Whereas there is increasing evidence for ion-induced protein destabilization through direct ion–protein interactions, the strength of the binding of anions to proteins relative to cation–protein binding has remained elusive. In this work, the rotational mobility of a model amide in aqueous solution was used as a reporter for the interactions of different anions with the amide group. Protein-stabilizing salts such as KCl and KNO₃ do not affect the rotational mobility of the amide. Conversely, protein denaturants such as KSCN and KI markedly reduce the orientational freedom of the amide group. Thus these results provide evidence for a direct denaturation mechanism through ion–protein interactions. Comparing the present findings with results for cations shows that in contrast to common belief, anion–amide binding is weaker than cation–amide binding.

Trotz vermehrter Hinweise auf direkte Wechselwirkungen als Ursache für die Destabilisierung von Proteinen durch Ionen blieb die Frage nach der Stärke der Bindung von Anionen zu Proteinen im Vergleich zu jener von Kationen offen. Die Rotation eines Modellamids wurde nun als Maß für die Wechselwirkung verschiedener Anionen mit der Amidgruppe verwendet. Die Untersuchungen zeigen, dass Protein-stabilisierende Salze wie KCl und KNO₃ die Rotationsmobilität des Amids nicht beeinflussen. Umgekehrt reduzieren denaturierende Salze wie KSCN und KI die Rotationsfreiheitsgrade der Amidgruppe merklich. Diese Beobachtungen liefern den Nachweis für eine Proteindenaturierung durch direkte Ion-Protein-Kontakte. Der Vergleich dieser Daten mit denjenigen für die entsprechenden Kation-Amid-Wechselwirkungen zeigt, dass – entgegen der weit verbreiteten Meinung – die Anion-Amid- schwächer als die Kation-Amid-Bindung ist.

Die komplexe und heterogene Struktur von ionischen Flüssigkeiten wurde in den vergangenen Jahren aufgezeigt, ihre Auswirkung auf die Dynamik blieb jedoch offen. Hier verwenden wir Femtosekunden-IR-Spektroskopie, um die lokale strukturelle Dynamik in protischen Alkylammonium-basierten ionischen Flüssigkeiten aufzuklären. Die Strukturrelaxation nach einem ultraschnellen Temperatursprung, der auf die Schwingungsanregung und Schwingungsrelaxation der N-D- (oder N-H-Streckschwingung) folgt, ist in den ionischen und hydrophoben Unterstrukturen sehr unterschiedlich. Die Dynamik der ionischen Domänen wird durch die Länge der Alkylkette kaum beeinflusst und ist folglich von der Viskosität entkoppelt. Die Relaxation in den hydrophoben Bereichen, die durch die Dynamik der C-H-Streckschwingung zugänglich ist, ist um einen Faktor zwei schneller als die Dynamik in den ionischen Bereichen und zeigt eine bemerkenswert niedrige thermische Aktivierungsenergie.

In recent years, the complex and heterogeneous structure of ionic liquids has been demonstrated; however, the consequences on the dynamics have remained elusive. Here, we use femtosecond IR spectroscopy to elucidate the local structural dynamics in protic alkylammonium-based ionic liquids. The structural relaxation after an ultrafast temperature increase, following vibrational excitation and subsequent relaxation of the N-D (or N-H) stretching vibration, is found to vary substantially between the ionic and hydrophobic subdomains. The dynamics in the ionic domains are virtually unaffected by the alkyl chain length and is, therefore, decoupled from viscosity. Equilibration within the hydrophobic subdomains, as evident from the dynamics of the C-H stretching vibration, is faster than that in the ionic domains and shows a remarkably low thermal activation.