Хитозан [поли (1,4)-2-амино-2 дезокси-бета-D-глюкан] – линейный полисахарид – производное природного биополимера. Хитозан находит применение и как компонент разнообразных производных в атомной промышленности (локализация утечек радиоактивных веществ, концентрирование отходов ядерного топлива), медицине и т.д. В растворенной форме хитозан демонстрирует еще одну уникальную особенность – его молекулы способны проникать через внешние мембраны клеток живых организмов. Целью данной работы является расчет энергий взаимодействия хитозана с молекулами уксусной кислоты в водной среде методами квантовой химии. В качестве моделей макромолекулы хитозана использовались фрагменты, состоящие из трех молекул 2-амино-2-дегидрокси-β,D-глюкопирантозы, соединенные β-1,4-глюкозидными связями. Исследованы две схемы взаимодействия, при которых растворитель подходит к центральному звену с разных сторон. Расчеты оптимальных геометрических параметров (длин связей, валентных и торсионных углов) и полной энергии молекул и их комплексов проводили ограниченныХитозан [поли (1,4)-2-амино-2 дезокси-бета-D-глюкан] – линейный полисахарид – производное природного биополимера. Хитозан находит применение и как компонент разнообразных производных в атомной промышленности (локализация утечек радиоактивных веществ, концентрирование отходов ядерного топлива), медицине и т.д. В растворенной форме хитозан демонстрирует еще одну уникальную особенность – его молекулы способны проникать через внешние мембраны клеток живых организмов. Целью данной работы является расчет энергий взаимодействия хитозана с молекулами уксусной кислоты в водной среде методами квантовой химии. В качестве моделей макромолекулы хитозана использовались фрагменты, состоящие из трех молекул 2-амино-2-дегидрокси-β,D-глюкопирантозы, соединенные β-1,4-глюкозидными связями. Исследованы две схемы взаимодействия, при которых растворитель подходит к центральному звену с разных сторон. Расчеты оптимальных геометрических параметров (длин связей, валентных и торсионных углов) и полной энергии молекул и их комплексов проводили ограниченным методом Хартри-Фока в рамках теории функционала плотности с трехпараметрическим функционалом В3LYP в базисе 6-31G, с использованием программы Gaussians 03. Равновесную геометрию определяли минимизацией полной энергии относительно межъядерных расстояний. В качестве начального приближения использовали Z-матрицу координат атомов для каждой молекулы в пространственной модели, построенную с помощью программы HyperChem 8.0. Нахождение стационарной точки минимумов поверхности потенциальной энергии (ППЭ) при оптимизации геометриим методом Хартри-Фока в рамках теории функционала плотности с трехпараметрическим функционалом В3LYP в базисе 6-31G, с использованием программы Gaussians 03. Равновесную геометрию определяли минимизацией полной энергии относительно межъядерных расстояний. В качестве начального приближения использовали Z-матрицу координат атомов для каждой молекулы в пространственной модели, построенную с помощью программы HyperChem 8.0. Нахождение стационарной точки минимумов поверхности потенциальной энергии (ППЭ) при оптимизации геометрии межмолекулярных комплексов контролировалось тем, чтобы все вычисленные колебательные частоты оказывались действительными. Учет водной среды проводился в рамках континуальной модели IEFPCM. Предварительно были проведены расчеты оптимальной геометрии и энергетики мономера, димера и триммера хитозана. Энергии образования комплексов рассчитывали как разность между энергией комплекса и суммарной энергией составляющих его изолированных молекул. Изменения длин связей, валентных и торсионных углов свидетельствуют об образовании межмолекулярных водородных связей между молекулой триммера хитозана и растворителем. Установлено, что в хитозане происходит разрыв и образование новых водородных связей.
Библиографический список
- Gaussian 03, Revision E.01, M. J. Frisch, et al., Gaussian, Inc., Wallingford CT, 2004.
- HyperChem 8.0, Hypercube, Inc., Gainesville, FL, USA.
- Rassolov V.A., Pople J.A., Ratner M.A., Windus T.L. 6-31G basis set for atoms K through Zn // The Journal of Chemical Physics. – 1998. – Vol. 109, № 4. – P. 1223–1229.