Структурные особенности гидратации глицина и пара-аминобензойной кислоты в воде и водных растворах NaCl и KCl тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.04 ВАК РФ

На правах рукописи

Кручинип Сергей Евгеньевич

СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ГИДРАТАЦИИ ГЛИЦИНА И ПАРА-АМИНОБЕНЗОЙНОЙ КИСЛОТЫ В ВОДЕ И ВОДНЫХ РАСТВОРАХ ШС1И КС1

02.00.04 - физическая химия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

5 ДЕК гт

005542110

Иваново - 2013

005542110

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте химии растворов им. Г.А. Крестова Российской академии наук (ИХР РАН)

Научный руководитель: Федотова Марина Витальевна, доктор

химических наук, старший научный сотрудник

Официальные оппонепты: Киселев Михаил Григорьевич, доктор

химических наук, старший научный сотрудник, ИХР РАН, главный научный сотрудник лаборатории «ЯМР-спектроскопия и численные методы исследования жидких систем»

Ноговицын Евгений Анатольевич, доктор химических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный университет», профессор кафедры общей и теоретической физики

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт теоретической и экспериментальной биофизики Российской академии наук»

Защита состоится «19» декабря 2013 г. в 13.00 часов на заседании совета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук Д 002.106.001 приИХРРАН, 153045, г. Иваново, ул. Академическая, д. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИХР РАН по адресу: 153045 г. Иваново, ул. Академическая, д. 1.

Автореферат разослан 19 ноября 2013 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета

Е. В. Антина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. Биомолекулы, как правило, находятся в сложно организованной водно-солевой среде, которая во многом регулирует проявление их физико-химических свойств и участвует в большинстве химических и биологических процессов, протекающих в живых организмах. Для понимания механизмов функционирования биомолекул необходимо знание особенностей их гидратации и их взаимодействий с биологически важными неорганическими ионами, входящими в состав среды. С практической точки зрения результаты подобных исследований нужны для модернизации существующих и развития новых био- и нанотехнологий, востребованных в медицине, фармакологии, косметологии, пищевой и др. отраслях промышленности.

Однако из-за размера и сложности биомолекул, взаимовлияния их компонентов друг на друга, исследования и интерпретация получаемых данных затруднены необходимостью разделения различных эффектов, определяющихся множеством взаимодействий. В этом случае прибегают к изучению более простых по составу и меньших по размеру модельных систем, в частности, аминокислот, которые рассматриваются как соединения, моделирующие отдельные структурные компоненты белковой поверхности. Тем не менее, даже для таких систем имеющиеся в литературе данные экспериментальных методов и методов компьютерного моделирования (молекулярной динамики, Монте-Карло) ограничены системами аминокислота-вода и зачастую противоречивы, а для систем аминокислота-водно-солевой раствор - единичны или вообще отсутствуют. Отметим также, что исследования методами компьютерного моделирования имеют ряд трудностей, связанных с большой размерностью систем и наличием дальнодействующих ион-ионных корреляций в растворе. Одним из альтернативных подходов, активно используемых в последние десятилетия для описания различных свойств жидкофазных систем, является метод интегральных уравнений (ИУ) статистической теории жидкостей в атом-атомном (ШЗМ-) приближении. Применительно к аминокислотам, к настоящему времени этим методом получены, в основном, термодинамические характеристики гидратации, данные по структурным параметрам водных и водно-солевых растворов аминокислот отсутствуют. Вышеизложенное определяет актуальность настоящего исследования.

Цель работы заключалась в установлении методом ИУ в Ю- и ЗЕ)-М8М приближениях структурных особенностей гидратации глицина и парааминобензойной кислоты в воде и водных растворах №С1 и КО, а также особенностей ион-молекулярного комплексообразования данных биомолекул с неорганическими ионами.

В водной среде глицин присутствует в цвитгер-ионной форме (01у-2ЛУ), а парааминобензойная кислота (ПАБК) преимущественно в анионной форме (ПАБ1С) с небольшой долей молекулярной формы. Gly-ZW и ПАБК содержат функциональные группы (карбоксильную, амино-, фенильную), наиболее часто встречающиеся в составе биомолекул, что обусловило их выбор в качестве объектов исследования. Имеющиеся данные по структурным параметрам гидратации для единичны и противоречивы, а

для ПАБК — отсутствуют.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: • Разработка программы, реализующей модифицированную схему расчета в рамках модели Ш-ШЭМ структурных и термодинамических характеристик сольватации

многоатомных молекул с произвольной геометрией в произвольном многокомпонентном растворителе.

• Разработка программ для расчета полного гидратного числа несферической молекулы и структурных параметров ^-координации растворителя (числа ^-координированных молекул и числа Н-связей тг-типа) вокруг ароматических молекул в рамках ЗВ-ШБМ подхода.

• Получение методом ИУ в Ш- и ЗВ-ЫБМ приближениях структурных (фу1жции распределения, межатомные расстояния, гидратные числа) и термодинамических (свободные энергии гидратации, константы ионизации) характеристик гидратации

•• метиламина и его протонированной формы - иона метиламмония как модели положительно заряженной группы С1у-2\У, а также уксусной кислоты и ее депротонированой формы - ацетат-иона как модели отрицательно заряженной группы 01у-2ЛУ. Исследование влияния реакции протонирования на гидратную структуру иона метиламмония и реакции депротонирования на гидратную структуру ацетат-иона; «• анилина и бензойной кислоты как моделей функциональных групп (фенильной, амино- и карбоксильной групп) ПАБК. Исследование возможности ^-координации ароматического кольца анилина и бензойной кислоты;. •• С1у-Ш, ПАБК и ПАБКГ в воде. Сравнение полученных результатов с имеющимися литературными данными.

• Исследование влияния добавок соли на структурные параметры гидратации С1у-гУ/ и ПАБКГ в водных растворах №С1 (0.5-5 М) и КС1 (0.5-3 М).

• Исследование особенностей ион-молекулярного комплексообразования 01у-2\У и ПАБКГ с неорганическими ионами (№+, К+, СП в водных растворах №С1 (0.5-5 М) и КС1 (0.5-3 М) на основе потенциалов средней силы, рассчитанных в ЗБ-ЮБМ приближении.

• Анализ влияния концентрации соли (ШС1/КС1) и природы ионов на стабильность формируемых ион-молекулярных комплексов.

Достоверность и надежность получаемых методом 1ШМ результатов оценивалась на системах структурный фрагмент ®у (метиламин, ион метиламмония, уксусная кислота, ацетат-ион) - вода, структурный фрагмент ПАБК (анилин, бензойная кислота) -вода, которые рассматривались как тестовые, поскольку для них имеются литературные данные по параметрам их гидратации.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с научными направлениями Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института химии растворов им. ГА. Крестова Российский академии наук по темам «Молекулярные и ион-молекулярные жидкофазные системы в широком диапазоне параметров состояния, включая сверхкригические. Структура, динамика и сольватационные эффекты» (2009-2011 гг., № госрегистрации 01200950825) и «Развитие подходов и методов физической химии в исследовании многокомпонентных супрамолекулярных, молекулярных и ион-молекулярных систем как перспективных материалов» (2012-2013 гг., № госрегистрации 01201260481). Работа была поддержана грантом РФФИ № 12-03-97508-р_ценгр_а и программой Евросоюза РР7-РЕС)Р1_Е-2009-П18ЕЗ «Мария Кюри» (грант № 247500 «ВюЗоЬ).

Научная новизна. Предложены новые расчетные схемы в рамках метода ИУ в ЗБ-ИКМ приближении для определения 1) полного гидратного числа молекулы сложной несимметричной формы, 2) структурных параметров ^-координации растворителя (числа ^-координированных молекул и числа Н-связей тг-типа) вокруг ароматических молекул. Впервые методом ИУвШ-и 30-1ШМ приближениях получены структурные параметры

гидратации Gly-ZW, ПАБК и ПАБК-, а также их структурных фрагментов (метиламина, иона метиламмония, уксусной кислоты, ацетат-иона, анилина и бензойной кислоты) в воде, на основе которых определены структурные особенности гидратации исследованных молекул и ионов. Впервые изучено влияние добавок соли (NaCl, KCl) на гидратную структуру Gly-ZW и ПАБК". Выявлено влияние природы иона и содержания соли (NaCl/KCl) в системе на стабильность комплексов (-COO~:Na /К )aq, (-NH3 :СГ)ач, формируемых Gly-ZW и ПАБ1С в водных растворах NaCl и KCl. Впервые установлены структурные механизмы ион-молекулярного комплексообразования в данных системах. Обнаружена зависимость механизмов образования комплексов в системах Gly-ZW-раствор NaCl/KCl от концентрации соли в растворе. Определена причина изменения механизмов образования комплексов с Gly-ZW при концентрировании водно-солевых растворов.

Теоретическая и практическая значимость. Результаты работы вносят вклад в развитие общей теории растворов и расширяют представления о роли среды и гидратации в протекании биохимических процессов. Разработаны новые вычислительные алгоритмы для определения ряда структурных параметров гидратации молекул сложной, несимметричной формы. Полученные для изученных аминокислот данные могут быть использованы при интерпретации и прогнозировании структурных и термодинамических свойств более сложных биологических систем. Рассчитанные структурные параметры гидратации и установленные механизмы ион-молекулярного комплексообразования необходимы для понимания молекулярных механизмов функционирования биомолекул (напр., механизма действия глицина как протектора структурных модификаций во внутриклеточном хроматине, вызванных изменениями концентраций ионов в клетке), а также различных процессов в живых организмах (таких, как транспорт через биологические мембраны, проводимость нервных импульсов, активность ферментов и др.). Полученные данные могут использоваться как справочный материал при разработке новых и модернизации существующих био- и нанотехнологий (напр., при конструировании ферментов с заданными свойствами, при создании новых лекарственных препаратов, при развитии технологии производства пищевых добавок и др.).

Лнчный вклад автора состоит в разработке компьютерных программ, выполнении расчетов, обработке и интерпретации полученных результатов, анализе литературы, формулировке выводов. Обсуждение результатов и написание научных публикаций по теме работы проведено автором при участии научного руководителя.

Апробация работы. Основные результаты работы были представлены и обсуждены на V и VI региональных конференциях молодых ученых «Теоретическая и экспериментальная химия жидкофазных систем» (Крестовские чтения, Иваново, 2010, 2011); на международных семинарах «Solvation of bioactive compounds: bridging theory, computation and experiment» (Leipzig, Germany, 2010), «Solvation in Complex Liquids: Bridging Length Scales by Theory and Experiment» (Leipzig, Germany, 2010), XI международной конференции «Проблемы сольватации и комплексообразования в растворах» (Иваново, 2011); международных конференциях EMLG/JMLG "New outlook on molecular liquids, from short scale to long scale dynamics" (Warsaw, Poland, 2011), "Molecular Association in Fluid Phases and at Fluid Interfaces" (Eger, Hungary, 2012); XVI симпозиуме по межмолекулярному взаимодействию и конформациям молекул (Иваново, 2012); VII международной научной конференции «Кинетика и механизм кристаллизации. Кристаллизация и материалы нового поколения» (Иваново, 2012).

Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 7 статьях в рецензируемых научных журналах, включенных в перечень рекомендованных для опубликования основных научных результатов диссертации на соискание ученой степени кандидата наук, и в тезисах 12 докладов на конференциях различного уровня.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора, 4 глав, основных результатов и выводов, списка цитируемой литературы из 304 наименований и 2 приложений. Работа изложена на 155 страницах и содержит 18 таблиц и 64 рисунка, а также 18 страниц приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи работы, научная новизна, теоретическая и практическая значимость результатов.

В первой главе представлен обзор литературы, состоящий из четырех частей.

В первой части рассмотрены структурные свойства воды и ее роль в биохимических процессах. Во второй части дано описание явления гидратации и его влияния на свойства биомолекулярных систем, охарактеризованы процессы гидрофильной и гидрофобной гидратации. Рассмотрены различные теории гидрофобной гидратации. Кратко проанализирована роль гидрофобных и гидрофильных участков на поверхности биомолекул в функционировании биомолекул.

Третья часть главы (3 раздела) посвящена особенностям гидратации Gly-ZW и его структурных фрагментов: метиламина и его протонированной формы - метиламмония, уксусной кислоты и ее депротонированной формы - ацетат-иона. Описана биохимическая важность данных соединений. Проанализированы литературные данные по их структурным и термодинамическим характеристикам гидратации в воде, а также по структурным параметрам гидратации Gly-ZW в водно-солевых растворах. Отмечено, что имеющиеся немногочисленные данные для Gly-ZW противоречивы, и по этой причине достоверно установленные структурные параметры его гидратации на сегодняшний день отсутствуют.

Четвертая часть (2 раздела) посвящена особенностям гидратации ПАБК и ее структурных фрагментов: анилина и бензойной кислоты. Рассмотрена биохимическая важность данных соединений. Обобщены литературные данные по структурным и термодинамическим характеристикам параметрам анилина и бензойной кислоты. Отмечено, что имеющиеся для них данные единичны, а для ПАБК - отсутствуют, в силу чего для понимания молекулярной картины их гидратации необходимы дальнейшие исследования.

Вторая глава, состоящая из 5 частей, посвящена RISM-теории интегральных уравнений для описания молекулярных жидкостей.

В первой части изложены общие положения метода ИУ, в основе которого лежит интегральное уравнение Орнштейна-Цернике (ИУ ОЦ) для парных корреляционных функций (ПКФ), дополненное тем или иным замыканием, выбираемым в зависимости от конкретной задачи. Кратко рассмотрены подходы в теории ИУ, используемые в настоящее время для исследования молекулярных жидкостей, - подход, основанный на молекулярном уравнении ОЦ, и атом-атомный или RISM (Reference Interaction Site Model - модель взаимодействующих силовых центров) подход [1] и их возможности.

Во второй части изложены основы RISM-теории ИУ и описаны ее две модификации, используемые в настоящей работе: 1D-RISM и 3D-RISM.

1D-RISM приближение позволяет получать атом-атомные ПКФ. Для бесконечно разбавленного раствора 1D-RISM ИУ ОЦ, описывающее корреляции растворенное вещество (и) - растворитель (v), имеет вид:

к; И=Х< И ♦ с (0 * [«;„ (г)+pph;p (г)] (1);

r-ft

где р - средняя плотность растворителя, (г) и - внутримолекулярные

корреляционные функции (КФ) растворителя и растворенного вещества, h™p{r) и с^(г) - полная и прямая атом-атомные КФ силовых центров an/), принадлежащих молекулам и и v. ПКФ g'^ir) = >Ср('') +1 ■ Символ * обозначает интегральную свертку. Для уравнения (1) использовалось lD-RISM-замыкание Коваленко-Хирата (КН) [2]:

jexP(W)-,, ф^-МЦгНЪЮ-сЯг) (2),

[d%(r), d%(r)> О

где - потенциал взаимодействия силовых центров а и /?, принадлежащих

соответственно молекуле растворенного вещества (и) и молекуле растворителя (v).

3D-RISMприближение позволяет получать трехмерные (3D-) КФ взаимодействующих силовых центров молекул растворителя вблизи молекулы растворенного вещества. В случае бесконечно разбавленного раствора 3D-RISM ИУ ОЦ для корреляций растворенное вещество-растворитель имеет вид [3]:

К" и=с (г )•«(»■)+рх; И) (3),

а и у - силовые центры растворителя (v), взаимодействующие с молекулой растворенного вещества (и); Щ" (г) - полная атомно-молекулярная КФ силового центра у молекулы растворителя (v); ^v(r) - прямая атомно-молекулярная КФ силового центра а молекулы растворителя (v); Л™ (г) - полная атом-атомная КФ силовых центров any молекул растворителя, ю™(г) - внутримолекулярная КФ растворителя, pv - плотность растворителя. Для уравнения (3) использовалось 30-К18М-замыканне Коваленко-Хирата (КН) [4]: Гехр(с/Г(г))-1, dmJr)< О

ГДС = + i - пространственная (3D-) молекулярно-атомная функция

распределения растворитель-растворенное вещество, V"l (г) - потенциал взаимодействия

силового центра у молекулы растворителя (v) с молекулой растворенного вещества (и).

В третьей части описываются методы численного решения 1D- и 3D-RISM ИУ ОЦ, основанные на комбинации прямых итераций и метода MDIIS (Modified Direct Inversion in the Iterative Subspace) [3, 4]. Представлена блок-схема разработанной рабочей программы, реализующая процедуру численного решения 1D-RISM ИУ ОЦ, и блок-схема процедуры решения 3D-RISM ИУ ОЦ при помощи программ из пакета AmberTools v. 1.4 [5].

В четвертой части приведены используемые потенциальные модели для чистой воды (MSPC/E-модель), систем аминокислота-вода и аминокислота-водно-солевой раствор. Дано обоснование их выбора. Представлены детали расчетов 1D- и 3D-RISM-MemaaMH.

В результате численного решения 1D-RISM ИУ ОЦ были получены ПКФ gap(r), из которых определялись межатомные расстояния и парциальные гидратные числа (ГЧ) частиц:

"aft =4л"Р/< £.....gap (r)r\lr (5),

где rmin - положение 1-го минимума gaP(r), - плотность частиц сорта fi Парциальное ГЧ

- статистически усредненное количество частиц сорта /У в гидратной сфере частицы сорта а. В работе gap (г) и пар характеризуют гидратацию функциональных групп биомолекулы.

В результате решения 3D-RISM ИУ ОЦ были получены пространственные (3D-) функции распределения (ПФР), на основе которых были рассчитаны:

* полное гидратное число (illЧ) молекулы растворенного вещества как среднее число молекул воды, находящихся в ее первой гидратной оболочке:

"ow =A>w \s0„(r)dV ^

гДе Ро» - плотность воды, gQw (г) - ПФР растворенное вещество-атом кислорода молекулы воды, V, - объем первой гидратной сферы. Предложена новая процедура аппроксимации первой гидратной сферы молекулы замкнутой поверхностью произвольной формы, которая должна удовлетворять условиям: 1) она должна быть подобна поверхности молекулы растворенного вещества; 2) значение ПФР gQw (г) на ней должно достигать минимума.

* потенциал средней силы (ПСС) - энергетическая характеристика, использованная в работе для анализа ион-молекулярного комплексообразования в растворах:

W?{r) = -kT\ng«;{r) (д

где к - константа Больцмана, Т - абсолютная температура.

* цилиндрические функции распределения (ЦФР) (:)R, определяющие вероятность нахождения атома растворителя у на расстоянии z от плоскости молекулы растворенного вещества в цилиндрическом объеме радиуса R [6]. Предложена расчетная схема для определения ЦФР в рамках 3D-RISM подхода. Для этого необходимо перевести ПФР в цилиндрическую систему координат g""(r) => (z,R,0), а затем

усреднить ПФР по переменным в и R: (^Г (-,/>■,£>))„„,,, = ■ ЦФР позволяют

рассчитать число гг-координированных молекул воды и число Н-связей, образованных этими молекулами с ароматическим кольцом молекулы растворенного вещества.

В пятой части проведена оценка корректности расчетов. Оценка производилась путем сопоставления с экспериментальными данными рассчитанных методом 1D-RISM свободных энергий гидратации исследуемых биомолекул, а также констант ионизации для реакций протонирования/депротонирования метиламин метиламмоний,

уксусная кислота <=> ацетат-ион, ПАБК <=> ПАБК. Показано удовлетворительное согласование с литературными данными, что свидетельствует о достоверности и надежности получаемых методом RISM результатов.

В главе 3 обсуждаются результаты исследований структурных особенностей гидратации Gly-ZW и его структурных фрагментов в воде, а также особенности гидратации и ион-молекулярного комплексообразования Gly-ZW в водных растворах NaCl и КС1.

В разделе 3.1 подробно анализируются ПКФ, рассчитанные методом 1В-ТШМ для водных растворов метиламина (СН3>1Н2) и иона метиламмония (СН3>Ш3 ), и обсуждается влияние реакции протонирования на гидратную структуру СН3№Г3 . На рис. 1 в качестве примера приведены ПКФ (г) (а) и По полученным

данным (табл. 1), протежирование СН3Тч1Н2 приводит к сокращению расстояний между атомами метильной группы и окружающими ее молекулами воды (-СН3-\\0, к увеличению расстояний между атомами Н группы МН3+ и атомами О молекул воды (Н!Ч|| -Ода), а также к уменьшению расстояний между атомом азота группы №13+ и атомами кислорода молекул воды -О

В первой гидратной сфере -СН3 группы в растворах СН3>1Н2 и СН3ЫН3+ находится 14.4 и 12.7 молекул воды соответственно. Число Н-связей, формируемых группой 1ЧН2, составляет -2.36, а группой -ЫН3+ - 3. Таким образом, в результате протонирования метиламина наблюдается усиление Н-связывания молекул воды с группой -Т\ГН3+ иона метиламмония, причем только за счет Н-связывания с атомами водорода группы. Н-связывание атома азота группы -ЫН3+ с молекулами воды отсутствует (Рис. 1, на

Таблица 1. Структурные парамегры растворов метиламина и иона метиламмония. Обозначения'. V/ -молекула воды, Н„ и Нт - атомы водорода амино- и метильной групп соответственно. В скобках указаны литературные данные.

Гсоч • ,,м инто№ '"нто№' нм '*МО\у ' нм инао№ >нао№ • нм

СН,1ЧН2-Н,0

14.4 0.323 2.24 0.248 6.85 0.305 (0.310 [7]) 1.34(1.2 [12]) 0.173 (0.185 [8]) 0.51 (0.5 [9]) 0.180 (0.185 [81)

Полное число Н-связей 2.36 (2.51 [12])

сн,ын, н,о

12.7 0.318 (0.325 [10]) 1.91 0.233 5.58 (5.6 [10]) 0.288 (0.290 [111) 0.363 1.0 (1.2[10],1.0[11]) 0.185

gm (г) отсутствует характерный для Н-связи пик при /=0.17-0.18 нм), т.е. атом водорода молекулы воды, участвовавший в Н-связывании с атомом азота в растворе метиламина, в растворе метиламмония принадлежит группе -ИН3+.

В разделе также обсуждаются возможные пути образования Н-связей между аминогруппой исследованных соединений и растворителем. Полученные параметры гидратации удовлетворительно согласуются с литературными данными (Табл. 1).

В разделе 3.2 дан анализ ПКФ, рассчитанных методом Ш-ЫБМ для водных растворов уксусной кислоты (СН3СООН) и ацетат-иона (СН3СОО~), и обсуждение влияния реакции депротонирования на гидратную структуру ацетат-иона. На рис. 2, 3 в качестве примера приведены ПКФ, характеризующие гидратацию карбоксильной группы.

а б

Рис 1. ПКФ (г) (а) и (г) (б) водных растворов метиламина (/) и метиламмония (2).

Рис 2. ПКФ g0l0wM(l), ?o,„wM(2) («). io.o.M С).

&o,hw (г) (2) (б) водного расггвора уксусной кислоты, и gQ Q (г) (1) Ш а.г ».4 »* .»л.» «.и ».! ... ... 0.0 0.2 0.4 о.ь олг.нм g (/•) (2) водною раствора ацегат-

иона. Сайты О] и О.- эквивалентны.

Депротонирование уксусной кислоты приводит (табл. 2) к сокращению расстояний между атомами карбоксильной группы и окружающими ее молекулами воды (-СОСГ - W), к увеличению расстояний между атомом углерода метальной группы и атомами О молекул воды (С_сн -Ow), а также к уменьшению расстояний между атомом С метальной группы и атомами Н молекул воды (C_CHj — Hw) и между атомами Н метальной группы и окружающими их молекулами воды (Н_сн - W). ГЧ

группы -СН3 увеличивается от 8.9 в растворе уксусной кислоты до 10 в растворе ацетат-иона. Число Н-связей, формируемых группой -СООН, составляет -2.5, а группой -СОСГ - 6. Таким образом, в результате депротонирования уксусной кислоты происходит усиление Н-связывания молекул воды с -СОСГ группой ацетат-иона, которое должно сопровождаться переориентацией молекул растворителя вокруг -СОО~ группы.

Таблица 2. Структурные параметры водных растворов уксусной кислоты и ацетат-иона. Обозначения: Ш -молекула воды, Н4 - атом водорода карбоксильной группы уксусной кислоты, О, и О, - атомы кислорода карбоксильной группы. В скобках указаны литературные данные.

«C0W tow•нм "o2IIw tbHw.™ "o,llw >OiHw . нм «II4Ow JH4Ow .нм "o,ow rO|Ow . нм "o2ow t>2ow .HM

сн,соон-н,о

8.9 0.323 1.44(1.5 [13]) 0.168 (0.178 [13]) 0.42 0.175 (0.180Г131) 0.63 0.178 (0.170[13Т) 6 0.300(0.300 [13]) 6.5 0.295 (0.285 [13])

Общее число Н-связей 1.05 (1.0 [13])

СНзСОО -Н20

10(9.8 [13]) 0.353 3 0.170 (0.170 [131) 3 0.170 {0. ] 70 f 141) 6 0270(0265 [13]) 6 0.270(0.265 [131)

Примечание: атомы О] и О. группы -COO ацетат-иона -эквивалентные, поэтому в данном случае «о,н, = > 'о.н. = 'о.н. . Яо,о„ = "(1.0». > »0,0. = ro,ow •

Рассматривается предположение о частичном обобществлении молекул воды атомами кислорода карбоксильной группы. Проведенное в разделе сравнение полученных данных с литературными показывает их удовлетворительное согласование (Табл. 2). Раздел 3.3 представлены результаты исследования методами 1D- и 3D-RISM Gly-ZW в воде. Раздел включает в себя подробный анализ рассчитанных ПКФ и ПФР. По полученным данным (табл. 3), в ближнем окружении -NH3+-rpynnbi находится ~5 молекул воды на расстоянии 0.285 нм, из них ~2 молекулы воды Н-связаны с группой. Н-связывание атома азота группы -NH3+ с молекулами воды отсутствует (на gNH (г)

отсутствует характерный для Н-связи пик при г= 0.17-0.18 нм). В ближнем окружении -СОО~ группы находится ~6 Н-связанных молекул воды на расстоянии 0.290 нм, в ближнем окружении -СН2 группы - ~6 молекул воды на расстоянии 0.323 нм.

Таблица 3. Структурные параметры гидратации Gly-ZW (NH,'CH,COO ) в воде (W)

Параметр Группа

-NH, -СОО -СН,

среднее ГЧ, расстояние (нм) 5.1 r(NNm+-Ow)~0.285 6.3 r(0coo.-0w)~0.290 6.3 KCCm-Ow)~0.323

число Н-связей, расстояние (нм) 2.3 KHNm,-Ow)~0.183 6.8 r(0Coo--Hw)~0.160 2.36 KHCH2-OW)~0.240

На рис. 4 показаны ПФР атомов О и Н молекул воды вокруг Gly-ZW. Области 10, П0, III, | и IV,, соответствуют наиболее вероятному расположению атомов О и Н молекул воды относительно -NH3" группы. Как видно из рис. 4, молекулы воды ориентированы к атомам водорода -NH3+ группы атомами кислорода, что предполагает образование Н-связей между ними. Распределение атомов Н молекул воды вблизи атома азота группы отсутствует. Таким образом, согласно 3D-RISM результатам, как и по 1D-RISM результатам, только атомы Н аминогруппы Gly-ZW способны к образованию Н-связей. Области 1,1( Пн и Ш0 показывают наиболее вероятное расположение атомов О и Н молекул воды относительно -СОО~ группы. Из рис. 4 следует, что молекулы воды ориентированы к -СОО группе атомами водорода, что предполагает образование Н-связей между ними.

Рис. 4. ПФР атомов О, g0)y^v(r)

(красные области), и атомов Н, £01 llw(r)

(белые области), молекул воды вокруг Gly-ZW. Изоповерхности ПФР: («)g01,0w(r)=3.5,goiyflw(r)=3.2;

(6)

= 3.0,

= 1.8.

ПГЧ Gly-ZW составляет -17.3, что близко к сумме парциальных ГЧ (-17.7) функциональных групп глицина, полученных методом 1D-RISM (Табл. 3). Таким образом, результаты 3D-RISM подхода подтверждают результаты 1D-RISM подхода.

В разделе 3.4 приведены результаты исследования методами 1D- и 3D-RISM влияния добавок соли на параметры гидратации Gly-ZW в водных растворах NaCl (0.5-5 М) и КС1 (0.5-3 М). Согласно полученным данным, увеличение содержания соли в системах Gly-ZW-раствор NaCl/KCl не оказывает значительного влияния на поведение ПКФ ga/j (г), что свидетельствует об отсутствии существенных изменений гидратной структуры Gly-ZW. При концентрировании водно-солевого раствора наблюдается незначительное уменьшение ГЧ как самого Gly-ZW (-9%), так и его функциональных групп (не более чем на -10%). Наибольшее влияние добавка соли оказывает на число Н-связей, образуемых группами -NH3 и -СОО , максимальное уменьшение которого составляет -13%.

Раздел_3^5 посвящен исследованию особенностей ион-молекулярного

комплексообразования Gly-ZW с неорганическими ионами в водных растворах NaCl (0.5-5 М) и КС1 (0.5-3 М) на основе ПСС, рассчитанных методом 3D-RISM. Анализ ПСС Gly-ZW-неорганический ион позволяет установить вероятность образования и стабильность ион-молекулярного комплекса, определяемых глубиной первого минимума ПСС. На рис. 6 в качестве примера приведены ПСС Gly-ZW-Na+/Cr в растворах NaCl (0.5 М, 1.5 М, 5 М).

т ■1 Ii

5 М NaCl(aq)

щ и • 1

Рис. 5. ПСС 01у-г\У-№' (верхний ряд) и ПСС 01у-(нижний ряд) в водных растворах ЫаС1. Кружком отмечено

наиболее вероятное

местоположение неорганического иона.

В системах Gly-ZW-водный раствор NaCl/KCl (рис. 5, табл. 4) возможно формирование комплексов (-COCT:Na+/K+)aq и (-NH3+:COaq. Причем стабильность комплекса (-COCT.Na+)aq > чем комплекса (~COCT:K+)aq при любой концентрации соли (NaCl, KCl), а стабильность комплексов (-NH3+:Cr)aq в растворах NaCl, KCl почти одинакова. С ростом содержания соли в системе величина ПСС любого из комплексов (энергия комплексов), уменьшается (табл. 4), что свидетельствует об уменьшении их стабильности при концентрировании растворов. Таким образом, стабильность комплексов зависит как от природы иона, так и от концентрации соли в растворе.

Было установлено, что структурный механизм образования комплексов зависит от концентрации раствора. В системах с наименьшей концентрацией соли (0.5 М NaCl/KCl) ион Na+/K+ образует комплекс (-COCT:Na+/K+)aq встраиваясь между атомами кислорода группы -COO" (рис. 5). С ростом концентрации соли механизм образования комплекса меняется: ионы Na+ и К+ формируют комплексы с группой -СОСГ через атом О, ближайший к аминогруппе. Изменение механизма происходит в растворе NaCl при с=1.5 М (рис. 5), а в растворе KCl - при с=3 М. Ион СГ в системах с наименьшей концентрацией соли (0.5 М NaCl/KCl) образует комплекс (-NH3+:Cr)aq через атом водорода группы -NH3+,

Табл. 4. Минимальные значения ПСС и соответствующие им максимальные значения ПФР для Иу-в водных оаствооах №С1 и КС1 различных концентраций.

Комплекс Концентрация раствора

0.5 М КОМ 1.5 М 2.0 М 3.0 М 5.0 М

NaCl(aq)

(-СОО :Na ),q nccmin, ккал/моль 1.48 1.42 1.39 1.36 1.33 1.28

ПФР„» 12.31 11.11 10.44 10.02 9.43 8.69

(-MV .с\-)щ nCCmin, ккал/моль 1.33 1.28 1.26 1.24 1.22 1.19

ПФР™ 9.50 8.69 8.37 8.14 7.82 7.52

KCl(aq)

(-СОО : К )„„ ПСС„:„, ккал/моль 1.26 1.20 1.15 1.12 1.12 -

ПФРта, 8.44 7.54 6.99 6.63 6.61 -

(-NH3 :СГ)Ч nCCmin- ккал/моль 1.32 1.27 1.24 1.22 1.20 -

ПФРт» 9.38 8.57 8.13 7.88 7.57 -

наиболее удаленный от -СОСГ группы (рис. 5). При с = 1.5 М NaCI/KCl механизм образования данного комплекса также меняется: СГ формирует комплекс с -NH3+ группой через атом Н, ближайший к карбоксильной группе (рис. 5).

Изменение механизма образования комплексов связано с уплотнением структуры раствора, вызванным ростом содержания соли в системе и приводящим к возможности образования ионной пары Na+-Cl" в растворах NaCl при с > 1.5 М и ионной пары К+-СГ в растворах KCl при с =3 М, когда Na+/K+ смещается к атому О группы -СОО~, ближайшему к аминогруппе, а СГ смещается к атому Н группы -NH3+, ближайшему к карбоксильной группе. С ростом концентрации соли в системах возникает конкуренция между процессами ионной ассоциации и ион-молекулярного комплексообразования. Усиление влияния полей противоположно заряженных неорганических ионов, приводящее к возможности образования ионной пары, обусловливает уменьшение энергии комплекса Gly-ZW-неорганический ион, и следовательно, уменьшение его стабильности (табл. 4).

В главе 4 приведены результаты исследований гидратной структуры ПАБК и ее структурных фрагментов в воде, а также особенности гидратации и ион-молекулярного комплексообразования ПАБКГ в водных растворах NaCl и KCl.

В разделе 4.1 представлены данные методов 1D- и 3D-RISM для водных растворов анилина и бензойной кислоты. ПГЧ анилина и бензойной кислоты составляет -26 и 28.4 соответственно. На основе анализа ПКФ были установлены структурные параметры гидратации аминогруппы анилина и карбоксильной группы бензойной кислоты (табл. 5). Согласно полученным данным, в ближнем окружении -NH2 группы анилина находятся 6.7 молекул воды на расстоянии 0.303 нм. Все атомы аминогруппы образуют Н-связи с молекулами воды, что подтверждается 3D-RISM ПФР, демонстрирующими распределение соответствующих атомов молекул воды вблизи атомов Н и N группы (рис. 6а). Общее число Н-связей группы -NH2 молекулы анилина составляет -1.84. Гидратная оболочка -СООН группы бензойной кислоты содержит 6.3 молекулы воды, находящихся около карбонильной (С=0) группы, и 6.1 молекул воды, находящихся около гидроксильной (-ОН) группы. Обшее число Н-связей, образуемых карбоксильной группой, составляет 2.85. Пространственное распределение молекул воды вблизи -СООН группы (рис. 66) соответствует I D-RISM-результатам, показывающим более высокую вероятность образования Н-связей атомов Н и О, группы -СООН с молекулами воды (табл. 5).

Структурные особенности гидратации фенильной группы анилина и бензойной кислоты обсуждаются на основе анализа ПФР и ЦФР (рис. 6). Для обеих систем обнаружено присутствие молекул воды над и под плоскостью фенильного кольца на

Таблица 5. Структурные параметры гидратации аминогруппы анилина и карбоксильной группы бензойной кислоты в воде (Ш).

Аминогруппа анилина Карбоксильная г руппа бензойной кислоты

г, нм п г, нм n

rNOw = 0.300 (0.293 [15]) «NOw = 6-™ Ъ.О» = wO,Ow =6.12 (5.8 [16])

rNHw =0.175 (0.180 [15]) «NHw = О'76 (1.0 [15]) >b3Ow = О-2« "0,0w =6.30 (7.0 [16])

r0jHw =0.175 rÜ2 Hw =0.165 r\\ Ow =0.168 "o,Hw=0-44, «o2Hw = '-53, "H OW =0.88, и101 = 2.85 (3.0 [16])

>H.NH2Ow =0.178 «H.nh2OW =°-54 (0.6 [15])

расстоянии -0.3 нм от центра кольца, образующих ^-комплексы с кольцом, что согласуется с имеющимися литературными данными [15,17,18]. Для анилина количество лг-координированных молекул воды ия_0ш=1-16, число Н-связей тг-типа =0.66, что согласуется с данными МД-моделирования водного раствора анилина [15], где было найдено и^0„=1.5 и =0.6. Для бензойной кислоты число к-

координированных молекул воды, = число Н-связей лг-типа =0.4.

Сравнение полученных данных показывает, что способность анилина образовывать Н-связи с молекулами воды через ароматическое кольцо выше, чем у бензойной кислоты.

Рис. 6. (а) Раствор анилина (А). Слева: ЦФР, g„.0„(z)„ и g„.H„(z)*' М0ЛСКУЛ В°ДЫ в т-области кольца. Справа: Изоповсрхности ПФР gMw (г)=3.5 (красные), gA.Hw (г)=3.5 (белые), gA.Hw (г) = 1.7 (голубые); (б) Раствор бензойной кислоты (БК). Слева: ЦФР. glrJOw (г)„ и g,Ji>v (Z)R, молекул воды в лг-области кольца. Справа: Изоповсрхности ПФР (г)=3.5 (красные), gEK.Hw (г)=3.0 (белые), gEK.Hw (г)=1.7 (голубые).

В разделе 4.2 представлены результаты исследования методами 1D- и 3D-RISM гидратной структуры ПАБК и ПАБКГ (рис. 8) в воде. Раздел включает в себя анализ рассчитанных ПКФ, ПФР и ЦФР, на основе которых были определены структурные параметры гидратации ПАБК и ПАБКГ (табл. 6). По полученным данным, первая гидратная сфера ПАБК и ПАБКГ содержит -28.4 и 27.2 молекулы воды соответственно. В ближнем окружении аминогруппы ПАБК и ПАБК~ присутствует соответственно -6.6 и -7 молекул воды на расстоянии -0.3 нм. Все атомы аминогруппы образуют Н- связи с

у \ J молекулами воды. Общее число Н-

"Ч /р^__/7 связей, образуемых аминогруппой,

"/l составляет -1.8 для ПАБК и -1.9 для

н; .ПАБКГ. Таким образом,

а о

Рис. 8. Схематическое представление молекулы депротонирование не оказывает ПАБК (а) и аниона ПАБК (б) с нумерацией атомов. значительного влияния на гидратную структуру аминогруппы. Первая сфера -СООН группы содержит 6.3 молекулы воды вблизи карбонильной группы и 6.1 молекулы воды вблизи гидроксильной группы. Эти результаты близки к результатам, полученным для -СОО~ группы, согласно которым каждый из атомов О группы -СОО~ окружен -6 молекулами воды. Однако число Н-связей с молекулами воды, образуемых группой -СООН, составляет -2.9, тогда как -СОО группа образует -5.5 Н-связей. Таким образом, депротонирование значительно усиливает (~ в 2 раза) Н-связывание карбоксильной группы с растворителем, что должно сопровождаться значительной переориентацией молекул воды в ближнем окружении группы.

Результаты метода 1D-RISM подтверждаются 3D-RISM результатами (рис. 9): 1) из ПФР 2 (г) видно, что распределение атомов О молекул воды существует

ПАБК/ПАБК -Ow V / ' '

около всех атомов аминогруппы, 2) как результат депротонирования ПАБК, на ПФР

Таблица 6. Структурные параметры гидратации ПАБК и ПАБК в воде (\У). Нумерация атомов соответствует рис. 8.

ПАБК | ПАБК

Аминогруппа (1 Г)-К15М)

rN,Ow = °-300 нм rN|Hw =0.175 нм 4,,Ow = 0175 нм %,Ow = 656 "N,Hw = °-67 "H,5Ow = °-57 rN,Ow = °-303 HM 'N.Hw =0-175 hm ''H,4Ow=0180™ "N,Ow = 702 %,Hw = 1-09 "H3,40w =0'42

Карбоксильная г pynna (1D-R1SM)

rO,Ow = 0 298 нм "0,0w=6-12 'buOw=0-293 ™ "0,,0w=5.99

r020w = 0295 ™ и0з0„=б.зо

rO,Hw -°175 НМ «O,Hw=0-45 Vw30'158™ «OuHw=2-74

r0jHw =0.165 нм "o,Hw = l-60

Фепильная группа (3D-RISM)

Над плоскостью ароматического кольца

",T-Ow =0-60 Vow = 0.300 HM «т-Ow = 0.58

rR_Hvi =0.15-0.22 нм ",-Hw =0-19 Гж-Ш =°-l75 ™ «^-Hw = 029

Под плоскостью ароматического кольца

= 0.300 нм ",-Ow = 0-59 'i-Ow = 0-300 ™ ",-Ow = 0-59

r^-Hw =0.15-0.22 нм "я-Hw =0.19 VHw =0175 ™ «,-Hw = 0-25

&11абк hw (г) присутствует лишь область Пп (рис. 96), демонстрирующая практически

однородное распределение атомов Н вокруг -СОО группы. ПСС в данной области составляет 1.03 ккал/моль, что практически в 2 раза превышает аналогичное значение для ПАБК (0.52 ккал/моль для области Пи, рис. 9а). Это свидетельствует о том, что ионизация значительно усиливает Н-связывание карбоксильной группы. Для обеих систем ПФР показывают (рис. 9) распределение молекул воды над и под плоскостью ароматического кольца на расстоянии 0.3 нм от его центра. Количество гг-координированных молекул воды, определенных из ЦФР , составляет ~1.2 (по -0.6 молекулы

воды с каждой стороны кольца) (табл. 6). Из них лишь 0.35 молекул образуют Н-связи с к-областью ПАБК, и 0.54 молекул с образуют Н-связи с 7г-областью ПАБК", что свидетельствует об усилении (~в 1.5 раза) Н-связывания между атомами Н молекул воды и ароматическим кольцом в результате депротонирования ПАБК.

В разделе 4.3 приведены результаты исследования методами 1D- и 3D-RISM влияния добавок соли на параметры гидратации ПАБК~ в водных растворах NaCl (0.5-5 М) и КС1 (0.5-3 М). Раздел включает в себя анализ ПКФ и ЦФР. По полученным данным, увеличение концентрации соли в системах не приводит к значительным изменениям поведения ПКФ и

Рис. 9. ПФР атомов молекул воды вокруг ПАБК (а) и ПАБК (б). Изогюверхности ПФР е (г) =3.5 (красные) и

° ПАБК/ПАБК -О ш V ' 41 '

V (г) =2.1 (белые).

ЦФР, что свидетельствует об отсутствии существенных изменений гидратной структуры ПАБК. Изменения ГЧ и числа Н-связей не превышают 5% и 12% соответственно.

Раздел 4.4 посвящен исследованию особенностей ион-молекулярного комплексообразования ПАБК~ с неорганическими катионами в водных растворах NaCl (0.55 М) и (0.5-3 М) KCl на основе анализа ПСС, рассчитанных методом 3D-RISM. В качестве примера на рис. 10 приведены ПСС ПАБК"-К+ в водных растворах KCl (0.5 М, 3 М). По

полученным данным (рис. 10, табл. 7), в системах ПАБЬС-раствор NaCl/KCl возможно формирование комплексов (-COCT:Cat+)aq, Cat+=Na+, К+. Как и в случае с Gly-ZW, стабильность комплекса выше

стабильности комплекса ( COCT:K')!lq при любой концентрации соли (NaCl, KCl) (табл. 7), причем величина ПСС комплексов с ростом содержания соли в системе уменьшается (табл. 7), что свидетельствует об уменьшении их стабильности при концентрировании растворов. Таким образом, стабильность комплексов зависит от природы иона и концентрации раствора. В отличие от систем с Gly-ZW, в системах ПАБКГ-водный раствор NaCl/KCl концентрации раствора не влияет на структурный механизм образования комплексов (-COO^Cat4)^ (рис. 10). Во всем концентрационном диапазоне растворов ион Na+/K+ образует комплекс (-COO^NaVK^aq встраиваясь между атомами О группы -СОО".

Таблица 7. Минимальные значения ПСС и соответствующие им максимальные значения ПФР для ПАБК в водных растворах ЫаС1 и КС1 различных концентраций._

Комплекс Концентрация раствора

0.5 М 1.0М 1.5 М 2.0 М 3.0 М 5.0 М

NaCl(aq)

(-СОО :Na,)aq nCCmin» ккал/моль 1.78 1.70 1.65 1.61 1.55 1.47

ПФР,„„ 20.23 17.77 16.28 15.21 13.74 11.92

KCl(aq)

(-СОО :К4)а<, nccmin, ккал/моль 1.56 1.47 1.41 1.37 1.33 -

ПФРтах 14.02 12.06 10.93 10.17 9.43

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработана программа, реализующая модифицированную схему расчета в модели Ш-БЖМ структурных и термодинамических характеристик сольватации многоатомных молекул с произвольной геометрией в произвольном многокомпонентном растворителе.

2. В рамках ЗБ-ЫЗМ приближения разработаны расчетные схемы для определения

• полного гидратного числа молекулы сложной несимметричной формы при помощи аппроксимации первой гидратной сферы замкнутой произвольной поверхностью,

• структурных параметров ^-координации растворителя (числа ^-координированных молекул и числа Н-связей лт-типа) вокруг ароматических молекул на основе цилиндрических функций распределения, что позволяет описывать аксиальное распределение растворителя около плоских поверхностей молекул (в частности, над и под плоскостью колец).

0.5 М KCl 3 М KCl

Рисунок 10. ПСС ПАБК-К . Кружком отмечено наиболее вероятное положение неорганического катиона.

3. Методом ИУ в 1D-/3D-RISM приближениях получены структурные и термодинамические характеристики гидратации Gly-ZW, ПАБК, ПАБКГ, их структурных фрагментов (метиламина, иона метиламмония, уксусной кислоты, ацетат-иона, анилина и бензойной кислоты) в воде, а также структурные параметры гидратации Gly-ZW и ПАБКГ в водных растворах NaCl (0.5-5 М) и КС1 (0.5-3 М).

4. На основе полученных данных определены следующие структурные особенности гидратации Gly-ZW, ПАБК и ПАБК":

• ПГЧ Gly-ZW составляет ~17. При этом в ближнем окружении -ЬГНз+-группы находится ~5 молекул воды, две из которых Н-связаны с группой; в ближнем окружении -СОСГ группы находится ~6 молекул воды, Н-связанных с группой; в ближнем окружении -Oh группы присутствует ~6 молекул воды;

* в первой гидратной сфере ПАБК и ПАБК" находятся ~28 и ~27 молекул воды соответственно, с присутствием над и под плоскостью фенилъного кольца п-координированных молекул воды, часп> из которых образует с кольцом лг-комплекс. Депротонирование ПАБК не приводит к изменениям гидратной структуры аминогруппы, но вызывает усиление Н-связывания карбоксильной группы с молекулами воды (~в 2 раза) и Н-связывания (по лг-типу) фенилъного кольца с атомами водорода молекул воды (~в 1.5 раза).

5. Показано, что в системах Gly-ZW-водный раствор NaCl/KCl формируются комплексы (-COO":Na+/K+)aq и (-ЫН3+:СПаг а в системах ПАБЬГ-водный раствор NaCl/KCl -комплексы Определено, что стабильность комплексов зависит как от природы ионов, так и от содержания соли в системах.

6. Установлены структурные механизмы ион-молекулярного комплексообразования в системах Gly-ZW/TLAE>IO-Bo1nHbrii раствор NaCl/KCl. Показано, что в отличие от механизма комплексообразования в системах ПАБКГ-раствор NaCl/KCl, механизм образования комплексов в системах Gly-ZW-раствор NaCl/KCl зависит от концентрации соли в растворе. Определено, что изменение механизма образования комплексов с Gly-ZW при концентрировании водно-солевых растворов связано с уплотнением структуры раствора, вызванным ростом содержания соли в системе и приводящим к возможности образования ионных пар Na+-Cl~, К+-С1~.

Список цитируемой литературы.

1. Chandler D., Andersen Н. С. Optimized Cluster Expansions for Classical Fluids. H Theory of Molecular Liquids // J. Chem. Phys. -1972. - N 5. - p. 1930.

2. Kovalenko A., Hiiata F. Self-consistent description of a metal-water interface by the Kohn-Sham density functional theory and the three-dimensional reference interaction site model // J. Chan. Phys. -1999. - N 20. - p. 10095.

3. Molecular Theory of Solvation / F. Hirata. - Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, 2003. - 360 p.

4. Kovalenko A., Ten-no S., Hirata F. Solution of three-dimensional reference interaction site model and hypemetted chain equations for simple point charge water by modified method of direct inversion in iterative subspace // J. Comput. Chem. - 1999. — N 9. - p. 928.

5. Case D.A., Cheatham Т., Darden Т., Gohlke H., Luo R., Merz K.M. Jr., Onufriev A., Simmerling C., Wang В., Woods R. The Amber biomolecular simulation programs // J. Computat. Chem. - 2005. - N 16. - p. 1668-1688. (http://www.ambermd.org)

6. Plugatyr A., Nahtigal L, Svishchev I. M. Spatial hydration structures and dynamics of phenol in sub- and supercritical water // J. Chem. Phys. - 2006. - N 2. - p. 024507.

7. Kawata М., Ten-no S., Kato S., Hirata F. Irregular Order in Basicities of Methylamines in Aqueous Solution: A RISM-SCF Study//J. Am. Chem. Soc. -1995. -N 5. -p. 1638-1640.

8. Dunn III W. J., Nagy P. I. Monte Carlo studies on aqueous solutions of methylamine and acetonitrile: hydration of sp3 and sp nitrogen // J. Phys. Chem. - 1990. - N 5. -p. 2099-2105.

9. Meng E. C., Caldwell J. W., Kollman P. A. Investigating the Anomalous Solvation Free Energies of Amines with a Polarizable Potential // J. Phys. Chem. -1996. - N 6. - p. 2367-2371.

10. Meng E. C., Kollman P. A. Molecular Dynamics Studies of the Properties of Water around Simple Organic Solutes // J. Phys. Chem. - 1996. - N 27. - p. 11460-11470.

11. Hesske H., Gloe K. Hydration Behavior of Alkyl Amines and Their Corresponding Protonated Forms. 1. Ammonia and Methylamine // J. Phys. Chem. A - 2007. -N 39. - p. 9848-9853.

12. Rizzo R.C., Jorgensen W.L. OPLS All-Atom Model for Amines: Resolution of the Amine Hydration Problem // J. Am. Chem. Soc. 1999. - N 20 - p. 4827-4836.

13. Gao, J. Comparison of the hybrid АМ1ЛТРЗР and the OPLS functions through Monte Carlo simulations of acetic acid in water// J. Phys. Chem. -1992. -N15. -p. 6432-6439.

14. Jorgensen W. L., Gao J. Monte Carlo simulations of the hydration of ammonium and caiboxylate ions//J. Phys. Chem. - 1986.-N 10. - p. 2174-2182.

15. Plugatyr A., Svishcbev L M. The hydration of aniline: Analysis of spatial distribution functions // J. Chem. Phys. -2006. - N11. -p. 114509(1-9).

16. Sagarik K, Rode В. M. Intennolecular potential for benzoic acid-water based on the test-particle model and statistical mechanical simulations of benzoic acid in aqueous solutions // Chem. Phys.-2000.-N 1-2.-p. 159-182.

17. Raschke T.M., Levitt M. Detailed Hydration Maps of Benzene and Cyclohexane Reveal Distinct Water Structures // J. Phys. Chem. В - 2004. - N 35. - p. 13492-13500.

18. Allesch M., Schwegler E., Galli G. Structure of Hydrophobic Hydration of Benzene and Hexafluorobenzene from First Principles // J. Phys. Chem. В - 2007. - N 5. - p. 1081-1089.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В РАБОТАХ:

1. Федотова М. В., Кручинин С. Е. К вопросу о расчете свободной энергии ионной гидратации в рамках теории RISM // Известия Академии наук. Серия химическая. - 2 011. - № 2. - С 218.

2. Fedotova М. V., Kruchinin S. Е. Hydration of acetic acid and acetate ion in water studied by 1D-RISM theory // Journal of Molecular Liquids. - 2011. -N 1. - p. 201.

3. Федотова M. В., Кручинин С. E. Структурные параметры гидратации цвитгер-иона глицина по данным метода интегральных уравнений в приближении RISM // Журнал физической химии. — 2012. - № 12. - С. 1968.

4. Федотова М. В., Кручинин С. Е. Структурные и термодинамические характеристики гидратации метиламина и иона метиламмония по данным метода интегральных уравнений в приближении RISM // Известия Академии наук. Серия химическая. - 2012. - № 2. - С. 240.

5. Fedotova M.V., Kruchinin S.E. 1D-RISM study of glycine zwitterion hydration and ion-molecular complex formation in aqueous NaCl solutions // Journal of Molecular Liquids.-2012. -VoL 169.-p. 1.

6. Fedotova M. V., Kruchinin S. E. The hydration of aniline and benzoic acid: Analysis of radial and spatial distribution functions // Journal of Molecular Liquids. - 2013. - Vol. 179 (March). - p. 27.

7. Fedotova M. V., Kruchinin S. E. Hydration of para-aminobenzoic acid (PABA) and its anion - The view fiom statistical mechanics // Journal of Molecular Liquids. - 2013. -VoL 186 (October).- p. 90.

8. Кручинин С. E. Модифицированная атом-атомная схема расчета структурных и термодинамических параметров сольватации многоатомных молекул с произвольной геоме1рией. - Тезисы докладов V Региональной конференции молодых ученых

«Теоретическая и экспериментальная химия жидкофазных систем» (Крестовские чтения). -Иваново, 2010. - С. 85-86.

9. Fedotova М. V., Kruchinin S. Е. Modeling of Ion Effects on Bioactive Compounds by the Integral Equation Theory. - Тезисы докладов The workshop "Solvation of bioactive compounds: bridging theory, computation and experiment". - Leipzig, Germany, 2010. - P. 56-57.

10. Fedotova M. V., Kruchinin S. E. On the Calculation of Thermodynamic Characteristics of Ion Hydration in the Framework of RISM Approach. - Тезисы докладов The Trilateral Seminar "Solvation in Complex Liquids: Bridging Length Scales by Theory and Experiment". - Leipzig, Germany, 2010. - P.84-85.

11. Fedotova M. V, Kruchinin S. E. On the Calculation of Structural and Thermodynamic Characteristics of Ion Hydration in the Framework of RISM Approach. - Тезисы докладов EMLG/JMLG Annual Meeting "Complex Liquids: Modem Trends in exploration, understanding and application". - Lviv, Ukraine, 2010. - P.88-89.

12. Fedotova M. V., Kruchinin S. E. Hydration of acetic acid and acetate ion in water studied by 1D-RISM theory. - Тезисы докладов EMLG/JMLG Annual Meeting 2011 "New outlook on molecular liquids from short scale to long scale dynamics ". - Warsaw, Poland, 2011. - P. 72.

13. Кручинин С. E., Федотова М В. Особенности гидратации глицина в воде и физиологическом растворе. - Тезисы докладов XI международной конференции "Проблемы сольватации и комплексообразования в растворах". - Иваново, 2011. - С. 99.

14. Кручинин С. Е., Федотова М. В. Влияние реакции протонирования-депротонирования на гидратацию метиламина и уксусной кислоты. - Тезисы докладов XI международной конференции "Проблемы сольватации и комплексообразования в растворах". - Иваново, 2011.-С. 123.

15. Кручинин С. Е., Федотова М. В. Гидратная структура цвиттер-иона глицина в воде и водных растворах NaCl и КС1. - Тезисы докладов VI конференции молодых ученых «Теоретическая и экспериментальная химия жцдкофазных систем». - Иваново, 2011. - С. 77.

16. Кручинин С. Е., Федотова М. В. Структурные и термодинамические параметры гидратации анилина и бензойной кислоты по данным метода RISM-интегральных уравнений. — Тезисы докладов XVI Симпозиума по межмолекулярному взаимодействию и конформациям молекул. Иваново, 2012. - С. 67.

17. Fedotova М. V., Kruchinin S. Е. The Hydration of Aniline and Benzoic Acid: Analysis of Radial and Spatial Distribution Functions. - Тезисы докладов EMLG/JMLG Annual Meeting 2012 "Molecular association in fluid phases and at fluid interfaces". - Eger, Hungary, 2012. - P. 60.

18. Fedotova M V., Kruchinin S. E. 3D-RISM Study of Ion-Molecular Complex Formation of Glycine Zwitterion with Inorganic Ions in Biologically Relevant Aqueous Electrolyte Solutions. -Тезисы докладов EMLG/JMLG Annual Meeting 2012 "Molecular association in fluid phases and at fluid interfaces". - Eger, Hungary, 2012. - P. 61.

19. Kruchinin S. E., Fedotova M. V. The hydration of para-aminobenzoic acid: Analysis of Radial and Spatial Distribution Functions. - Тезисы докладов VH Международной научной конференции "Кинетика и механизм кристаллизации. Кристаллизация и материалы нового поколения". - Иваново, 2012. - С. 271.

Подписано в печать 14.11.2013. Формат 60x84 . Печать плоская. Усл. печ. л. 1.0. Тираж 80 экз. Заказ № 253т.

Изд. Лицензия ЛР № 010221 от 03.04.1997

Отпечатано в ОАО «Издательство «Иваново». 153012, г. Иваново, ул. Советская, 49. Тел.: 32-47-43,32-67-91. E-mail: riaivan37@mail ju