Reddit – askscience – グルコースのような非極性分子は、水のような極性溶媒にどのように溶けるのでしょうか?

これは、実は最初見たときよりも複雑なんです。 他の回答者が言っているように、グルコースはすべてのOH基を持っているため極性分子です。 これらの部位は水と水素結合を形成し、これは一般に好ましい相互作用です。

しかし、グルコースやβグルカンの溶液のエンタルピーは正であることが判明しました。 これは、グルコースの水への溶解が、実はエネルギー的に好ましくないことを意味しており、上記の水素結合に関する議論に照らしても驚くべき結果である。 これは、グルコースと水の水素結合は確かにエネルギー的に有利であるが、水とグルコースの相互作用全体のエネルギーは、本来の固体グルコースとグルコース、液体水と水の相互作用のエネルギーより不利である、という説明である。 これは、グルコースが両親媒性(純粋な親水性、純粋な疎水性とは対照的)であることと、結晶構造中の糖が利用できる特定のグルコース-グルコース相互作用に起因しています

では、なぜグルコースは水に溶けるのでしょうか。 その答えは、別の熱力学的駆動力であるエントロピーにある。 水に溶けたグルコースからなる系は、液体の水に溶けた固体のグルコースより高いエントロピーを持つのです。 エントロピーは通常、無秩序の観点から説明される。無秩序が大きい=エントロピーが大きいというのは、この例では理にかなっている(ただし、常にそうであるとは限らない)。 3287>

最後にもうひとつ、β-グルカンの溶解がエネルギー的に不利であるという事実は、実はかなり重要な意味を持ちます。 植物の細胞壁の主成分であるセルロースは、重合度が数百から数万に及ぶβ-グルカンである。 グルコースよりもはるかに大きいため、エントロピー的に水に溶けにくく、熱力学的に水に溶ける原動力に乏しい。 これは植物にとっては良いことだが(雨が降っても溶けない)、我々にとっては悪いことで、植物バイオマスをバイオ燃料生産などの目的で処理しようとするときに大きな問題となる<3287>。

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