Разработка компьютерного квантово-химического молекулярного моделирования ароматических соединений
Исследователи Карагандинского университета им. Е.А. Букетова изучают возможности и перспективы создания новых наноматериалов с заданными свойствами из углеводородного сырья.
В промышленной органической химии особое место занимают ароматические соединения, уступая по объему выпуска в мире только производству полимеров. Немалая часть ароматических соединений обладает мезоморфными свойствами. К ним относятся производные бифенилов, диарилэтиленов, диарилацетиленов, оснований Шиффа, азобензолов и многие другие.
Однако на фоне значительных технологических достижений наблюдается отставание в создании научно-теоретических основ формирования мезоморфных свойств жидких кристаллов, что, в конечном счете, сдерживает разработку технологий получения жидкокристаллических материалов.
Разработка научных основ мезогенеза соединений для целенаправленной модификации мезоморфных свойств требует целостного подхода к исследованию жидкокристаллических веществ, а именно: изучения объединенных общим структурным признаком нескольких классов органических соединений; сочетанного изучения свойств веществ, в частности спектроскопических, термодинамических и анизотропных; учета влияния спонтанной ассоциации молекул, а также сольватационных эффектов на указанные свойства; установления роли межмолекулярных взаимодействий в формировании макроскопических свойств; применения современных концепций и совокупности методов компьютерного молекулярного моделирования к изучению свойств ЖК-соединений и выявления наиболее эффективных и пригодных методов.
В проявлении жидкокристаллических структур межмолекулярные взаимодействия играют решающую роль. Для оценки изменений в молекуле под действием межмолекулярных сил совершенно необходима точная интерпретация спектра свободной молекулы. Знание всех частот нормальных колебаний молекул необходимо для вычисления термодинамических функций, а также спектроскопического мониторинга конформационного состояния молекулярного ансамбля в различных жидкокристаллических фазах.
Реализация научного проекта направлена на изучение влияния межмолекулярных взаимодействий, определяющих физико-химические свойства соединений и возникающих при спонтанной ассоциации и сольватации молекул мезогенных соединений, на их спектроскопические, термодинамические и анизотропные свойства для разработки эффективного подхода к решению проблемы механизма формирования мезоморфных свойств на основе компьютерного квантово-химического молекулярного моделирования ароматических соединений.
Ожидаемые и достигнутые результаты.
Молекулярные модели ассоциатов исследуемых соединений (замещенные бифенилы, диарилэтилены, диарилацетилены, основания Шиффа, азобензолы). Квантово-химическая оценка электронных эффектов заместителей, энергетики и природы межмолекулярных взаимодействий, изменений в молекулах под действием межмолекулярных сил. Расчетные колебательные инфракрасные спектры ассоциатов и совокупность термодинамических (энтропия, энтальпия, теплоемкость) и анизотропных свойств (дипольный момент и составляющие) ассоциированных молекул. Совокупность расчетных данных по структуре и свойствам сольватированных молекул; квантово-химическая оценка влияния сольватации молекул на спектроскопические, термодинамические и анизотропные свойства мезогенных соединений.
Научно-исследовательский проект 0120РК00274 «Исследование межмолекулярных эффектов самоассоциации и сольватации молекул как свойствообразующих факторов в мезогенных наносистемах»
Научный руководитель проекта Абуляисова Ляззат Кабылашевна, кандидат химических наук, ассоциированный профессор, профессор кафедры физической и аналитической химии Карагандинского университета им. академика Е.А. Букетова
