РАЗРАБОТКА ПОЛНОАТОМНЫХ ПОТЕНЦИАЛЬНЫХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ РАСПРОСТРАНЕННЫХ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ

В.С. Фарафонов, аспирант
А.В. Лебедь, к.х.н. доцент
Харьковский национальный
университет им. В.Н. Каразина,
Украина
alebed@karazin.ua


РАЗРАБОТКА ПОЛНОАТОМНЫХ ПОТЕНЦИАЛЬНЫХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ РАСПРОСТРАНЕННЫХ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ

Поверхностно-активные вещества (ПАВ) получили чрезвычайно широкое распространение в разных областях промышленности. В частности, в пищевой промышленности они используются для предотвращения разделения продукта на водную и жировую фазы, придания продукту требуемой консистенции, а также в качестве компонентов моющих средств. Поэтому важной задачей является изучение свойств различных многокомпонентных растворов, содержащих ПАВ.
В последние десятилетия помимо экспериментальных методов с этой целью все активнее применяются методы вычислительной химии, в особенности молекулярно-динамическое моделирование (МДМ). С их помощью были получены ценные сведения о микроскопической структуре и динамике органических растворителей, коллоидных растворов ПАВ, жировых слоев и многих других систем. Важно отметить, что часть этих свойств недоступна для экспериментальных методов.
Для осуществления МДМ необходимо иметь взаимно согласованные потенциальные модели для веществ, составляющих изучаемую систему. Это является проблемой для молекул ПАВ, т.к. большинство моделей или не содержат явные атомы водорода, или построены со значительными отклонениями от методик, рекомендуемых силовыми полями. Поэтому мы разработали новые полноатомные модели для таких наиболее важных ПАВ как додецилсульфат натрия (ДСН), бромид цетилтриметиламмония (ЦТАБ) и хлорид цетилпиридиния (ЦПХ) [1]. Предложенные модели подготовлены в рамках силового поля OPLS-AA с использованием единого подхода, что обеспечивает их совместимость с моделями других веществ [2].

С целью увеличить точность моделей, для описания углеводородного хвоста использованы современные оптимизированные параметры, которые обеспечивают хорошее воспроизведение свойств высших алканов и их производных, в частности, жиров [3]. Это дает возможность применять предложенные модели для изучения больших агрегатов ПАВ (>100 мономеров), а также повышает точность предсказания свойств веществ, солюбилизированных в мицеллах и микроэмульсиях.
Модели были валидированы на предмет воспроизведения основных свойств мицелл (радиус, форма, степень связывания противоионов) и мономеров ПАВ (коэффициент диффузии в воде). Полученные результаты показали хорошую точность воспроизведения этих характеристик [1].

1. V. Farafonov, A. Lebed. Kharkov University Bull., Chem. Ser., 2016, 27, 25.
2. W.L. Jorgensen et al. J. Am. Chem. Soc, 1996, 118, 11225.
3. K. Murzyn et al. J. Phys. Chem. B 2013, 117, 16388.