Фундаментальные проблемы современного материаловедения,  2020,  том 17,  №1, 105-111

 

О.А. Маслова, А.В. Рябых, С.А.Безносюк, А.А. Шмелькова

Компьютерное моделирование переноса электрона супероксид-иона на комплексы меди в континуальных диэлектрических средах

Алтайский государственный университет, пр. Ленина, 61, 656049, Барнаул, Россия
Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

В работе представлены результаты компьютерного моделирования процесса переноса электрона от суперксидного иона к двум комплексам меди различного состава. Рассчитаны энергии реорганизации и энергии активации переноса электрона в трёх континуальных диэлектрических средах с использованием теории Маркуса. Расчеты проведены с использованием континуальной модели растворителя CPCM гибридным функционалом плотности B3LYP в базисных наборах 6-31+G(d,p) для молекул кислорода и молекул воды, 6-31G(d,p) для органических компонентов и def2-TZVP для атома меди с использованием программного пакета ORCA. Для первого комплекса лигандами являются молекулы воды, для второго – органический компонент, имитирующий первое окружение меди (II) в медно-цинковой супероксиддисмутазе (СОД). Также рассмотрен процесс самообмена электроном между рассматриваемыми структурами. Получены расчетные данные для эффективных сред с диэлектрической проницаемостью вакуума, белка и воды. Установлено, что величина энергии реорганизации и классического активационного барьера зависит как от полярности среды, так и от строения лигандов.

Ключевые слова: физикохимия конденсированного состояния, перенос электрона, супероксид-ион, комплексы меди, континуальная модель среды, полная энергия реорганизации, энергия активации, диэлектрическая проницаемость, показатель преломления, теория Маркуса, компьютерное моделирование.

УДК 538.935; 539.21; 544.183; 544.2

DOI: 10.25712/ASTU.1811-1416.2020.01.017


 

Fundamental’nye problemy sovremennogo materialovedenia

(Basic Problems of Material Science (BPMS)) Vol. 17, No.1 (2020) 105-111

 

O.A. Maslova, A.V. Ryabykh, S.A. Beznosyuk, A.A. Shmelkova

Computer simulation of electron transfer from superoxide ion to copper complexes in continuous dielectric media

Altai State University, Lenin Pr., 61, Barnaul, 656049, Russia

The paper presents the results of computer simulation of the process of electron transfer from a superoxide ion to two copper complexes of various compositions. The reorganization energies and the activation energies of electron transfer in three continuous dielectric media are calculated using the Marcus theory. The calculations were carried out using the CPCM continuum model of the solvent with the B3LYP hybrid density functional in the basis sets 6-31+G(d,p) for oxygen and water molecules, 6-31G(d,p) for organic components and def2-TZVP for the copper atom using the ORCA software package. For the first complex, the ligands are water molecules, for the second - an organic component that mimics the first environment of copper (II) in copper-zinc superoxide dismutase (SOD). The process of electron self-exchange between the structures under consideration is also considered. The calculated data for effective media with permittivity of vacuum, protein, and water are obtained. It has been established that the magnitude of the reorganization energy and the classical activation barrier depends both on the polarity of the medium and on the structure of the ligands.

Keywords: condensed matter physicochemistry, electron transfer, superoxide ion, copper complexes, continuum model of the medium, total reorganization energy, activation energy, dielectric constant, refractive index, Marcus theory, computer simulation.