Квантовохімічне дослідження взаємодії аргініну з поверхнею кремнезему
The structure and energy characteristics of structures formed during arginine adsorption on silica surface from aqueous solution were studied by the density functional theory (B3LYP) method using a valence-split basis set 6-31++G(d,p) within the continuous solvent model (PCM) and supermolecu...
Gespeichert in:
| Datum: | 2021 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2021
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/605 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Institution
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543933105963008 |
|---|---|
| author | Kravchenko, A. A. Demianenko, E. M. Grebenyuk, A. G. Terets, M. I. Portna, M. G. Lobanov, V. V. |
| author_facet | Kravchenko, A. A. Demianenko, E. M. Grebenyuk, A. G. Terets, M. I. Portna, M. G. Lobanov, V. V. |
| author_sort | Kravchenko, A. A. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2022-06-29T10:01:33Z |
| description | The structure and energy characteristics of structures formed during arginine adsorption on silica surface from aqueous solution were studied by the density functional theory (B3LYP) method using a valence-split basis set 6-31++G(d,p) within the continuous solvent model (PCM) and supermolecular approximation. The equilibrium structural and energy parameters of the protonated arginine molecule in the gas phase dependent on the location of the hydrogen atom are considered including those of two possible zwitterions. The structure of the arginine ion Н2А+, which is formed when a proton attaches to a molecule or zwitterion of a given amino acid, has been elucidated. To determine the deprotonation constant of the carboxyl group in an acidic medium, the complexes of the arginine molecule (AH32+) in the state with undissociated and deprotonated carboxyl groups are considered. The simulation of the acid medium was performed by taking into account the interaction with two hydrated HCl ion pairs, which provided the protonation of the a-amino group and the nitrogen atom of amino group within the guanidine group.In the study on the interaction of an arginine molecule with silica surface in an aqueous medium, complexes containing a Si8O12(OH)7O– ion with a deprotonated silanol group, six water molecules, and an arginine molecule with a deprotonated carboxyl group were considered. It has been found that the arginine molecule is most likely to be adsorbed on slica surface with formation of hydrogen bonds between the hydrogen atoms of the a-amino group and the oxygen atom of the deprotonated silanol group. In this case, the formation of a hydrogen bond between the oxygen atom of the carboxyl group and the hydrogen atom of the neighboring silanol group is possible. Slightly less likely is adsorption of arginine molecules due to interaction of the guanidine group with silanol groups of the surface. According to the calculated data, the adsorption of the zwitterionic form of the arginine molecule from the aqueous solution is equally likely to occur due to interaction of silanol groups of silica surface with both the carboxyl group and the guanidine group. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:34:28Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-605 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | English |
| last_indexed | 2025-12-17T12:08:21Z |
| publishDate | 2021 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-6052022-06-29T10:01:33Z Quantum chemical study on the interaction of arginine with silica surface Квантовохімічне дослідження взаємодії аргініну з поверхнею кремнезему Kravchenko, A. A. Demianenko, E. M. Grebenyuk, A. G. Terets, M. I. Portna, M. G. Lobanov, V. V. arginine silica surface adsorption cluster approach density functional theory method аргінін поверхня кремнезему адсорбція кластерне наближення метод теорії функціоналу густини The structure and energy characteristics of structures formed during arginine adsorption on silica surface from aqueous solution were studied by the density functional theory (B3LYP) method using a valence-split basis set 6-31++G(d,p) within the continuous solvent model (PCM) and supermolecular approximation. The equilibrium structural and energy parameters of the protonated arginine molecule in the gas phase dependent on the location of the hydrogen atom are considered including those of two possible zwitterions. The structure of the arginine ion Н2А+, which is formed when a proton attaches to a molecule or zwitterion of a given amino acid, has been elucidated. To determine the deprotonation constant of the carboxyl group in an acidic medium, the complexes of the arginine molecule (AH32+) in the state with undissociated and deprotonated carboxyl groups are considered. The simulation of the acid medium was performed by taking into account the interaction with two hydrated HCl ion pairs, which provided the protonation of the a-amino group and the nitrogen atom of amino group within the guanidine group.In the study on the interaction of an arginine molecule with silica surface in an aqueous medium, complexes containing a Si8O12(OH)7O– ion with a deprotonated silanol group, six water molecules, and an arginine molecule with a deprotonated carboxyl group were considered. It has been found that the arginine molecule is most likely to be adsorbed on slica surface with formation of hydrogen bonds between the hydrogen atoms of the a-amino group and the oxygen atom of the deprotonated silanol group. In this case, the formation of a hydrogen bond between the oxygen atom of the carboxyl group and the hydrogen atom of the neighboring silanol group is possible. Slightly less likely is adsorption of arginine molecules due to interaction of the guanidine group with silanol groups of the surface. According to the calculated data, the adsorption of the zwitterionic form of the arginine molecule from the aqueous solution is equally likely to occur due to interaction of silanol groups of silica surface with both the carboxyl group and the guanidine group. Методом теорії функціоналу густини (B3LYP) з використанням валентно-розщепленого базисного набору 6-31++G(d,p) в межах континуальної моделі розчинника (РСМ) та супермолекулярного наближення досліджено будову та енергетичні характеристики структур, які утворюються при адсорбції аргініну на поверхні кремнезему у водному розчині. Розглянуто рівноважні структурні та енергетичні параметри протонованої молекули аргініну в газовій фазі в залежності від місця розташування атома гідрогену і двох можливих цвітер-іонів. Було з’ясовано будову іона аргініну Н2А+, який утворюється при приєднанні протона до молекули або цвітеріона даної амінокислоти. Для визначення константи депротонування карбоксильної групи в кислому середовищі розглянуто комплекси молекули аргініну (AH32+) в стані з недисоційованою та депротонованою карбоксильною групою. Моделювання кислотного середовища здійснювалося шляхом врахування взаємодії з двома гідратованими іонними парами HCl, які забезпечили протонування a-аміногрупи та атома азоту аміногрупи гуанідінового угрупування.При дослідженні взаємодії молекули аргініну з поверхнею кремнезему у водному середовищі були розглянуті комплекси, які містять іон Si8O12(OH)7O? з депротонованою силанольною групою, шість молекул води та молекулу аргініну з депротонованою карбоксильною групою. Встановлено, що молекула аргініну, найбільш ймовірно, адсорбується на поверхні кремнезему з утворенням водневих зв’язків між атомами гідрогену a-аміногрупи та атомом кисню депротонованої силанольної групи. При цьому можливе утворення водневого зв’язку між атомом кисню карбоксильної групи та атомом гідрогену сусідньої силанольної групи. Дещо менша ймовірність адсорбції молекул аргініну при взаємодії гуанідінового угрупування з силанольними групами поверхні. Згідно розрахункових даних, адсорбція цвіттеріонної форми молекули аргініну з водного розчину, рівноймовірно, відбувається шляхом взаємодії силанольних груп поверхні кремнезему як з карбоксильною групою, так і з гуанідіновою групою. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2021-11-27 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/605 10.15407/hftp12.04.358 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 12 No. 4 (2021): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 358-364 Химия, физика и технология поверхности; Том 12 № 4 (2021): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 358-364 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 12 № 4 (2021): Хімія, фізика та технологія поверхні; 358-364 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp12.04 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/605/613 Copyright (c) 2021 A. A. Kravchenko, E. M. Demianenko, A. G. Grebenyuk, M. I. Terets, M. G. Portna, V. V. Lobanov |
| spellingShingle | аргінін поверхня кремнезему адсорбція кластерне наближення метод теорії функціоналу густини Kravchenko, A. A. Demianenko, E. M. Grebenyuk, A. G. Terets, M. I. Portna, M. G. Lobanov, V. V. Квантовохімічне дослідження взаємодії аргініну з поверхнею кремнезему |
| title | Квантовохімічне дослідження взаємодії аргініну з поверхнею кремнезему |
| title_alt | Quantum chemical study on the interaction of arginine with silica surface |
| title_full | Квантовохімічне дослідження взаємодії аргініну з поверхнею кремнезему |
| title_fullStr | Квантовохімічне дослідження взаємодії аргініну з поверхнею кремнезему |
| title_full_unstemmed | Квантовохімічне дослідження взаємодії аргініну з поверхнею кремнезему |
| title_short | Квантовохімічне дослідження взаємодії аргініну з поверхнею кремнезему |
| title_sort | квантовохімічне дослідження взаємодії аргініну з поверхнею кремнезему |
| topic | аргінін поверхня кремнезему адсорбція кластерне наближення метод теорії функціоналу густини |
| topic_facet | arginine silica surface adsorption cluster approach density functional theory method аргінін поверхня кремнезему адсорбція кластерне наближення метод теорії функціоналу густини |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/605 |
| work_keys_str_mv | AT kravchenkoaa quantumchemicalstudyontheinteractionofargininewithsilicasurface AT demianenkoem quantumchemicalstudyontheinteractionofargininewithsilicasurface AT grebenyukag quantumchemicalstudyontheinteractionofargininewithsilicasurface AT teretsmi quantumchemicalstudyontheinteractionofargininewithsilicasurface AT portnamg quantumchemicalstudyontheinteractionofargininewithsilicasurface AT lobanovvv quantumchemicalstudyontheinteractionofargininewithsilicasurface AT kravchenkoaa kvantovohímíčnedoslídžennâvzaêmodííargínínuzpoverhneûkremnezemu AT demianenkoem kvantovohímíčnedoslídžennâvzaêmodííargínínuzpoverhneûkremnezemu AT grebenyukag kvantovohímíčnedoslídžennâvzaêmodííargínínuzpoverhneûkremnezemu AT teretsmi kvantovohímíčnedoslídžennâvzaêmodííargínínuzpoverhneûkremnezemu AT portnamg kvantovohímíčnedoslídžennâvzaêmodííargínínuzpoverhneûkremnezemu AT lobanovvv kvantovohímíčnedoslídžennâvzaêmodííargínínuzpoverhneûkremnezemu |