Cosmotropico

I co-solventi (in solvente acquoso) sono definiti cosmotropici (dal greco "che fanno ordine") qualora contribuiscano alla stabilità e alla struttura delle interazioni acqua-acqua. I cosmotropi favoriscono l'interazione tra molecole d'acqua. il che stabilizza anche le interazioni intramolecolari in macromolecole come le proteine.^[1] Qualora il co-solvente causasse l'effetto opposto, prenderebbe il nome di agente caotropico ("che fanno disordine), il quale disturba la struttura dell'acqua favorendo, così, la solubilità di particelle non polari e destabilizzando gli aggregati di soluto.

Cosmotropi ionici

I cosmotropi ionici sono tendenzialmente piccoli e con un'elevata densità di carica. Alcuni esempi sono CO2−3, SO2−4, HPO2−4, magnesio (2 ), litio(1 ), zinco (2 ) e alluminio ( 3). Grandi ioni o con bassa densità di carica hanno attività caotropica, ad esempio bromuri, ioduri, potassio(1 ), cesio(1 ).^[2] Gli anioni cosmotropici sono più polarizzabili e sono idratati più fortemente rispetto ai cationi cosmotropici provvisti della stessa densità di carica.^[3]

Può essere stabilità una scala di riferimento se ci si riferisce alla serie di Hofmeister o al contenuto di energia libera del legame ad idrogeno ( $\Delta G_{\rm {HB}}$ ) dei sali, il quale quantifica la dimensione del legame di uno ione in acqua.^[4] Ad esempio, i cosmotropi CO2−3 e OH⁻ hanno $\Delta G_{\rm {HB}}$ compreso otra 0.1 e 0.4 J/mol, dove, invece, il caotropo SCN⁻ ha un $\Delta G_{\rm {HB}}$ compreso tra −1.1 e −0.9.

Applicazioni

L'ammonio solfato è un sale cosmotropico tradizionalmente adoperato per il salting-out di una proteina da una soluzione acquosa. I cosmotropi vengono adoperati per indurre l'aggregazione proteica in preparazioni farmaceutiche e in alcuni stadi dell'estrazione e purificazione proteica.

Cosmotropi non ionici

I cosmotropi non ionici non possiedono carica netta ma sono molto solubili ed ottengono un elevato grado di idratazione. I carboidrati come trealosio e glucosio, così come la prolina e il tert-butanolo, sono cosmotropi.

Note

^ Moelbert S, Normand B, De Los Rios P, Kosmotropes and chaotropes: modelling preferential exclusion, binding and aggregate stability, in Biophysical Chemistry, vol. 112, n. 1, 2004, pp. 45–57, DOI:10.1016/j.bpc.2004.06.012, PMID 15501575.
^ Martin Chaplin, Kosmotropes and Chaotropes, in Water Structure and Science, London South Bank University, 17 maggio 2014. URL consultato il 5 settembre 2014 (archiviato dall'url originale il 5 settembre 2014).
^ Yang Z, Hofmeister effects: an explanation for the impact of ionic liquids on biocatalysis, in Journal of Biotechnology, vol. 144, n. 1, 2009, pp. 12–22, DOI:10.1016/j.jbiotec.2009.04.011, PMID 19409939.
^ Marcus Y, Effect of ions on the structure of water: structure making and breaking, in Chemical Reviews, vol. 109, n. 3, 2009, pp. 1346–1370, DOI:10.1021/cr8003828, PMID 19236019.

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[pmid15501575-1] Moelbert S, Normand B, De Los Rios P, Kosmotropes and chaotropes: modelling preferential exclusion, binding and aggregate stability, in Biophysical Chemistry, vol. 112, n. 1, 2004, pp. 45–57, DOI:10.1016/j.bpc.2004.06.012, PMID 15501575.

[2] Martin Chaplin, Kosmotropes and Chaotropes, in Water Structure and Science, London South Bank University, 17 maggio 2014. URL consultato il 5 settembre 2014 (archiviato dall'url originale il 5 settembre 2014).

[pmid19409939-3] Yang Z, Hofmeister effects: an explanation for the impact of ionic liquids on biocatalysis, in Journal of Biotechnology, vol. 144, n. 1, 2009, pp. 12–22, DOI:10.1016/j.jbiotec.2009.04.011, PMID 19409939.

[pmid19236019-4] Marcus Y, Effect of ions on the structure of water: structure making and breaking, in Chemical Reviews, vol. 109, n. 3, 2009, pp. 1346–1370, DOI:10.1021/cr8003828, PMID 19236019.

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