Universum: химия и биология

Детали компьютерного моделирования. Ис-
ходная модель для системы «ПАН–SiO
2
» построена 
и предварительно оптимизирована с помощью про-
граммного пакета Avogadro. Для упрощения задачи в 
качестве модельной выбрана система, представляю-
щая собой ассоциат пентамера SiO
2 
с тетрамером 
ПАН, которая с достаточной степенью вероятности 
имитирует свойства исследуемой системы. Кван-
тово-химические расчеты проведены с использова-
нием пакета программ Gaussian 09 в рамках теории 
функционала плотности (DFT) с применением базис-
ного набора 6-31G(d,p)/B3LYP [1]. 
Результаты и их обсуждение. Как известно, ме-
тоды компьютерного моделирования дают ценную 
информацию не только о структуре и физико-хими-
ческих свойств соединений, но и они также полезны 
для прогнозирования их химических свойств. 
На рис.1 представлена оптимизированная 
структура системы «ПАН–SiO
2
», которая найдена 
методом квантово-химического моделирования с ис-
пользованием пакета программ Gaussian 09. 
Рассчитана энергия взаимодействия в системе 
«ПАН–SiO
2
» как разница между энергиями ассоци-
ата и исходных соединений, которая составляет – 
26,04 ккал/моль. Эта высокая энергия, которая свиде-
тельствует о наличии в ассоциате сильной водород-
ной связи. 
Из рис.1 видно присутствие водородной связи 
между атомами N органической составляющей и ато-
мами Н неорганической составляющей.
Анализом естественных связывающих орбиталей 
(NBO) показано [4-5], что в системе «ПАН–SiO
2
» 
перемещение электронной плотности наблюдается в 
обоих направлениях: SiO
2
PAN и PANSiO
2
. В 
частности, атом кислорода О23 (донор), входящий в 
состав SiO
2
и C53–H61 (акцептор) образуют сразу две 
связи с энергией 1,15 и 0,98 ккал/моль, соответ-
ственно. Также наблюдается связь между О23 (до-
нор) и C49–H59 (акцептор) с энергией 2,41 ккал/моль 
(таблица). Однако движение электронной плотности 
по направлению PANSiO
2
существенно сильнее, 
чем по направлению PANSiO
2
. Так, очень сильная 
и близкая к ковалентной связь наблюдается между 
атомом азота N46 (донор) и атомной группой O30–
H32 (акцептор), энергия которой составляет 17,46 
ккал/моль. Также наблюдается образование замет-
ных связей между N51 (донор) и O18–H19 (акцептор) 
и N63 (донор) и O24–H27 (акцептор) с энергиями 8,82 
и 0,83 ккал/моль соответственно. 

---

№ 10 (76)
октябрь, 2020 г.
58