水-DMSO 二元混合物中疏水相互作用诱导的氢键增强
软凝聚态物质
2024-04-22 v1
摘要
研究发现，水与二甲基亚砜 (DMSO) 之间氢键的寿命比纯水中两个水分子之间氢键的寿命长得多。这有悖于直觉，因为 DMSO 中氧原子上的电荷远少于水中氧原子上的电荷。此外，水-二甲基亚砜 (w-D) 氢键的强度被发现具有强烈的组成依赖性；在 30% 浓度下，氢键的寿命比在极低浓度下大十倍。利用计算机模拟，我们进行了微观结构和动力学分析，发现这些异常现象至少部分源于一种远程作用效应，即疏水甲基基团之间的吸引力导致 DMSO 分子自聚集，从而笼蔽了相关分子的旋转和线性运动。这反映在观察到的氢键寿命与相关甲基基团局部配位数的强相关性中。延长的 w-D 氢键寿命导致集体动力学减缓，并影响 w-w 氢键的寿命。这种非线性反馈机制解释了黏度的强烈组成依赖性，并预计在许多自组装过程中发挥主导作用。此外，w-D 氢键的断裂机制从低 DMSO 浓度到高 DMSO 浓度发生了变化，这是一种事先无法预期的现象。我们引入了一种新的基于序参量的键断裂路径自由能面。对 w-D 氢键寿命进行了二维过渡态速率理论 (TSRT) 计算，发现其具有半定量精度。
引用
@article{arxiv.2404.13001,
title = {The Hydrophobic Interaction Induced Strengthening of Hydrogen Bond in Water-DMSO Binary Mixture},
author = {Sangita Mondal and Biman Bagchi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2404.13001},
year = {2024}
}
备注
27 pages, 12 figures