Квантово-химическое моделирование комплексов включения циклодекстринов с аренами, способных к изменению люминесцентных свойств под воздействием третьих компонентов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.04 ВАК РФ

На правах рукописи

Рудяк Владимир Юрьевич

КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КОМПЛЕКСОВ ВКЛЮЧЕНИЯ ЦИКЛОДЕКСТРИНОВ С АРЕНАМИ, СПОСОБНЫХ К ИЗМЕНЕНИЮ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ СВОЙСТВ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ТРЕТЬИХ КОМПОНЕНТОВ

02.00.04 - физическая химия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации иа соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

? 0 Шй 20Ш

Черноголовка -2010

004602409

Работа выполнена в Учреждении Российской Научный руководитель:

академии наук Центр Фотохимии РАН

академик РАН, д. ф.-м. н. Алфимов Михаил Владимирович

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, Григоренко Белла Людвиговна

доктор физико-математических наук, Венер Михаил Владимирович

Ведущая организация:

Физический факультет Московского Государственного Университета им. М.В. Ломоносова

Защита диссертации состоится «27» мая 2010 в 10:00 на заседании диссертационного совета Д 002.082.01 при Учреждении Российской академии наук Инстшут проблем химической физики РАН по адресу: 142432 Московская область, Ногинский р-н, г. Черноголовка, пр-т Академика Семенова, д.1, корпус 1/2, актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Российской академии наук Института проблем химической физики РАН.

Автореферат разослан «_» апреля 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 002.082.01

Галина Сергеевна Безручко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Наиболее интенсивно развивающееся направление современной науки о материалах связано с изучением и применением наноструктурированных объектов. При этом построение органических наноструктурированных материалов осуществляется по иерархическому принципу «снизу вверх». Особый интерес представляют оптические сенсорные материалы (ОСМ). Они представляют собой систему нанесенных на развитую поверхность, так называемых, рецепторных центров (РЦ), играющих роль сигнальных молекул и образующих с подложкой супрамолекулярные системы, которые изменяют свои спектральные свойства при взаимодействии с детектируемыми молекулами (аналитами). В качестве РЦ часто служат красители или др. светочувствительные молекулы, пришитые или адсорбированные на поверхности наночастиц (носитель). При таком подходе строение РЦ остается известным лишь приблизительно ввиду недостаточного знания о структуре конкретных участков поверхности носителя, на которых находится РЦ.

С этой точки зрения молекулы циклодектринов (ЦД), имеющие полость подходящего размера и способные адсорбировать в нее соединения из растворов и из газовой фазы с образованием комплексов включения (КВ), являются подходящей моделью РЦ. За счет высокой жесткости внутренняя полость ЦД имеет хорошо известную форму, а процесс образования КВ легко контролируется по спектрам люминесценции. Несмотря на то, что имеется большое число работ по структурам, свойствам и применению КВ ЦД с органическими соединениями, число работ, посвященных исследованию КВ со светочувствительными молекулами, весьма ограничено. Поэтому настоящая работа, посвященная применению методов квантовой химии для моделирования структур и расчета энергий образования РЦ на примере комплексов включения р-ЦД с нафталином (нафталин@ЦД),и рядом его производных с каркасными соединениями: о-каброраном и адамантаном, является весьма актуальной.

Выбор в качестве сигнальной молекулы нафталина обусловлен высокой спектральной чувствительностью КВ нафталин@ЦД к присутствию в растворах в качестве третьих компонентов ряда органических молекул. Так, водный раствор КВ нафталин@ЦД при облучении дает спектр эксимерной флуоресценции (ЭФ), полоса которой сдвинута на 100 нм батохромно по сравнении с мономерной флуоресценцией (МФ) нафталина, а в присутствии ряда органических молекул, включая каркасные соединения типа адамантана, наблюдается фосфоресценция при комнатной температуре (ФКТ), полосы которой

проявляются ниже МФ на 150 нм. Заметим, что о-каброран и адамантан являются наиболее типичными представителями соединений, вызывающих отклик нафталина, включенного в полость ЦЦ, поскольку такими свойствами обладает широкий круг органических молекул.

Цель диссертационной работы

Целью диссертационной работы является изучение причин изменения спектрального отклика сигнальной молекулы нафталина в водном растворе в присутствии Р-ЦД под воздействием каркасных соединений (КС) о-каброрана и адамантана, не имеющих полос поглощения в видимой и ближней УФ областях.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

1. Проведен детальный анализ возможности моделирование комплексов включения ЦЦ с помощью полуэмпирического квантово-химического метода РМЗ, который позволяет в рамках единого метода рассчитывать всю иерархию сложных структур от сигнальной молекулы до многокомпонентных супрамолекулярных комплексов;

2. Проведена модификация метода РМЗ, благодаря которой улучшена применимость моделирования им комплексов включения;

3. Исследованы особенности строения ЦД, такие как, наличие большого числа гидроксильных групп, способных к связыванию водородными связями, которые, главным образом, обуславливает ассоциацию ЦД;

4. С помощью модифицированного метода РМЗ (РМЗННИ.) рассчитаны структуры многокомпонентных комплексов, состоящих из сигнальных молекул, одной или нескольких молекул р-ЦД и нескольких КС.

Работа выполнена при финансовой поддержке государственными контрактами № 02.740.11.0113 и № 02.523.11.3014.

Методы исследований

Методика расчета комплексов включения методом РМЗ

Полная оптимизация геометрии КВ сигнальная молекула@ЦД без ограничений по симметрии проводилась в программе РС ОАМЕЗБ версий 6.3 и 7.01 со стандартными параметрами.

Методика расчета димеров ЦД методом ОРТ

Оптимизация геометрии сс-ЦД+ (правоориентированного), сх-ЦД (левоориентированного) и их димеров без ограничения по симметрии проводилась по методу ОРТ/РВЕ в трехэкспонентном базисе, в рамках которого обменный и

корреляционный вклады рассчитаны на основе функционалов РеМи-Вигке-ЕгпгегЬой" в программе Рпго(1а 6. Оптимизация заканчивалась расчетом Гессиана, а также гармонических частот нормальных колебаний в массо-взвешенных координатах и интенсивностей полос ИК переходов. Визуализация полученных структур, определение типов симметрии рассчитанных ЦД и их ассоциатов, а также ИК спектров проводилась с использованием пакета программ СИешСгай.

Методика оптимизации положений атомов водорода в рамках метода ОРТ

Поскольку в программе Рпгос1а 6 фактически отсутствует возможность фиксации положения части атомов, оптимизацию проводили с помощью разработанной автором программы в рамках квази-Ньютоновского метода в приближении Гессиана ВРОЭ. Для расчета энергии и градиента в точке в рамках метода ОП/РВЕ использовалось обращенение к программе Рпгойа 6.

Методика расчета в рамках метода РМЗННЯ

Оптимизация геометрии КВ гость@ЦЦ без ограничений по симметрии проводилась с помощью авторской программы, проводящей корректировку энергии и реализации процедуры оптимизации в рамках квази-Ньютоновского метода в приближении Гессиана ВРСЭ, использовавшей программы РС САМЕЗБ 7.01 и ОрепМОРАС 2009 для расчета энергии и градиентов в рамках метода РМЗ в точке.

Научная новизна

Автором диссертации были впервые проведены систематические сравнения результатов расчетов методом РМЗ и калориметрических данных для ряда производных нафталина. Получена количественная зависимость, позволяющая предсказывать свободную энергию комплексообразования на основании расчетов энергии комплексообразования методом РМЗ.

Автором впервые разработана простая и эффективная схема модификации метода РМЗ, не требующая перепараметризации, протестированная на основании большого количества рентгеноструктурных данных и проведен подробный анализ результатов, получаемых методом РМЗННК.

Проведенные расчеты «классическим» и модифицированным методами впервые объясняют причины наблюдаемых экспериментально изменений спектральных свойств в растворах комплексов р-циклодекстрина с 4-(2-нафтил)-2-(4-метил-2-пиридил)пиридином, 4-(2-нафтил)-2-фенилпиридином и нафталином при добавлении карборана и адамантана.

Научно-практическая значимость

Результаты настоящей работы способствуют пониманию сущности сложных процессов, приводящих к образованию тех или иных , типов многокомпонентных комплексов KB, о наличии которых свидетельствует значительное изменение оптического отклика сигнальных молекул. Они могут быть использованы для предсказания поведения других аналогичных систем. Предложенный в работе модифицированный метод PM3HHR может быть использован в дальнейших расчетах сложных супрамолекулярных систем с большим числом атомов.

Личный вклад автора

Автором самостоятельно были проведены расчеты в рамках методов РМЗ, проведен анализ результатов расчетов, обнаружен феномен коротких Н—Н контактов. Автором разработаны: программа расчетов с ограничениями в рамках DFT на базе Priroda 6 и программа расчетов PM3HHR на базе PCGAMESS 7.01 и ОрепМОРАС 2009. Автором проведен детальный анализ метода PM3HHR. Автор самостоятельно провел расчеты многокомпонентных комплексов с Р-ЦД, нафталином и каркасными соединениями и последующий их анализ.

Расчеты методом функционала плотности и их анализ, а также часть расчетовмногокомпонентных комплексов с Р-ЦД, нафталином и каркасньми соединениями выполнен совместно с В.Г. Авакяном.

Использованные в работе спектральные данные многокомпонентных комплексов с Р-ЦД, нафталином и каркасными соединениями получены в ИПХФ РАН В.Б. Назаровым.

Постановка задачи и выводы были сформулированы диссертантом совместно с научным руководителем.

Апробация работы

Результаты работы представлены на 18 конференциях: ИВТН-2003 (2003 г.), XV симпозиум «Современная химическая физика» (2003 г.), 1-ая научная конференция аспирантов и студентов Центра Фотохимии РАН (2003 г.), XLVII научная конференция «Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук» (2004 г.), European Polymer Congress (2005 г., 2 тезиса), VIII молодежная научная школа-конференция по органической химии (2005 г.), X-th International Seminar on Inclusion Compounds (2005 г.), XLVIII научная конференция «Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук» (2005 г.), Малый полимерный конгресс (2005 г.), 13-й Симпозиум по межмолекулярному взаимодействию и конформациям молекул (2006 г.), 18-й Симпозиум «Современная химическая физика» (2006 г.), XVI International Conference on Chemical Thermodynamics in

Russia (2007 г.), XVIII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии (2007 г.), 19-й Симпозиум «Современная химическая физика» (2007 г., 2 тезисов), XX Симпозиум «Современная химическая физика» (2008 г.), International Conference "Organic Nanophotonics" (2009 г.) и опубликованы в 5 статьях (полный список приведен в конце автореферата).

Структура работы

Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка цитируемой литературы, содержит 123 страниц текста, включая 47 рисунков. В диссертации использован 121 литературный источник.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение

Во введении обоснована актуальность исследования комплексов включения гость@ЦД методами компьютерного моделирования, описаны основные возможности практического применения таких комплексов и рассмотрены новые возможности их использования.

Глава первая

В первой главе проводится анализ физических процессов, стабилизирующих комплексы включения на основе ЦД и обзор методов компьютерного моделирования таких систем.

Рассматриваются атомистические методы моделирования. Показаны основные возможности методов QSAR/QSPR. Рассмотрены достоинства и недостатки современных методов силового поля. Показано, что методы молекулярной механики и молекулярной динамики способны воспроизводить структуру комплексов включения, однако задача выбора параметров силового поля является для сложных соединений отдельной научной проблемой, что существенно ограничивает возможности применения методов силового поля. В тоже время квантово-химические методы представляют собой более универсальный инструмент моделирования. Несмотря на слабо разработанный учет растворителя, квантово-химические методы способны объяснять поведение экспериментально изученных систем. Проанализирован вопрос выбора квантово-химического метода из широкого набора существующих (методы функционала плотности, различные полуэмпирические методы). Систематическое сравнение расчетных и экспериментальных данных более чем для 1200 соединений [1] показывает, что полуэмпирические методы предсказывают теплоты

7

образования органических соединений с меньшей погрешностью, чем методы функционала плотности, несмотря на допущенные в них приближения, причем наиболее точными из полуэмпирических методов оказываются методы серии РМ (Parametric Set). Кроме того, только полуэмпирические методы позволяют провести систематическое моделирование систем возрастающей сложности и в рамках единого метода провести расчеты как простейших KB (типа 1:1), так и более сложных (с участием 2, 3 и 4 ЦД) и целостно интерпретировать результаты.

Таким образом, сделан вывод о том, что систематические исследования сложных комплексов гость@ЦД предпочтительнее выполнять полуэмпирическими методами, предоставляющими большие возможности с точки зрения статистического анализа и расчетов различных видов комплексов.

Глава вторая

Известно, что, благодаря возможности возникновения многочисленных межмолекулярных водородных связей, молекулы ЦД ассоциированы в водной среде. Это приводит к тому, что очень часто в растворах образуются не только бинарные комплексы состава гость@ЦД 1:1, но также комплексы гость@ЦД состава 2:2 и более сложные. Для изучения особенностей ассоциации нами проведены расчеты димеров а-ЦД методов функционала плотности (DFT) с обменно-корреляционным функционалом РВЕ. Результаты представлены во второй главе. Были рассчитаны димеры трёх типов: «голова-голова», «голова-хвост» и «хвост-хвост» отдельно для а-ЦД+ и а-ЦД". Энергию димеризации (£dimer) вычисляли как разность между удвоенными значениями энергий мономера (£f~D) и энергией димера а-Ц Д (£dlmer) с поправкой на энергию нулевых колебаний (ZPE):

= 2 х + ZPEca) - E'Z" ~ ZPE(1)

Особенности строения водородных связей проанализированы с помощью теоретических значений частот ИК поглощения, принадлежащих гидроксильным группам а-ЦД м рассчитанных методом DFT/PBE. Весь набор из ЗД'-б колебательных частот а-ЦД, где N- количество атомов в структуре (126 для мономера и 252 для димера), разделяли на три группы по принадлежности к различным типам ОН-групп (группы 2, 3 и 5). В димере а-ЦД из 36 высокочастотных мод выделяли 6 серий по 6 частот в каждой. Энергию водородной связи вычисляли по известной эмпирической зависимости, установленной Иогансеном:

£н-ь„а= (2)

где Дион = 1>о™ - - сдвиг частоты колебаний ОН-группы, атом водорода которой участвует в Н-связи, =3682.8 см"'.

Изменение полной энергии водородных связей при образовании димера из мономеров определяли по формуле:

д Ытст _ 2 рСа _ Ытс,

ш--н-Ьопа ~~ ^х ^н-ьопа ^н-ь™«!- У1)

Рассчитанные структуры обладают высокой степенью симметрии (изомеры а-ЦД* и а-ЦД" обладают симметрией Сб, димеры типов НН и ТТ - симметрией £>6, диметы типа НТ

- симметрией Сб), энергия димеризации £(1'тег лежит в интервале 25 + 70 ккал/моль. Показано, что наиболее стабильным является димер НН", в котором каждая гидроксильная

группа участвует в образовании Н-связи, в результате чего £<Ьтег = -68.9 ккал/моль. Менее выгодны структуры типа НТ+ и ТТ+ (энергия димеризации -56.7 и -49.4 ккал/моль, соответственно), характеризующиеся сильным сдвигом одной полосы, соответствующей межмолекулярно связанным ОН-группам. Остальные димеры оказываются менее

стабильными: Е (ТТ)= -43.4 ккал/моль, Е (НН> -42.4 ккал/моль,

Е''1шег (НТ)= -24.8 ккал/моль. Показано, что средняя энергия водородной связи в димерах (5.5 ккал/моль) хорошо согласуется со средней энергией водородных связей в жидких спиртах.

По указанной в разделе «методы исследований» методике были проанализированы вклады водородных связей в энергию образования димеров. Анализ колебательного спектра выявил разделение в каждом типе структуры всех ОН-групп на 6 типов по частоте колебаний. Рассчитанные энергии водородных связей составили от 5 до 8 ккал/моль. Было показано, что энергия водородных связей качественно коррелирует с их длиной (коэффициент корреляции по линейному МНК Л = 0.87).

Сравнение энергии связывания димеров а-ЦД с вычисленной энергией водородных связей методом регрессионного анализа позволило оценить роль последних при взаимодействии двух молекул а-ЦД (рис. 1).

а 40-

У

—1—'—I—■—I—■ I ■ I—'—1—■—I—

20 40 60 80 100 120 140 д&4-ьопс1 ((¿¡тег), ккал/моль

Рис. 1. Зависимость суммарной энергии Н-связей в димерах от энергии димеризации (коэффициент корреляции по линейному МНК Я » 0.98).

ЕШа = 0.41 х + \5ккал/ моль (4)

Полученная линейная зависимость (4) показывает, что сумма электростатического и ван-дер-Ваальсового взаимодействий практически не изменяется от одного вида димера к другому и составляет в среднем 65% общей энергии взаимодейтсвия, в то время как вклад водородных связей (40 - 80% энергии димеризации) играет определяющую роль в структуре димера. Впоследствии предложенная нами номенклатура для описания водородных связей в ЦД принята в статьях других исследователей. В заключение необходимо отметить, что метод ОРТ/РВЕ не позволяет рассчитывать структуры многокомпонентных комплексов, состоящих из нескольких молекул ЦД и нескольких молекул-гостей. С этой точки зрения более предпочтительным является метод РМЗ, параметризованный для получения равновесных геометрий и теплот образования органических соединений. Хорошим примером таких расчетов является проведенный в работе расчет (совместно с В.А. Лившицем, Б.Г. Дзиковским, В.Г. Авакяном, Е.А. Самардак, Е.Ю. Поляковой) структуры КВ Р-ЦД со спин-мечеными индолами. Причины резкого увеличения времени вращательной релаксации молекул-зондов, находящихся в полости димера Р-ЦД типа «голова к голове» объясняется жесткой структурой комплекса спин-меченый индол@2Ц Д, в котором молекула-зонд не способнак независимой либрации.

Глава третья

В третьей главе проведен анализ применимости квантово-химического полуэмпирического метода РМЗ для расчетов комплексов включения гость@ЦД.Для этого проведен расчет 37 комплексов включения различных молекул-гостей (производные бензола, производные нафталина и прочие соединения) с а-, р- и у-ЦД. Для нахождения конформации каждого комплекса включения с наиболее низкой энергией для каждой исследуемой пары гость@ЦД были оптимизированы по энергии несколько структур (от 3 до 8) с различной исходной геометрией. После оптимизации из различных вариантов структуры выбирался тот, энергия которого была наинизшей, и для него вычислялась энергия комплексообразования:

£ьшс1тг = ДЯ/ЦД-гояъ) - ДЯ/ЦД) - ДЯ/гость). (5)

Сравнение расчитанных энергий комплексообразования с экспериментальными данными по свободной энергии комплексообразования приводит к линейной корреляции в для ряда производных нафталина:

№ = (0.34 ± 0.04) х £Ьмп( - (0.9 ± 0.3) ккал/моль. (6)

-2.8-,

-3.0-

-3.2-

л с -3.4-

С)

5 -3.6-

с

га

^ -3.8-

(1

< -4.0-

-4.2-

-4.4-

■ Данные по комплексам ЦЦ-Nph-l-R Линейная аппроксимация: AG=k*Ebind+c k=0.34, Sk=0.04 с=-0.9, Sc=0.3 "

R=0.95, SD=0.15 *

-10.0 -9.5 -9.0 -8.5 -8.0 -7.5 -7.0 -6.5 -6.0 E.... , ккал/моль

binding'

Рис. 2. Корреляция между расчетной энергией комплексообразования и изменением свободной энергии для комплексов однозамещенный нафталин@ЦД.

Проведено сравнение структур, полученных в результате расчетов, с известными данными рентгеноструктурного анализа (КБСД геГсос1ез: \1ESYAK, САС(5ЕО, ODEJOW, Р11КРШ, ОШУОР, В15ТАУ). Показано хорошее соответствие положений молекул-гостей между расчетными и экспериментальными структурами. При анализе геометрии

оптимизированных комплексов была обнаружена особенность, оказавшаяся закономерной для всех рассчитанных комплексов. Для всех 37 комплексов были выявлены короткие контакты между валентно не связанными парами атомов водорода 3- и 5-го положений внутри полости ЦД и гостя. Длина этих коротких контактов составила 1.75 ± 0.08 А, что примерно на 0.6 А меньше удвоенного ван-дер-Ваальсового радиуса атома водорода. Согласно нашей оценке, энергия такого контакта составляет~2 ккал/моль.

Глава четвертая

В четвертой главе приводятся результаты расчетов методом РМЗ КВ нафтилпиридина с гидроксипропил-р-циклодекстрином (ГП-р-ЦД). Задача расчетов состояла в том, чтобы рассмотреть процессы протонирования/депротонирования, происходящие в водном растворе нафтилпиридина в отсутствии и присутствии ГП-Р-ЦД.

Расчет энергии протонного сродства (РА) методом ОРТ нафтилпиридина привел к значению 221.9 ккал/моль, что хорошо согласуется с РА пиридина (222.3 ккал/моль) и с экспериментальными величинами, а также подтверждает известный факт увеличения РА в возбужденном состоянии.

Расчет системы нафтилпиридин-НгО показал, что стабильным является только изомер, в котором протон воды образует водородную связь с атомом азота СиНпЫ -Н-ОН. Для ионной пары СиНиК^-Н—"ОН локальный минимум на поверхности потенциальной энергии отсутствует. Это означает, что в изолированном моногидрате нафтилпиридинНгО спонтанный перенос протона маловероятен.

Расчет системы с пятью молекулами воды показал, что имеется два минимума энергии, из которых структура пентагидрата нафтилпиридин-5Н20 энергетически выгоднее на 25.7ккал/моль контактной ионной пары нафтилпиридин-Н+0Н~4Н20. Эта разность хорошо согласуется с результатом расчета протонирования пиридина более точным методом (ВЗЬУР/сс-рУОг уровень), согласно которому пентагидрат пиридина на 28 ккал/моль энергетически стабильнее его протонированной формы, связанной водородными связями с четырьмя молекулами воды. ' Следовательно, процесс протонирования в основном состоянии является эндотермическим и носит флуктуационный характер.

Расчет КВ нафтилпридин@ГП-р-ЦЦ проводили методом РМЗ с учетом влияния молекул воды. Показано, что полость ГП-Р-ЦД может вмещать до 10 молекул воды (энергия включения -13.1 ккал/моль). Нафтилпиридин не занимает весь объем полости ГП-Р-ЦД, поэтому при его внедрении 5 молекул воды могут оставаться в полости. По результатам расчета выигрыш в энергии при замещении пентамера воды в полости нафтилпиридином

составляет 6.7 ккал/моль при включении его пиридиновым фрагментом и 9.8 ккал/моль при включении нафталиновым фрагментом. На рис. 3 представлены структуры пентагидрата нафтилпиридина . (¿ымищ= -13.0 ккал/моль) и тетрагидрата ионной пары нафтилпиридин-Н+ОН" (Еышип» .= -15.7 ккал/моль). Заметим, что величины энергий связывания протонированной и непротонированной форм в КВ имеют близкий порядок, и разность ЕышИщ. недостаточно велика, чтобы можно было исключить наличие равновесия между ними. О том же свидетельствуют исследования методом ЯМР, согласно которым и нейтральная, и протонированная формы нафтилпиридина находятся в полости. Исходя из результатов расчетов, причина депротонирования, состоит недостаточной стабильности ионной пары в присутствии только 4 молекул воды, помещающихся в полости ГП-Р-ЦД.

Рис. 3. Рассчитанные методом РМЗ структуры комплексов нафтилпиридин-5Н20@ГП-р-ЦД (а) и нафтилпиридин-Н+0Н"-4Н20@ГП-р-ЦД (б).

Таким образом, образование в водном растворе КВ нафтилпиридина с ГП-р-ЦЦ препятствует протонированию первого, что является предпосылкой для существования флуоресценции непротонированной формы нафтилпиридина, время жизни которой 1.25 не определяется замедленным по сравнении с водным раствором временем протонировая в комплексе с ЦД-

Глава пятая

Пятая глава диссертации посвящена модификации существующего метода РМЗ, позволяющей избавиться от сокращения несвязанных расстояний между внутриполостными атомами водорода ЦД и молекул-гостей в виде коротких Н—Н контактов. Для этого нами внесена поправка к энергии системы в следующей форме:

Ермъ-ннр - Ерт + ^ ^ х

к

/

1-ехр

\

>л г \

-1

/

(7)

Для выбора параметров предложен критерий , характеризующий нормальное минимальное расстояние между несвязанными атомами водорода. Целевое значение этого параметра ¿/^ =2.01 А выбрано на основании анализа данных рентгеноструктурного анализа (44 комплекса включения с а- и р-ЦД из КБСД). Положения атомов водородов в этих структурах оптимизировали в рамках метода ОРТ с функционалом РВЕ с использованием авторской программы и квантово-химической программы Рпгоёа 6.

Бьиа проведена оптимизация 12 КВ с а-ЦД (молекулы-гости: 2-аминобензойная кислота, 2-нитрофенол, 3-аминобензойная кислота, 4-аминобензойная кислота, 4-нитробензойная кислота, 4-нитрофенилуксусная кислота, АИМР, В1С, циклогексанол, кофеин, цитозин, урацил) и 18 с р-ЦД (2-гидроксинафталин-1-карбоновая кислота, 2-этоксинафталин-1-карбоновая кислота, В1С, циклогексанол, бензол, салифиловая кислота, нафталин, производные нафталин-1-К, Я = СН2Вг, СН3, СНО, С1, СОШ2, СООС2Н5, СООН, К'Нг, ЫНСНз, ОСНз, ОСОСНз, ОН) с 7 различными наборами параметров го, о (в сумме 175 стартовых конформаций, рассчитанных независимо для каждого набора параметров). Для каждого набора параметров было вычислено значение после чего проводилась

аналогичная процедура на мелкой сетке в точках с £> = 2.5х 10"4 а.е., п = 2.15, 2.20 и 2.25 А, ст = 0.95,1.00 и 1.05 А.

Полученные результаты приведены в табл. 1.

Таблица 1

Значения г/для различных наборов параметров метода РМЗННЯ. Во всех случаях £> = 2.5x10"4 а.е..

2.15 го, А 2.20 2.25

0.95 2.0625

с, А 1.00 1.9375 2.0125 2.1125

1.05 1.9875

Как видно из табл. 1, наилучшим с точки зрения выбранного критерия является набор параметров го = 2.20 А, О = 2.5х10"4а.е., а= 1.00 А, для которого значение вточности

соответствует искомому. Этот набор параметров использован нами для дальнейших расчетов. Как видно из гистограммы распределения длин ¿н.,н (рис. 4), сокращенные

водородные контакты полностью отсутствуют при таком наборе параметров, а минимальное расстояние между атомами водорода хорошо соответствует данным РСА.

Проведен сравнительный анализ геометрии изолированных молекул метана, этана, этилового спирта, бензола, циклогексана и а-Б-глкжозы. Показано, что структурные и энергетические свойства, предсказанные методом РМЗ, полностью воспроизводятся методом РМЗННЯ.

Рис. 4. Гистограмма распределения расстояний между валентно несвязанными атомами водорода: данные РСА+БРТ/РВЕ (сплошной серый), РМЗ (наклонная штриховка), РМЗННЛ (горизонтальная штриховка). Пик распределения РМЗ в районе 1.75 А соответствует коротким контактам.

Не исключена возможность, что наложение штрафной функции указанного вида может нарушить воспроизведение свойств водородных связей: увеличить их нормальную длину, уменьшить энергию водородной связи или вовсе сделать их невыгодными. В виду ключевой роли водородных связей в образовании димеров ЦД и КВ с ними мы провели анализ воспроизведения свойств водородных связей методом РМЗННЯ. Для этого построены гистограммы распределения длин Н-связей для всех 175 комплексов, рассчитанных методом РМЗ и РМЗННЯ (рис. 5). Показано, что модифицированный метод в точности воспроизводит распределение, полученное в рамках старого метода.

Таким образом, проведена модификация метода и разработана программа, позволяющая проводить расчеты в рамках модифицированного метода РМЗННЯ. Найден набор параметров, воспроизводящий экспериментальные данные (го = 2.20 А, с =1.00 А, 0 = 2.5х10"4а.е.). Детальный анализ показал отсутствие укороченных контактов при

0 08-,

Г~1 РСА+РРТ/РВЕ

<

0.00-1—| ^¡У^Щу^^^Г?^ ! , | | |

1.6 1.7 1.8 1 9 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3.0

оптимизации по новому методу и отсутствие необходимости уточнять базовую параметризацию метода РМЗ.

0.30-,

Рис. 5. Гистограмма распределения длин водородных связей в структурах комплексов включения гость@ЦД, оптимизированных методом РМЗ и методом РМЗННЯ с параметрами го = 2.20 А, а = 1.00 А, О = 2.5x10"4 а.е.. Для наглядности распределение для РМЗ сдвинуто на 0.05 абс. ед..

Глава шестая

В шестой главе описаны расчеты трехкомпонентных КВ сложного состава (нафталин-адамантан)@р-ЦД и (нафталин-£>-карборан)@р-ЦД. Размеры исследуемых каркасных соединений меньше сечения полости Р-ЦЦ в широкой части (голове), но больше сечения в узкой части (хвосте). Соотношение этих размеров определяет возможную глубину внедрения адамантана и о-карборана в полость. Так как стерические ограничения КС существенно влияют на свойства КВ состава 2:2 и выше, расчет стандартным методом РМЗ, искусственно увеличивающий эффективный размер полости по сравнении с реальным, приводит к сильно искаженным результатам. Поэтому в данной задаче необходимо использование метода РМЗННЯ, не приводящего к коротким Н-Н контактам, вместо стандартного РМЗ.

Рассмотрим влияние КС на равновесие между бинарными(1:1) и димерными (2:2) КВ нафталина (рис. 6). При обычных условиях и концентрации ~10'3 М/л нафталина это равновесие устанавливается очень медленно, а при более низкой концентрации (~10"4 М/л) спектр ЭФ, свидетельствующий о наличии КВ состава 2:2, и вовсе отсутствует.

Известно, что добавление о-карборана приводит к резкому увеличению интенсивности ЭФ за счет уменьшения МФ даже при малой концентрации нафталина. Предположительно, это обусловлено сдвигом равновесия, показанного на рис. 6 вправо за счет «укрепления» КВ 2:2 о-карбораном, который, пристраиваясь с узких концов, препятствует выходу нафталина из полости димера р-ЦД за счет образования комплекса более сложного состава (рис. 7).

Рис. 6. Схема образования КВ 2нафталин@2р-ЦД.

Ф+а+а

Рис. 7. Схема образования КВ (2нафталин-2о-карборан)@4р-ЦЦ.

Добавление адамантана приводит к исчезновению полос ЭФ и появлению полос ФКТ без удаления кислорода. По-видимому, это связано со сдвигом равновесия в сторону бинарных КВ, которые выводятся равновесия (рис. 6) за счет образования комплексов (нафталин-2адамантан)@Зр-ЦД, показанных на рис. 8. "

Рис. 8. Схема образования КВ (нафталин-2адамантан)@Зр-ЦД.

Моделирование методом PM3HHR позволяет объяснить действие КС. Для этогло были рассчитаны следующие комплексы включения состава 1:1 (нафталин@р-ЦЦ, адамантан@р-ЦД, о-карборан@р-ЦД), состава 1:1:1 ((нафталинадамантан)@р-ЦД, (нафталин-о-карборан)@р-ЦД). На основании расчета димера р-ЦД были рассчитаны комплексы включения состава 2:1 (нафталин@2р-ЦД, адамантан@2р-ЦД, о-карборан@2Р-ЦД), состава 2:1:1 ((нафталин-адамантан)@2р-ЦД,

(нафталино-карборан)@2р-ЦД), состава 2:2 (2нафталин@2р-ЦД, 2адамантан@2р-ЦДи 2о-карборан@2Р-ЦД), состава 2:2:2 ((2нафталин-2адамантан)@2Р-ЦД и (2нафтапин'2о-карборан)@2р-ЦЦ) и состава 3:х\у ((2нафталинадамантан)@ЗР-ЦД, (нафталин-2адамантан)@Зр-ЦЦ, (2нафталин-2адамантан)@Зр-ЦД,

(2нафталино-карборан)@ЗР-ЦД, (нафталин-2о-карборан)@Зр-ЦЦ,

(2нафталин-2о-карборан)@Зр-ЦЦ).

Расчет показал, что КВ нафталин@р-ЦД и о-карборан@р-ЦД имеют примерно одинаковую энергию комплексообразования (-8.5 ккал/моль и -7.5 ккал/моль,

соответственно), в то время как KB образование адамантан@Р-ЦД на ~6 ккал/моль выгоднее (£b,„ding = -13.9 ккал/моль). Это объясняется более выраженными гидрофобными свойствами молекулы адамантана по сравнении с о-карбораном, показанными с помощью расчета энергии гидратации 36-водным кластером, а также лучшим соответствием размера адамантана и полости р-ЦЦ.

Образование димера р-ЦД энергетически выгодно, наиболее выгодням является димер типа «голова-хвост» (¿binding = -20.4 ккал/моль), менее выгодно образование димера типа «голова-голова» (£bmdmg = -17.1 ккал/моль), что качественно соответствует аналогичным данным для димеров а-ЦЦ.

Полость димера типа «голова-голова» имеет большой объем и подходящую форму для внедрения в нее двух молекул нафталина (£ы„йп8 = -36.2 ккал/моль, что соответствует энергии димеризации KB нафталин@р-ЦЦ -19.3 ккал/моль). В этом комплексе (рис. 8) молекулы нафталина находятся в параллельной ориентации, которая обуславливает возможность после облучения образования эксимера, то есть димера, в котором один из партнеров находится в возбужденном состоянии.

Рис. 9. Структура комплекса 2нафталин@2р-ЦД, рассчитанная методом РМЗННЯ.

Димеризация КВ адамантан@Р-ЦД столь же выгодна (-19.1 ккал/моль). В то же время, объема этой полости недостаточно для внедрения в нее двух молекул о-карборана.

Образование КВ (нафталин адамантан)@2Р-ЦД энергетически выгодно, Еъ'тАтъ= -39.7 ккал/моль, что соотвествует энергии замещения одной молекулы нафталина в структуре 2:2 -3.4 ккал/моль. В то же время, из-за большого объема о-карборана образование комплекса (нафталино-карборан)@2р-ЦЦ существенно невыгодно (+16.4 ккал/моль) по сравнении с образованием димера нафталина в димере р-ЦД.

Мы рассмотрели образование более сложных КБ с участием трех и четырех молекул 1Щ, служащих по всей вероятности зародышами микрокристаллов, наблюдаемых экспериментально при добавлении каркасных соединений (КС). В случае о-карборана наиболее выгодна структура КВ, в которой димер нафталина расположен в полости димера 1_Щ, а молекулы о-карборана закрывают полость с двух сторон (рис. 10). Энергия пристыковки двух комплексов 1:1 о-карборан@р-ЦД к КВ 2нафгалин@р-ЦД составила -29.4 ккал/моль. Как было показано выше, невыгодность образования с о-карбораном структуры, аналогичной показанной на рис. 7, определяется слишком большим объемом о-карборана, не позволяющим ему встраиваться в полость димера Р-ЦД, замещая одну из молекул нафталина.

Рис. 10. Структура комплекса (2нафталин-2о-карборан)@4р-ЦЦ, рассчитанная методом РМЗННЯ.

В случае адамантана наиболее энергетически выгодной оказалась структура (нафталин-2адамантан)@Зр-ЦЦ, показанная на рис. 11 (энергия присоединения третьего КВ адамантан@р-ЦД составила -15.6 ккал/моль).

Таким образом, в растворе нафталина с Р-ЦД присутствует равновесие между бинарными КВ и КВ состава 2:2, показанной схематически на рис. В. По описанной причине в таком растворе наблюдается и МФ, и ЭФ, но для появления ФКТ необходимо удалять из раствора кислород, т.к. Р-ЦД не может эффективно препятствовать его диффузии в полость.

Причина влияния каркасных соединений адамантана и о-карборана на вид люминесценции трехкомпонентных комплексов состоит в изменении указанного равновесия и образовании более сложных многокомпонентных КВ, служащих зародышами микрокристаллов. Так, присутствие в растворе адамантана приводит к равновесию,

показанному на рис. 10. Геометрические размеры молекулы адамантана и полости (3-ЦЦ наилучшим образом соответствуют друг другу, поэтому КВ (нафталин-2адамантан)@Зр-ЦД очень плотный, и адамантан препятствует диффузии кислорода из раствора к молекуле нафталина, что и обуславливает феномен наличия ФКТ без удаления кислорода после добавления в раствор молекул адамантана.

Рис. 11. Структура комплекса (нафталин-2адамантан)@Зр-ЦД, рассчитанная методом РМЗННЯ.

Добавление в раствор о-карборана приводит к сдвигу равновесия, показанного на рис.9, вправо, и последующему образованию (рис. 11) из КВ 2:2 структур типа(2нафталин'2о-карборан)@4р-ЦД. Наличие в таких КВ димера нафталина делает возможным образование эксимера после перехода в возбужденное состояние, в результате чего наблюдается существенный рост полосы ЭФ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании проделанной работы были сделаны следующие выводы:

1. Методом ОП/РВЕ рассчитаны энергии димеризации а-ЦЦ. По значениям спектральных сдвигов валентных колебаний ОН-групп, участвующих в водородных связей, оценена средняя энергия водородных связей. Показано, что в процессе димеризации вклад водородных связей составляет от 40% до 80% (в среднем 65%).

2. Найдена корреляция между рассчитанными энергиями комплексообразования с экспериментальными данными по свободной энергии комплексообразования для ряда производных нафталина. Такая корреляция обеспечивает предсказание Ай с точностью

0.4 0.7 ккал/моль на данном участке энергий (5 -И 1 ккал/моль по ^binding и 2.5 • 5 ккал/моль по ДО).

3. Показано, что положение молекул-гостей в полости ЦД, рассчитанное методом РМЗ, соответствует данным рентгеноструктурного анализа.

4. Обнаружена ошибка метода РМЗ в виде сокращения расстояния между валентно несвязанными внутриполостными атомами водорода ЦД и Н-атомами гостя до значения ~1.75 А, что на 0.5 0.7 А короче суммы Ван-дер-Ваальсовых радиусов.

5. Модифицирован метод РМЗ, показано, что предложенная модификация устраняет проблему коротких контактов и может быть использована для расчета реальных систем, в том числе, комплексов включения ЦЦ.

6. Разработанная методика применена для расчета многокомпонентных комплексов, состоящих из ß-ЦД, нафталина и каркасных соединений (адамантана и о-карборана). Установлено, что рост интенсивности эксимерной флуоресценции (батохромный сдвиг 100 нм) при действии о-карборана объясняется способностью бинарного комплекса о-карборан@р-ЦЦ внедряться с узких концов в комплекс 2нафталин@2ЦД состава 2:2, давая комплекс состава 4:2:2, являющийся зародышем выпадающих микрокристаллов. Действие адамантана, приводящее к ФКТ без удаления кислорода на фоне МФ (батохромный сдвиг 150 нм), объясняется образованием бинарного KB нафталина, окруженного с двух сторон прочными KB адамантан@р-ЦД, препятствующих диффузии кислорода и тушению ФКТ.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих статьях ,

1. Rudyak V.Yu., Avakyan V.G., Nazarov V.B., Voronezheva N.I., Alfimov M.V., Structural Features of Cyclodextrin Inclusion Complexes: Correlation of Binding Energies with Thermochemical Data» // Russian Journal of Physical Chemistry. - 2005. - V. 79. - Suppl. 1. -P. S28-S32.

2. Лившиц B.A., Дзиковский Б. Г., Авакян В.Г., Самардак Е.А., Полякова Е.Ю., Рудяк В.Ю., Алфимов М.В., Комплексы включения спин-меченых индолов с циклодекстринами в водных растворах» И Известия Академии наук. Серия химическая. - 2005. - Т. 5. - С. 1139— 1147.

3. Рудяк В.Ю., Авакян В.Г., Назаров В.Б., Воронежева Н.И., Расчет методом функционала плотности димеров а-циклодекстрина. Вклад водородных связей в энергию образования // Известия Академии наук. Серия химическая. - 2006. - Т. 8. - С. 1289-1297.

4. Назаров В.Б., Авакян В.Г., Громов С.П., Фомина М.В., Вершинникова Т.Г., Рудяк В.Ю., Алфимов М.В., Псевдоротаксановые комплексы нафтилпиридинов и

нафтилдипиридила с бета-циклодекстрином и гидроксипропил-бета-циклодекстрином // Известия Академии наук. Серия химическая. - 2007. - Т. 2. - С. 272-280.

5. Лившиц В. А., Максимова О. В., Рудяк В. Ю., Авакян В. Г., Алфимов М. В., Комплексы гость-хозяин спин-меченых жирных кислот с циклодекстринами // Российские нанотехнологии. -2007. - Т. 2. - С. 29-39.

6. Назаров В.Б., Авакян В.Г., Громов С.П., Ведерников А.И., Фомина М.В., Вершинникова Т.Г., Лобова Н.А., Кузьмина Л.Г., Рудяк В.Ю., Ховард Д.А.К., Алфимов М.В., Спектральные свойства, структура и фотоиндуцированное перемещение 4-(2-нафтил)пиридина в полостях циклодекстринов II Подана в печать в Известия Академии наук. Серия химическая.

Список литературы

1. Stewart J.J. P.J. Comparison of the accuracy of semiempirical and some DFT methods for predicting heats of formation // J. Mol. Model. - 2004. - V. 10. - P. 6-12.

Подписано в печать: 19.04.2010

Заказ Ха 3582 Тираж - 100 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

Введение.

1. Компьютерное моделирование комплексов включения на основе циклодекстринов.

1.1. Общая информация о циклодекстринах.

1.2. Виды межмолекулярного взаимодействия, участвующие в образовании комплексов гость - циклодекстрин.

1.2.1. Основные виды взаимодействия.

1.2.2. Сложные эффекты, влияющие на образование комплексов гость -циклодекстрин.

1.3. Вычисление выбранных свойств комплексов включения методами QSAR/QSPR.

1.4. Моделирование комплексов включения методами силового поля.

1.4.1. Методы молекулярной механики.

1.4.2. Методы молекулярной динамики.

1.5. Моделирование комплексов включения методами квантовой химии.

1.5.1. Расчет комплексов включения методами квантовой химии.

1.5.2. Цель работы.

2. Расчеты димеров а-циклодекстрина методом функционала плотности.

2.1. Конформеры а-циклодекстрина.

2.2. Расчет энергий димеризации, колебательных спектров и энергий водородных связей.

2.2.1. Энергии димеризации.

2.2.2. Колебательный спектр и энергия водородной связи.

2.3. Оценка вклада водородных связей в димеризацию циклодекстрина.

3. Анализ применимости метода РМЗ для расчета комплексов включения гость@циклодекстрин в воде.

3.1. Методика расчетов.

3.2. Сравнение результатов расчетов с калориметрическими данными.

3.3. Анализ геометрии рассчитанных структур.

3.3.1. Короткие водородные контакты.

3.3.2. Расположение гостя в полости.

4. Расчет методом РМЗ комплексов включения 4-(2-нафтил)пиридином с гидроксипропил-Р-циклодекстрином.

4.1. Моделирование процесса протонирования.

4.2. Расчет комплексов включения 4-(2-нафтил)пиридин@гидроксипропил-Р-циклодектрин с явным учетом растворителя.

5. Модификация метода РМЗ.

5.1. Штрафная функция.

5.1.1. Методика расчета структур комплексов включения.

5.1.2. Оценка фактора коротких контактов в комплексах включения.

5.2. Оценка критерия выбора параметров.

5.3. Выбор оптимальных параметров метода PM3HHR.

5.3.1. Предварительная оценка области поиска.

5.3.2. Сканирование в области воспроизведения данных Rvdw.

5.3.3. Сканирование в области воспроизведения данных PCA+DFT/PBE74 5.4. Детальный анализ результатов расчетов по методу PM3HHR.

5.4.1. Анализ структуры изолированных малых молекул.

5.4.2. Анализ воспроизведения свойств водородной связи в комплексах включения гость@циклодекстрин.

5.4.3. Анализ термодинамических данных для комплексов включения гость@циклодекстрин.

6. Расчет трехкомпонентных комплексов включения нафталин-о-карборан)@р-циклодекстрина методом PM3HHR.

6.1. Методика расчетов.

6.2. Обсуждение результатов.

6.2.1. Комплексы 1:1.

6.2.2. Димеры Р-циклодекстрина.

6.2.3. Комплексы 2:2.

6.2.4. Комплексы 2:1:1.

6.2.5. Комплексы включения более сложного состава.

Одно из перспективных направлений развития химической науки и технологии связано сегодня с наноматериалами, среди которых важная роль принадлежит иерархическим наноматериалам, построенным по принципу «снизу вверх». Принципы иерархического построения особенно интересны в связи с задачей построения сенсорных материалов, изменяющих известным образом физико-химические свойства в присутствии определенных химических соединений. Оптические сенсорные материалы, изменяющие в присутствии определенных веществ (аналитов) спектральные свойства, приобретают все большую вес за счет простого способа детектирования их реакции на окружающую среду.

Построение иерархически-структурированных оптических сенсорных материалов базируется на нанесении на развитую поверхность, доступную для детектируемых соединений, так называемых рецепторных центров — супрамолекулярных систем, изменяющих свои спектральные свойства при образовании супрамолекулярных комплексов с аналитами. Такими рецепторными центрами часто служат молекулы красителей, пришитые на поверхность наночастиц (носитель). Однако в этом случае структура поверхности и способ пришивки красителей играет критическое значение.

Наличие у циклодектринов (ЦД) большого количества гидроксильных групп, хорошо изученные возможности химического замещения этих групп, модификации ЦД и пришивки их к другим соединениям дают возможность использовать ЦД и супрамолекулярные системы на их основе в качестве рецепторных центров для оптических сенсорных материалов.

Важно заметить, что при пришивке к поверхности свойства внутренней полости ЦД хотя и меняются, но не критическим образом в следствие относительной жесткости молекулы ЦД и достаточно большого объема полости. Отсюда вытекает одно из наиболее существенных преимуществ использования систем на основе ЦД в качестве рецепторных центров: они более универсальны с точки зрения использования с различными носителями, их свойства относительно слабо меняются от носителя к носителю.

Очевидно, что построение подобных иерархически структурированных систем требует предварительного использования методов компьютерного моделирования для предсказания свойств системы и выбора оптимального типа рецепторных центров. Компьютерное моделирование ЦД и KB (KB) на их основе широко распространено, что позволяет проводить предварительные расчеты и определять, какие рецепторные центры будут наиболее эффективными, сокращая время создания материала и затраты.

В качестве модельной системы можно рассматривать тройные KB Р-ЦД и нафталина (Nph) с карбораном и адамантаном в качестве третьего компонента. Нашими коллегами было показано, что KB КрИ@(3-ЦД в водном растворе существенно изменяет свои спектральные свойства при добавлении третего компонента, причем по-разному реагирует на адамантан и карборан. Так, нафталин, будучи введен в водном растворе в контакт с ЦД, способен давать разнообразные спектры люминесценции, типы которой могут меняться в зависимости от структуры и растворимости введенного в раствор третьего компонента. Обычно, добавление ЦД к водным растворам нафталина приводит к увеличению интенсивности его спектра флуоресценции (условно, мономерной флуоресценции), что объясняется, вероятно, уменьшением в отсутствие тушителей в растворе безызлучательной компоненты деактивации молекулы из синглетного возбужденного состояния. Кроме того, предполагается, что у арена, находящегося в полости ЦД, могут быть подавлены колебательные взаимодействия со средой, необходимые для эффективной интеркомбинационной конверсии. В пользу такого вывода свидетельствует факт резкого увеличения времени вращательной релаксации парамагнитного соединения, например, спин-меченого индола МК5, после добавления в раствор Р-ЦД, т.к. после образования KB молекула МК5 оказывается настолько жестко зафиксированой в полости ЦД, что либрациям подвергается весь комплекс в целом.

Другой вид спектров люминесценции - эксимерная флуоресценция (ЭФ) - наблюдается для нафталина в водном растворе в присутствии Р-ЦД. Появление спектра ЭФ на фоне МФ является следствием образования после облучения возбужденного димера типа Nph-Nph*, который после излучения превращается в две не взаимодействующие в основном состоянии молекулы Nph. В растворах димерная структура, благоприятная для возникновения ЭФ, образуется в результате диффузионного движения молекул Nph, и вероятность ее образования повышается с увеличением концентрации Nph до ~1 М. В молекулярно-организованных системах типа "гость - хозяин" возникновение ЭФ определяется не столько диффузионными процессами, сколько образованием KB, содержащих две молекулы Nph, близкая к параллельной взаимная ориентация которых в основном состоянии способствует возникновению ЭФ при облучении. Поскольку константа образования бинарного комплекса включения Nph@|3-E(fl К\Л составляет 685 М"1, а константа его ассоциации в димерный комплекс состава 2:2 К2:г - 4-103 М-1, то в водном растворе НФ при его концентрации >10'4М и в присутствие Р-ЦД равновесие сдвигается в сторону образования комплекса включения 2:2, но процесс его установления в обычных условиях достаточно медленный, поскольку связан с образованием микрокристаллов. Другие значения констант были найдены в отсутствие и присутствие 1 М р-ра NaCl. К\Л = 377 ± 35 М-1 в отсутствие соли и 657 ± 60 М-1 в её присутствие. Величина К2:2 составила (1.0 ± 0.2)-10 и (4.0 ± 1.0>104 М-1, соответственно. Появление спектра ЭФ также приписано образованию комплекса ^11@Р-ЦД состава 2:2.

Назаровым и др. впервые было обнаружено, что добавление в раствор нафталина и Р-ЦД каркасного соединения адамантана приводит к исчезновению ЭФ, обратному росту интенсивности МФ нафталина, и также - к появлению спектра долгоживущей фосфоресценции Nph при комнатной температуре (ФКТ). Между тем, появление и рост интенсивности ЭФ после добавления третьего компонента в водный раствор комплекса «арен — циклодекстрин» встречается достаточно редко. Например, при добавлении циклогексана или толуола к бинарному комплексу включения стильбен@у-ЦД возникала ЭФ стильбена, тогда как добавление ксилола такого эффекта не вызывало. Однако механизм появления эксимеров в такой системе остался невыясненным. Как было указано выше, добавление к комплексу Nph@pCD 1 М раствора NaCl приводит к существенному росту интенсивности ЭФ, тогда как присутствие в растворе пропанола, 1-пентанола или додецилсульфата натрия, наоборот, приводит к увеличению интенсивности МФ за счет эксимерной. Рост интенсивности ЭФ объяснен тем, что NaCl увеличивает ионную силу раствора, вследствие чего растворимость нафталина в воде ухудшается. Это способствует ассоциации его молекул и сдвигу равновесия в сторону образования комплекса включения состава 2:2, ответственных за ЭФ.

Известно, что добавление насыщенных углеводородных соединений в раствор KB КрЬ@р-ЦД приводило к появлению долгоживущей ФКТ, причем в случае каркасных соединений даже без удаления кислорода. Исследования показали также, что действие о-карборана (орто-1,2-дикарбо-/с/7с>зо-декаборана) как третьего компонента на KB Nph@|3-Lm приводит не к исчезновению ЭФ и появлению спектра ФКТ, как в случае адамантана, а к резкому росту интенсивности ЭФ, причем в случае одновременного воздействия обоих каркасов мы обнаружили в спектре все три типа люминесценции: МФ, ЭФ и ФКТ. Объяснение наблюдаемых эффектов методами компьютерного моделирования представляет фундаментальный и практический интерес.

Заключение

На основании проделанной работы были сделаны следующие выводы:

1. Методом DFT/PBE рассчитаны энергии димеризации а-ЦД. По значениям спектральных сдвигов валентных колебаний ОН-групп, участвующих в водородных связей, оценена средняя энергия водородных связей. Показано, что в процессе димеризации вклад водородных связей составляет от 40% до 80% (в среднем 65%).

2. Найдена корреляция между рассчитанными энергиями комплексообразования с экспериментальными данными по свободной энергии комплексообразования для ряда производных нафталина. Такая корреляция обеспечивает предсказание AG с точностью 0.4 0.7 ккал/моль на данном участке энергий (5 + 11 ккал/моль по ^binding и 2.5 + 5 ккал/моль по AG).

3. Показано, что положение молекул-гостей в полости ЦД, рассчитанное методом РМЗ, соответствует данным рентгеноструктурного анализа.

4. Обнаружена ошибка метода РМЗ в виде сокращения расстояния между валентно несвязанными внутриполостными атомами водорода ЦД и Н-атомами гостя до значения -1.75 А, что на 0.5+ 0.7 А короче суммы Ван-дер-Ваальсовых радиусов.

5. Модифицирован метод РМЗ, показано, что предложенная модификация устраняет проблему коротких контактов и может быть использована для расчета реальных систем, в том числе, комплексов включения ЦД.

6. Разработанная методика применена для расчета многокомпонентных комплексов, состоящих из Р-ЦД, нафталина и каркасных соединений (адамантана и о-карборана). Установлено, что рост интенсивности эксимерной флуоресценции (батохромный сдвиг 100 нм) при действии о-карборана объясняется способностью бинарного комплекса о-карборан@р~ЦД внедряться с узких концов в комплекс 2нафталин@2ЦД состава 2:2, давая комплекс состава 4:2:2, являющийся зародышем выпадающих микрокристаллов.

Действие адамантана, приводящее к ФКТ без удаления кислорода на фоне МФ (батохромный сдвиг 150 нм), объясняется образованием бинарного KB нафталина, окруженного с двух сторон прочными KB адамантан@Р-ЦД, препятствующих диффузии кислорода и тушению ФКТ.

Работа выполнена при финансовой поддержке государственными контрактами № 02.740.11.0113 и № 02.523.11.3014.

1. Szejtli J. Introduction and General Overview of Cyclodextrin Chemistry // Chem. Rev. 1998. -V. 98.-5,. P. 1743-1753.

2. Авакян В.Г., Назаров В.Б., Алфимов M.B., Багатурьянц А.А. Строение комплексов типа "гость-хозяин" b-циклодекстрина с аренами, квантово-химическое моделирование // Известия Академии наук. Серия химическая. 1999. - Т. 10. - С. 1857-1868.

3. Sopkova A. Inclusion Compounds — possibility of their combination and use in different branches of chemistry //J. Incl. Phenom. 1992. - V. 14. - 1, P. 5-17.

4. Sopkova A., Mezes P. Combinations of Cyclodextrins with Synthetic and Natural Compounds // J. Incl. Phenom. 1999. - V. 33. - 1, 109-120.

5. Connors K.A. The Stability of Cyclodextrin Complexes in Solution I I Chem Rev. 1997.- V. 97, -5, P.1325-1358.

6. Rekharsky M.V., Inoue Y. Complexation Thermodynamics of Cyclodextrins // Chem. Rev. -1998.-V. 98,-5, P.1875 -1918.

7. Kitagawa M., Hoshi H., Sakurai M., Inoue Y. and Chujo R. The large dipole moment of cyclomaltohexaose and its role in determining the guest orientation in inclusion complexes // Carbohydr. Res. 1987,- V. 163. -1, P. 1-3.

8. Sakurai M., Kitagawa M., Hoshi H., Inoue Y. and Chujo R. CNDO-Electrostatic Potential Maps for a-Cyclodextrin // Chem. Lett. 1988. -V.17. - 5, P. 895-898.

9. Bako I., Jicsinsky L. Semiempirical calculations on cyclodextrins // J. Incl. Phenom. 1994. - V. 18. -3, P. 275-289.

10. Bodor N.S., Huang M.J. Watts J.D. Theoretical Studies on the Structures of natural abd alkylated cyclodextrins// J. Pharm. Sci. 1995. V. 84. - P. 330-336.

11. Li X.-S., Liu L.,.Mu T.-W and Guo Q.-X. A Systematic Quantum Chemistry Study on Cyclodextrins Monatshefte fur Chemie // Monatsh. Chem. 2000. -V. 131. - N. 8, P. 849-855

12. Caron G., Ermondi G. Classification of a-cyclodextrins includion complexes into Type 1 and Type 2: A prelude to log К prediction // J. Mol. Graph. Model. 2007. - V. 25. - P. 731-739.

13. Inoue Y., Hoshi H., Sakurai M. and Chujo R. Geometry of cyclohexaamylose inclusion complexes with some substituted benzenes in aqueous solution based on carbon-13 NMR chemical shifts //J. Am. Chem. Soc. 1985. -V. 107. - 8, P. 2319-2323.

14. Wong A.B., Lin S.-F. and Connors K. A. Stability constants for complex formation between alpha-cyclodextrin and some amines // J. Pharm. Sci. 1983. - V. 72, N. 4, P. 388-390.

15. Suzuki M., Kajtar M., Szejtli J., Vikmon M., Fenyvesi E. Induced circular-dichroism spectra of complexes of cyclomalto-oligosaccharides and azo dyes containing naphthalene nuclei // Carbohydr. Res.- 1992. V. 223. - P. 71-80.

16. Jiang P., Sun S.-W., Shen R.-X., Shi J., Lai C.-M. Molecular mechanics study of b-cyclodextrin 6-O-monobenzoate inclusion complexes // J. Mol. Struct. (Theochem). 2000. - V. 528. -1. 1-3, P. 211-217.

17. Cervero M., Mendicuti F. Inclusion Complexes of Dimethyl 2,6-Naphthalenedicarboxyiate with a- and P-Cyclodextrins in Aqueous Medium: Thermodynamics and Molecular Mechanics Studies // J. Phys. Chem. B. 2000. — V. 104.-I. 7, P. 1572-1580.

18. Nie M.-Y., Zhou L.-M., Wang Q.-H, Zhu D. Q. Molecular dynamic study for chiral discrimination of a-phenylethylamine by modified cyclodextrin in gas chromatography // Chin. Chem. Lett.- 2000. V. 11. -N. 4, P. 347-350.

19. Pozuelo J., Nakamura A. and Mendicuti F. Molecular Mechanics Study of the Complexes of Cyclodextrin with 4-(dimethylamino)benzonitrile and Benzonitrile // J. Incl. Phenom. 1999. -V. 35.-N. 3, P. 467-485.

20. Miertus S., Nair A.C., Frecer V., Chiellini E., Chiellini F., Solaro R. and Tomasi J. Modelling of P-Cyclodextrin with L-a-Aminoacids Residues // J. Incl. Phenom. 1999. -V. 34. -N. 1, P. 69-84.

21. Saenger W., Steiner T. Cyclodextrin Inclusion Complexes: Host-Guest Interactions and Hydrogen-Bonding Networks // Acta Cryst. A, 1998. -V. 54, N. 1, P. 798 -805.

22. Harata K. Structural Aspects of Stereodifferentiation in the Solid State // Chem. Rev. 1998. — V. 98.-I. 5, P. 1803-1828.

23. Hirsch W., Muller Т., Pizer R., Ricatto P J. Complexation of glucose by a- and P-cyclodextrins // Can. J. Chem. 1995. - V. 73. -N. 1, P.12-15.

24. Steiner Т., Saenger W. Geometry of carbon-hydrogen "'.oxygen hydrogen bonds in carbohydrate crystal structures. Analysis of neutron diffraction data // J. Am. Chem. Soc. 1992. - V. 114. - 26, P. 10146-10154.

25. Nakagawa Т., Immel S., Lichtenthaler F.W., binder H.J.: Topography of the 1:1 a-cyclodextrin-nitromethane inclusion complex // Carbohydr. Res. 2000. - V. 324. -1. 2, P. 141-146.

26. Aree Т., Jacob J., Saenger W., Hoier H. Crystal structure of a-cyclodextrin-acetonitrile-hexahydrate // Carbohydr. Res. 1998. - V. 307,1. 3-4, P. 191 -197.

27. Shibakami M., Sekiya S. X-Ray crystallographic study of fluorine atom effect on guest orientation inside the -cyclodextrin cavity // J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1992. V. 23. -P. 1742-1743.

28. Alderfer J.L., Eliseev A. V.: Complex of 4-Fluorophenol with a-Cyclodextrin: Binding Mode in Solution Is Opposite to That in the Solid State // J. Org. Chem. 1997. - V. 62. - 23, P. 8225-8226.

29. Song L.-X., Meng Q.-J.and You X.-Z., Study of the Inclusion Compounds of b-cyclodextrin with diphenyl and its derivatives // Acta Chim. Sin. 1995. - V. 9. - P. 115-121.

30. Takahashi S.-I., Suzuka E.-I., Nagashima N. NMR Study on Inclusion Complexes of L-Phenylalanine and Aspartame with Cyclodextrins in Aqueous Solution // Bull. Chem. Soc. Jpn. -1986.-V. 59.-N. 4, P. 1129-1132.

31. Winkler R.G., Fioravanti S., Ciccotti G., Margheritis C., Villa M. Hydration of b-cyclodextrin: A molecular dynamics simulation study // J. Computer-Aided Mol. Design. 2000. - V. 14. - P. 659667.

32. Van Etten R.L., Sebastian J.F., Clowes G.A., Bender M.L. Acceleration of phenyl ester cleavage by cycloamyloses. A model for enzymic specificity // J. Am. Chem. Soc. 1967. - V. 89. - 13, P. 3242 -3253.

33. D.R. Black, C.G. Parker, S.S. Zimmerman and M.L. Lee: Enantioselective binding of agr-pinene and of some cyclohexanetriol derivatives by cyclodextrin hosts: A molecular modeling study // J. Comput. Chem. 1996. - V. 17. -1. 8, P. 931-939.

34. Lipkowitz K.B. Applications of Computational Chemistry to the Study of Cyclodextrins // Chem. Rev.- 1998.-V. 98.-I. 5, P. 1829-1874.

35. Prakasvudhisarn C., Wolschann P., Lawtrakul L. Predicting Complexation Thermodynamic Parameters of b-cyclodextrin with Chiral Guests by Using Swarm Intellegence and Support Vector Machines // Int. J. Mol. Sci. 2009. - V. 10. - P. 2107-2121.

36. Landy D., Fourmentin S., Salome M., Surpateanu G. Analythical Improvement in Measuring Formation Constants of Inclusion Complexes between b-Cyclodextrin and Phenolic Compounds // J. Incl. Phen. Macrocyclic Chem. 2000. - V. 38. - P. 187-198.

37. Perez-Garrido A., Helguera A.M., Guillen A.A., Cordeiro M.N.D.S., Escudero A.G. Convinient QSAR model for prediction the complexation of structurally diverse compounds with b-cyclodextrins // Bioorganic & Med. Chem. 2009. - V. 17. - P. 896-904.

38. Suzuki, T. A Nonlinear Group Contribution Method for Predicting the Free Energies of Inclusion Complexation of Organic Molecules with a- and p-CycIodextrins // J. Chem. Inf. Comput. Sci. -2001.-V. 41.-5, P. 1266-1273.

39. Carpignano R., Marzona M., Cattaneo E., Quaranta S. QSAR study of inclusion complexes of heterocyclic compounds with b-cyclodextrin // Anal. Chim. Acta. 1997. - V. 348. - P. 489-493.

40. Momany F.A., Willett J.L., Computational studies on carbohydrates: in vacuo studies using a revised AMBER force field, AMB99C, designed for a-(l—>4) linkages // Carbohydr. Res. 2000. -V. 326.-I. 3, P. 194-209.

41. Jorgensen W. L., Tirado-Rives J. The OPLS optimized potentials for liquid simulations. potential functions for proteins, energy minimizations for crystals of cyclic peptides and crambin // J. Am. Chem. Soc. 1988. - V. 110. - 6, P. 1657-1666.

42. Pranata J., Wierschke S., Jorgensen W. L. OPLS potential functions for nucleotide bases. Relative association constants of hydrogen-bonded base pairs in chloroform // J. Am. Chem. Soc. — 199.-V. 113.-8, P. 2810-2819.

43. AlHnger N.L., Yuh Y.H., Lii J.H. Molecular mechanics. The MM3 force field for hydrocarbons. 1 // J. Am. Chem. Soc. 1989. - V. 111. - 23, P. 8551- 8566.

44. Brooks B. R. et al., CHARMM: A program for macromolecular energy, minimization, and dynamics calculations // J. Сотр. Chem.- 1983. -V. 4. -I. 2, P. 187-2174.

45. Smith J. C., Karplus M. Empirical force field study of geometries and conformational transitions of some organic molecules // J. Am. Chem. Soc. 1992. - V. 114. - 3, P. 805-812.

46. MacKerell A.D. et. al. All-Atom Empirical Potential for Molecular Modeling and Dynamics Studies of Proteins//J. Phys. Chem B. 1998.-V. 102.-I. 18, P. 3586-3616.

47. Lawtrakul L., Viernstein H., Wolschann P. Molecular dynamics simulation of b-cyclodextrin in aqueous solution // Int. J. Pharm. 2003. - V. 256. P. 33-41.

48. Im W., Beglov D., Roux B. Continuum Solvation Model: computation of electrostatic forces from numerical solutions to the Poisson-Bolzmann equation // Сотр. Phys. Comm. 1998. - V. 11. P. 59-75.

49. Cramer J., Truhlar D. G. Implicit Solvation Models: Equilibria, Structure, Spectra, and Dynamics // Chem. Rev. 1999. - V. 99. - I. 8, P. 2161-2200.

50. Li J., Zhu Т., Hawkins G.D., Winget P., Liotard D.A., Cramer C.J., Trihlar D.G. Extension of the platform of applicability of the SM5.42R universal salvation model // Theor. Chem. Acc. 1999. -V. 103. P.9-63.

51. Srinivasan J., Cheatham Т.Е., Cieplak P., Kollman P.A., Case D.A. Continuum Solvent Studies of the Stability of DNA, RNA, and Phosphoramidate-DNA Helices // J. Am. Chem. Soc. 1998. -V. 120.-37. P. 9401- 9409.

52. Still W.C., Tempczyk A., Hawley R.C., Hendrickson T.J. Semianalytical treatment of solvation for molecular mechanics and dynamics // J. Am. Chem. Soc. 1990. - V. 112. - 16, P. 6127-6129.

53. Zhou D., Wu Y., Xu Q., Yang L., Bai C., Tan Z. Molecular Mechanics Study of the Inclusion of Trimethylbenzene Isomers in a-Cyclodextrin // J. Incl. Phen. and Macrocyclic Chem. 2000. - V. 37. - P. 273-279.

54. Lino A.C.S., Takahata Y., Jaime C. a- and b-cyclodextrin complexes with n-alkyl carboxylic acids and n-alkyl p-hydroxy benzoates. A molecular mechanics study of 1:1 and 1:2 associations // J. Mol. Struct. 2002. - V. 594. - P. 207-213.

55. Carvello E., Jaime C. b-cyclodextrin bimodal complexes with n-alkylbenzenes and n-alkylcyclohexanes. A molecular mecanics study // J. Mol. Struct. 1998. - V. 428. - P. 195-201.

56. Ytreberg F.M., Swendsen R.H., Zuckerman D.M. Comparison of free energy methods for molecular systems//J. Chem. Phys. 2006. - V. 125. - P. 184114.

57. Cervello E., Mazzucchi F., Jaime C. Molecular mechanics and molecular dynamics calculations of the b-cyclodextrin inclusion complexes with m-, and p-nitrophenyl alkanoates // J. Mol. Struct. -2000.-V. 530.-P. 155-163.

58. Yu Y., Chipot C., Cai W., Shao X. Molecular Dynamics Study of the Inclusion of Cholesterol into Cyclodextrins // J. Phys. Chem. B. 2006. - V. 110. - P. 6372-6378.

59. Nishijo J., Moriyama S.; Shiota S. Interactions of Cholesterol with Cyclodextrins in Aqueous Solution//Chem. Pharm. Bull. 2003.-V. 51, P. 1253-1257.

60. Frijlink H. W.; Eissens A. C.; Hefting N. R.; Poelstra K.; Lerk C. F.; Meijer D. K. F. The Effect of Parenterally Administered Cyclodextrins on Cholesterol Levels in the Rat // Pharm. Res. 1991. -V. 8. -N. /, P. 9-16.

61. Berg U., Bladh N., Hjelmencrantz A. Structure and dynamics stability of cyclodextrin inclusion complexes with 1,4-distributed bicycle2.2.2.octanes // J. Chem. Soc. 2001. - V. 2. - P. 18501857.

62. Brewster M.E., Loftsson T. Cyclodextrins as pharmaceutical solubilizers // Adv. Drug Delivery Rev. 2007. - V. 59. - P. 645-666.

63. Yamamoto S., Kurihara H., Mutoh Т., Xing X., Unno H. Cholesterol recovery from inclusion complex of b-cyclodextrin and cholesterol by aeration at elevated temperature // Biochem. Eng. J. -2005.-V. 22.-P. 197-205.

64. Jimenez V., Alderete J.B., Hartree-Fock and Density Functional Theory Study of a-Cyclodextrin Conformers // J. Phys. Chem. A. 2008. - V. 112.- P. 678-685.

65. Belosludov R., Hiwada Т., Kawazoe Y., Ohno K., Yoshinari Т., Ohnishi A., Nagasaka S. Intermolecular Bonds Bridging Two Anthracene Molecules in a g-Cyclodextrin // J. Solid State Chem. 1999. - V. 144,-P. 263-271.

66. Stewart J. J.P.J. Optimization of Parameters for Semiempirical Methods II. Applications // Сотр. Chem. 1989. - V. 209. - P. 221-264.

67. Stewart J.J.P.J. Comparison of the accuracy of semiempirical and some DFT methods for predicting heats of formation // J. Mol. Model. 2004. - V. 10. - P. 6-12.

68. Song K.-S., Hou C.-R., Liu L., Li X.-S., Guo Q.-X. A quantum-chemical study on the molecular recognition of b-cyclodextrin with ground and excited xanthones // J. Photochemistry and Photobiology A: Chem-2001. V. 139.-P. 105-109.

69. Nagaraju M.5 Narahari G.S. Theoretical Studies on Inclusion Complexes of Cyclodextrin // J. Phys. Chem. A. 2009. - V. 113. - P. 9533-9542.

70. Song L.X., Wang H.M., Guo X.Q., Bai L. A Caomparative Study on the Binding Behaviors of b-Cyclodextrin and Its Two Derivatives to Four Fanlike Organic Guests // J. Org. Chem. 2008. - V. 73.-P. 8305-8316.

71. Estrada E., Perdomo-Lopez I., Torres-Labandeira J.J. Molecular Modelling (MM2 and PM3) and Experimantal (NMR and Thermal Analysis) Studies on the Inclusion Complex of Salbutamol and b-Cyclodextrin//J. Org. Chem. -2000.-V. 65. P. 8510-8517.

72. Bonnet P., Jaime C., Morin-Allory L. a-, P-, and y-Cyclodextrin Dimers. Molecular Modeling Studies by Molecular Mechanics and Molecular Dynamics Simulations // J. Org. Chem. -2001. -,V. 66.-1.3, P. 689-692.

73. Avakyan V. G., Nazarov V. В., Voronezheva N. I. DFT and PM3 calculations of the formationanf enthalpies and intramolecular H-bond energies in a-, b- and g-cyclodextrins // Russ. J. Phys. Chem. 2005. - V. 79. - Suppl 1. - P. 18- 27.

74. Bonnet P., Jaime C., Morin-Allory L. Structure and Thermodynamics of a-, P-, and y-Cyclodextrin Dimers. Molecular Dynamics Studies of the Solvent Effect and Free Binding Energies // J. Org. Chem. 2002. - V. 67. -1. 24, P. 8602-8609.

75. Nascimento C. S., Anconi C. P. A., Dos Santos H. F., De Almeida W. B. Theoretical Study of the a-Cyclodextrin Dimer // J. Phys. Chem. A. 2005. - V. 109. -1. 14, P. 3209-3219.

76. Perdew J. P., Burke K., Ernzerhof M., Generalized Gradient Approximation Made Simple // Phys. Rev. Lett. 1996. - V. 77. -118, P. 3865-3868.

77. Лайков Д. H. Развитие экономного подхода к расчету молекул методом функционала плотности и его применение к решению сложных химических задач: Дисс. канд. физ. мат. наук МГУ. - Москва, 2000.

78. ChemCraft. Version 1.5 (build 248). http://www.chemcraftprog.com

79. А. В. Иогансен // сборник Водородная связь. Под ред. Н. Д. Соколова. Наука, Москва, 1981,112-131.

80. Saenger W., Jacob J., Gessler К., Steiner Т., Hoffmann D., Sanbe H., Koizumi K., Smith S. M., Takaha T. Structures of the Common Cyclodextrins and Their Larger AnaloguesBeyond the Doughnut//Chem. Rev. 1998. -V. 98. - I. 5, P. 1787-1802.

81. Терехова И.В., Лапшев П.В., Куликова O.B. Термодинамика комплексообразования а-циклодекстрина с основаниями нуклеиновых кислот и их производными // Координационная химия.-2003.-Т. 29 — № 1. С. 78-85.

82. Takagi S., Fujisawa M., Kimura T. Enthalpy and entropy changes on molecular inclusion of 1,3-butanediol into a and p-cyclodextrin cavities in aqueous solutions // Thermochim. Acta. — 1991. — V. 183.-P. 289-297.

83. Guo Q.-X., Zheng X.-Q., Ruan X.-Q., Luo S.-H., Liu Y.-C. Substituent effect and enthalpy-entropy compensation on the inclusion of p-cyclodextrin with 1-substituted naphthalenes // J. Incl. Phen. 1996. - V. 26. -, N. 4, P. 175-183.

84. Bo Tang, Li Ma, Chi Ma. Spectrofluorimetric study of the p-cyclodextrin-rubidate complex and determination of rubidate by p-CD-enhanced fluorimetry // Talanta. 2002. - V.58. -1. 5, P. 841848.

85. Allen F.H., Kennard O., 3D search and Research using the Cambridge Structural database // Chemical Design Automation News. 1993. - V. 8. №1. P. 31-37

86. Кулешова JI. H., Антипин М.Ю. Кембриджский банк структурных данных как инструмент изучения общих закономерностей строения органических молекулярных кристаллов // Успехи химии. 1999. - Т. 68. - № 1. С. 3.

87. Winkler R. G., Fioravanti S., Ciccotti G., Margheritis C., Villa M. Hydration of b-cyclodextrin: A molecular dynamics simulation study // J. Comput.-Aided Mol. Des. 2000. - V. 14. - P. 659667

88. Sicilia M. C., Nino A., Munoz-Caro C., Mechanism of Piridine Protonation in Water Clusters of Increasing Size // J. Phys. Chem. A. 2005. - V. 109. - P. 8341-8347.

89. Arnett E. M., Chawa В., Bell L., Tagepera M., Henre W., Taft R. W., Solvation and hydrogen bonding of pyridinium ions // J. Am. Chem. Soc. 1977. - V. 99. - P. 5729-5738.

90. Stewart J. J. P. J. Optimization of Parameters for Semiempirical Methods V: Modification of NDDO Approximations and Application to 70 Elements // J. Mol. Model. 2007. - V. 13. P. 1173-1213.

91. Benson S. W., Sidney W., Bond energies // J. Chem. Educ. 1965. - V. 42. P. 502

92. Buss V., Messinger J. A Caveat Regarding the Use of MNDO-PM3 in the Calculation of Nonbonding Potentials // Heuser, N. QCPE. Bull. 1991. - V. 11. - P. 5-6.

93. Sekusak S., Coiy M.G., Bartlett R.J., Sabljic A. Dual-Level Direct Dynamics of the Hydroxyl Radical Reaction with Ethane and Haloethanes: Toward a General Reaction Parameter Method // J. Phys. Chem. A. — 1999. — V. 103.-P. 11394-11405.

94. Kallies В., Mitzner R. The Ability of the Semiempirical PM3 Method to Model Proton Transfer Reactions in Symmetric Hydrogen Bonded Systems //J. Mol. Model. 1995. - V. 1. - P. 68-78.

95. Cottrell T.L. The Strengths of Chemical Bonds // Butterwortbs. London, 1958. 2nd ed.

96. Darwent B. deB., "National Standard Reference Data Series," National Bureau of Standards, No. 31, Washington, DC, 1970; S.W. Benson // J. Chem. Educ. 1985. - V. 42. - P. 502.

97. Nocedal J., Nocedal W., Stephen J., Numerical Optimization // Springer-Verlag, 1999. : ISBN 0387-98793-2

98. Fletcher R. A New Approach to Variable Metric Algorithms // The Computer Journal. — 1970. -V. 13. P. 317-322.

99. Stewart, J. J. P. J., OpenMOPAC2009 // Stewart Computational Chemistry, Colorado Springs, CO, USA. http://OpenMOPAC.net

100. В. Ю. Рудяк, В. Г. Авакян, В. Б. Назаров, М. В. Алфимов. Водный кластер для моделирования гидратации органических соединений. Использование метода функционала плотности // Российские нанотехнологии. 2009. - Т. 4. - С. 33-43.

101. С. Leggio, М. Anselmi, A. Di Nola, L. Galantini, A. Jover, F. Meijide, N. V. Pavel, V. H. S. Tellini, J. V. Tato, Study on the Structure of Host-Guest Supramolecular Polymers // Macromolecules. 2007. - V. 40. - P. 5899-5906.

102. J. Carrazana, A. Jover, F. Meijide, V. H. Soto, and J. V. Tato, Complexation of Adamantyl Compounds by «-Cyclodextrin and Monoaminoderivatives // J. Phys. Chem. B. 2005. - V.109. -P.9719-9726.