Состояние ионов лития в сульфостирольном катионите по данным ab initio квантово-химических расчетов

The structural parameters of the molecular model of a swollen sulfostyrene ion exchanger in lithium form were calculated. The calculations were performed using the non-empirical method (HF/basis using the Mini Huzinaga basis) and the Firefly software for the (RSO3Li)2- (H2O)20 cluster. The distances between the Li+ ions and the oxygen atoms in the cluster, which belong to the water molecules and sulfonic groups, were found and sorted in ascending order. The obtained data allowed one to establish that in the first molecular layer, strictly four oxygen atoms of water molecules are present around the Li+ ion, and the ion itself does not form a direct bond with the sulfonic group. A sharp jump in the Li+-O distances takes place between the first and second molecular layers around the cation.Рассчитаны структурные параметры молекулярной модели набухшего сульфостирольного ионита в литиевой форме. Расчеты выполнены неэмпирическим методом (HF/basis с использованием базиса Mini Huzinaga) и программного пакета Firefly для кластера (RSO-3Li+)2-(H2O)20. Найдены расстояния между ионами Li+ и атомами кислорода в кластере, принадлежащие молекулам воды, и сульфогруппы и отсортированы по возрастанию. Полученные данные позволили установить, что в первом молекулярном слое вокруг иона Li+ содержится строго 4 атома кислорода молекул воды, а сам ион не образует прямой связи с сульфогруппой. Между первым и вторым молекулярным слоем вокруг катиона имеет место резкий скачок расстояний Li+-O

Визуализация гидратации ионов магния и рубидия в сульфокатионите с помощью квантово-химического расчета

Based on the data of ab initio calculation of the structure of (RSO3)2Mg (H2O)18 and (RSO3Rb)2(H2O)16 clusters, which simulate the structure of swollen sulfostyrene ion exchangers in the corresponding ionic forms and a water cluster of comparable size, the numbers of water molecules directly bound to cations and their coordination numbers, including the oxygen atoms of the sulfonic groups linked to the cation, were calculated. It is shown that the first molecular layer around the magnesium ion is formed from water molecules with the highest binding energy with the cluster, and around the rubidium ion – from the molecules of the nearest environment with the lowest binding energies. This is explained by the fact that the transfer of water molecules from its volume to magnesium hydrate is energetically favorable, but not to rubidium hydrate. Therefore, the magnesium ion builds its hydrate mainly from water molecules with the highest binding energy in order to obtain the greatest energy gain, and the rubidium ion – from molecules with the lowest energy, which provides the smallest energy loss.На основании данных ab initio расчета структуры кластеров (RSO3)2Mg(H2O)18 и (RSO3Rb)2(H2O)16, моделирующих структуру набухших сульфостирольных ионитов в соответствующих ионных формах и кластерах воды сравнимого размера, рассчитаны числа молекул воды, непосредственно связанных с катионами и их координационные числа, включающие атомы кислорода сульфогрупп, связанных с катионом. Показано, что первый молекулярный слой вокруг иона магния формируется из молекул воды, имеющих наибольшую энергию связи с кластером, а вокруг иона рубидия – из молекул ближайшего окружения с наименьшими энергиями связи. Это объясняется тем, что перенос молекул воды из ее объема в гидрат магния энергетически выгоден, а в гидрат рубидия – не выгоден. Поэтому ион магния строит свой гидрат преимущественно из молекул воды с наибольшей энергией связи, чтобы получить наибольший энергетический выигрыш, а ион рубидия – из молекул с наименьшей энергией, что обеспечивает наименьший энергетический проигрыш

Особенности сорбции диоксида серы из воздуха слабоосновными анионитами

Using non-empirical quantum-chemical calculations (with the density functional theory of DFT/B3LY-P/6-31G(3d,p) level) the geometric characteristics of sorption complexes of sulfur dioxide with primary, secondary and ternary amino groups of anion exchangers, synthesized by amination of nitrile groups of polyacrylonitrile fiber with the ethylenediamine or dimethylaminopropylamine, were calculated and their structures are visualized. The main regularities of SO2 sorption from air and features of the ongoing interactions in the polymer phase are established: 1) SO2 with primary and secondary amino groups of anion exchanger mainly interacts with the water molecules and practically does not form direct bonds with the nitrogen of the functional groups; the introduction of an oxygen molecule does not change the state of the system; 2) in the phase of anion exchanger with ternary amino groups, SO2, interacting with water molecules, spontaneously transforms into a hydrosulfite ions with proton transfer to ternary nitrogen; in the presence of an oxygen molecule in the system, barrier-free formation of the peroxy acid anion (SO3OO2-) occurs with the possible further oxidation of hydrosulfite to hydrosulfate.С помощью неэмпирических квантово-химических расчетов (в рамках теории функционала плотности с использованием уровня DFT/B3LYP/6-31G(3d,p)) рассчитаны геометрические характеристики сорбционных комплексов диоксида серы с первичными, вторичными и третичными аминогруппами анионитов, которые синтезированы аминированием нитрильных групп полиакрилонитрильного волокна этилендиамином или диметиламинопропиламином, визуализированы их структуры. Установлены основные закономерности сорбции SO2 из воздуха и особенности протекающих взаимодействий в фазе полимеров: 1) SO2 с первичными и вторичными аминогруппами анионита в основном взаимодействует с молекулами воды и практически не образует связей непосредственно с азотом функциональной группы; введение молекулы кислорода не изменяет состояние системы; 2) в фазе анионита с третичными аминогруппами SO2, взаимодействуя с молекулами воды, самопроизвольно трансформируется в гидросульфит-ион с передачей протона на третичный азот; при наличии в системе молекулы кислорода происходит безбарьерное образование аниона пероксокислоты (SO3OO2-) с возможным дальнейшим окислением гидросульфита в гидросульфат

Состояние ионов и молекул воды в водно-солевых растворах полиакриламида и сополимера «акриламид-Na/k соль акриловой кислоты»

Geometrical and electronic parameters of the microstates of the molecular models of polyacrylamide and co-polymers of acrylamide-acrylic acid in aqueous solutions of sodium and potassium chlorides were computed by the non-empirical SCF MO LCAO method with the use of the basis MINI Huzinaga. The models contained four monomeric units of the polymer, including two metal carboxylate groups, 80 water molecules and two pairs of ions Na+ and Cl– or K+ and Cl–. It follows from the calculation results that there is a principal difference in the hydration of Na+ and K+: the Na+‧‧‧О2– bond is shorter than the sum of the radii of the interacting ions, while the k+‧‧‧O2– bond is equal or longer. This indicates that in the first case, the bonds are partially covalent, while in the second one they are pure electrostatic. All elements of the molecular models in the both cases are combined by the intermolecular bonds forming a spatial net. The polymer molecules have a flexible chain with oxygen containing functional groups that are built into the structure of the salt solutions without distorting it. We assume that this is the main reason for the good solubility of the studied polymers in the aqueous salt solutions.Геометрические и электронные параметры молекулярных моделей микросостояний полиакриламида и сополимера акриламида с акриловой кислотой в водных растворах хлоридов натрия и калия были рассчитаны неэмпирическим методом ССП МО ЛКАО с использованием базиса MINI Huzinaga. Модели содержали четыре мономерных звена полимеров, 80 молекул воды и по две пары ионов Na+ и Сl– или k+ и Cl–. Показано, что принципиальная разница в гидратационных свойствах Na+ и k+ состоит в том, что длина связи Na+‧‧‧О2– короче суммы радиусов взаимодействующих ионов, а k+‧‧‧O2– – равна или больше. Это свидетельствует о том, что в первом случае связь частично ковалентная, а во втором – чисто электростатическая. Все элементы молекулярных моделей в обоих случаях объединены между собой межмолекулярными связями, образующими непрерывную пространственную сеть, в которую без искажения ее структуры встраиваются молекулы полимеров, имеющие в своем составе кислородсодержащие группы. Это и является причиной хорошей растворимости изученных полимеров в водно-солевых растворах

Квантово-химическое моделирование метотрексат-фуллереноловых радионуклидных агентов терапии онкологических заболеваний

In order to therapeutically destroy cancer neoplasms, chemotherapy or radiotherapy are commonly used. In the isotope medicine, however, medical isotopes of the short-lived radionuclides are injected into the tumor (59Fe, 90Y, 95Zr, 99mTc, 106Ru, 114*In, 147Eu, 148Eu, 155Eu, 170Tm, 188Re, 210Po, 222Rn, 230U, 237Pu, 240Cm, 241Cm, 253Es). Binary, or neutroncapturing, technology is a technology developed for the selective effect on malignant tumors and using a tropic to tumors preparations containing non-radioactive nuclides (10B, 113Cd, 157Gd et. al.). Triadic technology is a sequential administration of a combination of two or more separately inactive and harmless components tropic to tumor tissues that can selectively accumulate in them or react with each other to destroy tumors under certain external impacts. The aim of this work is the quantum-chemical modeling of the electronic structure and the analysis of the thermodynamic stability of the new methotrexate containing nanoscale fullerenolic radionuclide tumor-fghting agents. The need for preliminary studies on modeling of such objects is caused by the very high labor intensity, cost and complexity of their practical preparation.С целью терапевтического уничтожения онкологических новообразований обычно применяют химиотерапию или лучевую терапию, а в изотопной медицине – вводят в опухоль соответствующие короткоживущие радионуклиды (59Fe, 90Y, 95Zr, 99mTc, 106Ru, 114*In, 147Eu, 148Eu, 155Eu, 170Tm, 188Re, 210Po, 222Rn, 230U, 237Pu, 240Cm, 241Cm, 253Es). Бинарная (или нейтронозахватная) – технология, разработанная для избирательного воздействия на злокачественные новообразования и использующая тропные к опухолям препараты, содержащие нерадиоактивные нуклиды (10B, 113Cd, 157Gd и др.) Триадная – последовательное введение в организм комбинации из двух и более, по отдельности неактивных и безвредных компонентов, тропных к опухолевым тканям и способных в них селективно накапливаться или вступать друг с другом в химическое взаимодействие и уничтожать опухолевые новообразования под действием определенных сенсибилизирующих внешних воздействий. Целью настоящей работы является квантово-химическое моделирование электронной структуры и анализ термодинамической устойчивости новых метотрексатсодержащих фуллереноловых радионуклидных наноразмерных агентов-истребителей опухолевых новообразований. Необходимость предварительных исследований по моделированию такого рода объектов обусловлена очень высокой трудоемкостью, стоимостью и сложностью их практического получения

Квантово-химическое моделирование кортизон-фуллереноловых агентов терапии онкологических заболеваний

In order to therapeutically destroy oncological neoplasms, chemotherapy or radiotherapy is usually applied, and in isotope medicine – short-lived radio nuclides are injected into the tumor (59Fe, 90Y, 95Zr, 99mTc, 106Ru, 114*In, 147Eu, 148Eu, 155Eu, 170Tm, 188Re, 210Po, 222Rn, 230U, 237Pu, 240Cm, 241Cm, 253Es). Binary (or neutron capture) therapy is a technology developed for the selective effect on malignant tumors using drugs that are tropic to tumors and contain non-radioactive nuclides (10B, 113Cd, 157Gd at al.). Triadic therapy involves the sequential introduction into the body of a combination of two or more separately inactive and harmless components, which are tropic to tumor tissues and capable of selectively accumulating in them or chemically interacting with each other and destroying tumor neoplasms under the action of certain sensitizing external influences. The aim of this work is quantum-chemical simulation of the electronic structure and analysis of the thermodynamic stability of new cortisone-fullerenol agents for the treatment of tumor neoplasms. The need for preliminary studies of modeling such objects is due to the very high labor intensity, cost and complexity of their practical production.С целью терапевтического уничтожения онкологических новообразований обычно применяют химиотерапию или лучевую, а в изотопной медицине – вводят в опухоль соответствующие короткоживущие радионуклиды (59Fe, 90Y, 95Zr, 99mTc, 106Ru, 114*In, 147Eu, 148Eu, 155Eu, 170Tm, 188Re, 210Po, 222Rn, 230U, 237Pu, 240Cm, 241Cm, 253Es). Бинарная (или нейтронозахватная) – технология, разработанная для избирательного воздействия на злокачественные новообразования и использующая тропные к опухолям препараты, содержащие нерадиоактивные нуклиды (10B, 113Cd, 157Gd и др.). Триадная – последовательное введение в организм комбинации из двух и более по отдельности неактивных и безвредных компонентов, тропных к опухолевым тканям и способных в них селективно накапливаться или вступать друг с другом в химическое взаимодействие и уничтожать опухолевые новообразования под действием определенных сенсибилизирующих внешних воздействий. В настоящей работе проведены квантово-химическое моделирование электронной структуры и анализ термодинамической устойчивости новых кортизон-фуллереноловых агентов терапии опухолевых новообразований. Необходимость предварительных исследований по моделированию такого рода объектов обусловлена очень высокой трудоемкостью, стоимостью и сложностью их практического получения

Квантово-химическое моделирование доксорубицин-фуллереноловых агентов терапии онкологических заболеваний

In order to therapeutically destroy neoplasms, chemotherapy or radiotherapy is usually applied, and in isotope medicine short-lived radionuclides are injected into the tumor (59Fe, 90Y, 95Zr, 99mTc, 106Ru, 114*In, 147Eu, 148Eu, 155Eu, 170Tm, 177mLu, 188Re, 210Po, 222Rn, 230U, 237Pu, 240Cm, 241Cm, 253Es). Binary (or neutron capture) therapy is a technology designed to selectively treat malignant tumors and using drugs tropic to tumors containing non-radioactive nuclides (10B, 113Cd, 157Gd at al.). Triadic therapy is the sequential introduction into the body of a combination of two or more separately inactive and harmless components, tropic to tumor tissues and capable of selectively accumulating in them or entering into chemical interaction with each other and destroying tumor neoplasms under certain sensitizing external influences. The aim of this work is to quantum-chemically simulate the electronic structure and to analyze the thermodynamic stability of new doxorubicino-fullerenol agents for the treatment of tumor neoplasms. The need for preliminary studies on the modeling of such objects is due to the extremely high labor intensity, cost and complexity of their practical production.С целью терапевтического уничтожения злокачественных новообразований обычно применяют хирургическое вмешательство, химиоили лучевую терапию, а в изотопной медицине вводят в опухоль соответствующие короткоживущие радионуклиды (59Fe, 90Y, 95Zr, 99mTc, 106Ru, 114*In, 147Eu, 148Eu, 155Eu, 170Tm, 177mLu, 188Re, 210Po, 222Rn, 230U, 237Pu, 240Cm, 241Cm, 253Es). Бинарная (или нейтронозахватная) терапия – технология, разработанная для избирательного воздействия на злокачественные новообразования и использующая тропные к опухолям препараты, содержащие нерадиоактивные нуклиды (10B, 113Cd, 157Gd и др.). Триадная терапия – последовательное введение в организм комбинации из двух и более по отдельности неактивных и безвредных компонентов тропных к опухолевым тканям и способных в них селективно накапливаться или вступать друг с другом в химическое взаимодействие и уничтожать опухолевые клетки под действием определенных сенсибилизирующих внешних воздействий. Цель работы – квантово-химическое моделирование электронной структуры и анализ термодинамической устойчивости новых доксорубицин-фуллереноловых агентов терапии злокачественных новообразований. Необходимость предварительных исследований по моделированию такого рода объектов обусловлена чрезвычайно высокой трудоемкостью, стоимостью и сложностью их практического получения

DFT Simulation of Supramolecular Structures Formed by Single-Walled Carbon Nanotubes and Cisplatin as Agent of Cancer Therapy

Structure and energy calculations of modified models of single walled carbon nanotubes (SWNTs) have been performed using quantum chemical method at DFT/B3LYP/SV/Lanl2DZ level of theory. The nanotube was modified with sets of COOH groups and cisplatin molecules. The groups were added at the end and sidewall of the nanotube. The differences in structure, energetics and reactivity, depending on presence of a solvent of functionalized SWNTs, were observed