Введение к работе
Актуальность работы. Исследование гидратации мочевины и тетраметил-мочевины на молекулярном уровне крайне важно для понимания различных технологических и биохимических процессов, происходящих в водных растворах мочевины и ее производных, в частности, процесса денатурации белков. С физико-химической точки зрения это исследование интересно тем, что проясняет механизм гидратации мочевины и изменение картины гидратации при переходе к системе тетраметилмочевина - вода, в которой по данным макроэксперимента должна проявляться гидрофобная гидратация метальных групп тетраметилмочевины. Анализ физико-химических свойств водных растворов мочевины дает весьма противоречивый ответ на вопрос о характере гидратации этого вещества. Есть мнение, что молекула мочевины обладает отрицательной гидратацией, и подвижность молекул в ее растворе больше, чем в чистой воде. Но существует ряд экспериментальных фактов, говорящих против этого утверждения. Представляло интерес разобраться в гидратации такого важного вещества, как мочевина, на молекулярном уровне и сравнить полученные выводы с гидратацией алкильного производного мочевины - тетраметилмочевины, чья гидрофобная гидратация была обнаружена в макроэксперименте и не вызывала сомнений. Цель работы. Задача исследования гидратации молекул мочевины и тетраметилмочевины на молекулярном уровне, получение энергетических, структурных и динамических характеристик гидратной воды системы могла быть выполнена только методами компьютерного эксперимента. Поэтому первой задачей работы было написание программы расчета и выбор потенциалов взаимодействия в исследуемых системах. Отметим, что выбранные для исследования молекулы весьма сложны, поэтому кроме средних характеристик гидратации была исследована и гидратация отдельных функциональных групп. Это дало возможность выполнить основную задачу работы - выявление специфики гидратации мочевины и тетраметилмочевины, и исследование механизма их гидратации.
Научная новизна. Модификация алгоритма расчета позволила использовать больший временной шаг при моделировании молекул, подобным мочевине и тетраметилмочевине, что было необходимо для накопления статистики, достаточной для изучения пространственного распределения подвижности молекул воды в исследуемых системах. При рассмотрении гидратации отдельных функциональных групп исследуемых молекул было обнаружено уменьшение структурированности сетки Н-связей в гидратной оболочке карбонильного кислорода, по сравнению с остальными областями раствора и чистой водой, и увеличение подвижности молекул воды в этой области, по сравнению с остальной водой в гидратной оболочке. В растворе мочевины обнаружено увеличение подвижности молекул воды, соответствующей об-
ласти гидратации карбонильного кислорода вне первой гидратной оболочки, как по сравнению со средней подвижностью молекул воды в растворе мочевины, так и по сравнению с чистой водой. Анализ динамики молекул воды на сетке водородных связей показал, что воздействие мочевины на структуру воды приводит к относительному увеличению подвижности низкоэнергетических пятикоординированных молекул, т.е. к ускорению переключения на тетраэдрической сетке водородных связей путем образования "бифуркатных" связей.
Апробация работы. Работа докладывалась и была представлена на: XII международном семинаре по межмолекулярному взаимодейсвию и кон-формациям молекул, Харьков, 1994
VI международной конференции "Проблемы сольватации и комплексообра-зования в растворах, Иваново, 1995 Итоговой конференции ИОНХ РАН, Москва, 1995
Гордоновской конференции по воде и водным растворам, Холдернесс-скул, США, 1996
Публикации. По результатам, представленным в диссертации, опубликовано 2 работы, и 1 работа находятся в печати.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 98 стр. машинописного текста и состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и 45 рисунков.