聚醚分子倾向于在水中更好地溶解因为它们含有更多的氧和更少的碳原子

聚醚分子倾向于在水中更好地溶解，因为它们含有更多的氧和更少的碳原子。但是这种趋势存在非常反直觉的例外，最着名的是广泛使用的塑料POM。它具有尽可能高的氧/碳比，但完全不溶。在最新一期的“ 自然通讯 ” 杂志上，来自阿姆斯特丹大学和美因茨马克斯普朗克聚合物研究所的研究人员现在提出了一个明确的解释。

研究人员特别阐明了我们日常生活中无处不在的聚醚PEG(聚乙二醇)和聚甲醛(聚甲醛)之间的溶解度差异。PEG在用于药物和化妆品目的的水溶液中具有许多应用，例如用于剃须和皮肤护理的乳膏。POM是一种普遍存在的塑料材料：日常生活中的许多物品都是由POM制成的，用于连接玻璃器皿的颜色鲜艳的Keck夹子也是如此，每个化学家都知道。

尽管这两种聚醚在分子水平上非常相似，但它们在水中具有非常相反的溶解性。PEG(重复单元-CH 2 -CH 2 -O-)是完全可溶的，每个化学专业学生都可以告诉你原因：PEG中的氧原子带有轻微带负电，这使它们具有亲水性。这种解释似乎通过可比较的聚合物PPG(聚丙二醇，重复单元-CH 2 -CH 2 -CH 2 -O-)得到证实：它含有比PEG 少得多的氧原子，并且溶解性较差，这是完全合乎逻辑的。

但等等：POM(重复单元-CH 2 -O-)含有比PEG更多的氧原子，因此解释表明溶解度增强。但是，POM完全不溶!

归纳作为解释性原则

为了解开这个谜团，来自阿姆斯特丹和美因茨的研究人员结合使用了飞秒红外光谱，介电弛豫实验，量子计算和计算机模拟。

实验表明，决定溶解度的水 - 聚合物相互作用强烈地取决于聚合物的碳/氧比。有趣的是，量子计算表明，这种依赖性不是由于聚合物链中氧原子之间的距离。这经常被提出 - 这个想法是PEG中的氧 - 氧距离更好地适合水的氢键网络。

在Nature Communications中，研究人员现在表明，碳/氧比和溶解度之间的关系涉及诱导：氧原子带负电，因为它们从聚合物链中的相邻碳原子中提取电子密度。在PEG中，每个氧原子具有两个相邻的碳原子，完全可以处理以从中提取电子密度。然而，在POM中，氧原子必须“共享” 它们之间的碳原子，因此可以提取较少的电子密度。结果，POM中氧原子上的部分负电荷约为PEG中的两倍。因此，诱导的概念将完美地解释为什么POM的亲水性低得多，因此不可溶。

优雅的确认

为了确认氧气部分电荷的差异确实解释了溶解度的差异，团队中的理论研究人员进行了优雅的计算机实验。首先，他们模拟了POM分子的溶液，其按预期沉淀。然后，当他们将POM的氧气电荷改变为PEG计算的氧电荷时，POM-with-PEG-电荷迅速溶解。

除了解决与日常材料相关的长期谜团之外，结果表明诱导效应会对溶解度产生重大影响。考虑到这种影响应该可以更容易地预测未来的溶解度。

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