CC BY
5ВЗАИМНАЯ ОРИЕНТАЦИЯ МОЛЕКУЛ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ TBA И TMAO
В.П. Волошин
Институт химической кинетики и горения СО РАН, Новосибирск, Россия
Молекулы TBA и TMAO имеют очень похожую форму и практически одинаковый размер. Однако парные корреляционные функции распределения таких молекул в водных растворах ( Рис.1) сильно отличаются. Главное отличие в том, что в распределении молекулTMAO первый максимум очень низкий, даже ниже второго. Мы полагаем, что таким образом проявляется разница структуры гидратных оболочек данных молекул. В данной работе мы изучали гидратные оболочки молекул TBA [1] и TMAO [2] в водных растворах с мольными долями этих молекул, равными 0.01. Для каждой молекулы воды мы определяли расстояние до ближайшей точки на поверхности Ван -дер-Ваальса органических молекул и углы между направлением на эту точку и внутренними векторами молекулы воды. Данная информация позволила нам раздели ть гидратные оболочки на слои с близкими ориентациями. Описание ориентаций производилось с помощью подхода, развитому нами в [3 -4]. Положения молекул воды ближайших ориентационных оболочек мы описывали относительно собственных сферических систем координат молекул TBA и TMAO, заданных согласно Рис.2 Здесь d - дипольный момент, а вектор rcc параллелен отрезку, соединяющему центры атомов углерода двух метильных групп. На Рис.3 показаны распределения {cos(0), ф} положений молекул воды в ближайших ориентационных оболочках, в которых поверхности Ван -дер-Ваальса молекул воды и органики пересекаются друг с другом. Сверху приведено распределение вблизи TBA, снизу вблизи TMAO. Окраска со ответствует шкалам, показанным справа. Значения распределений равны отношению плотности молекул в данном положении к их средней плотности. Названия атомных групп показывают направления на центры кислородов и углеродов органических молекул. На обоих распределениях главные максимумы составляют молекулы воды, образующие донорную водородную связь с атомом кислорода. Однако вблизи TMAO имеется ещё один максимум в направлении дипольного момента, в котором молекулы воды образуют слабую акцепторную связь с центральным азотом этой молекулы. В результате количество воды в первой ориентационной оболочке TMAO оказывается на 1-1.5 молекулы больше, чем у TBA. Формируя около TMAO не один, а два жёстко позиционированных максимума, вода сильнее уменьшает возможность другим молекулам TMAO подойти к центральной.
[1] Е.Д. Кадцын, А.В. Аникеенко, Н.Н. Медведев, Строение водных растворов триметиламиноксида, мочевины и их смеси, Журн. структ. химии, т. 59,№2, стр. 359-367, (2018).
[2] Е.Д. Кадцын, В.А. Ничипоренко, Н.Н. Медведев, Использование разбиения Вороного для интерпретации объемных свойств раствора, Журн. структ. химии, т. 62,№1, стр. 61-72, (2021).
[3] В.П. Волошин, Ю.И. Наберухин, Описание вращательных движений молекул в компьютерных моделях воды с помощью кватернионов, РЭНСИТ, 12(1), стр.69-80, (2020); DOI: 10.17725/rensit.2020.12.069.
[4] В.П. Волошин, Н.Н. Медведев, Ориентация молекул воды вблизи глобулярного белка, Журн. структ. химии, т. 62, №5, стр. 745757, (2021).
Ф. degrees
Рис.3
