Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов
Основан в 2009 году


Изменение pKA насыщенных карбоновых кислот и аминов при их димеризации на межфазной поверхности вода/воздух. Квантово-химический подход

Ю.Б. Высоцкий1, Е.С. Карташинская2

1 ГОУ ВПО «Донецкий национальный технический университет»
2 ГУ «Институт физико-органической химии и углехимии им. Л.М. Литвиненко»

DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.370

Оригинальная статья

Аннотация: Предложен теоретический подход к оценке pKA димеров насыщенных карбоновых кислот CnH2n+1COOH и аминов CnH2n+1NH2 (n = 6 - 16) на межфазной поверхности вода/воздух. Модель основана на расчете лишь энергий Гиббса образования и ассоциации димеров ПАВ в нейтральной и ионизированной форме в водной и газовой фазах. Расчеты проведены с использованием полуэмпирического квантово-химического метода РМ3 и РМ6 в рамках модели экранирования проводникового типа COSMO. Показано, что наиболее энергетически выгодным является образование димеров с одной ионизированной и одной нейтральной молекулой ПАВ. Установлено, что величина поверхностного pKA для димеров ПАВ зависит от их длины цепи ПАВ.

Ключевые слова: диссоциация, алифатические амины, карбоновые кислоты, pKA , энтальпия, энтропия, энергия Гиббса димеризации, полуэмпирические методы

  • Высоцкий Юрий Борисович – д.х.н., профессор, заведующий кафедрой общей, физической и органической химии ГОУ ВПО «Донецкий национальный технический университет»
  • Карташинская Елена Сергеевна – д.х.н., научный сотрудник отдела супрамолекулярной химии ГУ «Институт физико-органической химии и углехимии им. Л.М. Литвиненко»

Ссылка на статью:

Высоцкий, Ю.Б. Изменение pKA насыщенных карбоновых кислот и аминов при их димеризации на межфазной поверхности вода/воздух. Квантово-химический подход / Ю.Б. Высоцкий, Е.С. Карташинская // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — Тверь: Твер. гос. ун-т, 2020. — Вып. 12. — С. 370-383. DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.370.

Полный текст: download PDF file

Библиографический список:

1. Vysotsky, Yu.B. Quantum chemical analysis of the thermodynamics of 2D cluster formation of n–carboxylic acids at the air/water interface / Yu.B.Vysotsky, D.V. Muratov, F.L. Boldyreva, et al. // Journal of Physical Chemistry B. – 2006. – V. 110. – I. 10. – P. 4717-4730. DOI: 10.1021/jp055804l.
2. Vysotsky, Yu.B. The quantum-chemical approach to calculations of thermodynamic and structural parameters of formation of fatty acid monolayers with hexagonal packing at the air/water interface / Yu.B. Vysotsky, E.A. Belyaeva, E.S. Fomina, el al // Physical Chemistry Chemical Physics. – 2014. – V. 16. – I. 7. – P. 3187-3199. DOI: 10.1039/C3CP54124J.
3. Vysotsky, Yu.B. Quantum chemical analysis of the thermodynamics of 2–dimensional cluster formation of alkylamines at the air/water interface / Yu.B. Vysotsky, E.A. Belyaeva, V.B. Fainerman, et al. // The Journal of Physical Chemistry C. – 2007. – V. 111. – I. 42. – P. 15342-15349. DOI: 10.1021/jp069025w.
4. Kanicky, J.R. Cooperativity among molecules at interfaces in relation to various technological processes: effect of chain length on pKa of fatty acid salt solutions / J.R. Kanicky, A.F. Poniatowski, N.R. Mehta, D.O. Shah // Langmuir. – 2000. – V. 16. – I. 1.– P. 172-177. DOI: 10.1021/la990719o.
5. Hossain, Md.S. Aggregation behavior of medium chain fatty acids studied by coarsegrained molecular dynamics simulation / Md.S. Hossain, S. Berg, C.A.S. Bergstrom,
P. Larsson // AAPS PharmSciTech. – 2019. – V. 20. – I. 2. – Art. № 61. – 8 p. DOI: 10.1208/s12249-018-1289-4.
6. Knobler, C.M. Phase transitions in monolayers / C.M. Knobler, R.C. Desai // Annual Review of Physical Chemistry. – 1992. – V. 43. – P. 207-236. DOI: 10.1146/annurev.pc.43.100192.001231.
7. Stewart, J.J. P. Application of the PM6 method to modeling proteins // J.J.P. Stewart // Journal of Molecular Modeling. – 2009. – V. 15. – I. 7. – P. 765–805. DOI: 10.1007/s00894- 008-0420-y.
8. Lange’s handbook of chemistry. – 15-th ed.; ed. by J. A. Deane. – New-York: McGRAWHILL, INC., 1999. – 1291 p.
9. Albert, A. Ionization constants of acids & bases / A. Albert, E.P. Serjeant. – New-York: John Wiley & Sons, Inc., 1962. – xii, 179 p. DOI: 10.1002/jps.2600520632.
10. Vysotsky, Yu.B. Simplified method of the quantum chemical analysis for determination of thermodynamic parameters of 2D cluster formation of amphiphilic compounds at the air/water interface // Yu.B. Vysotsky, E.A. Belyaeva, D. Vollhardt, et al. // Journal of Colloid and Interface Science. – 2008. – V. 326. – I. 2. – P. 339-346. DOI: 10.1016/j.jcis.2008.06.059.
11. Kanicky, J.R. Effect of degree, type, and position of unsaturation on the pKa of longchain fatty acids / J. R. Kanicky, D. O. Shah // Journal of Colloid and Interface Science. – 2002. – V. 256. – I. 1. – P. 201-207. DOI: 10.1006/jcis.2001.8009.
12. Kanicky, J.R. Effect of premicellar aggregation on the pKa of fatty acid soap solutions / J. R. Kanicky, D. O. Shah // Langmuir. – 2003. – V. 19. – I. 6. – P. 2034-2038. DOI: 10.1021/la020672y.
13. Pugh, R. Solution chemistry studies and flotation behaviour of apatite, calcite and fluorite minerals with sodium oleate collector / R. Pugh, P. Stenius // International Journal of Mineral Processing. – 1985. – V. 15. – I. 3. – P. 193-218. DOI: 10.1016/0301-7516(85)90035-3.
14. Glazer, J. Ionization of protein monolayers and related substances / J. Glazer, M.Z. Dogan // Transactions of the Faraday Society. – 1953. – V. 49. – P. 448-455. DOI: 10.1039/TF9534900448.
15. Wellen, B.A. Surface pKa of octanoic, nonanoic, and decanoic fatty acids at the air-water interface: applications to atmospheric aerosol chemistry / B.A. Wellen, E.A. Lach, H.C. Allen // Physical Chemistry Chemical Physics. – 2017. – V. 19. – I. 39. – P. 26551-26558. DOI: 10.1039/C7CP04527A.
16. Cratin, P.D. Surface and interfacial dissociation constants: apparent vs. absolute / P.D. Cratin // Colloids and Surfaces A: Physicochemical Engineering Aspects. – 1994. – V. 89. – I. 2-3. – P. 103-108. DOI: 10.1016/0927-7757(94)80110-X.
17. Strazdaite, S. Reduced acid dissociation of amino-acids at the surface of water / S. Strazdaite, K. Meister, H. J. Bakker // Journal of American Chemical Society. – 2017. – V. 139. – I. 10. – P. 3716-3720. DOI: 10.1021/jacs.6b12079.
18. Zhao, X. New method for determination of surface a pK using second harmonic generation / X. Zhao, S. Ong, H. Wang, K.B. Eisenthal // Chemical Physics Letters. – 1993. – V. 214. – I. 2. – P. 203-207. DOI: 10.1016/0009-2614(93)90082-C.
19. Porter, E.F. Monomolecular films of α–aminostearic acid, stearic acid, and heptadecylamine / E.F. Porter // Journal of American Chemical Society. – 1937. – V. 59. – I. 10. – P. 1883-1888. DOI: 10.1021/ja01289a026.