ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА ХИМИИ

Мицеллообразование в растворах ПАВ. Критическая концентрация мицеллообразования (ККМ).
Солюбилизация.
Значение солюбилизации в

медицине, фармации и физиологии

и коллоидные.
Истинно растворимыми являются дифильные органические соединения с небольшими углеводородными

радикалами: низшие спирты, карбоновые кислоты и их соли, амины, фенолы.
Коллоидные ПАВ – длинноцепочечные дифильные органические соединения с числом атомов углерода от 10 до 20.

на ионногенные и неионногенные. В свою очередь ионногенные ПАВ делятся

на анионные, катионные и амфолитные.

кислот (например, додецилсульфат натрия С12Н25ОSO3Na)
cоли алкиларилсульфоновых кислот (например, n-октилбензолсульфонат натрия

С8Н17С6Н4SO3Na).

(например, октадециламмоний хлорид [C18H37NH3]+Cl-),
Соли алкилзамещенных аммониевых оснований (например, цетилпиридиний хлорид).
Амфолитные

– содержат две функциональные группы – кислотного и основного характера.

этилена к соответствуюцим исходным веществам по реакции:
RX + n (CH2-CH2)O

= R(OCH2CH2)nX
В радикале R 6-18 атомов С, число групп -OCH2CH2- от нескольких единиц до сотен.

(из-за наличия длинных у/в радикалов).
Малая растворимость ПАВ влечет за собой

ассоциацию их молекул, с ростом концентрации переходящую в мицеллообразование. Концентрация раствора ПАВ, при которой начинают образовываться мицеллы, называется критической концентрацией мицеллообразования (ККМ).

от изотерм истинно растворимых ПАВ более резким понижением поверхностного натяжения

с увеличением концентрации и наличием излома на изотерме. Концентрация в точке излома соответствует критической концентрации мицеллообразования, выше которой в растворе самопроизвольно протекает процесс образования мицелл и истинный раствор переходит в ультрамикрогетерогенную систему — золь.

растворимого ПАВ; II — коллоидного ПАВ. Точка излома на изотерме

II соответствует переходу истинного раствора в золь

ПАВ заполняют поверхностный слой на границе раздела фаз и уменьшают

поверхностное натяжение раствора. Когда поверхностный слой полностью заполнен (это состояние соответствует достижению ККМ), в системе начинается ассоциация углеводородных радикалов молекул ПАВ, в результате чего образуются мицеллы. Полярные группы молекул ПАВ ориентированы в воду. Они образуют гидрофильную оболочку, которая изолирует ядро мицеллы от воды. Гидрофильность оболочек мицелл придает образовавшейся гетерогенной системе лиофильность, а значит, и термодинамическую устойчивость.

гидрофильные группы которых обращены к растворителю, а гидрофобные соединяются друг

с другом образуя ядро.
Поначалу мицеллы имеют сферическую форму. Но при значительном увеличении концентрации ПАВ становятся вначале дискообразными, затем цилиндрическими, а позднее пластинчатыми. В конце концов, повышение концентрации приводит к тому, что коллоидный раствор ПАВ превращается в гель.

- дискообразные, в - цилиндрические, г - пластинчатые

гидрофобные взаимодействия. Энтальпия взаимодействий углеводородных радикалов ПАВ друг с другом

меньше энтальпии взаимодействия их с водой. Для системы термодинамически выгоднее состояние с минимумом энтальпии, поэтому радикалы выталкиваются из водной среды в ядра мицелл, чтобы избежать, насколько это возможно, контакта с водой. В результате этого энтальпия уменьшается.

в неассоциированном состоянии, вокруг их углеводородных радикалов из молекул воды

образуются льдоподобные упорядоченные структуры. Переход радикалов ПАВ из воды в мицеллы разупорядочивает структуру воды, вследствие чего повышается энтропия системы.
Уменьшение энтальпии и увеличение энтропии приводит к снижению энергии Гиббса системы.

ПАВ обусловлена также еще и тем, что гидрофильность образующейся оболочки

обеспечивает минимальное межфазное натяжение на границе мицелла—вода.
Таким образом, процесс образования мицелл термодинамически выгоден и идет самопроизвольно.

концентрации меньших ККМ мицеллы распадаются на ионы или молекулы.
В целом,

основные переходы коллоидных ПАВ можно представить в виде схемы:
Молекулярн.↔Мицеллярн.↔Структурированн.
раствор система мицеллярная
система (гель)

ПАВ.
Величина ККМ выражается в моль/дм3 и лежит обычно в пределах

10-3- 10-6 моль/ дм3 .

коллоидного ПАВ: установлено, что с ростом длины углеводородного радикала молекулы

коллоидного ПАВ значение ККМ уменьшается.
присутствия электролитов: присутствие электролитов в растворе не оказывает существенного влияния на ККМ неионогенного коллоидного ПАВ. Для растворов ионогенных коллоидных ПАВ добавление электролитов приводит к уменьшению ККМ.
• температуры: понижение температуры также способствует уменьшению ККМ.

раствора сталогмаметрическим методом. Начало мицеллообразования меняет ход зависимости δ от

СПАВ. Значение ККМ определяют по характерному перегибу изотермы при переходе ее на прямолинейный участок.

измерении концентрационной зависимости электрической проводимости коллоидных ПАВ. При концентрациях раствора

ПАВ ниже ККМ зависимость удельной электрической проводимости соответствуют аналогичным зависимостям для растворов средних по силе электролитов, так как происходит их диссоциация. Образование сферических мицелл приводит к уменьшению их подвижностей по сравнению с подвижностями отдельных ионов. Область излома на графике указывает ККМ.

широко применяются в фармации, является солюбилизация (буквально растворение).
Солюбилизацией (или коллоидным

растворением) называется явление проникновения молекул низкомолекулярных веществ в мицеллы ПАВ.

воде, например, углеводороды — гептан, бензол, красители, жиры. Это обусловлено

тем, что вводимые в раствор ПАВ вещества включаются в состав мицелл. Они растворяются в ядрах мицелл, обладающих свойствами неполярных жидкостей — углеводородов.
Вещество, растворяющееся в мицеллах, называется солюбилизатом.

углеводороды, внедряясь в мицеллы, располагаются внутри углеводородных ядер мицелл.
Полярные

органические вещества (спирты, амины, кислоты, жиры) встраиваются между молекулами ПАВ так, чтобы их полярные группы были обращены к воде, а углеводородные радикалы — ориентированы параллельно углеводородным радикалам ПАВ.

и, соответственно, к увеличению их размеров.
Процесс протекает медленно.
Перемешивание и повышение

температуры ускоряет наступление равновесия.

солюбилизированного вещества к числу моль ПАВ, находящегося в мицеллярном состоянии.

в составе липопротеидных мицелл. В качестве

мицеллообразующих ПАВ здесь выступают белки крови и амфифильные липиды. Они располагаются на поверхности мицелл. Внутри же солюбилизируются гидрофобные липиды (нейтральный жир, стероиды).

липосом. В системе вода - фосфолипид при встряхивании и перемешивании

образуются сферические мицеллы -липосомы. Молекулы фосфолипидов образуют в липосомах бислойную мембрану, в которой полярные группы обращены к воде, а неполярные -друг к другу.

биологических мембран. С их помощью можно изучать проницаемость мембран и

влияние на нее разного рода факторов для различных соединений. Липосомальные мембраны используют в иммунологических исследованиях при изучении взаимодействия между антителами и антигенами.

медицине для направленной доставки лекарственных веществ к тем или иным

органам или зонам поражения, т.к. они хорошо проникают в клетки через мембраны.
Например, противоопухолевых препаратов, инсулина для лечения диабета, хелатных агентов для лечения отравлений тяжелыми металлами. С помощью липосом можно транспортировать лекарственные вещества внутрь клеток.

иода, распределенного в ПАВ (иодофоры).
Введение ПАВ позволяет

получать препараты стероидов для парентерального и наружного использования. С этой целью используют неионные ПАВ.
Широко известна солюбилизация витаминов и особенно масел. В частности, витамины А и Е были солюбилизированы эфирами сахарозы.
Примером «адресного» лекарства является препарат «Веторон», содержащий каротин, солюбилизированный в липидных мицеллах.

эфирах сорбитана солюбилизируются барбитураты, аспирин и другие вещества.
С

солюбилизацией, вероятно, связано усиление действия широко распространенных бактерицидных препаратов - фенола и его производных, ртутных соединений, сульфамидов и других в присутствии некоторых анионоактивных соединений.

только лишь после расщепления их ферментом поджелудочной железы на жирные

кислоты и моноглицериды. Всасывание которых происходит при участии желчи. Жирные кислоты и моноглицериды образуют с компонентами желчи мицеллы, которые солюбилизируют холестерин и жирорастворимые витамины (А,D, Е, К).

и продуктов их распада в водной среде организма и всасывание

их в кишечную стенку. Малые размеры мицелл и гидрофильность их оболочек позволяет мицеллам активно передавать липиды акцепторам клеточных мембран и осуществлять транспорт липидов внутрь клетки.

этого требуется соответствующая структурная организация биологически важных компонентов организма. Мицеллообразование

определяет один из уровней организации молекул, причем эта организация обратима. Переход мономер-мицелла в организме может быть одним из регулирующих механизмов, а равновесие между сферическими и плоскими мицеллами рассматривается как способ регуляции свойств биологических мембран.

мицеллы считается существенным для слияния клеток, поскольку липидный слой бимолекулярный

слой представляет собой термодинамически устойчивую систему, которая может противостоять слиянию с себе подобными структурами.