Molekulardynamische Simulationen von Wirt-Gast-Komplexen

Abstract

Durch Molekulardynamische Simulationsläufe über jeweils 1000 ps werden Struktur, Dynamik und Komplexierungsverhalten von p-Sulfonato-Calix[4]aren 5- als Wirtmolekül mit 6 verschiedenen kationischen Gastmolekülen in Wasser temperaturabhängig untersucht. Das Simulationsprogramm moscito vermag zusammen mit dem verwendeten SPC/E Wassermodell sowohl die Ergebnisse anderer Simulationen als auch experimentelle Werte zu reproduzieren. Die aus den mittleren quadratischen Verschiebungen der Massenschwerpunkte ermittelten Translationsselbstdiffusionskoeffizienten der Wirt - Gast Komplexe erweisen sich als relativ unabhängig vom Gastmolekül. Die durch Umorientierungskorrelationsfunktionen von molekülfesten Achsensystemen ermittelten Reorientierungszeiten der Wirt - Gast Komplexe sind aufgrund der im Vergleich zum realen Wasser geringeren Viskosität von SPC/E-Wasser und der höheren Calixarenkonzentration im Vergleichsexperiment kürzer als im Experiment. Die Hydratation der Gastmoleküle, des Wirtmoleküls und der Wirt - Gast Komplexe wird wie die Orientierung der Gäste im Wirtmolekül durch Paarverteilungsfunktionen, Winkelverteilungen, Torsionswinkelverteilungen und Scatterplots bestimmt. Die Partialladungsverteilung des Calixarens erweist sich als wichtigste Einflussgröße für alle bestimmten Eigenschaften.

By molecular dynamics simulation runs over 1000 ps the structure, dynamics and complexation behaviour of the host molecule p-Sulfonato-Calix[4]aren 5- with six different cationic guest molecules in water, are determined over a wide temperature range. The employed simulation program moscito, together with the SPC/E water modell, is able to reproduce experimental results as well as other simulation results. The translational self-diffusion coefficients of the host-guest complexes, determined by the mean square displacements of the center of mass of the molecule, are quite independent of the guest molecule. The reorientational times of the host-guest complexes, determined by reorientational correlation functions of molecular axis systems, are shorter than in the experiment. This is due to the lower viscosity of SPC/E water compared to real water and the higher concentration of the calixaren in the experiment. The hydration of the guests, the hosts and the host-guest complexes as well as the orientation of the guests in the host molecule are determined by pair distribution functions, angle distributions, dihedral angle distributions and scatter plots. The distribution of the partial charges on the calixaren has the strongest influence on the determined properties.