Агрегация молекул в растворе

[Дмитр_11]

Здравствуйте,

Меня интересует такой вопрос, очень надеюсь на помощь или хотя бы ссылки на литературу.

Как определить будет ли проходить агрегация молекул в растворе? Меня интересуют молекулы из семейства флавоноидов в различных безводных органических растворителях (например, диметилформамид). Будет ли в таких растворах агрегация таких молекул или этими процессами можно пренебречь?

[bigM]

Будет ли в таких растворах агрегация таких молекул или этими процессами можно пренебречь?

вы имеете в виду гомомолекулярную ассоциацию?

[Дмитр_11]

Будет ли в таких растворах агрегация таких молекул или этими процессами можно пренебречь?

вы имеете в виду гомомолекулярную ассоциацию?

Да, имею ввиду что-то похожее на образование макромолекул, только из малого их числа.
Нашел статьи на эту тему, но в основном такие процессы рассмматриваются в водных растворах.
Могул ли полярные молекулы ассоциировать в полярных апротонных растворителях?

[bigM]

если коротко, то не только могут, но и будут! мало того сам растворитель будет в ассоциатах. вы книжку почитайте, там этому первая глава посвящена.

[Дмитр_11]

если коротко, то не только могут, но и будут! мало того сам растворитель будет в ассоциатах. вы книжку почитайте, там этому первая глава посвящена.

Спасибо

[Ahha]

Как определить будет ли проходить агрегация молекул в растворе? Меня интересуют молекулы из семейства флавоноидов

Приложенные статьи не про флавоноиды, но про агрегацию, вдруг как-то пригодятся.

[Дмитр_11]

Как определить будет ли проходить агрегация молекул в растворе? Меня интересуют молекулы из семейства флавоноидов

Приложенные статьи не про флавоноиды, но про агрегацию, вдруг как-то пригодятся.

Спасибо! почитаю

[Allex']

Здравствуйте,

Меня интересует такой вопрос, очень надеюсь на помощь или хотя бы ссылки на литературу.

Как определить будет ли проходить агрегация молекул в растворе? Меня интересуют молекулы из семейства флавоноидов в различных безводных органических растворителях (например, диметилформамид). Будет ли в таких растворах агрегация таких молекул или этими процессами можно пренебречь?

Классический способ определения концентрации, при которой начинается агрегация - измерение оптической плотности растворов.
Берёте разбавленный раствор флавоноида (обычно 1х10Е-6 моль/л вполне достаточно) в растворителе и измеряете оптическую плотность раствора, потом увеличиваете концентрацию и повторяете процедуру. И так приблизительно до 1х10Е-3, где агрегаты скорее всего уже образуются, а спектрофотометр ещё может выдавать достоверную оптическую плотность (это зависит от конкретного прибора). Если нужны бОльшие концентрации - берите более тонкую кювету.
Потом строите график зависимости оптической плотности от концентрации и видите сначала прямую линию, которая постепенно выходит на насыщение. В том диапазоне, где линия ещё прямая можете работать, пренебрегая образованием агрегатов.
Конкретных ссылок у меня нет, но это изложено в любом учебнике по УФ-спектроскопии. Ключевое понятие - закон Бера. Если полностью, то закон Бугера-Ламберта-Бера, но именно Беру принадлежит установление зависимости между концентрацией, толщиной поглощающего слоя и оптической плотностью раствора.

[Дмитр_11]

Здравствуйте,

Меня интересует такой вопрос, очень надеюсь на помощь или хотя бы ссылки на литературу.

Как определить будет ли проходить агрегация молекул в растворе? Меня интересуют молекулы из семейства флавоноидов в различных безводных органических растворителях (например, диметилформамид). Будет ли в таких растворах агрегация таких молекул или этими процессами можно пренебречь?

Классический способ определения концентрации, при которой начинается агрегация - измерение оптической плотности растворов.
Берёте разбавленный раствор флавоноида (обычно 1х10Е-6 моль/л вполне достаточно) в растворителе и измеряете оптическую плотность раствора, потом увеличиваете концентрацию и повторяете процедуру. И так приблизительно до 1х10Е-3, где агрегаты скорее всего уже образуются, а спектрофотометр ещё может выдавать достоверную оптическую плотность (это зависит от конкретного прибора). Если нужны бОльшие концентрации - берите более тонкую кювету.
Потом строите график зависимости оптической плотности от концентрации и видите сначала прямую линию, которая постепенно выходит на насыщение. В том диапазоне, где линия ещё прямая можете работать, пренебрегая образованием агрегатов.
Конкретных ссылок у меня нет, но это изложено в любом учебнике по УФ-спектроскопии. Ключевое понятие - закон Бера. Если полностью, то закон Бугера-Ламберта-Бера, но именно Беру принадлежит установление зависимости между концентрацией, толщиной поглощающего слоя и оптической плотностью раствора.

Большое спасибо за детальный ответ!
Я знаю это методику и как раз у меня возникла эта проблема при работате с UV-vis спектрами флавоноидов. Проблема в том, что в моем случае возможна сильная ионизация молекул (и вероятно изомеризация), а анионная форма по теор.расчетам имеет другой спектр, поэтому нарушение закона Ламберта-Бера в моем случае может быть вызвано не агрегацией, а другими процессами в растворе. Я работаю с концентрациями в диапазоне 10-100mkM, но для других флавоноидов нашел данные что агрегация у них наблюдалась при 20mkM, но в водных растворах. Поэтому у меня вопрос могу ли я исключить агрегацию на теоретическом уровне, если работаю с апротонным полярным безводным растворителем? Может, если у меня полярная молекула в таком растворителе, то агрегация не происходит?

[Allex']

Проблема в том, что в моем случае возможна сильная ионизация молекул (и вероятно изомеризация), а анионная форма по теор.расчетам имеет другой спектр, поэтому нарушение закона Ламберта-Бера в моем случае может быть вызвано не агрегацией, а другими процессами в растворе.

Если возможна ионизация (диссоциация) или изомеризация (таутомеризация), то достаточно маловероятно, что она будет зависеть от концентрации, особенно в разбавленных растворах, когда нет агрегации. Но если важно исключить и это, то добавьте в растворитель немного кислоты или основания (трифторуксусная кислота и триэтиламин в концентрациях около 1 ммоль/л подойдут), чтобы перевести флавоноид в одну форму и посмотрите на зависимость оптической плотности от концентрации.

Я работаю с концентрациями в диапазоне 10-100mkM, но для других флавоноидов нашел данные что агрегация у них наблюдалась при 20mkM, но в водных растворах.

Водные растворы - это совсем другая история. Их и используют, чтобы увидеть агрегаты органических красителей, которых в органике нет или очень мало. Но там есть много других ньюансов, например сорбция красителя из воды на стенки кюветы. В органике тоже можно искать агрегаты, если краситель в ней плохо растворяется (гексан, бензол), но Вам, как я понял, агрегаты как раз не нужны.

Поэтому у меня вопрос могу ли я исключить агрегацию на теоретическом уровне, если работаю с апротонным полярным безводным растворителем? Может, если у меня полярная молекула в таком растворителе, то агрегация не происходит?

Вот как раз на теоретическом уровне Вы этого исключить не можете, какой бы бесконечно малой эта агрегация ни была. А на практическом уровне, если агрегатов меньше 1% от всех молекул флавоноида, можно считать, что их там нет, так как в УФ-спектрах их не будет видно. Очень часто их не видно, даже когда их 10%.
Ещё нужно обратить внимание на выбор растворителя, диметилформамид должен быть хорошо осушен, не содержать аминов и стоять над молекулярным ситом в тёмном месте. Если есть возможность использовать другой, более стабильный растворитель, то стоит попробовать диметилацетамид, N-метилпирролидон или ДМСО.

[Allex']

Вдогонку у меня возник вопрос - мы какую проблему пытаемся решить? Теоретическую (по спектрам соединений при разных концентрациях агрегации не видно, но теоретически она может быть и просто хорошо "прячется" и как нам доказать с помощью формул или ссылок, что её там нет?) или практическую (оптическая плотность раствора при изменении концентрации нелинейна во всём диапазоне используемых концентраций. Как это можно интерпретировать и можно ли получить линейную зависимость?).
Или проблема в чём-то другом?
В зависимости от корректности поставленного вопроса можно получить ответ, который либо поможет провести эксперимент правильно, либо останется "теоретически интересным".
P.S. Хотя это известная вещь - тот, кто безупречно правильно может сформулировать свой вопрос, уже знает правильный ответ.

[bigM]

А раствор трифторуксусной кислоты в каком растворителе надо добавлять?
Пс кстати, наличие агрегатов и изомеров можно определять по вязкости переохлажденных растворов.

[Allex']

А раствор трифторуксусной кислоты в каком растворителе надо добавлять?

В том, в котором идут измерения. Поскольку концентрация кислоты небольшая, изменением свойств растворителя можно пренебречь.

[Дмитр_11]

Вдогонку у меня возник вопрос - мы какую проблему пытаемся решить? Теоретическую (по спектрам соединений при разных концентрациях агрегации не видно, но теоретически она может быть и просто хорошо "прячется" и как нам доказать с помощью формул или ссылок, что её там нет?) или практическую (оптическая плотность раствора при изменении концентрации нелинейна во всём диапазоне используемых концентраций. Как это можно интерпретировать и можно ли получить линейную зависимость?).
Или проблема в чём-то другом?
В зависимости от корректности поставленного вопроса можно получить ответ, который либо поможет провести эксперимент правильно, либо останется "теоретически интересным".
P.S. Хотя это известная вещь - тот, кто безупречно правильно может сформулировать свой вопрос, уже знает правильный ответ.

моя проблема заключается в том, что я исследовал спектральные свойства одного флованоида в нескольких орг растворителях (в тч ДМФ), сделал расчеты для его нейтральной, анионной формы и таутамеров, и результаты эксперимента более-менее согласуются с расчетами (не сказать, что идеально, но допустимо). Подготовил статью, отправил и в рецензии рецензент указал, что это может быть агрегация. И вот по поводу агрегации, даже не знаю что ответить. Просто я даже не видел работ по флавоноидам, где была бы их агрегация в ДМФ, нашел работы с другими молекулами и там было показано, что они не аггрегируют в ДМФ. Вот думаю, как мне ответить на это замечание, я даже не учитывал что может быть агрегация с такими концентрациями (до 100мкМ) в безводных растворах.
Насчет растворителя ДМФ, неужели содержание воды в нем может вызвать агрегацию? По работам посвященным агрегации, я обычно видел что содержание воды в вода\ДМФ должно быть десятки процентов, чтобы наблюдать агрегацию

[Allex']

В общем задача - ответить рецензенту так чтобы он не мог придраться
На мой взгляд, было бы достаточно прислать ему линейную зависимость оптической плотности от концентрации вплоть до 100 мкМ (1х10Е-4 моль/л) в диметилформамиде. Если зависимость явно нелинейная (нелинейность выходит за пределы погрешности), то неисключено, что рецензент в чём-то прав. Ваших веществ я не видел (а если бы и увидел, всё равно по формуле можно только что-то предположить, но не утверждать), однако бывают соединения, образующие димеры и при значительно меньших концентрациях. Но у нелинейности могут быть и другие причины, связанные с некорректностью измерений (кстати, зависимость линейна или нет? Я этого так и не понял.)
Если же эта линейная зависимость есть и отослана рецензенту, а он всё равно упрямится, то стоит подумать о другом журнале...

[Дмитр_11]

В общем задача - ответить рецензенту так чтобы он не мог придраться
На мой взгляд, было бы достаточно прислать ему линейную зависимость оптической плотности от концентрации вплоть до 100 мкМ (1х10Е-4 моль/л) в диметилформамиде. Если зависимость явно нелинейная (нелинейность выходит за пределы погрешности), то неисключено, что рецензент в чём-то прав. Ваших веществ я не видел (а если бы и увидел, всё равно по формуле можно только что-то предположить, но не утверждать), однако бывают соединения, образующие димеры и при значительно меньших концентрациях. Но у нелинейности могут быть и другие причины, связанные с некорректностью измерений (кстати, зависимость линейна или нет? Я этого так и не понял.)
Если же эта линейная зависимость есть и отослана рецензенту, а он всё равно упрямится, то стоит подумать о другом журнале...

Спасибо за ответ!
А образование анионных форм, например, не может ли нарушать линейность? И линейность должна быть для всех длин волн или, например, в коротковолновой области достаточно, агрегаты молекул имеют полосу поглощения же в длинноволновой области обычно.
И еще, если можно вдогонку вопрос, насколько быстро появляются агрегаты в растворах, например, можно ли их динамику измерить (в первые несколько десятков минут), потому что ионизация часто растянута во времени?

[Allex']

А образование анионных форм, например, не может ли нарушать линейность?

По идее не должно, наоборот, образование различных форм создаёт смесь форм и тем самым уменьшает концентрацию исходного вещества. Но если в каком-то случае диссоциация гидроксигруппы приводит к образованию агрегатов, то такое нужно отдельно доказывать, поскольку это вещь неочевидная.

И линейность должна быть для всех длин волн или, например, в коротковолновой области достаточно, агрегаты молекул имеют полосу поглощения же в длинноволновой области обычно.

У Вас ведь диметилформамид, поэтому короче 300 нм измерять не получится (это если ДМФ нормальный, что, кстати тоже неплохо бы на спектрофотометре проверить). Поэтому и остаётся только кусочек УФ и видимая область, но для флавоноидов и видимой достаточно. Единственное "но" состоит в том, что изменяя концентрацию в 100 раз, Вы не можете оставаться на одной и той же длине волны и не потерять при этом точность (иногда и весь смысл) таких измерений.

насколько быстро появляются агрегаты в растворах, например, можно ли их динамику измерить (в первые несколько десятков минут), потому что ионизация часто растянута во времени?

Бывает наверняка всякое, но я привык к тому, что протолитические равновесия (ионизация) во времени вообще не растянуты, с агрегацией точно сказать не могу. Поэтому если в спектрах наблюдаются изменения в течение нескольких минут, то я бы сначала начал подозревать другие процессы. Раскрытие пиранового цикла, например. Кстати, это наиболее хорошо было бы видно именно в разбавленных растворах. Особенно хорошо это происходит, если в ДМФ есть следы воды или аминов. Вода в ДМФ намного более сильный нуклеофил, чем вода в воде (надо будет мне запомнить это выражение "вода в воде" ) и если есть подходящий пирилиевый фрагмент, то может пойти гидролиз. Но это нужно смотреть на вещество, на первоначальные спектры и на то, что именно с ними происходит со временем. Ну и пока в растворе присутствуют какие-то необратимые процессы, то измерять зависимость оптической плотности от концентрации нет смысла.

[Дмитр_11]

А образование анионных форм, например, не может ли нарушать линейность?

По идее не должно, наоборот, образование различных форм создаёт смесь форм и тем самым уменьшает концентрацию исходного вещества. Но если в каком-то случае диссоциация гидроксигруппы приводит к образованию агрегатов, то такое нужно отдельно доказывать, поскольку это вещь неочевидная.

И линейность должна быть для всех длин волн или, например, в коротковолновой области достаточно, агрегаты молекул имеют полосу поглощения же в длинноволновой области обычно.

У Вас ведь диметилформамид, поэтому короче 300 нм измерять не получится (это если ДМФ нормальный, что, кстати тоже неплохо бы на спектрофотометре проверить). Поэтому и остаётся только кусочек УФ и видимая область, но для флавоноидов и видимой достаточно. Единственное "но" состоит в том, что изменяя концентрацию в 100 раз, Вы не можете оставаться на одной и той же длине волны и не потерять при этом точность (иногда и весь смысл) таких измерений.

насколько быстро появляются агрегаты в растворах, например, можно ли их динамику измерить (в первые несколько десятков минут), потому что ионизация часто растянута во времени?

Бывает наверняка всякое, но я привык к тому, что протолитические равновесия (ионизация) во времени вообще не растянуты, с агрегацией точно сказать не могу. Поэтому если в спектрах наблюдаются изменения в течение нескольких минут, то я бы сначала начал подозревать другие процессы. Раскрытие пиранового цикла, например. Кстати, это наиболее хорошо было бы видно именно в разбавленных растворах. Особенно хорошо это происходит, если в ДМФ есть следы воды или аминов. Вода в ДМФ намного более сильный нуклеофил, чем вода в воде (надо будет мне запомнить это выражение "вода в воде" ) и если есть подходящий пирилиевый фрагмент, то может пойти гидролиз. Но это нужно смотреть на вещество, на первоначальные спектры и на то, что именно с ними происходит со временем. Ну и пока в растворе присутствуют какие-то необратимые процессы, то измерять зависимость оптической плотности от концентрации нет смысла.

Спасибо за такие подробные ответы. Я физик, поэтому по химии иногда задаю, наверное, слишком банальные вопросы:)
ДМФ должен быть хороший, потому что покупали непосредственно перед исследованиями и чистоты spectrophotometric grade

[bigM]

А почему бы тс не проверить нелинейность изменений оптической плотности неорганической соли в тех же кончентрациях, что и флавоноиды, в одном из использованных растворителей для исключения неисправности аппаратуры?

[Allex']

ДМФ spectrophotometric grade
У меня в работе обычно DMF anhydrous, amine-free, 99,9% и на дне бутылки лежит пакет с молекулярными ситами. И я его для чувствительных к воде соединений стараюсь не использовать. У Вас наверняка где-то написано, или можно найти, сколько воды в этом spectrophotometric grade. Если это spectrophotometric grade, как в Alfa Aesar, то там воды 0,1%, что при переводе в молярную концентрацию даёт приблизительно 0,05 М, то есть раз в 100 больше, чем Вашего флавоноида в растворе. Анализа на амины в нём вообще нет, что очень плохо.