Русский
English
Цель: провести квантово–химическое моделирование молекулы сернистого иприта в водной среде в режиме встроенного параметра и в режиме добавленных молекул. После оптимизации по термодинамическим параметрам изучить возможные молекулярно-структурные изменения иприта в составе среды.
Методы. Для построения и визуализации структуры молекулы сернистого иприта, его взаимодействия с водной средой применен программный пакет Gaussian с визуализатором GaussView. Для проведения расчета (calculation tipe FREQ) избраны стандартные методы Gaussian ab initio – Хартли-Фок (RHF) и пост Хартли-Фок (MP2), которые чередовали с расчетами по теории денситной функции (DFT): B3LYP и B3LYP-FC. В качестве граничного фактора использован полуэмпирический метод RPM6.
Результаты. Показано, что только комплексный анализ состояния молекулы позволяет выявить удельный вклад каждого из типов взаимодействий в структуру и свойства молекулы. В водной среде молекула иприта обладает высоким потенциалом устойчивости, однако воздействие реального молекулярного окружения приводит к изменению поляризуемости, заряда на атомах и вектора дипольного момента, причем в возбужденном состоянии молекулы одна из связей С1 - Cl1 максимально активируется, практически удваивая свою длину..
Выводы. Несмотря на очень плохую растворимость иприта в воде, его межмолекулярное взаимодействие со средой ведет к перераспределению энергетических характеристик и формирование неравновесного поляризуемого состояния молекулы иприта в структуре аквакомплекса, возможной дальнейшей деструкции с формированием токсичных продуктов, в том числе ониевых катионов. Дальнейшее развитие полученных результатов позволит обосновать выбор условий, направленной активации молекулы иприта для целей детоксикации в водных средах и жидкостях организма.
Методы. Для построения и визуализации структуры молекулы сернистого иприта, его взаимодействия с водной средой применен программный пакет Gaussian с визуализатором GaussView. Для проведения расчета (calculation tipe FREQ) избраны стандартные методы Gaussian ab initio – Хартли-Фок (RHF) и пост Хартли-Фок (MP2), которые чередовали с расчетами по теории денситной функции (DFT): B3LYP и B3LYP-FC. В качестве граничного фактора использован полуэмпирический метод RPM6.
Результаты. Показано, что только комплексный анализ состояния молекулы позволяет выявить удельный вклад каждого из типов взаимодействий в структуру и свойства молекулы. В водной среде молекула иприта обладает высоким потенциалом устойчивости, однако воздействие реального молекулярного окружения приводит к изменению поляризуемости, заряда на атомах и вектора дипольного момента, причем в возбужденном состоянии молекулы одна из связей С1 - Cl1 максимально активируется, практически удваивая свою длину..
Выводы. Несмотря на очень плохую растворимость иприта в воде, его межмолекулярное взаимодействие со средой ведет к перераспределению энергетических характеристик и формирование неравновесного поляризуемого состояния молекулы иприта в структуре аквакомплекса, возможной дальнейшей деструкции с формированием токсичных продуктов, в том числе ониевых катионов. Дальнейшее развитие полученных результатов позволит обосновать выбор условий, направленной активации молекулы иприта для целей детоксикации в водных средах и жидкостях организма.
1. Азаренко Е.В., Гончаренко Ю.Ю., Дивизинюк М.М., Ковач В.Е. Варианты построения систем экологического мониторинга морских захоронений боевых отравляющих веществ // Техногенно-экологическая безопасность и Гражданская защита. 2014. № 7. С. 12 – 25.
2. Mazurek M., Witkiewicz Z., Popiel S., Śliwakowski M. Capillary gas chromatography – atomic emission spectroscopy – mass spectrometry analysis of sulphur mustard and transformation products in a block recovered from the Baltic Sea // Journal of Chromatography. 1 June, 2001. Vol. 919. Issue 1. P. 133 – 145. doi.org/10.1016/S0021-9673(01)00672-0
3. Hanaoka S., Nomura K., Wada T. Determination of mustard and lewisite related compounds in abandoned chemical weapons (Yellow shells) from sources in China and Japan // Journal of Chromatography. 6 January, 2006. Vol. 1101. Issues 1-2. P. 268 – 277. doi.org/10.1016/j.chroma.2005.10.028
4. Medvedeva N., Polyak Yu., Kuzikova I., Orlova O., Zharikov G. The effect of mustard gas on the biological activity of soil // Environmental Research. March, 2008. Vol. 106. Issue 3. P. 289 – 295 doi.org/10.1016/j.envres.2007.04.003
5. Корнякова В.В., Ашвиц И.В., Муратов В.А. К вопросу о механизме действия иприта // Образовательный вестник «Сознание». 2017. № 8. С. 26 – 33.
6. Шефер Т.В. Патогенетические основы медикаментозной коррекции ранних проявлений острого резорбтивного действия ипритов. Развитие концепции эндотоксикоза: специальность 14.03.04 "Токсикология": автореф. дис. … докт. медиц. наук. Санкт-Петербург, 2015. 22 с.
7. Орлова О.Г. Взаимодействие микроорганизмов с продуктами гидролиза иприта: автореф. дис. ... канд. биолог. наук. Санкт-Петербург, 2007. 20 с.
8. Иванов А.И., Саломатин Г.Б., Скобанева О.В. Проблема экологической реабилитации акватории озера Моховое, загрязнённой продуктами деструкции отравляющих веществ в окрестностях поселка Леонидовка Пензенской области // Теоретическая и прикладная экология. 2012. № 4. С. 25 – 28.
9. Зайцева Т.Б., Медведева Н.Г. Влияние продуктов гидролиза иприта на развитие массовых видов циано- бактерий // Принципы экологии. 2017. № 1 (22). С. 70 – 80.
10. Тявловская Т.М., Тамело В.Ф. Научно-практические аспекты очистки водоемов от боевых отравляющих веществ // Наука и техника. 2011. № 4. С. 48 – 51.
11. Klawohn S., Darby J.P., Kermode J.R. and all. Gaussian approximation potentials: Theory, software implementation and application examples Open Access // The Journal of Chemical Physics. 2023. Vol. 159. № 17. doi.org/10.1063/5.0160898
12. Thomas du Toit D.F., Zhou Y., Deringer V.L. Hyperparameter optimization for atomic cluster expansion potentials //Journal of Chemical Theory and Computation. 2024. Vol. 20. № 22. P. 10103 – 10113.
13. Montgomery Jr J.A. et al. A complete basis set model chemistry. VI. Use of density functional geometries and frequencies // The Journal of chemical physics. 1999. Vol. 110. № 6. P. 2822 – 2827.
14. Будко Е.В., Ямольский Л.М., Сенченко Н.В. Иприт: особенности структуры. Квантово–химическое моделирование // Вода: химия и экология. 2025. № 6. C. 20 – 27.
2. Mazurek M., Witkiewicz Z., Popiel S., Śliwakowski M. Capillary gas chromatography – atomic emission spectroscopy – mass spectrometry analysis of sulphur mustard and transformation products in a block recovered from the Baltic Sea // Journal of Chromatography. 1 June, 2001. Vol. 919. Issue 1. P. 133 – 145. doi.org/10.1016/S0021-9673(01)00672-0
3. Hanaoka S., Nomura K., Wada T. Determination of mustard and lewisite related compounds in abandoned chemical weapons (Yellow shells) from sources in China and Japan // Journal of Chromatography. 6 January, 2006. Vol. 1101. Issues 1-2. P. 268 – 277. doi.org/10.1016/j.chroma.2005.10.028
4. Medvedeva N., Polyak Yu., Kuzikova I., Orlova O., Zharikov G. The effect of mustard gas on the biological activity of soil // Environmental Research. March, 2008. Vol. 106. Issue 3. P. 289 – 295 doi.org/10.1016/j.envres.2007.04.003
5. Корнякова В.В., Ашвиц И.В., Муратов В.А. К вопросу о механизме действия иприта // Образовательный вестник «Сознание». 2017. № 8. С. 26 – 33.
6. Шефер Т.В. Патогенетические основы медикаментозной коррекции ранних проявлений острого резорбтивного действия ипритов. Развитие концепции эндотоксикоза: специальность 14.03.04 "Токсикология": автореф. дис. … докт. медиц. наук. Санкт-Петербург, 2015. 22 с.
7. Орлова О.Г. Взаимодействие микроорганизмов с продуктами гидролиза иприта: автореф. дис. ... канд. биолог. наук. Санкт-Петербург, 2007. 20 с.
8. Иванов А.И., Саломатин Г.Б., Скобанева О.В. Проблема экологической реабилитации акватории озера Моховое, загрязнённой продуктами деструкции отравляющих веществ в окрестностях поселка Леонидовка Пензенской области // Теоретическая и прикладная экология. 2012. № 4. С. 25 – 28.
9. Зайцева Т.Б., Медведева Н.Г. Влияние продуктов гидролиза иприта на развитие массовых видов циано- бактерий // Принципы экологии. 2017. № 1 (22). С. 70 – 80.
10. Тявловская Т.М., Тамело В.Ф. Научно-практические аспекты очистки водоемов от боевых отравляющих веществ // Наука и техника. 2011. № 4. С. 48 – 51.
11. Klawohn S., Darby J.P., Kermode J.R. and all. Gaussian approximation potentials: Theory, software implementation and application examples Open Access // The Journal of Chemical Physics. 2023. Vol. 159. № 17. doi.org/10.1063/5.0160898
12. Thomas du Toit D.F., Zhou Y., Deringer V.L. Hyperparameter optimization for atomic cluster expansion potentials //Journal of Chemical Theory and Computation. 2024. Vol. 20. № 22. P. 10103 – 10113.
13. Montgomery Jr J.A. et al. A complete basis set model chemistry. VI. Use of density functional geometries and frequencies // The Journal of chemical physics. 1999. Vol. 110. № 6. P. 2822 – 2827.
14. Будко Е.В., Ямольский Л.М., Сенченко Н.В. Иприт: особенности структуры. Квантово–химическое моделирование // Вода: химия и экология. 2025. № 6. C. 20 – 27.
Будко Е.В., Ямпольский Л.М., Разинькова Е.М. Квантово-химическое моделирование водных растворов иприта // Chemical Bulletin. 2025. Том 8. № 4. 4. https://doi.org/10.58224/2619-0575-2025-8-4-4