Гидрофил — это молекула или другое молекулярное вещество , которое притягивается к молекулам воды и имеет тенденцию растворяться водой . [1]
Напротив, гидрофобы не притягиваются к воде и могут отталкиваться от нее. Гигроскопики притягиваются к воде, но не растворяются ею.
Гидрофильная молекула или часть молекулы — это молекула, взаимодействие которой с водой и другими полярными веществами более термодинамически выгодно, чем их взаимодействие с маслом или другими гидрофобными растворителями. [2] [3] Они обычно поляризованы по заряду и способны образовывать водородные связи . Это делает эти молекулы растворимыми не только в воде, но и в других полярных растворителях .
Гидрофильные молекулы (и части молекул) можно противопоставить гидрофобным молекулам (и частям молекул). В некоторых случаях в одной молекуле проявляются как гидрофильные, так и гидрофобные свойства. Примером таких амфифильных молекул являются липиды , составляющие клеточную мембрану . Другим примером является мыло , имеющее гидрофильную головку и гидрофобный хвост, что позволяет ему растворяться как в воде, так и в масле.
Гидрофильные и гидрофобные молекулы также известны как полярные и неполярные молекулы соответственно. Некоторые гидрофильные вещества не растворяются. Этот тип смеси называется коллоидом .
Приблизительное практическое правило гидрофильности органических соединений состоит в том, что растворимость молекулы в воде составляет более 1 мас.% , если на 5 атомов углерода приходится хотя бы одна нейтральная гидрофильная группа или хотя бы одна электрически заряженная гидрофильная группа на 7 атомов углерода. [4]
Гидрофильные вещества (например, соли) могут притягивать воду из воздуха. Сахар также гидрофильен и, как и соль, иногда используется для вытягивания воды из продуктов. Сахар, посыпанный нарезанные фрукты, «вытягивает воду» за счет гидрофилии, делая фрукты мягкими и влажными, как в обычном рецепте клубничного компота .
Жидкие гидрофильные химикаты в комплексе с твердыми химикатами можно использовать для оптимизации растворимости гидрофобных химикатов.
Примеры гидрофильных жидкостей включают аммиак, спирты, некоторые амиды, такие как мочевина, и некоторые карбоновые кислоты, такие как уксусная кислота.
Гидроксильные группы (-ОН), обнаруженные в спиртах, полярны и, следовательно, гидрофильны (любят воду), но часть их углеродной цепи неполярна , что делает их гидрофобными. Молекула в целом становится все более неполярной и, следовательно, менее растворимой в полярной воде, поскольку углеродная цепь становится длиннее. [5] Метанол имеет самую короткую углеродную цепь из всех спиртов (один атом углерода), за ним следует этанол (два атома углерода), а также 1-пропанол вместе с его изомером 2-пропанолом , причем все они смешиваются с водой. Трет-Бутиловый спирт с четырьмя атомами углерода — единственный из его изомеров, который смешивается с водой.
Циклодекстрины используются для приготовления фармацевтических растворов путем захвата гидрофобных молекул в качестве гостей-хозяев. Поскольку соединения включения циклодекстринов с гидрофобными молекулами способны проникать в ткани организма, их можно использовать для высвобождения биологически активных соединений в определенных условиях. [6] Например, тестостерон образует комплекс с гидроксипропил-бета-циклодекстрином (HPBCD), 95% абсорбция тестостерона достигается за 20 минут при сублингвальном пути, но HPBCD не всасывается, тогда как гидрофобный тестостерон обычно всасывается менее чем за 40 минут. % сублингвальным путем. [7]
Гидрофильная мембранная фильтрация используется в ряде отраслей промышленности для фильтрации различных жидкостей. Эти гидрофильные фильтры используются в медицине, промышленности и биохимии для фильтрации таких элементов, как бактерии, вирусы, белки, частицы, лекарства и другие загрязнения. Обычные гидрофильные молекулы включают коллоиды, хлопок и целлюлозу (из которой состоит хлопок).
В отличие от других мембран, гидрофильные мембраны не требуют предварительного смачивания: они могут фильтровать жидкости в сухом состоянии. Хотя большинство из них используются в процессах низкотемпературной фильтрации, многие новые гидрофильные мембранные ткани используются для фильтрации горячих жидкостей и жидкостей. [8]