L'enrobage des molécules hydrophobes dans l'eau semble assez différent de ce que l'on supposait auparavant. Dans l'eau, les molécules hydrophobes sont entourées de deux populations d'eau différentes :la coque interne forme un réseau bidimensionnel de molécules d'eau. La couche suivante est formée par une deuxième population d'eau qui ressemble presque à une masse mais forme des liaisons hydrogène légèrement plus fortes avec l'eau en masse. L'hypothèse à ce jour était que tétraédrique, l'eau « semblable à de la glace » domine dans l'enveloppe d'hydratation la plus interne des molécules hydrophobes. Le contraire est le cas. Ces nouvelles découvertes ont été publiées par l'équipe dirigée par le professeur Martina Havenith, chaire de chimie physique II à la Ruhr-Universität Bochum (RUB) dans le Journal des lettres de chimie physique le 18 juin 2020.

Insights par spectroscopie THz et simulations

Dans leur étude, les chercheurs ont étudié le réseau de liaisons hydrogène autour de l'alcool solvaté hydrophobe tert-butanol, car les chercheurs utilisent les alcools comme modèles prototypes pour les molécules hydrophobes. L'équipe a combiné les résultats de la spectroscopie térahertz (THz) et des simulations.

En spectroscopie THz, les chercheurs mesurent l'absorption du rayonnement THz dans un échantillon. Le spectre d'absorption fournit une empreinte digitale du réseau d'eau.

Ils ont obtenu une image détaillée des couches d'eau entourant la molécule. "Nous appelons la couche la plus interne HB-wrap, où HB signifie liaison eau-hydrogène, " explique Martina Havenith. La couche supérieure s'appelle HB-hydration2bulk, car il décrit l'interface avec l'eau en vrac. Combiné, les deux couches du revêtement ne sont parfois pas plus épaisses qu'une seule couche de molécules d'eau. "Parfois, une seule molécule d'eau peut faire partie des deux couches."

La couche intérieure est plus stable

Lorsque la température augmente, la couche externe fond en premier, et la couche d'enveloppe HP reste intacte plus longtemps. "La couche interne a également moins de liberté pour former des configurations distinctes en raison de l'hydrophobie du soluté, " dit Havenith. "Comme les molécules d'eau individuelles doivent toujours se détourner de l'alcool, ils forment un bidimensionnel, réseau lâche." Les molécules d'eau dans la couche externe ont plus de liberté de mouvement et donc aussi plus de possibilités de se connecter avec d'autres molécules d'eau; les chercheurs appellent ce phénomène une plus grande entropie.

Ce type d'interaction est pertinent pour les processus de repliement des protéines ainsi que pour la reconnaissance biomoléculaire entre un médicament et sa molécule cible. Comprendre le rôle de l'eau joue un rôle crucial dans le processus.