КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ МЕЖМОЛЕКУЛЯРНЫХ КОМПЛЕКСОВ НА ОСНОВЕ ФРАГМЕНТОВ МОЛЕКУЛЫ ХИТОЗАНА

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.

1. Gaussian 03, Revision E.01, M. J. Frisch, et al., Gaussian, Inc., Wallingford CT, 2004.
2. HyperChem 8.0, Hypercube, Inc., Gainesville, FL, USA.
3. 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.

Все статьи автора «author5632»