Квантовохімічне моделювання адсорбційних комплексів фрагментів полі(2 гідроксіетилметакрилат)у на поверхні кремнезему

E. M. Demianenko; A. G. Grebenyuk; V. V. Lobanov; O. S. Kukolevska; I. I. Gerashchenko; M. I. Terets

doi:10.15407/Surface.2016.08.078

E. M. Demianenko Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України
A. G. Grebenyuk Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України
V. V. Lobanov Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України
O. S. Kukolevska Вінницький національний медичний університет ім. М.І. Пирогова
I. I. Gerashchenko Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України
M. I. Terets Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України

DOI: https://doi.org/10.15407/Surface.2016.08.078

Анотація

Встановлено рівноважну просторову будову шести найбільш імовірних структур адсорбційних комплексів димера 2-гідроксиетилметакрилату на поверхні кремнезему. Адсорбція відбувається за рахунок утворення водневих зв’язків між карбонільними і гідроксильними групами адсорбату та силанольними і силоксановими групами поверхні кремнезему. Кожна полімерна ланка здатна утворювати до трьох водневих зв’язків з поверхнею кремнезему. Визначено довжину і середню енергію водневих зв’язків, а також оцінено енергію адсорбції.

Посилання

1. Garcia-Millan E., Koprivnik S., Otero-Espinar F.J. Drug loading optimization and extended drug delivery of corticoids from pHEMA based soft contact lenses hydrogels via chemical and microstructural modifications. Int. J. Pharm. 2015. 487(1–2): 260. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2015.04.037

2. Remeijer L., Van Rij G., Beekhuis W.H., Polak B.C., van Nes J. Deep corneal stromal opacities in long-term contact lens wear. Ophthalmology. 1990. 97(3): 281. https://doi.org/10.1016/S0161-6420(90)32591-5

3. Chirila T.V., Constable I.J., Crawford G.J., Vijayasekaran S., Thompson D.E., Chen Yi-Chi, Fletcher W.A., Griffin B.J. Poly(2-hydroxyethyl methacylate) sponges as implant materials: in vivo and in vitro evaluation of cellular invasion. Biomaterials. 1993. 14(1): 26. https://doi.org/10.1016/0142-9612(93)90072-A

4. Lesny P., De Croos J., Pradny M., Vacík J., Michálek J., Woerly S., Syková E. Polymer hydrogels usable for nervous tissue repair. J. Chem. Neuroanat. 2002. 23(4): 243. https://doi.org/10.1016/S0891-0618(02)00011-X

5. Straley Karin S., Wong Po Foo Cheryl, Heilshorn Sarah C. Biomaterial design strategies for the treatment of spinal cord injuries. J. Neurotrauma. 2010. 27(1): 1. https://doi.org/10.1089/neu.2009.0948

6. Dziubla T.D., Torjman M.C., Joseph J.I., Murphy-Tatum M., Lowman A.M. Evaluation of porous networks of poly(2-hydroxyethyl methacrylate) as interfacial drug delivery devices. Biomaterials. 2001. 22(21): 2893. https://doi.org/10.1016/S0142-9612(01)00035-7

7. Saini Rajesh Kumar, Bagri Laxmi P., Bajpai A.K. Poly(2-hydroxyethyl methacrylate) (PHEMA) based nanoparticles for drug delivery applications: A review. Nano Science and Nano Technology: An Indian Journal. 2014. 8(11): 416.

8. Ji Xiang-Ling, Jiang Shi-Chun, Qiu Xue-Peng, De‐Wen Dong, Dong‐Hong Yu, Bing‐Zheng Jiang. Structure and properties of hybrid poly(2-hydroxyethyl methacrylate)/SiO₂ monoliths. J. Appl. Polym. Sci. 2003. 88(14): 3168. https://doi.org/10.1002/app.12049

9. Huang Shu-Ling, Chin Wei-Kuo, Yang W.P. Structural characteristics and properties of silica/poly(2-hydroxyethyl methacrylate) (PHEMA) nanocomposites prepared by mixing colloidal silica or tetraethyloxysilane (TEOS) with PHEMA. Polymer. 2005. 46(6): 1865. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2004.12.052

10. Li Sh., Shah A., Hsieh A.J., Ross H.S., Praveen S., Mukherjee I., Weia E., Zhang Z., Wei Y. Characterization of poly(2-hydroxyethyl methacrylate-silica) hybrid materials with different silica contents. Polymer. 2007. 48(14): 3982. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2007.05.025

11. Kukolevska O., Gerashchenko I., Pakhlov E. Nanocomposite materials with controlled release of bioactive substances. Naukovi zapysky NaUKMA. Khimichni nauky i tekhnolohiyi. 2016. 183: 60.

12. Siora I.V., Kukolevska O.S., Krupska T.V., Gerashchenko I.I. Impact of nanocomposites with prolonged release of bioactive substances on the vital activity of yeast cells. Him. Fiz. Tehnol. Poverhni. 2015. 6(4): 545. [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/hftp06.04.545

13. Kukolevska O.S., Siora I.V., Chornopyshchuk R.M., Gerashchenko I.I. Medical and biological research of nanocomposite material «Polydens». Him. Fiz. Tehnol. Poverhni. 2016. 7(2): 225. [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/hftp07.02.225

14. Hernandez-Tamargo C.E., Roldan A., de Leeuw N.H. DFT modeling of the adsorption of trimethylphosphine oxide at the internal and external surfaces of zeolite MFI. J. Phys. Chem. C. 2016. 120(34): 19097. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.6b03448

15. Gun'ko V.M., Yurchenko G.R., Turov V.V., Goncharuk E.V., Zarko V.I., Zabuga A.G., Matkovsky A.K., Oranska O.I., Leboda R., Skubiszewska-Zieba J., Janusz W., Phillips G.J., Mikhalovsky S.V. Adsorption of polar and nonpolar compounds onto complex nanooxides with silica, alumina, and titania. J. Colloid Interface Sci. 2010. 348(2): 546. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2010.04.062

16. Smirnova N.P., Surovtseva N.I., Fesenko T.V., Demianenko E.M., Grebenyuk A.G., Eremenko A.M. Photodegradation of dye acridine yellow on the surface of mesoporous TiO₂, SiO₂/TiO₂ and SiO₂ films: spectroscopic and theoretical studies. J. Nanostruct. Chem. 2015. 5(4): 333. https://doi.org/10.1007/s40097-015-0165-y

17. Demianenko E. Effect of silica surface on hydrolysis of acetylsalicylic acid: theoretical simulation. Him. Fiz. Tehnol. Poverhni. 2011. 2(4): 456.

18. Kim Jong-Too, Lee Myung-Jae, Kim Ui-Rak, Manabu Kimura, Yuriko Aoki, Akira Imamura. Theoretical synthesis of poly-(2-hydroxyethylmethacrylate) by uniform localization of molecular orbitals calculation. J. Polym. Sci. Part A: Polym. Chem. 2001. 39(15): 2677. https://doi.org/10.1002/pola.1244

19. Belaidi O., Adjim M., Bouchaour T., Maschke U. MM and QM: Conformational and vibrational spectra analysis of 2-hydroxyethyl acrylate. Spectrochim. Acta A Mol. Biomol. Spectrosc. 2015. 137: 50. https://doi.org/10.1016/j.saa.2014.08.001

20. Chuiko O.O., Gorlov Yu.I., Lobanov V.V. Stroyeniye i khimiya poverkhnosti kremnezema. (Kyiv: Naukova dumka, 2007). [in Russian].

21. Chuiko O.O. Meditsinskaya khimiya i klinicheskoye primeneniye dioksida kremniya. (Kyiv: Naukova dumka, 2003). [in Russian].

22. Kravchenko A.A., Demianenko E.M., Tsendra O.M., Lobanov V.V., Grebenyuk A.G., Terets M.I. Simulation of the interaction between silica surface and acid or alkaline aqueous media. Surface. 2015. 7(22): 36.

23. Tsirelson V.G. Kvantovaya khimiya. Molekuly, molekulyarnyye sistemy i tverdyye tela. (Moscow: Binom, 2010). [in Russian].

24. Schmidt M.W., Baldridge K.K., Boatz J.A., Elbert S.T., Gordon M.S., Jensen J.H., Koseki Sh., Matsunaga N., Nguyen K.A., Su Sh., Windus Th.L., Dupuis M., Montgomery J.A. General atomic and molecular electronic-structure system. J. Comput. Chem. 1993. 14(11): 1347. https://doi.org/10.1002/jcc.540141112

25. Becke A.D. Density functional thermochemistry. III. The role of exact exchange. J. Chem. Phys. 1993. 98(7): 5648. https://doi.org/10.1063/1.464913

26. Lee C., Yang W., Parr R.G. Development of the colle-salvetti correlation-energy formula into a functional of the electron density. Phys. Rev. B. 1988. 37(2): 785. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.37.785

27. Krasnov K.S. Molekuly i khimicheskaya svyaz'. Uchebnoye posobiye. (Moscow: Vysshaya Shkola, 1977). [in Russian].