueous Solutions and Heats of Hydration

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Water and other polar molecules are attracted to ions. The electrostatic attraction between an ion and a molecule with a dipole is called an ion-dipole attraction. These attractions play an important role in the dissolution of ionic compounds in water.
When ionic compounds dissolve in water, the ions in the solid separate and disperse uniformly throughout the solution because water molecules surround and solvate the ions, reducing the strong electrostatic forces between them. This process...
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Solubility Equilibria: Ionic Product of Water01:16

Solubility Equilibria: Ionic Product of Water

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Pure water is a weak electrolyte; only a small amount ionizes into hydrogen and hydroxide ions. At any given temperature, the concentration of undissociated water is almost constant, so the ionic product of water is the product of the hydrogen and hydroxide ion concentrations, denoted as Kw. The square root of Kw gives the individual ion concentrations.
The ionic product of water varies with temperature, and its value is 1.0 x 10−14 at standard experimental conditions. Per Le...
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Van der Waals Interactions01:24

Van der Waals Interactions

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Atoms and molecules interact with each other through intermolecular forces. These electrostatic forces arise from attractive or repulsive interactions between particles with permanent, partial, or temporary charges. The intermolecular forces between neutral atoms and molecules are ion–dipole, dipole–dipole, and dispersion forces, collectively known as van der Waals forces.
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pH Scale02:41

pH Scale

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Hydronium and hydroxide ions are present both in pure water and in all aqueous solutions, and their concentrations are inversely proportional as determined by the ion product of water (Kw). The concentrations of these ions in a solution are often critical determinants of the solution’s properties and the chemical behaviors of its other solutes. Two different solutions can differ in their hydronium or hydroxide ion concentrations by a million, billion, or even trillion times. A common means of...
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El agua y la interacción catión-π

Yujie Zhu1, Minmin Tang1, Huibin Zhang1

  • 1Center for Supramolecular Chemistry & Catalysis and Department of Chemistry, College of Science, Shanghai University, 99 Shang-Da Road, Shanghai 200444, China.

Journal of the American Chemical Society
|July 30, 2021
PubMed
Resumen

En el agua, los envases sintéticos se unen más fuertemente a los grupos tert-butilo sin carga que a los grupos trimetilamonio cargados. Esto pone de relieve el impacto significativo de la solvatación en las interacciones catión-π en el reconocimiento biológico.

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Área de la Ciencia:

  • Química supramolecular
  • Química Física
  • Biofísica y Química

Sus antecedentes:

  • Las interacciones catiónico-π y los efectos hidrofóbicos son fuerzas intermoleculares cruciales que rigen el reconocimiento molecular en los sistemas biológicos.
  • Comprender estas fuerzas es clave para diseñar sistemas sintéticos que imiten las funciones biológicas.
  • Estudios anteriores han explorado estas interacciones, pero las comparaciones directas en entornos acuosos son limitadas.

Objetivo del estudio:

  • Para comparar directamente las fuerzas de unión relativas de las interacciones catión-π y los efectos hidrofóbicos en el agua.
  • Investigar el papel de la solvatación en la modulación de la fuerza de las interacciones catión-π.
  • Cuantificar las preferencias vinculantes de los anfitriones de contenedores sintéticos para diferentes grupos de huéspedes.

Principales métodos:

  • Se utilizaron huéspedes moleculares "de mancuerna" con grupos de trimetil amonio (catiónico) y tert-butilo (hidrofóbico) en competencia.
  • Empleó huéspedes de contenedores sintéticos con superficies internas aromáticas para atar a los invitados.
  • Se estudió la unión en soluciones acuosas para evaluar la influencia de los efectos de solvatación.

Principales resultados:

  • Los envases sintéticos demostraron consistentemente una preferencia por la unión de los grupos tert-butilo sin carga sobre los grupos catiónicos de trimetilamonio.
  • Se encontró que la solvación del grupo de trimetilamonio polar en agua era un factor dominante, superando la atracción del catión-π.
  • La unión al grupo tert-butilo fue de más de 12 kJ mol-1 más favorable que las interacciones catión-π en estos complejos de cavitandos.

Conclusiones:

  • Los efectos de disolución en agua disminuyen significativamente la fuerza de las interacciones catión-π en comparación con las interacciones hidrofóbicas.
  • Los complejos de contenedores sintéticos proporcionan una plataforma valiosa para medir cuantitativamente las contribuciones relativas de las diferentes fuerzas intermoleculares.
  • Los hallazgos ofrecen información sobre los mecanismos de reconocimiento molecular en los sistemas biológicos, enfatizando la importancia de considerar los efectos del disolvente.