Модели надмолекулярных упаковок органических соединений с нарушенной линейностью молекул и их комплексов с переносом заряда

• Автор: Габдулсадыкова, Галия Фаритовна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 163 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ .

1 Л.,Общие сведения о мезогенных соединениях

1.2. Элементы супрамолекулярной химии .

1.3 Комплексы с переносом заряда ЗГ

1.4. Численное моделирование мезогенных молекулярных и

супрамолекулярных структур . Зф

ГЛАВА И. МАТЕРИАЛЫ МЕТОДЫ. ИССЛЕДОВАНИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЯ . . .

2Л . Материалы и методы исследований .

2.2. Объекты и меоды компьютерного моделирования

ГЛАВА III. ТЕРМОТРОПНЫЙ МЕЗОМОРФИЗМ РЯДА ЗАМЕЩЕННЫХ ПРОИЗВОДНЫХ. ФЕНИЛАМИНА, ИХ КОМПЛЕКСОВ С ПЕРЕНОСОМ ЗАРЯДА И БАНАНОПОДОБНОГО ПРОИЗВОДНОГО БЕНЗОЛА . . .
3.1. Термотропный мезоморфизм ряда замещенных производных фениламина I Ш
3.2. Комплексы с переносом заряда замещенных производных фениламина I Ш с различными акцепторами электронов
3.2.1. Получение и идентификация комплексов с переносом заряда
3.2.2. Исследование мезоморфизма комплексов с переносом заряда соединений I ГО с акцептором электронов ГИБ
3.2.3. Исследование мезоморфизма комплексов с переносом заряда соединений I Ш с акцептором электронов ТАРА
3.2.4. Влияние особенностей молекулярного строения компонентов системы на способность формирования мезоморфных комплексов с переносомзаряда
3.3. Структурные исследования термотропных фаз соединения IV с использованием сипхротронного излучения
ГЛАВА IV. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КОМПЛЕКСОВ С ПЕРЕНОСОМ ЗАРЯДА ПРОИЗВОДНЫХ ФЕНИЛАМ ИНА С РАЗЛИЧНЫМИ АКЦЕПТОРАМИ ЭЛЕКТРОНОВ
4.1. Параметры строения структурных единиц моделируемых комплексов с переносом заряда
4.2 Применение гибкого молекулярного докинга к изучению структуры комплексов с переносом заряда
4.3. Свойства комплексов с переносом заряда
ГЛАВА V. МО ЛЕКУЛЯРНОДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СОЕДИНЕНИЙ С НАРУШЕННОЙ ЛИНЕЙНОСТЬЮ МОЛЕКУЛ
5.1. Применение программного обеспечения МОбшСтпс для молекулярнодинамического моделирования
5.2. Проверка на примере бананоподобного мезогеиа, адекватности полученных в численных экспериментах моделей
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Библиография
Приложения
ВВЕДЕНИЕ
Наноматериалы имеют высокий потенциал использования в России и зарубежом для решения конкретных задач оборонной, химической и медицинской промышленностей, машиностроения и самолетостроения I,. 2. Жидкокристаллические ЖК соединения, молекулы которых обладают способностью к самосборке в надмолекулярные ансамбли, можно по праву отнести к наноматериалам. Высокая способность. ЖКсоединений к самоорганизации создает преимущества использования систем на их основе и представляет значительный интерес для разработки новых функциональных органических наноматериалов.
Жидкокристаллическим состоянием или мезофазои называется термодинамически стабильное состояние вещества, которое обладает физическими свойствами, промежуточными между свойствами кристалла и жидкости 3, 4. Органические соединения, которые способны проявлять ЖКфазу получили название мезогенные соединения. Иногда их для сокращения описания называют жидкими кристаллами или ЖКсоединениями
Одним из современных подходов к созданию ЖКсистем является супрамолекулярная химия 5,6 В частности, мезоморфные свойства у химических . соединений можно индуцировать или варьировать путем образования комплексов с переносом заряда КПЗ или комплексов СТ сокращение от анг. перенос заряда 7, 8. Это органические наноматериалы нанообъекты 9, свойства которых определяются надмолекулярной супрамолекулярной организацией двух типов молекул доноров, и акцепторов электронов. Образование между ними донорноакцепторной связи приводит к увеличению проводимости КПЗ, что создает широкие перспективы их использования в молекулярной инженерии в качестве органических проводников, сверхпроводников для разработки систем памяти, ксерографирования и т. д.
В направлении физикохимических исследований ЖК и систем на их основе, включая КПЗ, научные знания базируются, в основном, на
экспериментальном материале. Фундаментальными задачами теории жидких кристаллов являются, таким образом, систематизация полученных эмпирических данных и установление взаимосвязи молекулярного строения, надмолекулярной организации и свойств у наноматериалов ЖК природы.
Эти задачи могут быть решены более корректно и проще, если их решение связано с использованием компьютерного и математического моделирования. Последнее стало возможным благодаря мощному прогрессу в области вычислительной техники создание кластерных вычислительных центров, стремительному развитию нового программного обеспечения и компьютерного интерфейса.
На современном этапе развития вычислительной техники и компьютерного обеспечения существующий спектр методов моделирования на разных микроскопических, мезоскопических, макроскопических пространственных и временных масштабах, очень широк . Это квантовохимические методы, атомистическая и огрубленная молекулярная динамика, метод МонтеКарло, теоретикополевые методы самосогласованного среднего поля, функционала плотности и др. В последнее время для изучения систем все чаще применяются комплексные подходы методы полномасштабного и мультимасштабного моделирования. Под первым термином понимается ряд численных экспериментов, в которых модельная система рассматривается на разных уровнях детализации среды, но моделирование проводится независимо на каждом уровне . На отдельных этапах мультимасштабного моделирования ЖК, с целью сокращения времени расчетов, фрагменты систем заменяются модельными.
Недоступную для эксперимента информацию, необходимую для понимания сути мезоморфизма можно получить с помощью методов математического и компьютерного моделирования. Модель системы позволяет не только изучить структуру и некоторые физикохимические свойства мезоморфных систем, но и предсказать ее поведение в реальности при изменении пространственновременных условий.
Актуальность


В. частности, использование метода докинга, в совокупности с квантовохимическим определением парциальных зарядов на атомах в молекулах, позволяет определять надмолекулярную структуру комплексов с. Компьютерное моделирование различных органических соединений в рамках новейшей программы ii, включающей программный модуль, разработанный автором, позволяет установить надмолекулярную организацию в многоатомных , системах . ЖК, со значительным уменьшением временных в . Личный вклад автора заключается в постановке и проведении экспериментальных исследований, в выборе методов математического моделирования с учетом специфики изучаемых объектов исследования в участии в разработке программного модуля к системе молекулярнодинамического моделирования ii а также в проведении всех компьютерных расчетов, написании в соавторстве научных статей, подготовке докладов, формулировке выводов и написании диссертационной работы. ГЛАВА I. Математическое и компьютерное численное моделирование составляет неотъемлемую часть современной фундаментальной и прикладной науки ,. В физической химии наряду с традиционными экспериментальными и теоретическими аналитическими методами все чаще применяется численное моделирование , , . Последнее называют вычислительным или численным экспериментом, поскольку он имеет много общего с экспериментом, проводимым в лабораторных условиях табл. Таблица . Образец Физический прибор Калибровка Измерение Анализданных Модель Программа для. В направлении исследований наноматериалов жидкокристаллической природы ЖК и систем на их основе эмпирические исследования до сих пор преобладают, хотя на современном этапе развития вычислительной техники и программного обеспечения создаются реальные условия для широкого внедрения вычислительного эксперимент также и в эту область науки. Мезогенпые соединения это вещества, которые способны проявлять особое термодинамическое состояние жидкокристаллическое 4,. ЖКсостояние промежуточная фаза между кристаллической и изотропной фазами. Равновесными физическими свойствами . ЖКфазы являются анизотропия диэлектрической проницаемости и магнитной восприимчивости, проявление брэгговской дифракции, двойное. В г. Г. Фрвдель, ввел понятия мезофаза, мезоморфное вещество и мезоморфное состояние , употребив слово мезоморфный от греческого мезос промежуточный в значении, эквивалентном жидкокристаллический. В. настоящее время молекулы ЖКсоединений в научной литературе принято называть мезогенами,. ЖКфазы, мезогенными группировками. В современной классификации нанотехнологий 9 ЖКсоединения можно отнести к самоорганизующимся наноструктурированным материалам, т. При этом характер упаковки молекул в ЖКфазе, т. ЖКфазу и ее вид. Существенен тот факт, что понятие мезофаза справедливо только для достаточно населенных надмолекулярных ансамблей. Другими словами, специфика мезоморфных систем состоит в том, что их свойства начинают проявляться только при достаточно большом количестве молекул. Характерной особенностью ЖКфазы является ориентационная упорядоченность. Ориентационный порядок заключается в том, что молекулы ЖК обладают преимущественной ориентацией длинных или коротких осей, которая характеризуется единичным вектором я, называемым директором. Причем таких ориентаций в пространстве может быть одно, два или три, а некоторые ЖК имеют дополнительно частичный трансляционный порядок , называемый позиционным. Такая структурированность ЖК и определяет возможность формирования мезофаз. Различие в надмолекулярной организации ЖКфаз приводит к различию в их текстурах . Текстурой называют совокупность структурных деталей образца жидкого кристалла, помещенного между двумя стеклами, наблюдаемую с помощью оптического поляризационного микроскопа. Под действием таких факторов, как температура, давление, электрические и магнитные поля, изменяются физикохимические свойства ЖКсистем ,, например, цвет, прозрачность и способность к вращению плоскости поляризации проходящего света. А это, в свою очередь, определяет широкие возможности применения ЖКматериалов в оптоэлектронике в системах обработки оптической информации , , лазерной физике , газовой хроматографии , медицине и термографии , и др.