溶解度模拟解决了为什么聚乙二醇溶于水而凯克夹子不溶于水的谜团

为什么聚醚不能用来制造凯克剪辑当一种非常相似的聚醚，聚乙二醇(PEG)溶解在水中，会吗?德国和荷兰的研究人员认为他们已经解决了这个小谜团，但答案远不只是一个化学好奇心，实际上可以帮助科学家更好地理解和预测分子的溶解度。

PEG在水中溶解得非常好，被广泛用于剃须膏和护肤品等。与此同时，聚甲醛(POM)是完全不溶的，是一种用于日常物品的塑料，包括化学家在世界各地的实验室中用来连接玻璃器皿的凯克夹子。

然而，这些解决方案是违反直觉的。从纸面上看，POM的化学结构意味着它的溶解能力至少和聚乙二醇一样好，甚至更好。这是因为每克聚合物中，氧原子的数量几乎是原来的两倍，这应该会使聚合物更亲水。这些对溶解度的预测是基于这样一个事实:氧原子带部分负电荷，这使得它们亲水——这是溶解度的先决条件。然而POM是完全不可溶的。

先前的研究表明，聚合物链中氧原子之间的不同距离可以解释这种差异，因为聚乙二醇中的氧-氧距离更适合水的氢键网络。现在桑德Woutersen阿姆斯特丹大学和德国机构的同事们有了新的解释。

据称，答案在于一种感应效应，即氧原子通过从聚合物链中邻近的碳原子中吸取电子密度来获得部分负电荷。POM中的氧原子每个单体只有一个碳，而PEG有两个。结果，聚乙二醇中氧原子上的部分负电荷大约是聚甲醛中的两倍，因此聚甲醛的溶解度要低得多。

研究小组首先对聚乙二醇和聚甲醛的低聚物溶液进行了水动力学实验和量子化学计算，得出了这一发现。这些结果表明，聚醚类聚醚周围的水是旋转固定的，但在POM中不是这样。这种差异只会增加神秘感。但是转向计算机模拟，由Bernd实体研究人员发现，这是由于POM中的部分氧电荷比PEG中的低得多。

为了确定部分电荷是否可以决定溶解度的差异，研究小组模拟了“虚构的”POM分子，它们与PEG具有相同的部分氧电荷。Woutersen说:“一旦我们把类似聚醚的电荷变成类似聚醚的电荷，这些‘带聚醚电荷的聚醚’分子就会立即溶解。”

“这是一项非常令人兴奋的基础工作，它提供了对醚基与单个水分子相互作用的更深入的理解，”评论道Remzi bec他在英国华威大学开发智能聚合物。“这一认识将使我们能够设计出具有精确控制溶解性行为的聚合物结构，可用于温控释放生物活性化合物，如抗癌药物。”