| Abstract: | Układy z wiązaniami wodorowymi są od wielu lat przedmiotem badań doświadczalnych i rozważań teoretycznych. Bez wątpienia zainteresowanie tymi układami wynika ze znaczenia wiązań wodorowych dla życia na Ziemi. Wiązania wodorowe mają bezpośredni wpływ na budowę związków chemicznych odpowiedzialnych za rozwój organizmów (DNA, peptydy), a co za tym idzie przebieg procesów biochemicznych.
Znane nam organizmy żywe to układy składające się w dużej mierze z wody, której cząsteczki połączone są wiązaniami wodorowymi. Woda na pozór prosta w swej budowie wykazuje szereg cech wyróżniających ją
pomiędzy substancjami chemicznymi. Fakt ten sprawia, że od wieków stanowi ona obiekt zainteresowania. Jest więc najlepiej poznaną cieczą w przyrodzie a mimo to jej właściwości fizykochemiczne nadal stanowią atrakcyjny temat wielu rozpraw. Każdy nowy fakt dotyczący właściwości tej specyficznej substancji przybliża nas bowiem do zrozumienia zasad funkcjonowania świata ożywionego. Woda jest popularnym rozpuszczalnikiem, nie pozostaje ona jednak obojętna względem innych substancji. Zarówno w stanie czystym, jak i w roztworach pozostaje ona uporządkowana. W ciekłej wodzie występują obszary o lodopodobnej strukturze.
Charakteryzują się one luźnym upakowaniem molekuł w ażurowe kompleksy. Twory te charakteryzują się raczej krótkim czasem życia w związku z czym cząsteczki ulegają ciągłej wymianie, zachodzi stan równowagi dynamicznej. Podobnie dzieje się w roztworach substancji organicznych. Fragmenty hydrofobowe molekuł są otoczone przez cząsteczki wody tworzące sieć. Powstają struktury klatratopodobne. Roztwory takie
odznaczają się dużym uporządkowaniem molekularnym co uwidacznia się w postaci specyficznych właściwości fizykochemicznych. Ten konkretny rodzaj oddziaływań zwany jest hydratacją hydrofobową.
Cząsteczki polarne ulegają w wodzie hydratacji hydrofilowej. Molekuła wody łączy się z daną cząsteczką wiązaniem wodorowym (O - H ... X) oraz poprzez pary elektronowe i drugi proton z innymi cząsteczkami H2O. Tu również ustala się stan równowagi dynamicznej. Oddziaływania coulombowskie powodują, że jony również ulegają w wodzie hydratacji. Mogą powstać kompleksy, w których woda występuje w postaci liganda. Pirydyna oraz jej metylowe pochodne są bardzo ciekawym przykładem związków o cząsteczkach amfifllowych tj. hydrofobowo - hydrofilowych. Ich budowa sprawia, że w obecności wody prawdopodobne są dwa typy oddziaływań. Z jednej strony w pierścieniu występuje atom azotu dysponujący wolną parą elektronową oraz elektrony n, zdolne do tworzenia wiązań wodorowych. Z drugiej strony cząsteczki te dysponują rozległym
fragmentem hydrofobowym. Zgodnie z powyższym spodziewać się należy tu oddziaływań zarówno hydrofitowych jak i hydrofobowych. Dotychczasowe badania doświadczalne jak i rozważania teoretyczne potwierdzają istnienie struktur przestrzennych w wodnych roztworach amin aromatycznych i istotnie wiąże się je z dwoma typami hydratacji. Agregaty te są na tyle rozbudowane, że możliwe stało się oszacowanie ich wielkości oraz czasu życia. Pod dyskusję można jednak poddać udział wody w tworzących się asocjatach.
Pirydyna oraz jej pochodne są zdolne również do autoasocjacji i być może to ten proces prowadzi do powstania agregatów w roztworach. Proces ten powinien zachodzić niezależnie od dobranego rozpuszczalnika. Odpowiedź na powyższe pytanie można więc uzyskać zastępując wodę, jako rozpuszczalnik, inną substancją o zbliżonej budowie a jednak innych właściwościach.
Niniejsza rozprawa została poświęcona układom binarnym pirydyna i jej metylowe pochodne - woda lub metanol. Przeprowadzono badania akustyczne, wolumetryczne oraz rozpraszania neutronów. Przeanalizowano wybrane układy pod kątem odchyleń od termodynamicznej idealności. Porównano mieszaniny wodne oraz metanolowe w całym zakresie stężeń. Oszacowano czas życia oraz wielkość mikroheterogeniczności
powstających w roztworach. Otrzymane wyniki przedyskutowano w oparciu o teorie hydratacji hydrofobowej oraz hydrofilowej. |