Molekulární modelování roztoků poly(ethylenglykolu) v elektrickém poli

Bc. Šárka DĚDIČOVÁ

Master's thesis

Molecular modeling of poly(ethylene glycol) solutions in electric field

Abstract:

Byly provedeny simulace molekulární dynamikou za účelem studia struktury jediného polymerního řetězce polyethylenglykolu (PEG) dvou různých délek ve vodě a methanolu v silném vnějším elektrickém poli. Konformační změny polymerního řetězce vyvolané silným vnějším elektrickým polem byly sledovány prostřednictvím gyračního poloměru, složek gyračního tenzoru, poloměrů setrvačnosti kolem souřadnicových os, vzdálenosti mezi konci a distribuce dihedrálních úhlů. Vlivem elektrického pole se polymerní klubko celkově zmenšuje v obou rozpouštědlech. Polymerní klubko původně sférického průměrného tvaru se vlivem vnějšího elektrického pole deformuje do zploštělého tvaru v methanolu a do protáhlého tvaru ve vodě při intenzitách elektrického pole nad 1 V/nm. Helicita polymerního řetězce byla kvantitativně charakterizována pomocí helikálního obsahu. Tvorba helikálních sekvencí v řetězci je podporována při intenzitách elektrického pole nad 1 V/nm. Změny v solvataci polymerního řetězce byly sledovány pomocí počtu vodíkových vazeb mezi řetězcem a molekulami rozpouštědla a mezi molekulami rozpouštědla. Vlivem elektrického pole se zhoršuje solvatace řetězce. Voda a methanol se stávají horšími rozpouštědly pro polymerní řetězec.

Abstract:

Molecular dynamics simulations were carried out to study the structure of a single polymer chain of poly(ethylene glycol) (PEG) of two different lengths in water and in methanol in a strong external electric field. The conformational changes of the polymer chain caused by the strong external electric field were monitored by measuring the radius of gyration, the components of the gyration tensor, the radii of inertia around the coordinate axes, the end-to-end distance and the dihedral angle distribution. The size of polymer coil decreases in both solvents with increasing intensity of the external electric field. The polymer coil of initially spherical average shape deforms with increasing intensity of the electric field into an oblate shape in methanol and into a prolate shape in water at intensities of electric field higher than 1 V/nm. The helicity of the polymer chain was quantitatively characterized by the helical content. The formation of helical sequences in the chain is enhanced at intensities of electric field higher than 1 V/nm. Changes caused by the strong external electric field in the solvent-solvent and solvent-polymer hydrogen-bonding structure were monitored by measuring the number of hydrogen bonds. The solvation of the polymer chain is worsened by the electric field. Water and methanol become poor solvents for the polymer chain.

Keywords

Molekulární simulace, Molekulární dynamika, Polymerní roztok, Struktura, Konformace, Solvatace

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 30. 7. 2021

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Supervisor: doc. RNDr. Jan Jirsák, Ph.D.

JAN EVANGELISTA PURKYNĚ UNIVERSITY IN ÚSTÍ NAD LABEM

Faculty of Science

Master programme / field:
Chemistry / CHE MA SŠ K