Максим Александрович Пирогов – студент 4 курса бакалавриата кафедры физики и технологии наноструктур и материалов, физико-технический факультет
ул. Пушкина, 1, г. Ставрополь, 355029, +79614883920
Maxim A. Pirogov – Student of the Department of Physics and Technology of Nanostructures and Materials, Faculty of Physics and Technology
1, Pushkin St., Stavropol, 355029, +79614883920
Андрей Владимирович Блинов – кандидат технических наук, доцент кафедры физики и технологии наноструктур и материалов, физико-технический факультет
ул. Пушкина, 1, г. Ставрополь, 355029, +79887679460
Andrey V. Blinov – PhD, Assistant Professor of the Department of Physics and Technology of Nanostructures and Materials, Faculty of Physics and Technology
1, Pushkin St., Stavropol, 355029, +79887679460
Ирина Михайловна Шевченко – кандидат технических наук, доцент кафедры физики и технологии наноструктур и материалов, физико-технический факультет
ул. Пушкина, 1, г. Ставрополь, 355029, +79187873330
Irina M. Shevchenko – PhD, Assistant Professor of the Department of Physics and Technology of Nanostructures and Materials, Faculty of Physics and Technology
1, Pushkin St., Stavropol, 355029, +79187873330
Мария Анатольевна Ясная – кандидат химических наук, доцент кафедры физики и технологии наноструктур и материалов, физико-технический факультет
ул. Пушкина, 1, г. Ставрополь, 355029, +79187873330
Maria A. Yasnaya – PhD, Assistant Professor of the Department of Physics and Technology of Nanostructures and Materials, Faculty of Physics and Technology
1, Pushkin St., Stavropol, 355029, +79187873330
Алексей Алексеевич Гвозденко – ассистент кафедры физики и технологии наноструктур и материалов, физико-технический факультет
ул. Пушкина, 1, г. Ставрополь, 355029, +79887060469
Alexey A. Gvozdenko – Assistant of the Department of Physics and Technology of Nanostructures and Materials, Faculty of Physics and Technology
1, Pushkin St., Stavropol, 355029, +79887060469
Алексей Борисович Голик – ассистент кафедры физики и технологии наноструктур и материалов, физико-технический факультет
ул. Пушкина, 1, г. Ставрополь, 355029, +79180124774
Alexey B. Golik – Assistant of the Department of Physics and Technology of Nanostructures and Materials, Faculty of Physics and Technology
1, Pushkin St., Stavropol, 355029, +79180124774
Зафар Абдулович Рехман – ассистент кафедры физики и технологии наноструктур и материалов, физико-технический факультет
ул. Пушкина, 1, г. Ставрополь, 355029, +79624073291
Zafar A. Rehman –Assistant of the Department of Physics and Technology of Nanostructures and Materials, Faculty of Physics and Technology
1, Pushkin St., Stavropol, 355029, +79624073291
В рамках данной работы проведено компьютерное квантово-химическое моделирование взаимодействия карбоната кальция с биополимерами (хитозан, гидроксиэтилцеллюлоза, гиалуроновая кислота). Квантово-химическое моделирование проводилось с использованием программного обеспечения QChem и молекулярного редактора IQmol. На первом этапе проводилось моделирование молекулы карбоната кальция и молекул хитозана, гидроксиэтилцеллюлозы, гиалуроновой кислоты, затем рассматривался молекулярный комплекс «карбонат кальция – биополимер», в котором взаимодействие карбоната кальция с биополимерами рассматривали как взаимодействие атома кальция в карбонате кальция с функциональными группами биополимеров. В результате получены модели молекулярных комплексов, а также рассчитаны значения полной энергии молекулярного комплекса, энергии высшей заселѐнной и низшей свободной молекулярных орбиталей, химической жѐсткости и разницы полной энергии аминокислоты и молекулярного комплекса «карбонат кальция – биополимер». В результате установлено, что хитозан, гидроксиэтилцеллюлоза, гиалуроновая кислота могут использоваться для стабилизации наночастиц карбоната кальция, что подтверждается значениями разницы полной энергии и химической жѐсткости молекулярных комплексов. Показано, что для хитозана оптимальным взаимодействием (∆E = 939,445 ккал/моль, ε = 0,026 эВ) является соединение через аминогруппу, присоединѐнную к C2 остатка глюкозамина, для гидроксиэтилцеллюлозы – соединение через гидроксильную группу, присоединѐнную к C6 остатка этоксигруппу (∆E = 939,762 ккал/моль, ε = 0,036 эВ), для гиалуроновой кислоты – соединение через гидроксильную группу, присоединѐнную к C6 остатка N-ацетилглюкозамина (∆E = 939,413 ккал/моль, ε = 0,022 эВ).
As part of this work, computer quantum chemical modeling of the interaction of calcium carbonate with biopolymers (chitosan, hydroxyethylcellulose, hyaluronic acid) was carried out. Quantum chemical modeling was carried out using QChem software and the IQmol molecular editor. At the first stage, modeling of the calcium carbonate molecule and molecules of chitosan, methylcellulose, hydroxyethylcellulose, hyaluronic acid was carried out, then the molecular complex ―calcium carbonate - biopolymer‖ was considered, in which the interaction of calcium carbonate with biopolymers was considered as the interaction of the calcium atom in calcium carbonate with the functional groups of biopolymers. As a result, models of molecular complexes were obtained, and the values of the total energy of the molecular complex, the energy of the highest occupied and lowest free molecular orbitals, chemical hardness and the difference in the total energy of the amino acid and the molecular complex ―calcium carbonate - biopolymer‖ were calculated. As a result, it was found that chitosan, hydroxyethylcellulose, and hyaluronic acid can be used to stabilize calcium carbonate nanoparticles, which is confirmed by the values of the difference in total energy and chemical rigidity of molecular complexes. It has been shown that for chitosan the optimal interaction (∆E = 939.445 kcal/mol, ε = 0.026 eV) is the connection through the amino group attached to the C2 glucosamine residue, for hydroxyethylcellulose - the connection through the hydroxyl group attached to the C6 ethoxy group (∆E = 939.762 kcal/mol, ε = 0.036 eV), for hyaluronic acid – connection through the hydroxyl group attached to the C6 residue of N-acetylglucosamine (∆E = 939.413 kcal/mol, ε = 0.022 eV).
The authors declare that there are no conflicts of interest present.