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Etude Structurale et Dynamique de Solutions de Sucre Confinées

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par Gérald LELONG
Université d'Orléans - Thèse 2007
  

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1.3.2. Effet des solutés sur la structure de l'eau

Les organismes vivants, qui sont composés pour une grande part de solutions aqueuses, recèlent une myriade de solutés biologiques de plus ou moins grandes tailles et de formes plus ou moins diverses : des macromolécules comme les protéines ou l'ADN, des virus, des cellules, des sucres, des sels, des ions, . Quand un soluté se trouve dans un environnement aqueux, ses groupements fonctionnels sont confrontés aux impératifs structuraux inhérents au solvant, mais sa seule présence peut engendrer des modifications locales de la structure du solvant dans son voisinage.17,18,19,20 Franck et al.21 ont mis en évidence la déformation plus ou moins importante du réseau tétraédrique de l'eau sous l'effet de petits ions et ont proposé une classification en fonction de la modification apportée à la structure du solvant. Ainsi les cations de petites tailles ou plus chargés que K+ sont appelés des «faiseurs de structure », alors que K+, Rb+ et Cs+ sont appelés des « briseurs de structure ». Parmi les ions briseurs de structure, citons IY, ClO4Y, MnO4Y, Br-, ClY, et parmi les ions faiseurs de structure Li+, Cu+, Al3+, Mg2+, OH-.9 D'une manière plus générale, cette appellation s'applique aux autres solutés, qui seront classés briseurs ou faiseurs de structure par rapport à leur influence sur le réseau de liaisons hydrogène.

L'addition de petites molécules organiques non-ioniques va également perturber les agrégats de molécules d'eau en brisant certaines liaisons hydrogène. Comme la différence de taille entre le soluté et le solvant est importante, l'introduction même du soluté dans le réseau aqueux va engendrer, par effet stérique, des ruptures des liaisons hydrogène entre les molécules d'eau. De nouvelles liaisons hydrogène vont être créées non seulement entre les molécules d'eau elles-mêmes, mais également entre les molécules d'eau et le soluté. Le solvant, fortement déstabilisé, va tendre à se restructurer en

agrégats plus stables au voisinage du soluté pour minimiser l'énergie libre de la solution. Le bilan final de liaisons hydrogène du système, qui peut être positif ou négatif, servira d'indicateur pour connaître le caractère stabilisateur ou déstabilisateur de tel ou tel soluté.

Une analogie avec l'effet que peut avoir la température ou la pression sur la connectivité en liaisons hydrogène du réseau aqueux est quelquefois faite.22,23 Ainsi, les faiseurs de structure sont alors des solutés qui ont un effet sur l'eau comparable à une diminution en température, alors que les briseurs de structure ont eux un effet comparable à une augmentation en température.24

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