Дослідження змішаних міцел додецилсульфату натрію – 1-бутанолу методом молекулярної динаміки
Анотація
Властивості змішаних міцел, що складаються з поверхнево-активної речовини (ПАР)
н-додецилсульфату натрію та ко-ПАР 1-бутанолу досліджені методом моделювання молекулярної динаміки для трьох експериментально спостережуваних складів. Число агрегації перебувало в інтервалі від 30 до 64, а вміст ко-ПАР становив від 75 до 32 молекул відповідно. Склад навколишнього розчину вода – 1-бутанол відповідав експериментально дослідженим концентраціям. Використовувалися повноатомні потенціальні моделі та явний розчинник, щоб відтворити більшість структурних деталей. Визначено такі характеристики, як розмір міцели, розташування ко-ПАР, глибина проникнення води. Змодельовані міцели мали компактну еліпсоїдальну форму, за винятком найбільш багатих на ко-ПАР, які були продовгуватими. Рівноважний склад мало відрізнявся від початкового, що вказує на узгодженість моделювання. Молекули ко-ПАР спостерігалися в різних положеннях: розташовані на поверхні агрегату ПАР або занурені в нього вуглеводневими радикалами. Проте гідроксильні групи перебували на поверхні міцели і зберігали контакт із розчином. Виявлено, що молекули води проникають у змішані міцели на відстань до 0,3 – 1,0 нм від центру. Оцінено ступінь зв'язування протиіонів та встановлено його залежність від складу міцели. Виявлено, що він нелінійно зменшується зі зростанням вмісту ко-ПАР. Зокрема, за вмісту ко-ПАР до 34% зв’язування протиіонів було майже подібним до такого в чистих міцелах н-додецилсульфату натрію; значення поступово зменшувалося при підвищенні вмісту 1-бутанолу. Розглянуті декілька положень границі між зв'язаними та вільними протиіонами. Запропонований підхід може бути використаний для дослідження інших змішаних міцел.
Завантаження
Посилання
Almgren, M.; Swarup, S. Size of sodium dodecyl sulfate micelles in the presence of additives i. alcohols and other polar compounds. J. Colloid Interface Sci. 1983, 91, 256–266. https://doi.org/10.1016/0021-9797(83)90330-2.
Caponetti, E.; Martino, D. C.; Floriano, M. A.; Triolo, R. Localization of n-Alcohols and Structural Effects in Aqueous Solutions of Sodium Dodecyl Sulfate. Langmuir 1997, 13, 3277–3283. https://doi.org/10.1021/la961013m.
Kharchenko, A. Yu. Composition of the sodium dodecylsulfate – 1-pentanol mixed micelles as determined using acid-base indicators. Kharkov Univ. Bull., Chem. Ser. 2016, 27(50), 5–15. https://doi.org/10.26565/2220-637X-2016-27-01.
Kharchenko, A. Yu.; Kamneva, N. N.; Mchedlov-Petrossyan, N. O. The properties and composition of the SDS – 1-butanol mixed micelles as determined via acid-base indicators. Colloids Surf. A 2016, 507, 243-254. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2016.08.004.
Taddese, T.; Anderson, R. L.; Bray, D. J.; Warren, P. B. Recent advances in particle-based simulation of surfactants. Curr. Opin. Colloid Interface 2020, 48, 137–148. https://doi.org/10.1016/j.cocis.2020.04.001.
Marrink, S. J.; Mark, A. E. Molecular Dynamics Simulations of Mixed Micelles Modeling Human Bile. Biochemistry 2002, 41(17), 5375–5382. https://doi.org/10.1021/bi015613i.
Shang, B. Z.; Wang, Z.; Larson, R. G. Molecular Dynamics Simulation of Interactions between a Sodium Dodecyl Sulfate Micelle and a Poly(Ethylene Oxide) Polymer. J. Phys. Chem. B 2008, 112(10), 2888–2900. https://doi.org/10.1021/la00022a026.
Mendez-Bermudez, J. G.; Dominguez, H. Structural changes of a sodium dodecyl sulfate (SDS) micelle induced by alcohol molecules. J. Mol. Model. 2015, 22(33), 1–9. https://doi.org/10.1007/s00894-015-2904-x.
Parra, J. G.; Aray, Y. B.; Iza, P.; Zarate, X.; Schott, E. Behavior of the SDS/1-butanol and SDS/2-butanol mixtures at the water/n-octane interface through molecular dynamics simulations. Chem. Phys. 2019, 523, 138–149. https://doi.org/10.1016/j.chemphys.2019.04.021.
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, 13(6), 2742−2750. https://doi.org/10.1021/acs.jctc.7b00181.
Jorgensen, W. L.; Maxwell, D. S.; Tirado-Rives, J. Development and Testing of the OLPS All-Atom Force Field on Conformational Energetics and Properties of Organic Liquids. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118(15), 11225–11236. https://doi.org/10.1021/ja9621760.
Abraham, M. J.; Murtola, T.; Schulz, R.; Pall, 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. https://doi.org/10.1016/j.softx.2015.06.001.
Humphrey, W.; Dalke, A.; Schulten, K. VMD: Visual Molecular Dynamics. J. Mol. Graphics 1996, 14, 33−38. https://doi.org/10.1016/0263-7855(96)00018-5.
