Повышение несущей способности этанола как компонента альтернативного моторного топлива: эксперимент и молекулярное моделирование
Синтезировано основание Шиффа, содержащее фрагменты D-глюкозы и бензойной кислоты. Показано, что введение этой добавки в этиловый спирт — компонент альтернативного топлива — существенно (в 1,7–3,6 раза) повышает его несущую способность.
 Методом полноатомной классической молекулярной динамик...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Доповіді НАН України |
|---|---|
| Дата: | 2016 |
| Автори: | , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2016
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99009 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Повышение несущей способности этанола как компонента альтернативного моторного топлива: эксперимент и молекулярное моделирование / Е.А. Божко, С.А. Есилевский, Е.К. Чернявский, Е.В. Шелудько, В.С. Пилявский, Е.В. Полункин, Ю.И. Богомолов // Доповіді Національної академії наук України. — 2016. — № 2. — С. 79-86. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860244926871109632 |
|---|---|
| author | Божко, Е.А. Есилевский, С.А. Чернявский, Е.К. Шелудько, Е.В. Пилявский, В.С. Полункин, Е.В. Богомолов, Ю.И. |
| author_facet | Божко, Е.А. Есилевский, С.А. Чернявский, Е.К. Шелудько, Е.В. Пилявский, В.С. Полункин, Е.В. Богомолов, Ю.И. |
| citation_txt | Повышение несущей способности этанола как компонента альтернативного моторного топлива: эксперимент и молекулярное моделирование / Е.А. Божко, С.А. Есилевский, Е.К. Чернявский, Е.В. Шелудько, В.С. Пилявский, Е.В. Полункин, Ю.И. Богомолов // Доповіді Національної академії наук України. — 2016. — № 2. — С. 79-86. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Доповіді НАН України |
| description | Синтезировано основание Шиффа, содержащее фрагменты D-глюкозы и бензойной кислоты. Показано, что введение этой добавки в этиловый спирт — компонент альтернативного топлива — существенно (в 1,7–3,6 раза) повышает его несущую способность.
Методом полноатомной классической молекулярной динамики изучено влияние присадки
на структурообразование в среде этанола. Показано, что добавление присадки к этанолу увеличивает плотность смеси и уменьшает коэффициент диффузии этанола. Структурирование происходит за счет образования комплексов, стабилизированных водородными связями, которые состоят из молекулы присадки, окруженной оболочкой из ~37
ориентированных молекул этанола. Кроме того, в системе формируются метастабильные димеры и тримеры молекул присадки с временем жизни порядка 0,5 нс.
Синтезовано основу Шиффа, яка мiстить фрагменти D-глюкози i бензойної кислоти. Показано, що введення цiєї добавки в етиловий спирт — компонент альтернативного палива —
iстотно (у 1,7–3,6 раза) пiдвищує його несучу здатнiсть. Методом повноатомної класичної молекулярної динамiки вивчено вплив присадки на структуроутворення в середовищi
етанолу. Показано, що додавання присадки до етанолу збiльшує густину сумiшi i зменшує
коефiцiєнт дифузiї етанолу. Структурування вiдбувається за рахунок утворення комплексiв, стабiлiзованих водневими зв’язками, якi складаються з молекули присадки, оточеної оболонкою з ~37 орiєнтованих молекул етанолу. Крiм того, в системi формуються метастабiльнi димери i тримери молекул присадки з часом життя порядку 0,5 нс.
A Schiff base containing fragments of D-glucose and benzoic acid is synthesized. It is shown that
the introduction of this additive into ethyl alcohol — alternative fuels component — significantly
(1.7–3.6 times) increases its bearing capacity. The effect of additives on the structure formation
in ethanol is studied by the method of complete atomic classical molecular dynamics. Adding the
additive to ethanol increases the mixture density and decreases the diffusion coefficient of ethanol.
Structuring occurs due to the formation of complexes stabilized by hydrogen bonds, which consist of
an additive molecule surrounded by a shell of ~37 oriented ethanol molecules. Moreover, metastable
dimers and trimers of an additive molecule are formed with a lifetime of about 0.5 ns.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:35:07Z |
| format | Article |
| fulltext |
оповiдi
НАЦIОНАЛЬНОЇ
АКАДЕМIЇ НАУК
УКРАЇНИ
2 • 2016
ХIМIЯ
УДК 621.891 http://dx.doi.org/10.15407/dopovidi2016.02.079
Е.А. Божко1, С.А. Есилевский2, Е. К. Чернявский2,
Е. В. Шелудько1, В. С. Пилявский1, Е. В. Полункин1,
Ю.И. Богомолов1
1Институт биоорганической химии и нефтехимии НАН Украины, Киев
2Институт физики НАН Украины, Киев
E-mail: fluortribo@rambler.ru, yesint@gmail.com
Повышение несущей способности этанола
как компонента альтернативного моторного топлива:
эксперимент и молекулярное моделирование
(Представлено академиком НАН Украины В.П. Кухарем)
Синтезировано основание Шиффа, содержащее фрагменты D-глюкозы и бензойной ки-
слоты. Показано, что введение этой добавки в этиловый спирт — компонент альтер-
нативного топлива — существенно (в 1,7–3,6 раза) повышает его несущую способность.
Методом полноатомной классической молекулярной динамики изучено влияние присадки
на структурообразование в среде этанола. Показано, что добавление присадки к этано-
лу увеличивает плотность смеси и уменьшает коэффициент диффузии этанола. Стру-
ктурирование происходит за счет образования комплексов, стабилизированных водоро-
дными связями, которые состоят из молекулы присадки, окруженной оболочкой из ∼37
ориентированных молекул этанола. Кроме того, в системе формируются метаста-
бильные димеры и тримеры молекул присадки с временем жизни порядка 0,5 нс.
Ключевые слова: основание Шиффа, несущая способность, структурообразование, мо-
лекулярная динамика, водородная связь, альтернативное топливо.
Широкое использование в хозяйственной деятельности углеводородных систем (нефти,
нефтепродуктов, топлива и др.) приводит к глобальному загрязнению окружающей среды.
Ограниченность мировых запасов нефти создает предпосылки для внедрения промышлен-
ных технологий получения моторных топлив из альтернативных видов сырья. В частно-
сти, огромные ресурсы и быстрое воспроизводство целлюлозы делает ее перспективным
© Е.А. Божко, С. А. Есилевский, Е. К. Чернявский, Е. В. Шелудько, В. С. Пилявский, Е. В. Полункин,
Ю.И. Богомолов, 2016
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2016, №2 79
и практически неограниченным источником сырья для получения этанолсодержащих ав-
томобильных топлив [1].
Однако при эксплуатации автомобилей на этанолсодержащих моторных топливах со-
кращается ресурс узлов трения топливной аппаратуры двигателей из-за низкой несущей
способности таких горюче-смазочных материалов.
Несущая способность (тождественное понятие динамическая прочность) — важное свой-
ство любого жидкого смазочного материала, которое выражается в способности жидкости
воспринимать динамическое механическое нагружение во фрикционном зазоре без наруше-
ния сплошности жидкого слоя.
Характеристикой несущей способности жидкости является значение предельной нагруз-
ки, до которой не происходит разрыв жидкостного слоя между контактными поверхно-
стями при стандартизированных условиях процесса трения (время нагружения, скорость
скольжения, температура испытаний). Чем выше значение несущей способности смазочного
материала, тем до более жестких условий сохраняется в паре трения гидродинамический
режим, тем меньше вероятность повреждения фрикционных поверхностей и тем больше
долговечность узлов трения при эксплуатации.
Как показали исследования, несущую способность моторных топлив можно повысить
оптимизацией их химического состава путем введения специальных присадок, способствую-
щих структурированию жидкой фазы с образованием в ней микрогетерогенных областей [2].
Нами впервые исследована присадка на основе p-N-глюкозил-иминобензойной кислоты.
Проведено комплексное изучение влияния этой присадки на несущую способность этанола
с помощью экспериментов и молекулярного моделирования. Предложен молекулярный ме-
ханизм увеличения несущей способности топлива за счет микроструктурирования этанола
молекулами присадки.
Экспериментальная часть. В качестве присадки, повышающей несущую способность,
была исследована p-N-глюкозил-иминобензойная кислота, которая представляет собой осно-
вание Шиффа, полученное по методу [3] путем взаимодействия D-глюкозы с p-аминобен-
зойной кислотой по следующей схеме:
Наличие в структуре присадки карбоксильной и гидроксильных групп способствует ее
взаимодействию с гидроксильными группами этанола и образованию многочисленных водо-
родных связей. Таким образом, присадка может влиять на структурообразование топлива
с повышением его несущей способности.
Несущую способность этанола оценивали по методике ASTM D2783 (ГОСТ 9490–75) на
четырехшариковом трибометре по величине критической нагрузки. Этот показатель пред-
ставляет собой максимальное значение осевой нагрузки, до которой не возникает задиров
при трении в исследуемой жидкости стандартизованных металлических шариков из ста-
ли ШХ15 (микротвердость 64–66 HRC, параметр шероховатости Ra < 0,25 мкм). Условия
испытаний: частота вращения — 1500 мин−1, температура 20 ◦С, время испытаний 10 с.
При каждой нагрузке проводили не менее трех испытаний. В табл. 1 приведены значения
несущей способности этанола при добавлении присадки.
80 ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2016, №2
Из данных таблицы видно, что введение присадки существенно повышает несущую
способность этанола.
Моделирование. Как было показано выше, одним из факторов, влияющих на несу-
щую способность топлива, является структурообразование жидкой фазы. Меняя степень
структурирования среды, можно изменять несущую способность. Изучение влияния син-
тезированной добавки на структуру этанола было проведено методом полноатомной клас-
сической молекулярной динамики. С этой целью были построены две тестовые системы:
модельная, состоящая из смеси этанола с присадкой (9 молекул присадки и 908 молекул
этанола), и контрольная, состоящая из чистого этанола (1000 молекул).
Моделирование проводилось в пакете Gromacs 5.0.4 [4] c помощью силового поля
AMBER-GS [5]. Параметризация присадки проводилась по следующей схеме. Топология
молекулы была сгенерирована с помощью программы АСРYРЕ [6]. Частичные заряды ато-
мов были рассчитаны с помощью пакета Gaussian 09 [7] методом ECP после оптимизации
геометрии молекулы с базисом B3LYP/6-31G++.
Использовался NPT-ансамбль (изотермическо-изобарический ансамбль, где N — коли-
чество частиц, P — давление, T — температура) при температуре 300 К и давлении 1 атм.
Постоянная температура поддерживалась с помощью термостата velocity-rescale [8] с кон-
стантой релаксации 0,1 пс. Для поддержания постоянного давления использовался баростат
Берендсена [9] с константой релаксации 1,0 пс.
Термостат velosity-rescale и баростат Берендсена относятся к классу алгоритмов слабого
сопряжения (weak coupling). Суть их действия в том, что целевые параметры (температура
или компоненты тензора давления соответственно) экспоненциально релаксируют к рефе-
ренсным значениям на каждом шаге интегрирования уравнений движения, поддерживая
таким образом заданную среднюю температуру и среднее давление в системе.
Начальные скорости атомов генерировались по распределению Максвелла при темпе-
ратуре 300 К. Электростатическое взаимодействие рассчитывалось при помощи алгоритма
PME [10] с радиусом отсечки 0,8 нм. Ван-дер-ваальсовое взаимодействие рассчитывалось
с радиусом отсечки 0,8 нм. Шаг интегрирования составлял 2 фс. Для каждой из двух
систем была рассчитана траектория движения атомов продолжительностью 10 нс. Анализ
проводился с помощью библиотеки молекулярного моделирования Pteros [11, 12]. Коэф-
фициенты диффузии были рассчитаны при помощи интегрирования автокорреляционных
функций скоростей молекул этанола, согласно формулам Грина–Кубо. В табл. 2 приведены
рассчитанные значения плотности и коэффициента диффузии этанола. Как видно из дан-
Таблица 1. Критическая нагрузка этанола в присутствии присадки
Концентрация присадки, % (мас.) Несущая способность в этаноле, Pк, Н
1,0 180± 10
0,1 180± 10
0,01 150± 10
0,002 85± 5
Этанол 50± 5
Таблица 2. Значения плотности и коэффициента диффузии этанола в модельной и контрольной системах
Система Плотность, кг/м3 Коэффициент диффузии этанола, м2/с
Чистый этанол 743± 2 1,65 · 10−9 ± 3 · 10−10
Этанол с присадкой 768± 4 1,47 · 10−9 ± 3 · 10−10
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2016, №2 81
Рис. 1. Временная зависимость количества кластеров молекул присадки в модельной системе
ных таблицы, в результате добавления присадки к этанолу увеличивается плотность смеси
и одновременно уменьшается коэффициент диффузии этанола.
Детальный анализ траекторий молекулярной динамики показывает, что характерной
особенностью динамики присадки в среде этанола является ее способность образовывать
множественные водородные связи с этанолом и тенденция к ди- и тримеризации.
В табл. 3 приведены данные по среднему количеству водородных связей молекул этано-
ла между собой, между присадкой и этанолом и между молекулами присадки, полученные
по результатам моделирования. Из табл. 3 четко видно, что в системах с присадкой и без
нее одна молекула этанола в среднем образует одну (0,954–0,904) водородную связь. В то же
время каждая молекула присадки образует почти семь (6,772) водородных связей с окружа-
ющими ее молекулами спирта. В дополнение к этим связям образуется также одна (1,042)
водородная связь присадка–присадка. Такие связи в основном являются внутримолекуляр-
ными (0,853), но есть также небольшая вероятность (0,189) образования межмолекулярных
связей. Эти данные свидетельствуют о том, что в системе в основном происходит межмо-
лекулярное взаимодействие между присадкой и спиртом, но также иногда формируются
кластеры из молекул присадки.
На рис. 1 приведена временная зависимость количества кластеров, образующихся путем
димеризации или тримеризации молекул присадки в модельной системе. Четко видно, что
кластеры являются неустойчивыми, время их жизни составляет порядка 500 пс. Поскольку
кластеры постоянно образуются и распадаются, в системе в среднем существует как мини-
мум один кластер молекул присадки. На рис. 2 приведен пример мгновенной конформации
типичного димера молекул присадки, стабилизированного водородной связью.
Как следует из рис. 3, молекулы этанола преимущественно ориентированы перпендику-
лярно к молекуле присадки (максимум в районе 90◦). Среднее количество молекул этанола
Таблица 3. Рассчитанные значения водородных связей между компонентами моделируемой системы
Система Среднее количество водородных связей
Этанол–этанол (без присадки) 0,9537± 3 · 10−4
Этанол–этанол (с присадкой) 0,9035± 6 · 10−4
Присадка–этанол 6,772± 1 · 10−3
Присадка–присадка
всего 1,042± 1 · 10−3
внутри одной молекулы 0,853± 1 · 10−3
между разными молекулами 0,189± 1 · 10−3
82 ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2016, №2
Рис. 2. Пример димера молекул присадки, стабилизированного водородной связью (показана пунктиром)
Рис. 3. Распределение ориентации молекул этанола относительно длинной оси молекулы присадки для
первой сольватной оболочки
Рис. 4. Типичная конформация структурированной первой сольватной оболочки молекулы присадки. Во-
дородные связи показаны пунктирными линиями
в первой сольватной оболочке присадки составляет 37 молекул. Таким образом, вокруг мо-
лекул присадки образуется хорошо структурированный слой радиально ориентированных
молекул этанола, стабилизированный сеткой водородных связей (рис. 4).
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2016, №2 83
По результатам расчетов методом молекулярной динамики установлено, что введение
синтезированной присадки в среду этанола, который является компонентом смесевых спир-
то-бензиновых альтернативных топлив, способствует повышению плотности системы спирт–
присадка, уменьшению коэффициента диффузии в такой среде, а также ее значительному
структурированию. Структурирование происходит за счет образования комплексов, стаби-
лизированных водородными связями, которые состоят из молекулы присадки, окруженной
оболочкой из ∼37 радиально ориентированных молекул этанола. Кроме того, в системе
формируются метастабильные димеры и тримеры из молекул присадки с временем жизни
порядка 0,5 нс. В зоне работы пар трения на разрушение этих микроструктур требуется
дополнительная затрата энергии, прежде чем наступит “схватывание” поверхностей, что
приводит к значительному повышению несущей способности топлива.
Цитированная литература
1. Ковтун Г. Альтернативнi моторнi палива // Вiсн. НАН України. – 2005. – № 2. – С. 19–27.
2. Пилявский В.С., Полункин Е.В., Каменева Т.М. О кинетической природе несущей способности ма-
ловязких жидкостей // Катализ и нефтехимия. – 2013. – № 22. – С. 37–41.
3. Ellis G. P. Characterisation of aldopentoses and aldohexoses // Chem. and Ind. – 1966. – P. 902–903.
4. Hess B., Kutzner C., van der Spoel D., Lindahl E. GROMACS 4: Algorithms for Highly Efficient, Load-
Balanced, and Scalable Molecular Simulation // J. Chem. Theory Comput. – 2008. – 4, No 3. – P. 435–447.
5. Duan Y., Wu C., Chowdhury S., Lee M.C., Xiong G., Zhang W., Yang R., Cieplak P., Luo R., Lee T.,
Caldwell J., Wang J., Kollman P. A point-charge force field for molecular mechanics simulations of proteins
based on condensed-phase quantum mechanical calculations // J. Comput. Chem. – 2003. – 24, No 16. –
P. 1999. – 2012.
6. Sousa da Silva A.W., Vranken W.F. ACPYPE – AnteChamber PYthon Parser interfacE // BMC Research
Notes. – 2012. – 5, No 1. – P. 367.
7. Gaussian 09, Revision D. 01. M. J. Frisch, G. W. Trucks, H. B. Schlegel, G. E. Scuseria, M. A. Robb,
J. R. Cheeseman, G. Scalmani, V. Barone, B. Mennucci, G. A. Petersson, H. Nakatsuji, M. Caricato,
X. Li, H. P. Hratchian, A. F. Izmaylov, J. Bloino, G. Zheng, J. L. Sonnenberg, M. Hada, M. Ehara,
K. Toyota, R. Fukuda, J. Hasegawa, M. Ishida, T. Nakajima, Y. Honda, O. Kitao, H. Nakai, T. Vreven,
J. A. Montgomery, Jr., J. E. Peralta, F. Ogliaro, M. Bearpark, J. J. Heyd, E. Brothers, K. N. Kudin,
V. N. Staroverov, R. Kobayashi, J. Normand, K. Raghavachari, A. Rendell, J. C. Burant, S. S. Iyengar,
J. Tomasi, M. Cossi, N. Rega, J. M. Millam, M. Klene, J. E. Knox, J. B. Cross, V. Bakken, C. Adamo,
J. Jaramillo, R. Gomperts, R. E. Stratmann, O. Yazyev, A. J. Austin, R. Cammi, C. Pomelli, J. W. Ochter-
ski, R. L. Martin, K. Morokuma, V. G. Zakrzewski, G. A. Voth, P. Salvador, J. J. Dannenberg, S. Dapprich,
A. D. Daniels, Ö. Farkas, J. B. Foresman, J. V. Ortiz, J. Cioslowski, D. J. Fox. – Gaussian, Inc., Wallingford
CT, 2009.
8. Bussi G., Donadio D., Parrinello M. Canonical sampling through velocity rescaling // J. Chem. Phys. –
2007. – 126, No 1. – 014101.
9. Berendsen H. J. C., Postma J. P.M., van Gunsteren W.F., DiNola A., Haak J.R. Molecular dynamics
with coupling to an external bath // J. Chem. Phys. – 1984. – 81, No 8. – 3684–3690.
10. Van Der Spoel D., Lindahl E., Hess B., Groenhof G., Mark A.E., Berendsen H. J. GROMACS: fast,
flexible, and free // J. Comput. Chem. – 2005. – 26, No 16. – P. 1701–1718.
11. Yesylevskyy S.O. Pteros: Fast and easy to use open-source C++ library for molecular analysis // J. Comput.
Chem. – 2015. – 33, No 19. – P. 1632–1636.
12. Yesylevskyy S.O. Pteros 2.0: Evolution of the fast parallel molecular analysis library for C++ and Python //
J. Comput. Chem. – 2015. – 36, No 19. – P. 1480–1488.
84 ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2016, №2
References
1. Kovtun G.A. Visnik NAN Ukraine, 2005, No 2: 19–27 (in Ukrainian ).
2. Piljavsky V. S., Polunkin E.V., Kameneva T.M. Kataliz i neftehimiâ, 2013, No 22: 37–41(in Russian).
3. Ellis G. P. Chem. and Ind., 1966: 902– 903.
4. Hess B., Kutzner C., van der Spoel D., Lindahl E. J. Chem. Theory Comput., 2008, 4, No 3: 435–447.
5. Duan Y., Wu C., Chowdhury S., Lee M.C., Xiong G., Zhang W., Yang R., Cieplak P., Luo R., Lee T.,
Caldwell J., Wang J., Kollman P. J. Comput. Chem., 2003, 24, No 16: 1999–2012.
6. Sousa da Silva A.W., Vranken W.F. BMC Research Notes, 2012, 5, No 1: 367.
7. Gaussian 09, Revision D.01, M. J. Frisch, G. W. Trucks, H. B. Schlegel, G. E. Scuseria, M. A. Robb,
J. R. Cheeseman, G. Scalmani, V. Barone, B. Mennucci, G. A. Petersson, H. Nakatsuji, M. Cari-
cato, X. Li, H. P. Hratchian, A. F. Izmaylov, J. Bloino, G. Zheng, J. L. Sonnenberg, M. Hada,
M. Ehara, K. Toyota, R. Fukuda, J. Hasegawa, M. Ishida, T. Nakajima, Y. Honda, O. Kitao, H. Nakai,
T. Vreven, J. A. Montgomery, Jr., J. E. Peralta, F. Ogliaro, M. Bearpark, J. J. Heyd, E. Brothers,
K. N. Kudin, V. N. Staroverov, R. Kobayashi, J. Normand, K. Raghavachari, A. Rendell, J. C. Burant,
S. S. Iyengar, J. Tomasi, M. Cossi, N. Rega, J. M. Millam, M. Klene, J. E. Knox, J. B. Cross, V. Bakken,
C. Adamo, J. Jaramillo, R. Gomperts, R. E. Stratmann, O. Yazyev, A. J. Austin, R. Cammi, C. Pomelli,
J. W. Ochterski, R. L. Martin, K. Morokuma, V. G. Zakrzewski, G. A. Voth, P. Salvador, J. J. Dannenberg,
S. Dapprich, A. D. Daniels, Ö. Farkas, J. B. Foresman, J. V. Ortiz, J. Cioslowski, D. J. Fox, Gaussian, Inc.,
Wallingford CT, 2009.
8. Bussi G., Donadio D., Parrinello M. J. Chem. Phys. , 2007, 126, N 1: 014101.
9. Berendsen H. J. C., Postma J. P.M., van Gunsteren W.F., DiNola A., Haak J.R. J. Chem. Phys.,1984,
81, No 8: 3684–3690.
10. Der Spoel D., Lindahl E., Hess B., Groenhof G., Mark A.E., Berendsen H. J. J. Comput. Chem., 2005,
26, No 16: 1701–1718.
11. Yesylevskyy S.O. J. Comput. Chem., 2015, 33, No 19: 1632–1636.
12. Yesylevskyy S.O. J. Comput. Chem., 2015, 36, No 19: 1480–1488.
Поступило в редакцию 07.10.2015
О.О. Божко1, С. О. Єсилевський2, Є.К. Чернявський2, Є. В. Шелудько1,
В. С. Пилявський1, Є. В. Полункiн1, Ю. I. Богомолов1
1Iнститут бiоорганiчної хiмiї i нафтохiмiї НАН України, Київ
2Iнститут фiзики НАН України, Київ
E-mail: fluortribo@rambler.ru, yesint@gmail.com
Пiдвищення несучої здатностi етанолу як компонента
альтернативного моторного палива: експеримент i молекулярне
моделювання
Синтезовано основу Шиффа, яка мiстить фрагменти D-глюкози i бензойної кислоти. Пока-
зано, що введення цiєї добавки в етиловий спирт — компонент альтернативного палива —
iстотно (у 1,7–3,6 раза) пiдвищує його несучу здатнiсть. Методом повноатомної класи-
чної молекулярної динамiки вивчено вплив присадки на структуроутворення в середовищi
етанолу. Показано, що додавання присадки до етанолу збiльшує густину сумiшi i зменшує
коефiцiєнт дифузiї етанолу. Структурування вiдбувається за рахунок утворення компле-
ксiв, стабiлiзованих водневими зв’язками, якi складаються з молекули присадки, оточеної
оболонкою з ∼37 орiєнтованих молекул етанолу. Крiм того, в системi формуються мета-
стабiльнi димери i тримери молекул присадки з часом життя порядку 0,5 нс.
Ключовi слова: основа Шиффа, несуча здатнiсть, структуроутворення, молекулярна дина-
мiка, водневий зв’язок, альтернативне паливо.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2016, №2 85
Ye.O. Bozhko1,S. O. Yesylevskyy2, Ye.K. Cherniavskyi2, Ye.V. Sheludko1,
V. S. Piljavsky1, Ye.V. Polunkin1, Yu. I. Bogomolov1
1Institute of Bioorganic Chemistry and Petrochemistry of the NAS of Ukraine, Kiev
2Institute of Physics of the NAS of Ukraine, Kiev
E-mail: fluortribo@rambler.ru, yesint@gmail.com
Increasing the bearing capacity of ethanol as a component of alternative
motor fuel: experiments and molecular modeling
A Schiff base containing fragments of D-glucose and benzoic acid is synthesized. It is shown that
the introduction of this additive into ethyl alcohol — alternative fuels component — significantly
(1.7–3.6 times) increases its bearing capacity. The effect of additives on the structure formation
in ethanol is studied by the method of complete atomic classical molecular dynamics. Adding the
additive to ethanol increases the mixture density and decreases the diffusion coefficient of ethanol.
Structuring occurs due to the formation of complexes stabilized by hydrogen bonds, which consist of
an additive molecule surrounded by a shell of ∼37 oriented ethanol molecules. Moreover, metastable
dimers and trimers of an additive molecule are formed with a lifetime of about 0.5 ns.
Кeywords: Schiff base, load-bearing capacity, structure formation, molecular dynamics, hydrogen
bonds, alternative fuel.
86 ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2016, №2
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-99009 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1025-6415 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:35:07Z |
| publishDate | 2016 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Божко, Е.А. Есилевский, С.А. Чернявский, Е.К. Шелудько, Е.В. Пилявский, В.С. Полункин, Е.В. Богомолов, Ю.И. 2016-04-20T13:38:30Z 2016-04-20T13:38:30Z 2016 Повышение несущей способности этанола как компонента альтернативного моторного топлива: эксперимент и молекулярное моделирование / Е.А. Божко, С.А. Есилевский, Е.К. Чернявский, Е.В. Шелудько, В.С. Пилявский, Е.В. Полункин, Ю.И. Богомолов // Доповіді Національної академії наук України. — 2016. — № 2. — С. 79-86. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99009 621.891 Синтезировано основание Шиффа, содержащее фрагменты D-глюкозы и бензойной кислоты. Показано, что введение этой добавки в этиловый спирт — компонент альтернативного топлива — существенно (в 1,7–3,6 раза) повышает его несущую способность.
 Методом полноатомной классической молекулярной динамики изучено влияние присадки
 на структурообразование в среде этанола. Показано, что добавление присадки к этанолу увеличивает плотность смеси и уменьшает коэффициент диффузии этанола. Структурирование происходит за счет образования комплексов, стабилизированных водородными связями, которые состоят из молекулы присадки, окруженной оболочкой из ~37
 ориентированных молекул этанола. Кроме того, в системе формируются метастабильные димеры и тримеры молекул присадки с временем жизни порядка 0,5 нс. Синтезовано основу Шиффа, яка мiстить фрагменти D-глюкози i бензойної кислоти. Показано, що введення цiєї добавки в етиловий спирт — компонент альтернативного палива —
 iстотно (у 1,7–3,6 раза) пiдвищує його несучу здатнiсть. Методом повноатомної класичної молекулярної динамiки вивчено вплив присадки на структуроутворення в середовищi
 етанолу. Показано, що додавання присадки до етанолу збiльшує густину сумiшi i зменшує
 коефiцiєнт дифузiї етанолу. Структурування вiдбувається за рахунок утворення комплексiв, стабiлiзованих водневими зв’язками, якi складаються з молекули присадки, оточеної оболонкою з ~37 орiєнтованих молекул етанолу. Крiм того, в системi формуються метастабiльнi димери i тримери молекул присадки з часом життя порядку 0,5 нс. A Schiff base containing fragments of D-glucose and benzoic acid is synthesized. It is shown that
 the introduction of this additive into ethyl alcohol — alternative fuels component — significantly
 (1.7–3.6 times) increases its bearing capacity. The effect of additives on the structure formation
 in ethanol is studied by the method of complete atomic classical molecular dynamics. Adding the
 additive to ethanol increases the mixture density and decreases the diffusion coefficient of ethanol.
 Structuring occurs due to the formation of complexes stabilized by hydrogen bonds, which consist of
 an additive molecule surrounded by a shell of ~37 oriented ethanol molecules. Moreover, metastable
 dimers and trimers of an additive molecule are formed with a lifetime of about 0.5 ns. ru Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Доповіді НАН України Хімія Повышение несущей способности этанола как компонента альтернативного моторного топлива: эксперимент и молекулярное моделирование Підвищення несучої здатності етанолу як компонента альтернативного моторного палива: експеримент і молекулярне моделювання Increasing the bearing capacity of ethanol as a component of alternative motor fuel: experiments and molecular modeling Article published earlier |
| spellingShingle | Повышение несущей способности этанола как компонента альтернативного моторного топлива: эксперимент и молекулярное моделирование Божко, Е.А. Есилевский, С.А. Чернявский, Е.К. Шелудько, Е.В. Пилявский, В.С. Полункин, Е.В. Богомолов, Ю.И. Хімія |
| title | Повышение несущей способности этанола как компонента альтернативного моторного топлива: эксперимент и молекулярное моделирование |
| title_alt | Підвищення несучої здатності етанолу як компонента альтернативного моторного палива: експеримент і молекулярне моделювання Increasing the bearing capacity of ethanol as a component of alternative motor fuel: experiments and molecular modeling |
| title_full | Повышение несущей способности этанола как компонента альтернативного моторного топлива: эксперимент и молекулярное моделирование |
| title_fullStr | Повышение несущей способности этанола как компонента альтернативного моторного топлива: эксперимент и молекулярное моделирование |
| title_full_unstemmed | Повышение несущей способности этанола как компонента альтернативного моторного топлива: эксперимент и молекулярное моделирование |
| title_short | Повышение несущей способности этанола как компонента альтернативного моторного топлива: эксперимент и молекулярное моделирование |
| title_sort | повышение несущей способности этанола как компонента альтернативного моторного топлива: эксперимент и молекулярное моделирование |
| topic | Хімія |
| topic_facet | Хімія |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99009 |
| work_keys_str_mv | AT božkoea povyšenienesuŝeisposobnostiétanolakakkomponentaalʹternativnogomotornogotoplivaéksperimentimolekulârnoemodelirovanie AT esilevskiisa povyšenienesuŝeisposobnostiétanolakakkomponentaalʹternativnogomotornogotoplivaéksperimentimolekulârnoemodelirovanie AT černâvskiiek povyšenienesuŝeisposobnostiétanolakakkomponentaalʹternativnogomotornogotoplivaéksperimentimolekulârnoemodelirovanie AT šeludʹkoev povyšenienesuŝeisposobnostiétanolakakkomponentaalʹternativnogomotornogotoplivaéksperimentimolekulârnoemodelirovanie AT pilâvskiivs povyšenienesuŝeisposobnostiétanolakakkomponentaalʹternativnogomotornogotoplivaéksperimentimolekulârnoemodelirovanie AT polunkinev povyšenienesuŝeisposobnostiétanolakakkomponentaalʹternativnogomotornogotoplivaéksperimentimolekulârnoemodelirovanie AT bogomolovûi povyšenienesuŝeisposobnostiétanolakakkomponentaalʹternativnogomotornogotoplivaéksperimentimolekulârnoemodelirovanie AT božkoea pídviŝennânesučoízdatnostíetanoluâkkomponentaalʹternativnogomotornogopalivaeksperimentímolekulârnemodelûvannâ AT esilevskiisa pídviŝennânesučoízdatnostíetanoluâkkomponentaalʹternativnogomotornogopalivaeksperimentímolekulârnemodelûvannâ AT černâvskiiek pídviŝennânesučoízdatnostíetanoluâkkomponentaalʹternativnogomotornogopalivaeksperimentímolekulârnemodelûvannâ AT šeludʹkoev pídviŝennânesučoízdatnostíetanoluâkkomponentaalʹternativnogomotornogopalivaeksperimentímolekulârnemodelûvannâ AT pilâvskiivs pídviŝennânesučoízdatnostíetanoluâkkomponentaalʹternativnogomotornogopalivaeksperimentímolekulârnemodelûvannâ AT polunkinev pídviŝennânesučoízdatnostíetanoluâkkomponentaalʹternativnogomotornogopalivaeksperimentímolekulârnemodelûvannâ AT bogomolovûi pídviŝennânesučoízdatnostíetanoluâkkomponentaalʹternativnogomotornogopalivaeksperimentímolekulârnemodelûvannâ AT božkoea increasingthebearingcapacityofethanolasacomponentofalternativemotorfuelexperimentsandmolecularmodeling AT esilevskiisa increasingthebearingcapacityofethanolasacomponentofalternativemotorfuelexperimentsandmolecularmodeling AT černâvskiiek increasingthebearingcapacityofethanolasacomponentofalternativemotorfuelexperimentsandmolecularmodeling AT šeludʹkoev increasingthebearingcapacityofethanolasacomponentofalternativemotorfuelexperimentsandmolecularmodeling AT pilâvskiivs increasingthebearingcapacityofethanolasacomponentofalternativemotorfuelexperimentsandmolecularmodeling AT polunkinev increasingthebearingcapacityofethanolasacomponentofalternativemotorfuelexperimentsandmolecularmodeling AT bogomolovûi increasingthebearingcapacityofethanolasacomponentofalternativemotorfuelexperimentsandmolecularmodeling |