CC BY
12024
Устный доклад
АНАЛИЗ СЕТИ ВОДОРОДНЫХ СВЯЗЕЙ В ВОДНОМ РАСТВОРЕ 1,4-ДИОКСАНА МЕТОДОМ МОЛЕКУЛЯРНОЙ
ДИНАМИКИ
1 Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет),
Долгопрудный, Россия 2 Объединенный институт высоких температур РАН, Москва, Россия е-mail: [email protected]
Диоксан является широко распространенным промышленным растворителем, обладающим рядом важных свойств. Например, диоксан способен смешиваться с водой в любых мольных соотношениях. В силу этого, исследование структуры водного раствора диоксана представляет большой научный интерес как с экспериментальной, так и с теоретической точки зрения. Метод молекулярной динамики позволяет исследовать характеристики раствора, недоступные экспериментальным техникам, а также способен проверить соответствие существующих силовых полей экспериментальным результатам.
В настоящей работе [1] проводится сравнительный анализ сетей водородных связей в водном растворе 1,4-ди-оксана в силовых полях Смита [2] и OPLS-AA/CM1A [3] с моделью воды TIP4P. Рассчитывается общее число водородных связей на атом кислорода и удельное число водородных связей вода-вода и диоксан-вода, полученные результаты сравниваются с экспериментальными данными по рентгеновскому рассеянию [4]. Вводится геометрический критерий перколяции сети водородных связей. Положения рассчитанных порогов перколяции сравниваются с экспериментом по широкополосной диэлектрической спектроскопии [5]. Расчеты проводятся в программном пакете LAMMPS, анализ молекулярно-динамических траекторий осуществляется с помощью программных пакетов TRAVIS и MDAnalysis.
Оба силовых поля хорошо описывают экспериментальные данные [4] по общему числу водородных связей на атом кислорода. Однако различия в сетях водородных связей между используемыми моделями наблюдаются только анализе удельных чисел водородных связей вода-вода и диоксан-вода. Заниженные значения числа связей вода-вода в модели OPLS-AA/CM1A согласуются с занижением энтальпии растворения [6]. Оба силовых поля адекватно воспроизводят эксперимент [5] по нижнему порогу перколяции сети водородных связей. В отличие от OPLS-AA/CM1A, начало перколяции в модели Смита очень близко к экспериментальному верхнему порогу перколяции. При низких концентрациях диоксана в растворе присутствуют кластеры из 2-3 молекул ди-оксана, что согласуется с экспериментальными данными по рассеянию рентгеновских лучей [4]. Силовое поле OPLS-AA/CM1A демонстрирует менее выраженную сеть молекул диоксана при мольных долях > 0.20.
Автор благодарит Кондратюка Н.Д., Копаничука И.В. и Нормана Г.Э. за продуктивные научные дискуссии и
наставления.
Литература:
[1] Bakulin I. K. et al., Molecular-level insights to structure and hydrogen bonds network of 1, 4-dioxane aqueous solution, J. Mol. Liq., 393,123523, (2024).
[2] Smith G.D. et al., A revised quantum chemistry-based potential for poly (ethylene oxide) and its oligomers in aqueous solution, J. Comput. Chem., 23(15), 1480-1488, (2002).
[3] Jensen K.P., Jorgensen WL., Halide, ammonium, and alkali metal ion parameters for modeling aqueous solutions, J. Chem. Theory Comput., 2(6), 1499-1509, (2006).
[4] Takamuku T. et al., Structure and dynamics of 1, 4-dioxane-water binary solutions studied by X-ray diffraction, J. Mol. Liq., 83(1-3), 163-77, (1999).
[5] Hernandez-Perni G. et al., Detection of percolation phenomena in binary polar liquids by broadband dielectric spectroscopy, Int. J. Pharm., 291(1-2), 197-209, (2005).
[6] Bakulin I. et al., Properties of aqueous 1, 4-dioxane solution via molecular dynamics, J. Chem. Phys., 155(15), 154501, (2021).
Бакулин И.К.12
