Kinetik schneller Prozesse in Alkylglykosid-Lösungen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die breitbandige Ultraschall-Absorptionsspektroskopie hat sich als sehr geeignete Methode zur Untersuchung schneller elementarer Reaktionen in wässrigen Lösungen von Alkylglykosiden und von Cyclodextrinen erwiesen. Sie erlaubt es zum einen, Gleichgewichte zwischen Strukturisomeren der beteiligten Moleküle zu ermitteln und mit denen einfacher Kohlenhydrate, wie Mono- und Disacchariden, zu vergleichen. Eine vollständige Ermittlung der Geschwindigkeitskonstanten und Reaktionsvolumina der Isomerie-Reaktionen gelingt allerdings nur, wenn von anderen Methoden zusätzliche Informationen, beispielsweise über die Verteilung der Isomere oder die Reaktionsenthalpie, vortiegen. Sehr deutlich lassen sich Unterschiede im Verhalten anomerer Kopfgruppen darstellen. Ein wesentlicher Beitrag zu den Ultraschallspektren der Alkylglykosid-Lösungen beruht auf dem Austausch von Monomeren zwischen den Mizellen und der suspendierenden Phase. Pauschal verhält sich der Monomeraustausch wie bei anderen nichtionischen Tensiden. Die Messergebnisse lassen sich gut auf der Grundlage der allgemein akzeptierten Teubner-Kahlweit-Aniansson-Wall Theorie beschreiben. Bei Konzentrationen dicht an der cmc trifft deren erweiterte Form zu, die das Verschwinden des Minimums der Aggregatgrößenverteilung im Monomerbereich einbezieht. Im Falle der Alkylmonoglykoside verbreitert sich zu höheren Tensidkonzentrationen der Relaxationsbereich der Monomeraustauschs in den Spektren, was auf eine Zunahme der mittleren Aggregationszahl und damit verbundenen Formänderungen der Mizellen schließen lässt. In den Spektren der Alkylmaltosid-Lösungen ist eine solche Verbreiterung nicht erkennbar, obwohl es in den Parametern der Kopfgruppen-Isomerie Hinweise auf eine Zunahme der Aggregationszahl gibt. Die Spektren der Cyclodextrin-Lösungen ermöglichen Aussagen über die Komplexbildung des Oligosaccharids mit anderen Molekülen oder mit Ionen und gestatten es, die stöchiometrische Zusammensetzung der Komplexe zu bestimmen. Bei Lösungen von Cyclodextrin mit Tensiden steht die mit der Selbstaggregation des Tensids konkurrierende Bildung von Einschlusskomplexen im Mittelpunkt. Für die hier untersuchten Tenside zeigt sich, dass bei niederen Konzentrationen zunächst Komplexe mit Cyclodextrin gebildet werden. Erst wenn jenes nahezu vollständig komplexiert ist, setzt mit zunehmender Tensidkonzentration die Mizellbildung ein.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Molecular Dynamics and Conformational Kinetics of Mono- and Disaccharides in Aqueous Solution, ChemPhysChem 6, 2005, 1133-1145
R. Behrends, U. Kaatze
- Monomer Exchange and Critical Dynamics of Non-ionic Surfactant/Water Systems, J. Phys. IV France 129, 2005, 25-28
J. Haller, U. Kaatze
- Monomer Exchange Kinetics, Dynamics of Concentration Fluctuations, and Chain Isomerization of Nonionic Surfactant/Water Systems. Evidence from Broadband Ultrasonic Spectra., Tenside Surf. Det. 42, 2005. 23-33
E. Hanke, T. Telgmann, U. Kaatze
- Critical Fluctuations of the Micellar Triethylene Glycol Monoheptyl Ether-Water System, J. Chem. Phys. 124, 2006, 124910-1-11
J. Haller, R. Behrends, U. Kaatze
- Ultrasonic Attenuation Spectrometry Study of a-Cyclodextrin + Kl Complexation in Water, Chem. Phys. Lett. 429, 2006, 97-102
J. Haller, P. Miecznik, U. Kaatze
- Monomer Exchange Kinetics, Radial Diffusion, and Hydrocarbon Chain Isomerization of Sodium Dodecylsulfate Micelles in Water, J. Phys. Chem. 111, 2007, 1625-1631
R. Polacek, U. Kaatze
- Complexation Versus Micelle Formation: a-Cyclodextrin + n-Decyltrimethylammonium Bromide Aqueous Solutions, Chem. Phys. Lett. 463, 2008, 94-98
J. Haller, U. Kaatze
- Kinetics of Conformer Formation of Glucose and Maltose in Aqueous Solutions, Chem. Phys. Lett. 463, 2008, 94-98
J. Haller, U. Kaatze
- On the Complexation of a-Cyclodextrin in Iodide and Iodide-Iodine Aqueous Solutions, J. Mol. Liq. 138, 2008, 34-39
J. Haller, U. Kaatze
- Octylglucopyranoside and Cyclodextrin in Water. Self-Aggregation and Complex Formation, J. Phys. Chem. B 113, 2009, 1940-1947
J. Haller, U. Kaatze
