شیمى کاربردى روز

شیمى کاربردى روز

بررسی ترمودینامیکی برهمکنش آمینواسیدهای آرژنین و گلوتامیک‌اسید بر انبوهش سورفکتانت کاتیونی ستیل تری متیل آمونیوم برماید: یک مطالعه‌ی هدایت سنجی

نوع مقاله : مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان
گروه شیمی کاربردی، دانشکده شیمی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران
چکیده
در این مطالعه، رفتار مایسل شدن سورفکتانت کاتیونی ستیل تری‌متیل آمونیوم برماید (CTAB)، در محلول آبی و همچنین در حضور دو آمینو اسید آرژنین و گلوتامیک اسید در غلظت‌های متفاوت (001/0 ، 005/0 و 01/0مولار) و دماهای مختلف (2/298 - 2/318 کلوین) با استفاده از روش هدایت‌سنجی مورد بررسی قرار گرفت. تشکیل مایسل در حضور آرژنین در غلظت های پایین تر و در حضور گلوتامیک اسید در غلظت های بالاتری رخ می دهد. به بیان‌دیگر مقادیر غلظت بحرانی مایسلی شدن (CMC) با افزایش غلظت آرژنین کاهش یافته درحایکه با افزایش غلظت گلوتامیک اسید افزایش می یابد. از طرفی افزایش دما موجب افزایش غلظت بحرانی مایسل (CMC) این سورفکتانت در حضور و عدم حضور آمینواسید می‌شود. با استفاده از مقادیر CMC و α، پارامترهای ترمودینامیکی مانند انرژی آزاد گیبس استاندارد (ΔG°)، آنتالپی استاندارد (ΔH°) و آنتروپی استاندارد (ΔS°) محاسبه شده‌اند. مقادیر ΔG° در تمام شرایط منفی است که نشان می‌دهد برهمکنش بین آمینواسید و سورفکتانت خود به خودی است. علاوه بر این، داده‌های ترمودینامیکی نشان می‌دهد که هم در حضور اسیدآمینه و هم در غیاب آن ΔH° منفی و ΔS° مثبت است. بنابراین هر دو نیروی هیدروفوبی و الکترواستاتیکی در پیشرفت فرایند مایسلی شدن موثر هستند. .همچنین، بزرگتر بودن مقادیر TΔS° نسبت به ΔH° نشان می‌دهد که نیروی پیشبرنده‌ی اصلی فرایند آنتروپی است و آنتالپی سهم کمتری دارد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Thermodynamic investigation of the interaction between amino acids arginine and glutamic acid in micellization of cationic surfactant cetyltrimethylammonium bromide: a conductometric study

نویسندگان English

Vahid Pourmahdi-Tazeh Abadi
Hamid Dezhampanah
Department of Applied Chemistry, Faculty of Chemistry, University of Guilan, Rasht, Iran
چکیده English

In this research, the effect of cationic micelles cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) on interactions of two amino acids arginine and glutamic acid in aqueous solution have been investigated varying concentrations (0.001, 0.005 and 0.01 M) at different temperatures (298.15–328.15 K). The electrical conductivity measurement was used to calculate the effect of temperature and concentration of added amino acids on the micellization of surfactant and the results have been discussed in terms of two amino acids + CTAB, hydrophobic and electrostatic interactions in aqueous medium. The results showed that the values of critical micellization concentration (CMC) decreased with increasing concentration of arginine, while it increased with increasing concentration of glutamic acid. Using CMC and α values, thermodynamic parameters such as standard Gibbs free energy (ΔG°), standard enthalpy (ΔH°) and standard entropy (ΔS°) have been determined in the presence of amino acids (arginine and glutamic acid). ΔG° values are negative in all conditions with negative ΔH° and positive ΔS°, which indicates that the interaction between amino acid and surfactant is spontaneous. Therefore, both hydrophobic and electrostatic forces play a role in promoting the reaction. Also, the larger values of TΔS° compared to ΔH° show that the main driving force of the process is entropy and enthalpy has a smaller contribution.

کلیدواژه‌ها English

Amino acid
Cetyltrimethylammonium bromide
Conductometric
Glutamic acid
Micelliszation
[1] Tadros, T. F. (2006). Applied surfactants: principles and applications. John Wiley & Sons.
[2] Shetty, P. J. (2020). The evolution of DNA extraction methods. Am. J. Biomed. Sci. Res, 8(1), 39-45.
[3] Holmberg, K., Jönsson, B., Kronberg, B., & Lindman, B. (2002). Polymers in aqueous solution. Wiley-Blackwell.
[4] Zhu, Y., Free, M. L., Woollam, R., & Durnie, W. (2017). A review of surfactants as corrosion inhibitors and associated modeling. Progress in Materials Science, 90, 159-223.
[5] Shaban, S. M., Kang, J., & Kim, D. H. (2020). Surfactants: recent advances and their applications. Compos Commun 22: 100537.
[6] Myers, D. (2020). Surfactant science and technology. John Wiley & Sons.
[7] Joshi, T. (2017). A short history and preamble of surfactants. Int. J. Appl. Chem, 13, 283-292.
[8] Zakharova, L. Y., Pashirova, T. N., Doktorovova, S., Fernandes, A. R., Sanchez-Lopez, E., Silva, A. M., ... & Souto, E. B. (2019). Cationic surfactants: Self-assembly, structure-activity correlation and their biological applications. Internathional Journal of Molecular Sciences, 20(22), 5534.
[9] Dave, N., & Joshi, T. (2017). A concise review on surfactants and its significance. Int. J. Appl. Chem, 13(3), 663-672.
[10] Malik, N. A. (2015). Surfactant–amino acid and surfactant–surfactant interactions in aqueous medium: a review. Applied biochemistry and biotechnology, 176, 2077-2106.
[11] Sah, M. K., Ettarhouni, Z. O., Mezoughi, A. B., Abughrin, S. E., El-Beshti, H. S., Alhammali, E. A., ... & Bhattarai, A. (2024). Exploring the role of aspartic acid in modulating micellization behavior of cationic cetyltrimethylammonium bromide. Journal of Molecular Liquids, 412, 125856.
[12] Javed, M., Iqbal, S., Fatima, I., Nadeem, S., Mohyuddin, A., Arif, M., ... & Qayyum, M. A. (2022). Interactions between amino acids and a cationic surfactant in binary solvent system. Colloid and Interface Science Communications, 48, 100623.
[13] Ali, A., Ansari, N. H., Farooq, U., Tasneem, S., & Nabi, F. (2019). Study of intermolecular interactions of CTAB with amino acids at different temperatures: a multi technique approach. Zeitschrift für Physikalische Chemie, 233(2), 167-182.
[14] Naderi, O., & Sadeghi, R. (2019). Soluting effect of amino acids on 1‑decyl‑3‑methylimidazolium bromide and 1‑dodecyl‑3‑methylimidazolium bromide as cationic surfactants and sodium dodecyl sulfate as anionic surfactant in aqueous solutions. Journal of Molecular Liquids, 275, 616-628.
[15] Sharma, V., Cantero-López, P., Yañez-Osses, O., Rojas-Fuentes, C., & Kumar, A. (2018). Influence of BSA on micelle formation of SDBS and CPC: An experimental–theoretical approach of its binding properties. Journal of Molecular Liquids, 271, 443-451.
[16] Scholz, N., Behnke, T., & Resch-Genger, U. (2018). Determination of the critical micelle concentration of neutral and ionic surfactants with fluorometry, conductometry, and surface tension—a method comparison. Journal of fluorescence, 28, 465-476.
[17] Nabi, A., Tasneem, S., Jesudason, C. G., Lee, V. S., & Zain, S. B. M. (2018). Study of interaction between cationic surfactant (CTAB) and paracetamol by electrical conductivity, tensiometric and spectroscopic methods. Journal of Molecular Liquids, 256, 100-107.
[18] Ali, A., Uzair, S., Farooq, U., & Ali, M. (2016). Effect of tartrazine dye on micellisation of cationic surfactants: conductometric, spectrophotometric, and tensiometric studies. Coloration Technology, 132(5), 376-386.
[19] Kaur, R., Kumar, H., & Singla, M. (2022). A thermodynamic investigation of the effect of cationic structure on the self-aggregation behavior of Surface-Active ionic liquids in the presence of an amino acid. Journal of Molecular Liquids, 354, 118904.
[20] Nelson, D. L., Lehninger, A. L., Cox, M. M., (2008), Lehninger principles of biochemistry, Macmillan, pp 75-88.
[21] Malik, N. A., & Ali, A. (2018). Interaction, thermodynamic, and solubilisation study of amino acid-tyrosine in aqueous anionic and cationic amphiphiles: electrical conductance and spectroscopic studies. Physics and Chemistry of Liquids, 56(1), 69-79.
[22] Kumar, K., Patial, B. S., & Chauhan, S., (2015), ʻʻConductivity and fluorescence studies on the micellization properties of sodium cholate and sodium deoxycholate in aqueous medium at different temperatures: Effect of selected amino acidsʼʼ, The Journal of Chemical Thermodynamics.