Forças determinantes da estrutura e estabilidade de agregados de surfactantes sintéticos: seletividade na associação de íons a interfaces e formação de vesículas

Resumo

Efeitos específicos de íons e efeito hidrofóbico determinam propriedades de sistemas complexos, porém estão longe de serem completamente entendidos com detalhe molecular. Efeitos específicos de íons determinam uma ampla variedade de fenômenos em sistemas físico-químicos e biológicos, desde a estabilidade das suspensões coloidais até a atividade enzimática ou ligação ligante-receptor. Estabelecer uma interpretação científica rigorosa dos efeitos tem mantido os cientistas ocupados por mais de um século e, apesar disso a descrição completa da complexa rede de interação entre íons, água e a superfície do soluto ainda representa um desafio. Com esses estudos é possível concluir que é necessário entender sobre a superfície na qual o íon interage, bem como entender sobre a hidratação da superfície de interação e a hidratação do íon, e entender como elas se combinam. O efeito hidrofóbico (na formação de agregados) depende, quase exclusivamente, da diferença de energia livre das áreas expostas das cadeias hidrocarbônicas do surfactante (natural como nos lipídios ou sintético) em solução e no agregado. Contudo, a estrutura detalhada, o grau de ordem e a viscosidade da parte apolar do agregado depende criticamente da estrutura molecular detalhada do surfactante. Um exemplo típico é a diferença entre membranas constituídas por lipídios com cadeias saturadas e insaturadas. Neste projeto teórico/experimental, pretendemos contribuir para esclarecer aspectos relacionados com os dois problemas mencionados acima. A termodinâmica de micelização de detergentes zwitteriónicos será analisada usando calorimetria na presença de íons distintos. A ligação de íons a micelas zwitteriónicas é conhecida, mas recentemente demostramos que a água interfacial não é particularmente sensível a natureza destes íons. Esta particular e aparente contradição poderá ser compreendida pelos resultados deste projeto que incluem a análise termodinâmica da associação de íons bem como a descrição completa da associação destes íons usando dinâmica molecular. Dados preliminares demostraram que derivados dialquilados de imidazol formam agregados se as cadeias alquílicas são C16H33. Vesículas formadas por esse composto possuem uma temperatura de transição de fase bastante alta, se comparados com compostos de mesmo número de carbonos nas caudas hidrocarbônicas com cabeça polar também contendo um amônio quaternário e contendo o mesmo contra-ion. Essa diferença será estudada com base nas propriedades dos agregados e caracterização pré e pós transição de fase, com o uso de Espectroscopia de Ressonância Paramagnética (EPR), por exemplo, que por meio de sondas pode nos dar informações sobre o empacotamento das cadeias. Pretendemos, portanto, estudar 2 sistemas: micelas zwiteriônicas e o efeito de íons com porções hidrofóbicas nessa superfície, utilizando dinâmica molecular, calorimetria, tensão superficial. E a agregação de surfactantes com duas caudas alquílicas com cabeças polares diferentes, possíveis formadores de vesículas catiônicas em soluções aquosas, usando calorimetria, dinâmica molecular, EPR, visando entender o efeito hidrofóbico na formação desses agregados, e o efeito da cabeça polar na interação com os íons. A partir dessas informações poderemos compreender mais sobre o efeito hidrofóbico e extrapolar as informações adquiridas para sistemas biológicos mais complexos. (AU)