Influencia de los enlaces hidrógenos en nanoestructuras supramoleculares autoensambladas.

ERICA P. SCHULZ; A. PIÑEIRO; FRECHERO M. A.; PIERONI, O.; J. L. RODRIGUEZ; MINARDI, R.; MIÑONES CONDE, J.; MIÑONES TRILLO, J.; SCHULZ, P.

Congreso; XII TREFEMAC; 2014

INQUISUR- IFISUR

La aplicación de enfoques multiescala en sistemas de surfactantes mediante la complementación de técnicas experimentales con simulación de dinámica molecular nos ha llevado a la detección de estructuras supramoleculares atípicas, tanto en sistemas bulk como en monocapas de Langmuir, atribuidas a la presencia de puentes de hidrógeno intermoleculares. Para cuantificar la influencia de estos enlaces en la estructura y dinámica de los sistemas autoensamblados de surfactantes, se eligieron los ácidos n-alcano fosfónicos (CH3-(CH2)n-PO3H2), cuya carga puede variarse, según el pH, entre 0 y -2. Estos ácidos débiles dipróticos tienen algunas propiedades interesantes y varias aplicaciones tecnológicas e industriales. La capa de Stern en las micelas está conectada por puentes de hidrógeno cuando la carga es cercana a 0 hasta una carga promedio de -1. En sistemas bulk, detectamos la presencia de micelas anisométricas, más precisamente discoidales, lo cual es factible puesto que las vesículas (cuyas predecesores a menor concentración son micelas discoidales) son estructuras de cristales líquidos laminares, con lo que la existencia de micelas discoidales cerca del dominio de existencia de mesofases laminares es una posibilidad. A partir de los resultados de las simulaciones se caracterizaron micelas de ácido n-decano fosfónico mediante funciones de distribución radial, la superficie accesible al solvente, los momentos de inercia y el análisis de los enlaces de hidrógeno. Mientras que experimentalmente se realizaron determinaciones de absorbancia, solubilización de Sudan III, conductividad, microscopía óptica y viscosidad. 1 Por otro lado, se estudiaron en forma exhaustiva monocapas en la interfaz aire/agua de ácido n-eicosano fosfónico sobre subfases con diferentes valores de pH, lo que produce cambios en la estructura de la capa de Stern (de unida por enlaces de hidrógeno a básicamente iónica). Se utilizaron balanzas de Langmuir y microscopía de ángulo Brewster además de simulaciones de dinámica molecular. Se pudieron observar tanto experimental como teóricamente, la presencia de pequeñas ?islas? flotando sobre la superficie casi libre de agua en las monocapas con carga promedio cero debido a los grupos fosfónicos unidos por puentes de hidrógeno en estructuras espiraladas. Se analizaron a partir de los resultados teóricos el orden y la orientación de los grupos polares y las colas hidrocarbonadas, los enlaces hidrógeno y los perfiles de densidad. En todos los casos la fase de baja presión superficial fue del tipo líquido expandido. Todas las simulaciones de dinámica molecular se realizaron con GROMACS 4.5.1 y las moléculas de surfactante se modelaron usando el campo de fuerza GROMOS96(53a6), utilizando parámetros y cargas parciales tomados de Roy et al. 2. Es importante señalar que se partió de mezclas aleatorias de los componentes y en el caso de las monocapas, se permitió que las soluciones evolucionen hacia la formación de las mismas. [1]EP Schulz, A Piñeiro, JL Rodríguez, RM Minaradi, M. Frechero, PC Schulz, Intermediate structures for higher level arrangmements: catching disk-like micelles in decane phosphonic acid aqueous solutions, J Phys. Chem B, 2013, 117, 6231-6240] [2] Roy S.; Ataol T.M.; Muller-Plathe. ?Molecular Dynamics Simulation of Heptyl Phosphonic Acid: A Potential Component for Fuel Cell Polymer Membrane?. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 7403- 7409].