Изучение геометрических, термодинамических свойств и гибкости углеводородных молекул методом Монте-Карло

Автор: Журкина Дмитрий Викторович, Рабинович Лександр Львович

Журнал: Ученые записки Петрозаводского государственного университета @uchzap-petrsu

Статья в выпуске: 8 (145) т.1, 2014 года.

Бесплатный доступ

Одна из главных задач физики конденсированного состояния - изучение взаимосвязей между химическим строением и физическими свойствами разных молекул. Углеводородные цепные молекулы играют важную роль в природных системах, широко используются в областях технологии. В настоящей работе методом Монте-Карло проведено моделирование 65 цепных углеводородных молекул вида CH-(CH 2) a-(CH=CH-CH 2) d-(CH 2) b-CH 3 (где a, b, d - целые). Изучены варианты N = 16, 18, 20, 22 (где N = a + b + 3d + 2 - количество атомов углерода), d = 0,1,..., 6 - количество двойных связей (конфигурация cis-); температура T = 293, 303 и 313 K. Все исследованные молекулы рассматривали в невозмущенном состоянии, генерирование значений торсионных углов осуществляли методом существенной выборки в диапазоне 0-360° и учетом взаимозависимости каждых трех из них вдоль по цепи. В итоге моделирования для каждой молекулы вычислены равновесная гибкость, конформационная теплоемкость, относительные флуктуации квадрата радиуса инерции и квадрата расстояния между концевыми атомами углерода. Проанализированы зависимости этих свойств от параметров строения молекул. Обнаружен ряд закономерностей, в том числе корреляция между величиной гибкости и относительными флуктуациями геометрических размеров молекул. Предложена интерпретация полученных зависимостей на основе данных эксперимента о характеристиках внутреннего вращения в цепях данного вида. Полученные данные способствуют углублению общего понимания взаимосвязей между структурой и свойствами рассмотренных молекул.

Еще

Ненасыщенные углеводороды, метод монте-карло, равновесная гибкость, флуктуации, конформационная теплоемкость

Короткий адрес: https://sciup.org/14750795

IDR: 14750795

Список литературы Изучение геометрических, термодинамических свойств и гибкости углеводородных молекул методом Монте-Карло

Геннис Р. Биомембраны: Молекулярная структура и функции. М.: Мир, 1997. 624 с.
Дашевский В. Г. Конформации органических молекул. М.: Химия, 1974. 428 с.
Журкин Д. В., Рабинович А. Л. Оценка формы цепных углеводородных молекул методом Монте-Карло//Ученые записки Петрозаводского государственного университета. Сер. «Естественные и технические науки». 2014. № 6 (143). С. 109-117.
Рабинович А. Л. Цепные молекулы как компоненты мембранных систем: компьютерное моделирование//Методы компьютерного моделирования для исследования полимеров и биополимеров. М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2009. С. 410.
Рабинович А. Л., Жу р к и н Д. В. Существенная выборка при моделировании непрерывного спектра конформаций макромолекул методом Монте-Карло//Труды Карельского научного центра Российской академии наук. Сер. «Математическое моделирование и информационные технологии». 2013. Вып. 4. С. 96-111.
Флори П. Статистическая механика цепных молекул. М.: Мир, 1971. 440 с.
Baschnagel J., Qin K., Paul W., Binder K. Monte Carlo Simulation of Models for Single Polyethylene Coils//Macromolecules. 1992. Vol. 25. № 12. P. 3117-3124.
Bessières D., Pineiro M. M., De Ferron G., Plantier F. Analysis of the orientational order effect on n-alkanes: Evidences on experimental response functions and description using Monte Carlo molecular simulation//J. Chem. Phys. 2010. Vol. 133. 074507.
Brown D., Clarke J. H. R., Okuda M., Yamazaki T. A molecular dynamics study of chain configurations in n-alkane-like liquids//J. Chem. Phys. 1994. Vol. 100. № 2. P. 1684-1692.
Dettenmaier M. Conformation of n-alkane molecules in the melt and in cyclohexane solution studied by small-angle neutron scattering//J. Chem. Phys. 1978. Vol. 68. № 5. P. 2319-2322.
Feller S. E., Gawrisch G., Mac K er ell Jr. A. D. Polyunsaturated Fatty Acids in Lipid Bilayers: Intrinsic and Environmental Contributions to Their Unique Physical Properties//J. Am. Chem. Soc. 2002. Vol. 124. № 2. P. 318-326.
Ferguson A. L., Debenedetti P. G., Panagiotopoulos A. Z. Solubility and Molecular Conformations of n-Alkane Chains in Water//J. Phys. Chem. B. 2009. Vol. 113. № 18. P. 6405-6414.
Goodsaid-Zalduondo F., Engelman D. M. Conformation of liquid n-alkanes//Biophys. J. 1981. Vol. 35. P. 587-594.
Högberg C. J., Nikitin A. M., Lyubartsev A. P. Modification of the CHARMM Force Field for DMPC Lipid Bilayer//J. Comput. Chem. 2008. Vol. 29. P. 2359-2369.
Mondello M., Gre s t G. S. Viscosity calculations of n-alkanes by equilibrium molecular dynamics//J. Chem. Phys. 1997. Vol. 106. № 22. P. 9327-9336.
Nelson D. L., Cox M. M. Lehninger Principles of Biochemistry. 5th ed. N. Y.: Freeman W.H. and Co., 2008. Ch. 10. P. 343.
Rabinovich A. L., R ip at t i P. O. Monte Carlo simulations of hydrocarbon oligomeric chains. Shape and dimension characteristics//Proc. SPIE. 2001. Vol. 4348. P. 225-236.
Rabinovich A. L., R ip att i P. O. Monte Carlo simulations of hydrocarbon oligomeric chains: carbon skeleton cross sectional areas//Proc. SPIE. 2002. Vol. 4627. P118-128.
Rey A., Kolinski A., Skolnick J. Effect of double bonds on the dynamics of hydrocarbon chains//J. Chem. Phys. 1992. Vol. 97. № 2. P. 1240-1249.
Sun L., Siepmann J. I., Schure M. R. Conformation and Solvation Structure for an Isolated n-Octadecane Chain in Water, Methanol, and Their Mixtures//J. Phys. Chem. B. 2006. Vol. 110. P. 10519-10525.
Wunderlich B. Phases of Amorphous, Crystalline, and Intermediate Order in Microphase and Nanophase Systems//Hot Topics in Thermal Analysis and Calorimetry. Vol. 8: Glassy, Amorphous and Nano-Crystalline Materials. Thermal Physics, Analysis, Structure and Properties. Dordrecht etc.: Springer Science+Business Media B.V., 2011. P. 93.
Yoon D. Y., Flory P. J. Small angle neutron scattering by n-alkane chains//J. Chem. Phys. 1978. Vol. 69. № 6. P. 2536-2538. Zhurkin D. V., Petrozavodsk State University (Petrozavodsk, Russian Federation) Rabinovich A. L., Institute of Biology of Karelian Research Centre of RAS (Petrozavodsk, Russian Federation)

Еще

Статья научная