Существующие методы оценки площади поперечного сечения

ОТЧЕТ

ПО НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ ПРАКТИКЕ

на тему:

ПОИСК ОПТИМАЛЬНОЙ МЕТОДИКИ РАСЧЁТА ПЛОЩАДИ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ СТРУКТУРНЫХ ДАННЫХ, ПОЛУЧЕННЫХ ИЗ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ РАСЧЁТОВ

Выполнил студент

_ _Андреев Р.В. ________________________________________________

(Фамилия И.О., подпись)

Руководитель практики

от кафедры _ Гришаева Т.Н. ________________________________________

(Фамилия И.О., подпись)

Казань 2017 г

Оглавление

Введение.......................................................................................................................... 2

Результаты технологической практики.......................................................................................................................... 4

Существующие методы оценки площади поперечного сечения.......................................................................................................................... 5

Программа Sigma и модели оценки радиусов................................................................... 7

Методика исследования.......................................................................................................................... 8

Заключение........................................................................................................................ 13

Список использованной литературы......................................................................................................................... 14

Введение

При синтезе новых супрамолекулярных соединений, достаточно часто, возникает проблема определение структуры, экспериментальными методами.

Так, например, при синтезе супрамолекулярных соединений аминокислот-кукурбит[n]урил, часто невозможно вырастить монокристалл достаточного размера, чтобы определить структуру методом РСА[1].

Метод масс-спектроскопии[2] устанавливает, только состав образующегося супрамолекулярного соединения, но не его строение.

Квантово-химическими методами[3] часто невозможно однозначно установить строение супрамолекулярных соединений, поскольку в результате часто практически равновероятно образование как аддуктов, так и соединений включения.

Указать на какой из вариантов взаимодействия реализуется, помогает, расчёт площади поперечного сечения (collision cross section - ΩD),которая экспериментально определяется в рамках метода ионной подвижности масс-спектроскопии[4] (Ion Mobility – Mass Spectrometry).

В ходе технологической практики, была разработана методика определения площади поперечного сечения на основе структурных данных, полученных из квантово-химических расчётов, на примере изолированного макроциклического кавитанда кукурбит[7]урил, но данные площадей, полученные этим методом, при очередном подсчёте CB[7] и CB[7]-lys дают уже другие значения, которые ни как не коррелируют со значениями, полученными в работе [9].

Поэтому в качестве темы научно-исследовательской работы было решено продолжить работу над поиском методики определения площади поперечного сечения на основе структурных данных, полученных из квантово-химических расчётов, для соединений включений на основе аминокислот и кукурбит[7]урила.

Результаты технологической практики

В ходе технологической практики, была разработана методика определения площади поперечного сечения на основе структурных данных, полученных из квантово-химических расчётов, на примере изолированного макроциклического кавитанда кукурбит[7]урил.

Экспериментальное значение площадей поперечного сечения (ΩD)

CB[7]-lys=205,3±2,5 Ǻ², CB[7] 210,7±1,1 Ǻ² по данным статьи [9], значения полученные в результате расчёта методом, разработанным в ходе технологической практики представлены в таблице 1.

Таблица 1. Значения площадей поперечного сечения CB[7], CB[7]-lys (Ǻ²)

Данные площадей, полученные этим методом, при очередном расчёте CB[7] и его комплекса, как видно из таблицы 1, дают значения, которые ни как не коррелируют со значениями полученными в работе [5], в значительной степени, зависят от пользователя и от его навыков обработки изображений в программе GIMP [6,7], то есть данный метод расчёта площади поперечного сечения на основе структурных данных, полученных из квантово-химических расчётов, который описан в статье [11], является зависимым от человека и не подходит для определения точной площади, а значит и нельзя точно сказать, что перед нами аддукт, или же соединений включения.

Существующие методы оценки площади поперечного сечения

Квантово-химическое моделирование соединений включения на основе кукурбит[n]урилов даёт хорошие результаты [8-12], однако, моделирование соединений в растворах крайне затруднено, поскольку, как молекула гостя, так и молекула хозяина специфически взаимодействуют с молекулами растворителя. Моделирование супрамолекулярных систем с учётом большого числа молекул растворителя в большинстве случаев выходит за рамки квантово-химического моделирования и должно проводиться методами молекулярной динамики [13]. При квантово-химическом моделировании, выбор структуры, наилучшим образом соответствующей экспериментально синтезированной системе, должен проводиться не только на основе термохимических данных, но и при сопоставлении теоретических и расчётных физико-химических характеристик, таких как ИК-, ЯМР-, УФ-спектры и т. д. [11,14-16], поскольку очень часто термохимические параметры реакций образования аддуктов и соединений включения довольно близки.

Одной из таких экспериментальных методик является определение площади поперечного сечения (cross-section, Ω_D) молекул на основе данных спектрометрии ионной подвижности - масс-спектрометрии (IMS-MS) [17,18]. Полученные на основе этой методики, площади поперечного сечения соединений включения, могут быть сопоставлены с расчётными данными [7].

Методика оценки площади поперечного сечения для супрамолекулярных соединений включения на основе результатов квантово-химических расчётов до сих пор не отработана до конца. Так, в работе [19] предлагается оценивать Ω_D как среднее арифметическое площадей трёх взаимно перпендикулярных проекций. Однако, такой подход вызывает большие сомнения, поскольку площади проекций сильно зависят от выбора осей координат.

Другой подход к оценке площадей поперечного сечения использован в работе [20], где для расчёта Ω_D использовалась модель проекционного приближения, реализованная в программе Sigma [21].

В процессе научно-исследовательской практики была получена программа SIGMA, перекомпилирована на язык конкретной машины, для попытки исследовать и определить оптимальный метод расчёта площади поперечного сечения для соединений включения на основе аминокислот и CB[7], полученных из квантово-химических расчётов.