COMPUTER QUANTUM-CHEMICAL MODELING OF THE INTERACTION OF SELENIUM NANOPARTICLES WITH QUATERNARY AMMONIUM COMPOUNDS

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

In this paper, a computer quantum-chemical simulation of the interaction of selenium nanoparticles with quaternary ammonium compounds was carried out, in which models of molecular complexes, electron density distribution, as well as higher populated and lower free molecular orbitals were obtained. For the presented molecular systems, the total energy of the molecular complex E , the difference in the energy of the quaternary ammonium compound molecule and the system «quaternary ammonium compound-selenium nanoparticles» ΔE , the energy of the highest occupied molecular orbital EHOMO , the energy of the lowest unoccupied molecular orbital ELUMO , and the chemical rigidity of the system η were calculated. As a result of data analysis, it was found that the interaction of selenium nanoparticles with quaternary ammonium compounds is energetically advantageous ( ΔE > 11991 kcal/mol). The optimal system of interaction of selenium nanoparticles with quaternary ammonium compounds is the «cetyltrimethylammonium chloride-selenium nanoparticles» system, which is due to the highest value of the energy difference ( Δ E = 11991,79 kcal/mol). Based on the analysis of the obtained models of molecular systems, it was found that when a quaternary ammonium compound interacts with selenium nanoparticles, the electron density is shifted and new molecular orbitals are formed, which indicate formation of a chemical interaction between the molecules. Next, IR spectroscopy of selenium nanoparticles stabilized with cetyltrimethylammonium chloride was performed. Based on the data obtained, it is found that there is a decrease in the intensity of the bands, in comparison with the IR spectrum of cetyltrimethylammonium chloride, in the regions from 2851 to 3026 cm-1 and from 1265 to 1377 cm-1, characteristic of the CH 2 and CH 3 groups, which indicates the presence of cetyltrimethylammonium chloride molecules oriented with the hydrophobic side to selenium particles on their surface. After that, the morphology of selenium particles was studied using the transmission electron microscopy method. As a result of the analysis of transmission electron microscopy images, the formation the layer of the quaternary ammonium compound on the surface of selenium particles with a diameter of 25 to 60 nm was confirmed.

About the authors

Andrey V. Blinov

North-Caucasian Federal University

Email: blinov.a@mail.RUS
Stavropol, Russia

Maxim A. Pirogov

North-Caucasian Federal University

Stavropol, Russia

Alexey A. Gvozdenko

North-Caucasian Federal University

Stavropol, Russia

Alexey B. Golik

North-Caucasian Federal University

Stavropol, Russia

Zafar A. Rekhman

North-Caucasian Federal University

Stavropol, Russia

Maxim A. Kolodkin

North-Caucasian Federal University

Stavropol, Russia

Dionis D. Filippov

North-Caucasian Federal University

Stavropol, Russia

References

  1. Ибрагимова, М.Я. Взаимосвязь дисбаланса макро и микроэлементов и здоровье населения (обзор литературы) / М.Я. Ибрагимова, Л.Я. Сабирова, Е.С. Березкина и др. // Казанский медицинский журнал.- 2011. - Т. 92. - №. 4. - С. 606-609.
  2. Полубояринов, П.А. Метаболизм и механизм токсичности селенсодержащих препаратов, используемых для коррекции дефицита микроэлемента селена / П.А. Полубояринов, Д.Г. Елистратов, В.И. Швец // Тонкие химические технологии. - 2019. - Т. 14. - №. 1. - С. 5-24. doi: 10.32362/2410-6593-2019-14-1-5-24.
  3. Решетник, Л.А. Селен и здоровье человека (обзор литературы) / Л.А. Решетник, Е.О. Парфенова // Экология моря. - 2000. - Т. 54. - С. 20-25.
  4. Копейкин, В.В. Синтез наночастиц селена в водных растворах поливинилпирролидона и морфологические характеристики образующихся нанокомпозитов / В.В. Копейкин, С.В. Валуева, А.И. Киппер и др. // Высокомолекулярные соединения. Серия А. - 2003. - Т. 45. - №. 4. - С. 615-622.
  5. Апрятина, К.В. Синтез биологически активной композиции хитозан-наночастицы селена / К.В. Апрятина, Е.И. Мурач, С.В. Амарантов и др. // Прикладная биохимия и микробиология. - 2022.- Т. 58. - №. 2. - С. 140-145. doi: 10.31857/S0555109922020027.
  6. Блинов, А.В. Оптимизация методики получения наночастиц селена, стабилизированных кокамидопропилбетаином / А.В. Блинов, Д.Г, Маглакелидзе, Е.А. Бражко и др. // Российский химический журнал. - 2022. - Т. 66. - №. 1. - С. 86-92. doi: 10.6060/rcj.2022661.12.
  7. Невидимов, А.В. О стабилизации коллоидных квантовых точек селенида кадмия в присутствии октадецилфосфоновой кислоты / А.В. Невидимов, В.Ф. Разумов // Коллоидный журнал. - 2018.- Т. 80. - №. 1. - С. 78-85. - doi: 10.7868/S0023291218010081.
  8. Гафнер, Ю. Я. Влияние атомов золота на строение наночастиц Cu-Au при моделировании процесса газофазного синтеза / Ю. Я. Гафнер, Д. А. Рыжкова // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2022. - № 14. - С. 399-407. - doi: 10.26456/pcascnn/2022.14.399. - EDN JPXOBJ.
  9. Моделирование процесса коалесценции наночастиц золота методом Монте-Карло / А. Ю. Колосов, Н. Ю. Сдобняков, П. В. Комаров [и др.] // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2012. - № 4. - С. 129-142. - EDN VORVBF.
  10. Безносюк, С.А. Компьютерное моделирование алгоритмической эволюции квантово-размерных наночастиц / С.А. Безносюк, С.В. Важенин, М.С. Жуковский и др. // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. - 2006. - Т. 3. - №. 4. - С. 7-14.
  11. Соловьев, М.Е. Квантово-химическое моделирование формирования наночастиц из карбоксилатов меди / М.Е. Соловьев, В.И. Иржак // Коллоидный журнал. - 2015. - Т. 77. - №. 3. - С. 377-383. doi: 10.7868/S0023291215030180.
  12. Компьютерное квантово-химическое моделирование полимерной стабилизации наночастиц серебра / А. В. Блинов, М. А. Ясная, А. А. Блинова [и др.] // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2019. - № 11. - С. 414-421. - doi: 10.26456/pcascnn/2019.11.414. - EDN VUJEZN.
  13. Цирельсон, В.Г. Квантовая химия. Молекулы, молекулярные системы и твёрдые тела: учебное пособие для вузов / В.Г. Цирельсон. - 5-е изд., электрон. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2021.- 522 с.
  14. Q-Chem 6.1 User's Manual. - Режим доступа: https://manual.q-chem.com/latest/. - 02.06.2023.
  15. IQmol Molecular Viewer. - Режим доступа: http://www.iqmol.org/. - 02.06.2023.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).