МД моделювання бетаїнів Райхардта у міцелах ПАР: Відмінна орієнтація і сольватація катіонних, цвітер-іонних і аніонних форм барвників у псевдофазі
Анотація
Сольватохромні індикатори ряду піридиній N-фенолятів, також відомі як бетаїни Райхардта або барвники Райхардта, часто застосовуються для дослідження не тільки чистих або змішаних розчинників, але також і різноманітних колоїдних агрегатів, таких як міцели поверхнево-активних речовин, краплі мікроемульсій тощо. Щоб виявити локалізацію цих молекулярних зондів у міцелярній псевдофазі, ми нещодавно застосували метод молекулярно-динамічного моделювання для стандартного барвника, 4-(2,4,6-трифенілпіридиній-1-іл)-2,6-дифенілфеноляту та трьох інших барвників цього сімейства з більшою та меншою гідрофобністю. У дослідженні розглянуті як забарвлені, так і протоновані (катіонні, безбарвні) форми, оскільки ці сполуки також використовуються як кислотно-основні індикатори для міцелярних систем. У даній роботі ми продовжили це дослідження. МД моделювання застосоване для ще трьох барвників у міцелах н-додецилсульфату натрію і цетилтриметиламоній броміду. Досліджені наступні сполуки: (i) найбільш гідрофобний барвник, що містить п'ять трет-бутильних груп, 4- [2,4,6-три(4-трет-бутилфеніл)піридиній-1-іл]-2,6-ди(4-трет-бутилфеніл) фенолят, (ii) барвник із вуглеводневою петлею навколо атома Оксигену, 4-(2,4,6-трифенілпіридиній-1-іл)-н-(3,5-нонаметилен) фенолят та (iii) барвник із додатковою карбоксильною групою, приєднаною до бензенового кільця навпроти феноляту, 4-(4-карбоксилатфеніл-2,6-дифенілпіридиній-1-іл)-2,6-дифенілфенол. Орієнтація і сольватація катіонів, цвітер-іонів (як забарвлених, так і безбарвних) та аніону останнього барвника в міцелах виявилися різноманітними залежно від молекулярної структури та стану іонізації. Результати порівнювалися з результатами, отриманими раніше для стандартного барвника. У деяких випадках найбільш вірогідна орієнтація барвників у їхніх безбарвних формах протилежна до стандартного барвника Райхардта, тобто їх ОН-група спрямована до центру міцели.
Завантаження
Посилання
Nakagaki M. Physical Chemistry of Membranes (Russian transl.). Mir: Moscow, 1991.
Kedia N., Sarkar A., Purkayastha P., Bagchi S. An electronic spectroscopic study of micellisa-tion of surfactants and solvation of homomicelles formed by cationic or anionic surfactants us-ing a solvatochromic electron donor acceptor dye. // Spectrochim. Acta, Part A. 2014. Vol.131. P.398–406.
Maity A., Ghosh P., Das T., Dash J., Purkayastha P. Interaction of a new surface sensitive probe compound with anionic surfactants of varying hydrophobic chain length. // J. Colloid Interface Sci. 2011. Vol.364, No.2. P.395–399.
Abdel-Kadew M. H., Hamzah R. Y., Abdel-Halim S. T. Spectroscopic Characteristics of an Amphiphilic Merocyanine Dye: A Probe of Polarity in Micelles. // Colloids Surf. 1988. Vol.34, No.2. P.133-142.
Reichardt C., Welton T. Solvents and Solvent Effects in Organic Chemistry, 4th ed. Wiley-VCH: Weinheim, 2011.
Drummond C.J., Grieser F., Healy T. W. A single spectroscopic probe for the determination of both the interfacial solvent properties and electrostatic surface potential of model lipid membranes. // Faraday Discuss. Chem. Soc. 1986. Vol.81. P.95–106.
Mchedlov-Petrossyan N. O. Protolytic equilibrium in lyophilic nanosized dispersions: differ-entiating influence of the pseudophase and salt effects. // Pure Appl. Chem. 2008. Vol.80, No.7. P.1459–1510.
Machado V. G., Stock R. I., Reichardt C. Pyridinium N-phenolate betaine dyes. // Chem. Rev. 2014. Vol.114, No.20. P.10429–10475.
Farafonov V. S., Lebed A. V., Mchedlov-Petrossyan N. O. Character of localization and mi-croenvironment of the solvatochromic Reichardt’s betaine dye in SDS and CTAB micelles: MD simulation study. // Langmuir 2017. Vol.33, No.33. P.8342–8352.
Farafonov V. S., Lebed A. V., Mchedlov-Petrossyan N. O. Solvatochromic betaine dyes of different hydrophobicity in ionic surfactant micelles: Molecular dynamics modeling of loca-tion character. // Colloids. Surf. A 2018. Vol.538. P.583–592.
Farafonov V.S., Lebed A.V., Mchedlov-Petrossyan N.O. Solvatochromic Reichardt’s dye in micelles of sodium cetyl sulfate: MD modeling of location character and hydration. // Kharkov Univ. Bull., Chem. Ser. 2017. Vol.28, No.51. P.5–11.
Mchedlov-Petrossyan N. O., Vodolazkaya N. A., Kornienko A. A., Karyakina E. L., Reichardt C. Counterion-Induced Transformations of Cationic Surfactant Micelles Studied by using the Displacing Effect of Solvatochromic Pyridinium N-Phenolate Betaine Dyes // Langmuir 2005. Vol.21, No.16. P.7090–7096.
Grieser F., Drummond C. J. The Physicochemical Properties of Self-Assembled Surfactant Aggregates As Determined by Some Molecular Spectroscopic Probe Techniques. // J. Phys. Chem. 1988. Vol.92. P.5580−5593.
Pisárčik M., Devínsky A., Pupák A. Determination of Micelle Aggregation Numbers of Alkyl-trimethylammonium Bromide and Sodium Dodecyl Sulfate Surfactants Using Time-Resolved Fluorescence Quenching. // Open Chem. 2015. Vol.13, No.1. P.922−931.
Abraham M. J., Murtola T., Schulz R., Páll S., Smith J. C., Hess B., Lindahl E. GROMACS: High Performance Molecular Simulations Through Multi-Level Parallelism from Laptops to Supercomputers. SoftwareX 2015, 1–2, 19–25.
Breneman C. M., Wiberg K. B. Determining atom-centered monopoles from molecular elec-trostatic potentials. The need for high sampling density in formamide conformational analysis. // J. Comp. Chem. 1990. Vol.11, No.3. P.361–373.
Vanquelef E., Simon S., Marquant G., Garcia E., Klimerak G., Delepine J. C., Cieplak P., Dupradeau F.-Y. R.E.D. Server: a web service for deriving RESP and ESP charges and build-ing force field libraries for new molecules and molecular fragments. // Nucleic Acids Res. 2011. Vol.39. P.511–517.
Farafonov V. S., Lebed A. V. Developing and validating a set of all-atom potential models for sodium dodecyl sulfate. // J. Chem. Theory Comput. 2017. Vol.13, No.6. P.2742−2750
Farafonov V. S., Lebed A. V. Molecular dynamics simulation study of cetylpyridinum chlo-ride and cetyltrimethylammonium bromide micelles. // Kharkov Univ. Bull., Chem. Ser. 2016 Vol.27, No.50. P.25–30.
Цитування
Nitroxyl spin probe in ionic micelles: A molecular dynamics study
(2020) Kharkov University Bulletin Chemical Series
Crossref
