qmc5415_surfactants_intro

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

Surfactantes e Mice
las
Surfactantes e Mice
las
1
Classificação das Ligações Intermoleculares
O Efeito Hidrofóbico
Por que 
água e óleo 
não se 
misturam?
2
Classificação das Ligações Intermoleculares
O Efeito Hidrofóbico
Nature 437, 640-647 (29 September 2005) 
3
Classificação das Ligações Intermoleculares
O Efeito Hidrofóbico
A migração de uma única molécula de butano 
para o interior da água tem grande 
penalidade energética: promove o aumento 
de 10 kBT na energia livre de Gibbs do 
sistema. 
Evidências experimentais demonstram que o ΔmixH para 
este processo é praticamente nulo. 
ΔmixG = ΔmixH - TΔmixS 
Portanto, o aumento da energia é 
puramente entrópico!
4
Classificação das Ligações Intermoleculares
O Efeito Hidrofóbico
ΔmixG = ΔmixH - TΔmixS 
Como uma mistura pode produzir 
uma diminuição da entropia, isto é, 
um aumento na ordem do sistema?
A migração de uma única molécula de butano 
para o interior da água tem grande 
penalidade energética: promove o aumento 
de 10 kBT na energia livre de Gibbs do 
sistema. 
5
Classificação das Ligações Intermoleculares
O Efeito Hidrofóbico
6
Classificação das Ligações Intermoleculares
O Efeito Hidrofóbico
7
Classificação das Ligações Intermoleculares
O Efeito Hidrofóbico é entrópico
Quando uma molécula incapaz de fazer 
ligações hidrogênios é jogada na água, 
as moléculas de água próximas 
a esta molécula estrangeira se 
organizam localmente de modo 
a maximizar o número de 
ligações hidrogênio que podem 
ser formadas. 
O resultado é uma diminuição da 
entropia do sistema, já que a 
água é mais organizada na 
presença da molécula do soluto 
apolar, assumindo estrutura ice-
like. 
8
Classificação das Ligações Intermoleculares
O Efeito Hidrofóbico Nature 437, 640-647 (2005) 
9
Classificação das Ligações Intermoleculares
O Efeito Hidrofóbico é entrópico
Para hidrocarbonetos, a diminuição da 
entropia é proporcional a área de 
superfície destas moléculas expostas à água. 
Estas substâncias são chamadas de 
hidrofóbicas. 
Quando duas moléculas hidrofóbicas 
se encontram em solução aquosa, há 
uma tendência entrópica para que 
elas se juntem para minimizar a área 
exposta ao solvente e, consequentemente, 
diminuir a energia livre do sistema. Este 
processo é conhecido como Interação 
Hidrofóbica.
10
Classificação das Ligações Intermoleculares
A interação hidrofóbica não é uma 
ligação!
É uma atração de origem 
puramente entrópica: não há 
envolvimento eletrônico 
direto.
Atua em distâncias muito 
maiores do que as forças 
intermoleculares comuns. 
É o efeito mais importante 
para a auto-organização da 
matéria mole – 
principalmente em seres 
vivos!
11
O que é Self-Assembly ?
b) O efeito hidrofóbico e a auto-associação ocorrem em qualquer 
escala: desde a escala molecular à escala planetária.
12
Surfactantes e Micelas
13
14
15
O surfactante muda a tensão 
superficial da água somente 
até uma certa concentração
16
17
18
Moléculas Anfifílicas: as moléculas 
esquizofrênicas!
19
20
21
Surfactantes Aniônicos: saponificação
22
P
Bio-Surfactantes
23
Surfactantes glicosídicos: derivados de 
açúcar
24
Surfactantes glicosídicos: não iônicos!
25
Sorbitol monoether: sorbitan
Surfactantes não iônicos: Span e Tween
26
Surfactantes não iônicos: os etoxilados
27
Surfactantes Catiônicos: aminas 
quaternárias
28
Surfactantes zwitteriônicos: as betaínas
29
30
31
32
33
34
35
A MICELIZAÇÃO DOS 
SURFACTANTES
36
How Did It All Begin? 
The Self-Assembly of 
Organic Molecules is the 
Origin of Cellular Life!
David W. Deamer
Para mais, leia:
Deamer, D.W. 1998. Membrane compartments in prebiotic evolution. p. 
189-205. In A. Brack (ed.), The Molecular Origins of Life. Cambridge University 
Press, Cambridge UK. 
Fox, S. W., and K. Harada. 1958. Thermal copolymerization of amino acids to a 
product resembling protein. Science 128:1214. 
Oro, J.,1978. Formation of phospholipids under primitive Earth conditions and 
the role of membranes in prebiological evolution. p. 1-21. In D.W. Deamer 
(ed.), Light-Transducing Membranes: Structure, Function and Evolution. 
Academic Press, New York. 
37
A auto-associação molecular é a 
responsável pela origem da vida!
38
O que é Self-Assembly ?
a) Self-Assembly é a organização autônoma dos componentes 
do sistema em estruturas ou padrões sem a intervenção humana.
b) Este fenômeno ocorre em qualquer escala: desde a escala 
molecular à escala planetária.
c) O processo é reversível e espontâneo.
d) No Self-Assembly Molecular, dois tipos são possíveis: 
Intramolecular (e.g. estruturas secundária e terciária de uma 
proteina proteina) e Intermolecular (e.g. estrutura quaternária da 
proteina, micelas).
e) Estruturas organizadas já formadas via associação podem 
ainda formar novas estruturas ou padrões, dando origem a 
self-assembly meso- e macroscópicos.
f) A vida só é possível graças ao self-assembly molecular.
39
O que faz com que moléculas se 
auto-associem de forma 
espontânea?
a)Atração promovida por forças 
intermoleculares.
b)Minimização da energia interfacial.
c)Características anfifílicas da estrutura 
molecular.
d) Efeito hidrofóbico.
40
41
41
42
43
micela reversa
44
45
Auto-associação em bi-camadas
46
47
VESÍCULAS
48
Bi-camadas fechadas: Vesículas!
49
50
51
60 nm
Peptide-Amphiphilic Nanofibers: pH-controlled self-
assembly 
Science, Vol 294, Issue 5547, 1684-1688 , 23 November 2001
52
Micelas podem ser formadas em solventes orgânicos
53
A cmc pode ser detectada por várias técnicas
[surfactante]
Pr
op
rie
da
de
cmc
54
cmc de alguns surfactantes
55
cmc de alguns surfactantes
56
cmc de alguns surfactantes
57
Influência da cadeia alquílica na cmc
58
Influência da força iônica na cmc
59
Influência da cadeia alquílica na detergência
60
61
As micelas são agregados 
dinâmicos 
τ1: os monômeros trocam de uma micela mais de 1000 
vezes por segundo;
τ2: as micelas são completamente renovadas em alguns 
milissegundos!
62
Adição de co-solvente altera a cmc
63
Um filme líquido pode ser estabilizado por surfactantes
64
Um filme líquido pode ser estabilizado por surfactantes
A parede de uma bolha é um filme líquido 
estabilizado por monocamadas de 
Langmuir.
65
Os surfactantes são detergentes
66
Copolímeros anfifílicos
67
Copolímeros anfifílicos em 
solventes seletivos
68
Próxima Aula:
a) Adsorção de 
surfactantes em 
interfaces
69