Ion specificity and cononsolvency effects on neutral macromolecules

İyonların, ozmolitlerin ve diğer küçük organik moleküllerin makromoleküllerle etkileşimleri, makromoleküllerin çözünürlük ve hidratlanma gibi fiziksel özelliklerini etkiler. Bu bağlamda iyona özel etkiler, "Hofmeister serileri" Franz Hofmeister tarafından yayınlandığından bu yana önemli bir araştırma konusu olmuştur. Hofmeister serileri, iyonların makromoleküllerin çözünürlüğünü arttırması veya azaltması özelliğine göre sıralayan bir seridir. Bu seride "zayıf hidratlanmış" olarak adlandırılan anyonların makromoleküllerle hidrojen bağları ya da diğer elektrostatik kuvvetlerle doğrudan etkileşime girerek onların su içerisindeki çözünürlüklerini arttırdığı bilinmektedir. Öte yandan, "güçlü hidratlanmış" anyonlar etraflarındaki katı hidrasyon kabuğu sebebiyle makromoleküllerle doğrudan etkileşim kuramazlar ve varlıkları makromolekülerin su içindeki çözünürlüğünü azaltır. Bu çalışmada, Hofmeister anyonların makromoleküller üzerindeki etkilerini daha iyi anlamak amacıyla amid bazlı makromoleküller yerine şeker bazlı makromoleküller kullanılmıştır. Hofmeister anyonlarının şeker bazlı makromoleküller üzerinde nasıl etkileri olduğunu anlamak amacıyla metilselüloz, hidroksipropil selüloz ve dekstran model polimerler olarak seçilmiştir. Metilselüloz (MC) ve hidroksipropil selülozun (HCP) faz değiştirme sıcaklıklarının (LCST) Hofmeister anyonlarının varlığında amid bazlı polimerlerle aynı trendleri sergilediği Faz Değiştirme Sıcaklığı ölçümleri ile gösterilmiştir. SCN- gibi zayıf hidratlanmış Hofmeister anyonları yüzey aktif iyon olarak davranırken, SO42- gibi güçlü hidratlanmış Hofmeister anyonların tam tersi etkiye sebep oldukları gösterilmiştir. Ek olarak nükleer manyetik rezonans spektroskopisi (1H-NMR) ölçümleri, metilselülozun fonksiyonel grubu olan metil gruplarının zayıf hidratlanmış anyonlar ile olan etkileşimlerinden sorumlu olduğunu göstermiştir. İyona özel etkilere ek olarak "eş çözünmezlik" etkisi de makromoleküllerin çözünürlük mekanizmalarını anlamak açısından önemli bir fenomendir. Bu etki iki iyi çözücünün belirli oranlarda karıştırıldığında kötü bir çözücüye dönüşmesi ve makromolekülün çözünürlüğünü düşürmesini ifade eder. Bu etkinin mekanizmalarını anlamak amacıyla poli(N-izopropilakrilamid) (PNIPAM) and poli(N, N-diethylakrilamid) (PDEA) model polimerler olarak kullanıldı. Eş solvent olarak kullanılan metanol, etanol ve izopropanolün eklenmesi PNIPAM'in su içerisindeki çözünürlüğünü azaltırken çok benzer bir moleküler yapıysa sahip olmasına rağmen PDEA'de aynı etki gözlenmedi. Zayıflatılmış Toplam Yansıma - Fourier Dönüşümlü Kızılötesi spektroskopisi (ATR-FTIR) ve Çok Değişkenli Eğri Çözünürlüğü (MCR) algoritması analizi, hem çözücü-eş-çözücü karışımlarının kütle özelliklerindeki değişikliklerin hem de çökmüş durumdaki makromoleküllerin hidrasyon kabuğundaki değişimlerin PNIPAM için eş çözünmezlik davranışına neden olduğunu göstermiştir.