Конформационные особенности мономеров ПАВ-близнецов при формировании 2D-монослоев на границе жидкость/газ
Е.С. Карташинская1,2
1 ФГБНУ «Институт физико-органической химии и углехимии им. Л.М. Литвиненко»
2 ФГБОУ ВО «Донецкий национальный технический университет»
DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.412
Оригинальная статья
Аннотация: Представленная работа посвящена рассмотрению мономеров ПАВ-близнецов с неионогенной гидрофильной частью и различной структурой мостика, соединяющего углеводородные цепи. В зависимости от типа мостика возможна реализация двух условных конформаций мономеров: с «растянутым» и «компактным» мостиком в случае гибкой этоксилированной или жирной углеводородной цепочки и только с «растянутым» жестким мостиком в случае наличия в нем ароматического кольца. Длина всех трех типов мостиков в случае «растянутой» их конформации примерно одинакова для рассматриваемых бис-ПАВ и позволяет вертикально внедряться в образующуюся полость двум молекулам углеводородов. «Компактная» же конформация гибких мостиков обеспечивает реализацию внутримолекулярных CH‧‧‧HC-взаимодействий между углеводородными цепями, которые не осуществляются в мономерах с «растянутой» конформацией мостика. Для выбранных конформаций мономеров были рассчитаны термодинамические параметры их образования. Для конформеров ПАВ-близнецов образование структур с «компактным» мостиком является более выгодным по энергии Гиббса за счет реализации внутримолекулярных CH‧‧‧HC-взаимодействий между гидрофобными цепями дифильного соединения. Сравнение вкладов внутримолекулярных CH‧‧‧HC-взаимодействий в энтальпию и энтропию образования бис-ПАВ с этиленоксидным мостиком в «компактной» конформации с аналогичными вкладами межмолекулярных CH‧‧‧HC-взаимодействий для диоксиэтилированных спиртов выявило хорошее согласование. Это показывает одинаковую природу CH‧‧‧HC-взаимодействий, возникающих как внутри молекулы с двумя углеводородными цепями, так и между двумя молекулами ПАВ с одной углеводородной цепью.
Ключевые слова: ПАВ-близнецы, мономер, энтальпия, абсолютная энтропия, энергия Гиббса образования, CH‧‧‧HC-взаимодействия
- Карташинская Елена Сергеевна – д.х.н., старший научный сотрудник отдела супрамолекулярной химии, ФГБНУ «Институт физико-органической химии и углехимии им. Л.М. Литвиненко», профессор кафедры общей, физической и органической химии ФГБОУ ВО «Донецкий национальный технический университет»
Ссылка на статью:
Карташинская, Е.С. Конформационные особенности мономеров ПАВ-близнецов при формировании 2D-монослоев на границе жидкость/газ / Е.С. Карташинская // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2023. — Вып. 15. — С. 412-423. DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.412.
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Bunton, C.A. Catalysis of nucleophilic substitutions by micelles of dicationic detergents / C.A. Bunton, L.B. Robinson, J. Schaak, M.F. Stam // Journal of Organic Chemistry. – 1971. – V. 36. – I. 16. –P. 2346-2350. DOI: 10.1021/jo00815a033.
2. Zana, R. Dimeric and oligomeric surfactants behavior at interfaces and in aqueous solution: a review / R. Zana // Advances in Colloid Interface Science. – 2002. – V. 97. – I. 1-3. – P. 205-253. DOI: 10.1016/S0001-8686(01)00069-0.
3. Menger, F.M. Gemini surfactants: a new class of self-assembling molecules / F.M. Menger, C.A. Littau // Journal of American Chemical Society. – 1993. – V. 115. – I. 22. – P. 10083-10090. DOI: 10.1021/ja00075a025.
4. Teghrani-Bagha, A.R. Solubilization of hydrophobic dyes in surfactant solutions // A. R. Teghrani-Bagha, K. Holmberg // Materials. – 2013. – V. 6. – I. 2. – P. 580-608. DOI: 10.3390/ma6020580.
5. Jiang, C. De-inking of waste paper: flotation / C. Jiang, J. Ma // In book: Encyclopedia of Separation Science. – Academic Press, 2000. – P. 2537-2544. DOI: 10.1016/B0-12-226770-2/05881-6.
6. Heakal, F.E.-T. Synthesis and assessment of new cationic gemini surfactants as inhibitors for carbon steel corrosion in oilfield water / F. E.-T. Heakal, M.A. Deya, M.M. Osman et al. // RSC Advances. – 2017. – V. 7. – I. 75. – P. 47335-47352. DOI: 10.1039/C7RA07176K.
7. Zhong, L. Synthesis and assembly of gold nanoparticles in organized molecular films of gemini amphiphiles / L. Zhong, T. Jiao, M. Liu // Langmuir. – 2008. – V. 24. – I. 20. – 11677-11683. DOI: 10.1021/la802338f
8. Song, L.D. Surface properties micellization, and premicellar aggregation of gemini surfactants with rigid and flexible spacers / L.D. Song, M.J. Rosen // Langmuir. – 1996. – V. 12. – I. 5. – P. 1149-1153. DOI: 10.1021/la950508t.
9. Hussain, S.M.S. Surface and thermal properties of synthesized cationic poly(ethylene oxide) gemini surfactants: the role of the spacer / S.M.S. Hussain, M.S. Kamal, T. Solling et al. // RSC Advances. – 2019. – V. 9. – I. 52. – P. 30154-30163. DOI: 10.1039/C9RA06577F.
10. Wen, Y. Synthesis and aggregation properties of ethylene glycol ester-based cationic gemini surfactant / Y. Wen, X. Ge, W. Gao et al // Colloid and Interface Science Communications. – 2020. – V. 37. – Art. № 100274. – 8 p. DOI: 10.1016/j.colcom.2020.100274.
11. Sumida, Y. Pressure-area isotherms for double-chain amphiphiles bearing two hydroxyl groups derived from diepoxides. / Y. Sumida, A. Masuyama, T. Oki et al. // Langmuir. – 1996. – V. 12. – I. 16. – P. 3986-3990. DOI: 10.1021/la960268x.
12. Chen, Q. Effect of the spacer group on the behavior of the cationic gemini surfactant monolayer at the air/water interface. / Q. Chen, D. Zhang, R. Li et al. // Thin Solid Films. – 2008. – V. 516. – I. 23. – P. 8782-8787. DOI: 10.1016/j.tsf.2008.06.082.
13. Cheng, L. Monolayers of novel gemini amphiphiles with phthalimide headgroups at the air/water interface: pH and alkyl chain length effects. / L. Cheng, Z. Jiang, J. Dong et al // Journal of Colloid and Interface Science. – 2013. – V. 401. – P. 97-106. DOI: 10.1016/j.jcis.2013.03.023.
14. Vysotsky, Yu.B. Сomputational quantum chemistry applied to monolayer formation at gas/liquid interfaces / Yu.B. Vysotsky, E.S. Kartashynska, E.A. Belyaeva et al. // In book: Computational methods for complex liquidfluid interfaces; ed. by M. Karbaschi, R. Miller, M.T. Rahni. – Boca Raton: CRC Press, 2015. – Ch. 10. – P. 199-249. DOI: 10.1201/b19337.
15. Stewart, J.J.P. MOPAC 2000 V1.3 User`s Manual / J.J.P. Stewart. – Tokyo: Fujitsu Limited, 2000. – 433 p.
16. Stewart, J.J.P. Optimization of parameters for semiempirical methods V: Modification of NDDO approximations and application to 70 elements / J.J.P. Stewart // Journal of Molecular Modeling. – 2007. – V. 13. – I. 12. – P. 1173-1213. DOI: 10.1007/s00894-007-0233-4.
17. Stone, A.J. The theory of intermolecular forces / A.J. Stone. – Oxford: Clarendon Press, 1996. – 264 p.
18. Csonka, G.I. The origin of the problems with the PM3 core repulsion function / G.I. Csonka, J.C. Ángyán // Journal of Molecular Structure: THEOCHEM. – 1997 – V. 393. – I. 1-3. – P. 31-38. DOI: 10.1016/S0166-1280(96)04872-5.
19. Vysotsky, Yu.B. Temperature effect on the monolayer formation of substituted alkanes at the air/water interface: a quantum chemical approach / Yu.B. Vysotsky, E.S. Fomina, E.A. Belyaeva et al. / Journal of Physical Chemistry B. – 2012. – V. 116. – I. 30. – P. 8996-9006. DOI: 10.1021/jp303617n.
20. Vysotsky, Yu.B. Quantum chemical analysis of the thermodynamics of 2d cluster formation of aliphatic amides at the air/water interface / Yu.B. Vysotsky, E.S. Fomina, E.A. Belyaeva et al // Journal of Physical Chemistry C. – 2012. – V. 116. – I. 50 – P. 26358-26376. DOI: 10.1021/jp308479x.
21. Vysotsky, Yu.B. Quantum-chemical description of the thermodynamic characteristics of clusterization of melamine-type amphiphiles at the air/water interface / Yu.B. Vysotsky, A.A. Shved, E.A. Belyaeva et al // Journal of Physical Chemistry B. – 2009 – V. 113. – I. 40. – P. 13235-13248. DOI: 10.1021/jp904598k.