親水性物質とは、水分子に引き寄せられ、水に溶けやすい分子またはその他の分子実体のことである。 [ 1 ]
一方、疎水性物質は水に引き寄せられず、むしろ水をはじくように見える。吸湿性物質は水に引き寄せられるが、水に溶けることはない。
親水性分子または分子の一部とは、水やその他の極性物質との相互作用が、油やその他の疎水性溶媒との相互作用よりも熱力学的に有利な分子または分子の一部を指します。 [ 2 ] [ 3 ]これらは通常、電荷分極しており、水素結合が可能です。このため、これらの分子は水だけでなく極性溶媒にも溶解します。
親水性分子(および分子の一部)は、疎水性分子(および分子の一部)と対比されます。場合によっては、単一の分子内に親水性と疎水性の両方の性質が現れることがあります。このような両親媒性分子の例としては、細胞膜を構成する脂質が挙げられます。また、石鹸もその一つで、親水性の頭部と疎水性の尾部を持つため、水にも油にも溶けます。
親水性分子と疎水性分子は、それぞれ極性分子と非極性分子とも呼ばれます。親水性物質の中には溶解しないものもあります。このような混合物はコロイドと呼ばれます。
有機化合物の親水性に関するおおよその経験則は、炭素原子5個あたり少なくとも1つの中性親水性基、または炭素原子7個あたり少なくとも1つの電荷を帯びた親水性基が存在する場合、分子の水への溶解度は1質量 %以上であるというものである。 [ 4 ]
親水性物質(例:塩類)は、空気中の水分を引き寄せるように見えます。砂糖も親水性物質であり、塩類と同様に、食品から水分を抜くために使われることがあります。カットした果物に砂糖を振りかけると、親水性によって「水分が引き抜かれ」、イチゴのコンポートの一般的なレシピのように、果物が柔らかくジューシーになります。
液体状の親水性化学物質と固体化学物質を複合体化させることで、疎水性化学物質の溶解度を最適化することができる。
親水性液体の例としては、アンモニア、アルコール類、尿素などの一部のアミド類、酢酸などの一部のカルボン酸類が挙げられる。
アルコールに含まれるヒドロキシル基(-OH)は極性があり親水性(水になじみやすい)ですが、炭素鎖部分は非極性であるため疎水性です。炭素鎖が長くなるにつれて、分子全体の非極性が増し、極性のある水への溶解度が低下します。[ 5 ]メタノールはすべてのアルコールの中で最も短い炭素鎖(炭素原子1個)を持ち、次にエタノール(炭素原子2個)、1-プロパノールとその異性体である2-プロパノールが続き、これらはすべて水と混和します。炭素原子4個を持つtert-ブチルアルコールは、その異性体の中で唯一水と混和します。
シクロデキストリンは、疎水性分子をゲストホストとして取り込むことで医薬品溶液を作るのに使用されます。シクロデキストリンと疎水性分子の包接化合物は体組織に浸透できるため、特定の条件下で生物活性化合物を放出するために使用できます。[ 6 ]例えば、テストステロンはヒドロキシプロピル-β-シクロデキストリン(HPBCD)と複合体を形成し、舌下投与で20分以内に95%のテストステロンが吸収されましたが、HPBCDは吸収されませんでした。一方、疎水性のテストステロンは通常、舌下投与で40%未満しか吸収されません。[ 7 ]
親水性膜ろ過は、様々な液体をろ過するために多くの産業で利用されています。これらの親水性フィルターは、医療、産業、生化学分野で、細菌、ウイルス、タンパク質、微粒子、医薬品、その他の汚染物質などのろ過に用いられています。一般的な親水性分子としては、コロイド、綿、セルロース(綿の主成分)などが挙げられます。
他の膜とは異なり、親水性膜は事前の湿潤を必要としません。乾燥状態の液体をろ過できます。ほとんどは低温ろ過プロセスで使用されますが、多くの新しい親水性膜生地は高温の液体や流体のろ過に使用されています。[ 8 ]