Selbstorganisation

• Lebenswissenschaften nach Oparinentsteht „Leben“ durch

eine spontane Zunahme der molekularen Komplexität und Spezifität

- Selbstorganisation von DNA- Selbstorgansation von

Phospholipiden

• Kolloidwissenschaften nach Shinodaentstehen „organisierte

Lösungen“ bei einer kontrollierten Ballance zwischen lyophoben und lyophilen Substanz-Lösungsmittel Wechselwirkungen

Organisierte Lösungen (nach Shinoda)

lyophilic interactions

regular solution

lyophilic/lyophobic interactions

organized solution

lyophobic interactions

phase separation

solute-solvent interactions

Organized solutions (according to Shinoda):

• Low solute solubility• Swelling of solvent by solute phase• Solute in a liquid or liquid crystalline

state• High molecuar or aggregate weight of

solute species

Tenside

• Als Tenside werden allgemein niedermolekulare Verbindungen bezeichnet , deren Moleküle einen hydrophoben und einen hydrophilen Teil enthalten.

Ionische Tenside

Anionisch Kationisch AmphoterCarboxylgruppen Primäre Aminogruppen SulfobetaineSulfatgruppen Sekundäre Aminogruppen CarbobetaineSulfonatgruppen Tertiäre Aminogruppen PhospholipidePhosphatgruppen Quaternäre Aminogruppen

Nichtionische Tenside

• Polyglycolether R-O-(CH2-CH2O)m –H

• Polyglycolester R-C(O) O-(CH2-CH2O)m –H

• Polyglycolamide R-C(O) NH-(CH2-CH2O)m –H

• Polypropylenglycolether R-O-(C(CH3)H-CH2O)m –H

• Polypropylenglycolester R-C(O) O-(C(CH3)H -CH2O)m –H

• Polypropylenglycolamide R-C(O) NH-(C(CH3)H -CH2O)m –H

• Polyamine R-NH-(CH2-CH2NH)m –H

• Glycoside

Hydrophober Teil

• Längerkettige Kohlenwasserstoffe (KW) - gesättigt - ungesättigt - verzweigt - fluriert

Eigenschaften

• Infolge ihres amphoteren Charakters sind Tenside grenzflächenaktiv. Dies kann zu verschiedenen Effekten führen:

- Senkung der Grenzflächenspannung - Benetzung - Filmbildung Mizellbildung

Mizellbildung

• Spontane Assoziation von Tensidmolekülen oberhalb einer kritischen Tensidkonzentration

(Kritsche MizellbildungsKonzentration KMK bzw. cmc)

Methoden zur cmc Bestimmung

• Grenzflächenspannungsmessung

• Leitfähigkeitsmessung

• Trübungsmessung

Krafft Punkt bzw. Krafft Temperatur

• Die Temperatur, bei der die Auflösung des ungelösten Tensids durch die einsetzende Mizellbildung erfolgt

Form der Mizellen

- kugelförmig- scheibenförmig - zylindrisch- lamellar - vesikelförmig- bikontinuierlich

Modelle zur Beschreibung der Mizellbildung

• 2-Phasenmodell

• Assoziationsmodell

2-Phasenmodell

• Chemische Potentiale der Tensidmoleküle in der Wasser- und der Mizellphase sind gleich

G°Miz = °(Mizelle) - °(LSM) = RT ln cmc

Assoziationsmodell

• Die Freie Energie der Mizellbildung ( G°Miz) kann in Bezug zur

Gleichgewichtskonstante Kn

gesetzt werden

G°Miz = - RT ln Kn

Kritischer Packungsparameter (V / A L)

• V – Volumen des hydrophoben Teils• A – Optimum der Kopfgruppenfläche• L – Kritische Länge des hydrophoben Schwanzes

nach Israelachvili

Kritische Packungs-

dichte

Tensid-Typ Aggregatstruktur

< 0,33

0,33 – 0,5

0,5 – 1,0

1

> 1,0

einfache Tenside mit großen Kopfgruppen

einfache Tenside mit kleinen Kopfgruppen

Doppelkettige Tenside mit großen Kopfgruppen

Doppelkettige Tenside mit kleinen Kopfgruppen

Doppelkettige Tenside mit kleinen Kopfgruppen, sehr voluminöser

hydrophober Teil

kugelförmige, ellipsoide Mizellen

zylindrische oder stäbchenförmige Mizellen

Vesikel oder Doppelschichten

Planare Doppelschichten

Reverse Mizellen

Parameter zur Beschreibung einer Mizelle

• Aggregationszahl n

• Kritische Mizellbildungskonzentration (cmc)

• Relaxationszeiten t1 ; t2

Zunahme der Aggregationszahl

• mit zunehmender Kettenlänge• mit abnehmender Hydrophilie der Kopfgruppe• mit zunehmender Temperatur (Niotenside)• mit zunehmender Ionenstärke (ionische Tenside)• bei Zugabe von organischen Verbindungen

cmc nimmt ab

• Carboxylat > Sulfonat > Sulfat

• Quaternäre N-Funktion > primäres Amin

• Mit abnehmender Hydrophilie der Kopfgruppe

Abnahme der cmc mit zunehmender Kettenlänge

log10 cmc = A – B nc

A, B – Konstantennc – Zahl der C-Atome in der Kette

Empir. Gleichung nach Klevens

Schnelle und langsame Relaxation

• Schnelle Relaxation: Austausch von Monomer

• Langsame Relaxation: Auf- und Abbau ganzer Mizellen