Структурні особливості обротних міцел аот у воді/циклогексані: молекулярно-динамічне дослідження
Анотація
Методом молекулярної динаміки проведено дослідження структурних особливостей зворотних міцел молекул Na AOT (біс(2-етилгексил)сульфосукцинат натрію) у циклогексані з водним ядром. Зворотні міцели АОТ утворюються в трикомпонентних системах, що містять неполярний розчинник, воду та молекули АОТ при певних співвідношеннях концентрацій, виражених як w = [H2O]/[AOT]. Виявлено сильний водневий зв’язок між молекулами води та АОТ при концентрації w=6. Вперше було показано різке зменшення водневих зв’язків між молекулами води та АОТ при w=7, викликане різницею в упаковці молекул АОТ та колективною динамікою молекул води в ядрі міцели. Результати розрахунків добре узгоджуються з експериментальними даними інших авторів. Показано, що поряд з методами коливальної спектроскопії та динамічного розсіювання світла метод молекулярної динаміки також є інформативним для визначення структурних характеристик супрамолекулярних структур та аналізу колективної динаміки молекул води.
Завантаження
Посилання
S. Abel, M. Waks, W. Urbach, and M. Marchi, “Structure, “Stability, and Hydration of a Polypeptide in AOT Reverse Micelles”, J. Am. Chem. Soc. 128(2), 382–383 (2006). https://doi.org/10.1021/ja053043u
R.E. Ridley, H. Fathi-Kelly, J.P. Kelly, V.R. Vasquez, and O.A. Graeve, “Predicting Destabilization in Salt- Containing Aqueous Reverse Micellar Colloidal Systems,” ACS Earth Space Chem. 586, 830-835 (2021). https://doi.org/10.1021/acsearthspacechem.1c00148
B. Sinha, A. Dan, A. Wongkamlue, A. Chanakul, T. Charinpanitkul, S.P. Moulik, and A.K. Panda, “Synthesis and characterization of dispersions of ZnCrO4 prepared in AOT stabilized water/heptane microemulsion”, J. Mol. Liq, 164(3), 171 177 (2011). https://doi.org/10.1016/j.molliq.2011.09.004
M. Mal, and D. Mandal, “Double proton transfer in a polar nano-droplet: Phototautomerization of alloxazine in AOT/alkane reverse micelles containing water or glycerol,” Spectrochimica Acta Part A Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 255, 119708 (2021). https://doi.org/10.1016/j.saa.2021.119708
A.E.L. Aferni, M. Guettari, T. Tajouri, and A. Rahdar, “The confinement of PVP in AOT microemulsions: Effect of water content and PVP concentration regime on electrical percolation phenomenon”, J. Mol. Liq, 318, 114012 (2020). https://doi.org/10.1016/j.molliq.2020.114012
T. Butkhuzi, M. Kurtanidze, R. Chaladze, M. Gvaramia, M. Rukhadze, G. Bezarashvili, and P. Pradhan, “Investigation of influence of nonionic additives on structural changes of water droplets encapsulated in AOT reverse micelles by instrumental methods. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects”, 460, 123–129 (2014). https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2014.03.067
F. Zou, L. Xue, X. Yu, Y. Li, Y. Zhao, L. Lu, and Y. Qu, “One step biosynthesis of chiral, conducting and water-soluble polyaniline in AOT micellar solution”, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 429, 38–43 (2013).
R.F. Martín, C. Prietzel, and J. Koetz, “Template-mediated self-assembly of magnetite-gold nanoparticle superstructures at the water-oil interface of AOT reverse microemulsions”, J. Colloid Interface Sci. 581, 44-55 (2021). https://doi.org/10.1016/j.jcis.2020.07.079
M. Harada, K. Saijo, N. Sakamoto, and K. Ito, “Characterization of water/AOT/benzene microemulsions during photoreduction to produce silver particles”, J. Colloid Interface Sci. 343(2), 423–432 (2010). https://doi.org/10.1016/j.jcis.2009.12.006
Y. Sueishi, D. Yoshioka, M. Negi, and Kotake, “High static pressure alters water-pool properties in reversed micelles formed by aerosol OT (sodium bis(2-ethylhexyl) sulfosuccinate): A high pressure ESR study,” Chemical Physics Letters, 415(4-6), 261 264 (2005). https://doi.org/10.1016/j.cplett.2005.08.15
Z. Lai, and P. Wu, “Investigation on the conformations of AOT in water-in-oil microemulsions using 2D-ATR- FTIR correlation spectroscopy,” J. Mol. Struct. 883-884, 236-241 (2008). https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2008.01.017
K. Małycha, A. Burakowski, J. Gliński, H. Niu, S.-L. Bai, and K. Orzechowski, “Characterization of isooctane/AOT/water reverse micelles by dielectric spectroscopy, dynamic light scattering and acoustic methods,” J. Mol. Liq. 330, 115335 (2021). https://doi.org/10.1016/j.molliq.2021.115335
R.E. Ridley, Fathi-Kelly, H., Kelly, J.P., Vasquez, V.R., and Graeve, O.A., “Predicting Destabilization in Salt- Containing Aqueous Reverse Micellar Colloidal Systems”, ACS Earth and Space Chemistry, 586, 830-835 (2021). https://doi.org/10.1021/acsearthspacechem.1c00148
I.V. Plastinin, S.A. Burikov, and T.A. Dolenko, “Laser diagnostics of reverse microemulsions: Influence of the size and shape of reverse micelles on the Raman spectrum on the example of water/AOT/cyclohexane system”, J. Mol. Liq. 325, 115153 (2021). https://doi.org/10.1016/j.molliq.2020.115153
D. Fan, Z. Hao, P. Zheng, J. Zhao, and W. Shen, “The effect of polyethylene glycols on the interaction and stability of AOT/water/isooctane microemulsions. Arabian Journal of Chemistry, 13(1), 2925-2933 (2018). https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2018.08.002
B. Shau, and R.A. Bhattarai, “Study of conductivity, contact angle and surface free energy of anionic (SDS, AOT) and cationic (CTAB) surfactants in water and isopropanol mixture”, J. Mol. Liq. 323, 114604 (2021). https://doi.org/10.1016/j.molliq.2020.114604
A.E.L. Aferni, M. Guettari, T. Tajouri, and A. Rahdar, “The confinement of PVP in AOT microemulsions: Effect of water content and PVP concentration regime on electrical percolation phenomenon”, J. Mol. Liq. 318, 114012 (2020). https://doi.org/10.1016/j.molliq.2020.114012
X. Wang, Z. Chen, and W. Shen., “The volumetric properties of water/AOT/isooctane microemulsions with larger-size droplets,” J. Chem. Thermodynamics, 130, 129-139 (2019). https://doi.org/10.1016/j.jct.2018.09.034
Xue Wanga, Zhiyun Chena, Weiguo Shena, “The volumetric properties of water/AOT/isooctane microemulsions with small-size droplets,” Colloids and Surfaces A, 529, 893–900 (2017). https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2017.06.076
G. Eskici, and P.H. Axelsen, “The Size of AOT Reverse Micelles”, J. Phys. Chem. B, 120(44), 1337–11347 (2016). https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.6b06420
B. Hess, C. Kutzner, D. van der Spoel, and E. Lindahl, “GROMACS 4: Algorithms for Highly Efficient, Load- Balanced, and Scalable Molecular Simulation,” J. Chem. Theory Comput. 4(3), 435–447 (2008). https://doi.org/10.1021/ct700301q
H.J.C. Berendsen, J.R. Grigera, and T.P., Straatsma, “The missing term in effective pair potentials,” J. Phys. Chem. A, 91(24), 6269–6271 (1987).
D. Bozorova, Sh. Gоfurov, A. Kokhkharov, and О. Ismailova, “Terahertz spectroscopy of aqueous solutions of acetic acid”, J. Appl. Spectrosc, 88(4), 719-722 (2021). https://doi.org/10.1007/s10812-021-01230-3
I. Plastinin, S. Burikov, Sh. Gofurov, O. Ismailova, Yu. Mirgorod, and T. Dolenko, “Features of Self-Organization of Sodium Dodecyl-Sulfate in Water-Ethanol solutions: Theory and Vibrational Spectroscopy”, J. Mol. Liq. 298, 112053 (2020). https://doi.org/10.1016/j.molliq.2019.112053
Sh. Gofurov, U.K. Makhmanov, A. Kokhkharov, and O.B. Ismailova, “Structural and Optical Characteristics of Aqueous Solutions of Acetic Acid”, Appl. Spectrosc. 73(5), 503-510 (2019). https://doi.org/10.1177/0003702819831325
Sh. Gofurov, O. Ismailova, U. Makhmanov, and A. Kokhkharov, “Heteromolecular Structure Formation in Aqueous Solutions of Ethanol, Tetrahydrofuran and Dimethylformamide,” World Academy of Science, Engineering and Technology, Int. J. Chem. Eng. 11(4), 330-333 (2017).
J. Razzokov, O. Ismailova, S. Mamatkulov, O. Trunilina, and A. Kokhkharov, “Heteromolecular Structures in Aqueous Solutions of Dimethylformamide and Tetrahydrofuran, According to Molecular Dynamics Data,” Russ. J. Phys. Chem. B, 88(88), 1500 1506 (2014).
A. Kaiser, O. Ismailova, A. Koskela, S. Huber, M. Ritterd, B. Cosenza, W. Benger, et al., “Ethylene glycol revisited: molecular dynamics simulations and visualization of the liquid and its hydrogen-bond network,” J. Mol. Liquids, 189(100), 20 29 (2013). https://doi.org/10.1016/j.molliq.2013.05.033
O. Ismailova, A. Berezin, M. Probst, and R. Nazmutdinov, “Interfacial Bond-Breaking Electron Transfer in Mixed Water-Ethylene Glycol Solutions: Reorganization Energy and Interplay between Different Solvent Modes,” The J. Phys. Chem. B, 117(29), 8793-8801 (2013). https://doi.org/10.1021/jp405097c
D. Bozorova, Sh. Gоfurov, M. Ziyayev, D. Mirtojiyeva, O. Ismanova, and О. Ismailova, “The role of hydrogen bonds in diluted ethanol solutions of cyclohexane and dimethylformamide,” Chemistry and chemical engineering, 2021(1), 44-47 (2021).
D. Bozorova, Sh. Gоfurov, A. Kokhkharov, M. Ziyayev, and О. Ismailova, “Spectral features and hydrogen bond structure of aqueous solutions”, Chemistry and chemical engineering, 2021(4), 30-33 (2021).
N. Foloppe, and A.D. MacKerell, Jr., “All-atom empirical force field for nucleic acids: I. Parameter optimization based on small molecule and condensed phase macromolecular target data,” J. Comput. Chem. 21(2), 86-104 (2000). https://doi.org/10.1002/(SICI)1096-987X(20000130)21:2%3C86::AID-JCC2%3E3.0.CO;2-G
S. Abel, F. Sterpone, S. Bandyopadhyay, and M. Marchi, “Molecular Modeling and Simulations of AOT−Water Reverse Micelles in Isooctane: Structural and Dynamic Properties,” J. Phys. Chem. B, 108(50), 19458–19466 (2004).
V. Monje-Galvan, and J. Klauda, “Interfacial properties of aqueous solutions of butanol isomers and cyclohexane,” Fluid Phase Equilib. 513, 112551 (2020). https://doi.org/10.1016/j.fluid.2020.112551
T. Hellweg, and W. Eimer, “The micro-structures formed by Ni2+-AOT/cyclohexane/water microemulsions: a light scattering study,” Colloids and Surfaces A”, Physicochem. Eng. Asp. 136, 97–107 (1998). https://doi.org/10.1021/jp711932h
Y. Yoshimura, I. Abe, M. Ueda, K. Kajiwara, T. Hori, and Z.A. Schelly, “Apparent Molar Volume of Solubilized Water in AOT/Isooctane/Water Reverse Micellar Aggregates”, Langmuir, 16(8), 3633–3635 (2000). https://doi.org/10.1021/la981209h
Авторське право (c) 2024 Дільбар Бозорова, Шукур Гофуров, Мавлонбек Зіяєв, Оксана Ісмаїлова
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
