Моделирование межмолекулярных комплексов ксенона с органическими молекулами - компонентами глутаматных рецепторов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.17, кандидат наук Андрийченко, Наталья Николаевна

• Андрийченко, Наталья Николаевна
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Андрийченко, Наталья Николаевна

Оглавление

Введение

1. Методы исследования строения и свойств межмолекулярных комплексов с участием атомов благородных газов

1.2.1. Молекулярно-механические модели

1.2.2. Квантово-механические модели 15 Неэмпирические методы 15 Методы ББТ 18 Метод Гримме (БРТ-БП)

2. Исследование комплексов ксенона с малыми органическими молекулами

2.1. Моделирование комплексов ксенона неэмпирическими методами квантовой химии

2.1.1. Расчет димера ксенона

2.1.2. Система «фенол...Хе»

2.1.3. Изучение системы «крезол..Хе]» и «толуол..Хе[»

2.2. Моделирование комплексов ксенона методами РЕТ и БЕТ-Б

2.2.1. Применение метода ББТ и ОРТ-О для описания димера Хе

2.2.2. Комплекс «фенол...Хе»

2.2.3. Комплексы «бензол...Хе» и <ш-крезол...Хе»

2.2.4. Система «муравьиная кислота

2.2.5. Недостатки техники Гримме

2.2.6. Комплексы ксенона с ароматическими аминокислотами

3. Моделирование белковых комплексов ксенона 49 3.1. Обзор современных вычислительных подходов к исследованию белковых систем

3.1.1. Методы молекулярной механики

3.1.2. Комбинированные методы квантовой и молекулярной механики

3.2. Молекулярно-динамическое моделирование ксенона в белковом

окружении

3.2.1 Литературные данные по взаимодействию ксенона с белками

3.2.2 Подбор параметров для МД моделирования

3.3.3 Тестовые расчеты системы «аннексии У...Хе»

3.2.4 Моделирование комплексов ксенона с ТММБА-рецептором 65 3.3. Структуры комплексов ксенона с лиганд связывающим доменом ЛСД NMDA-peцeптopa по расчетам методом КМ/ММ 78 Основные выводы: 83 Приложение 84 Список цитированной литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Моделирование межмолекулярных комплексов ксенона с органическими молекулами - компонентами глутаматных рецепторов»

Введение

Актуальность темы

В 1950-х гг. было открыто анестетическое действие ксенона. Данный тип анестезии применяется в современной медицинской хирургической практике, прежде всего, из-за отсутствия токсического воздействия на организм. Одна из основных гипотез, лежащих в основе молекулярных механизмов ксеноновой анестезии, связывает это явление с ингибирующим эффектом ксенона на рецепторы центральной нервной системы, прежде всего на глутаматные (ИМОА) белковые рецепторы.

Способность атомов ксенона связываться с белками широко используется в современных биохимических и рентгеноструктурных исследованиях. Сродство ксенона к гидрофобным полостям в макромолекулярном окружении позволяет применять этот инертный газ для идентификации активных сайтов белков, а также каналов, по которым субстраты достигают активных сайтов.

Значительный вклад в понимание взаимодействия ксенона с компонентами белковых макромолекул наряду с экспериментальными исследованиями может внести молекулярное моделирование. Однако, несмотря на достижения современного компьютерного моделирования при изучении строения и свойств белков, непосредственное применение разработанных методик молекулярной механики (ММ), молекулярной динамики (МД), квантовой химии и многоуровневых подходов квантовой механики - молекулярной механики (КМ/ММ) для описания взаимодействия атомов инертного газа с органическими молекулами - компонентами белковых полостей, затруднено. Параметры силовых полей, которые ответственны за результаты расчетов ММ и МД, недостаточно хорошо калиброваны в части потенциалов взаимодействия ксенона с молекулярными группами аминокислотных остатков. Кроме того, методы квантовой химии и КМ/ММ, претендующие на описание этого взаимодействия, должны адекватно рассчитывать дисперсионные вклады, что значительно

усложняет расчетную процедуру. Таким образом, подбор методики вычислений, пригодной для компьютерного моделирования комплексов ксенона с аминокислотными остатками, представляет актуальную задачу.

В диссертационной работе предлагается подобрать и оптимизировать способы моделирования межмолекулярных комплексов ксенона с небольшими органическими молекулами, опираясь и на теоретические подходы, и на экспериментальные данные, относящиеся к другой области молекулярных исследований.

Комплексы инертных газов, в частности, ксенона, активно изучаются методами низкотемпературной матричной изоляции. Результаты подобных экспериментов могут быть применены для тщательной калибровки параметров силовых полей молекулярной механики и параметров квантово-химических моделей для расчетов комплексов ксенона с интересующими фрагментами белковых молекул.

Цель работы

Методами квантовой химии и молекулярной механики исследовать взаимодействие атомарного ксенона с малыми органическими молекулами, моделирующими аминокислотные остатки; подобрать оптимальные параметры расчетных схем, опираясь на эксперименты в низкотемпературных матрицах; исследовать поведение ксенона в полостях глутаматных рецепторов методами молекулярной динамики и КМ/ММ.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

1. Методами квантовой химии исследовать возможные конформеры в реперных системах, состоящих из атомов ксенона и небольших органических молекул; проанализировать равновесные геометрические конфигурации, энергии связывания и колебательные спектры.

2. Подобрать параметры расчетной схемы теории функционала электронной плотности (ОРТ-Б), а также параметры модельных потенциалов метода ММ, пригодные для моделирования макромолекул с участием ксенона и приемлемо

воспроизводящие геометрические и энергетические характеристики реперных молекулярных систем.

3. Методами молекулярной динамики выявить устойчивые положения и структурные мотивы, характерные для окружения ксенона в лиганд-связывающем домене N111 субъединицы ИМБА-рецептора, и подтвердить устойчивость сайтов связывания ксенона методом КМ/ММ.

Научная новизна результатов:

1. Показано, что неэмпирический метод квантовой химии МР2/(а1^)-сс-рУТ2, позволяющий получить хорошее соответствие расчетных и экспериментальных сдвигов характеристических частот в ИК-спектрах, предоставляет надежные реперные данные для комплексов ксенона с органическими молекулами.

2. Показано, что технику Гримме 0ГТ-02 с функционалом ВННЬУР и базисом 6-31 в* можно использовать для моделирования межмолекулярных комплексов ксенона с ароматическими органическими молекулами; данный подход перспективен для моделирования взаимодействия ксенона с компонентами белковых макромолекул.

3. На основании расчетов методами МД и КМ/ММ показано, что ксенон может образовывать устойчивые комплексы с закрытой конформацией МШ-субъединицы ЫМОА-рецептора. Структурный мотив «Хе...ароматическая аминокислота» является характерным для комплексов ксенона с N1^.1 субъединицей ЫМГ)А-рецептора, и может вносить вклад в ингибирующее действие ксенона.

Теоретическая и практическая значимость заключается в том, что подобранный метод расчета применим для моделирования взаимодействий атомов ксенона с компонентами белковых макромолекул и изучения специфических сайтов связывания. Результаты этой работы рекомендовано использовать в научных организациях, занимающихся изучением межмолекулярных взаимодействий: МГУ им. М.В. Ломоносова, Институтах РАН:

Институте химической физики, Институте биохимической физики, Институте проблем химической физики, Институте физики атмосферы, Центре фотохимии, Институте общей и неорганической химии, Институте биохимии, Институте биоорганической химии, Институте физической химии и электрохимии, Институте органической химии, Институте кинетики и горения СО, Институте катализа СО.

Степень достоверности и апробация результатов

Материалы диссертации были представлены на международной конференции «Ломоносов» (Москва, 2011), XI, XIII Международной молодежной конференции «Биохимическая физика», ИБХФ РАН-ВУЗы (Москва, 2011, 2013), V молодежной конференции ИОХ РАН (Москва, 2012), 27-ой зимней школе по теоретической химии (Финляндия, 2011), 13-ой Фоковской конференции по квантовой и вычислительной химии (Казахстан, 2012).

Результаты опубликованы в 8 печатных изданиях, в том числе в 2 статьях в рецензируемых научных журналах [1,2], входящих в перечень журналов ВАК РФ и в 6 тезисах докладов на конференциях [3-8].

1. Методы исследования строения и свойств межмолекулярных комплексов с участием атомов благородных газов

1.1. Экспериментальные методы

Вследствие малых энергий связи межмолекулярных комплексов их экспериментальное изучение имеет определенную специфику. Такие методики, как техника сверхзвуковых струй и техника матричной изоляции, позволяют формировать межмолекулярные комплексы и изучать их свойства преимущественно методами спектроскопии.

Первый метод, в котором газ-носитель смешивают с исследуемой системой, в частности, с межмолекулярным комплексом, основывается на эффекте глубокого охлаждения по поступательным степеням свободы молекул (вплоть до 1 К) при расширении струи в вакуум. В данных условиях столкновение частиц минимизировано, в результате чего межмолекулярные комплексы с малыми энергиями связи имеют достаточные для детектирования времена жизни. В качестве газа-носителя часто применяют инертные газы.

Суть второго метода заключается в том, что изучаемые частицы помещаются в низкотемпературную инертную матрицу, которая предотвращает взаимодействие частиц между собой. Используемые низкие температуры позволяют избегать распада комплексов с малыми энергиями связи, например, стабилизированных только межмолекулярными взаимодействиями, что имеет место в случае комплексов инертных газов с ароматическими молекулами. В качестве инертных растворителей для создания матрицы чаще всего применяют благородные газы, а также азот, водород, монооксид углерода [9].

Упомянутые экспериментальные методики получили широкое применение для исследования межмолекулярных комплексов [9-12]. В рамках данной работы нас прежде всего интересовали комплексы ксенона с малыми ароматическими молекулами: фенолом, крезолом, толуолом, бензолом, как модельными

молекулами для изучения взаимодействия ксенона с ароматическими аминокислотами.

Кратко обозначим экспериментальные работы, в которых исследовались комплексы инертных газов (RG) с интересующими нас ароматическими молекулами (Табл. 1). Для этих систем экспериментальные данные говорят в пользу образования ван-дер-ваальсовых комплексов с ^-ориентацией, когда атом инертного газа располагается над ароматическим кольцом. Если рассматривать комплексы с бензолом, то среднее положение находится на оси Сбу Когда в кольце появляются заместители, атом инертного газа смещает свое равновесное положение от оси симметрии ароматического кольца в сторону заместителя. Для комплексов фенола ряд исследователей склоняется в сторону существования также второго типа комплексов 1:1 - плоских, когда атом инертного газа располагается на линии - продолжении связи ОН.

Вместе с тем, в литературе практически отсутствует информация по исследованию комплексов крезола с инертными газами, а также по экспериментальной регистрации мультикомплексов с соотношением RG:«ароматическая молекула» выше, чем 1:1 (только комплексы фенола с аргоном и бензола с аргоном).

Взаимодействие атома инертного газа с ароматической молекулой можно наблюдать по изменению частот характеристических колебаний [13]. Наиболее наглядно это видно в экспериментах, выполненных в технике матричной изоляции, когда органическая молекула попадает в окружение из атомов инертного газа. Ее колебательный спектр при этом отличается от такового для газовой фазы [14-17].

Таблица 1. Литературные данные по экспериментальному исследованию меэ/смолекулярных комплексов инертных газов с ароматическими молекулами.

Система Исследуемые свойства Метод получения комплекса/Метод детекции/ ссылка

Бензол

Не... бензол расстояние ЯС...кольцо сверхзвуковые струи/ вращательная спектроскопия/[18], [19]

Ме... бензол расстояние кольцо сверхзвуковые струи/ вращательная спектроскопия/[18]

Аг... бензол Агг... бензол расстояние КО...кольцо сверхзвуковые струи/вращательная спектроскопия/[18], [201, [211

энергия диссоциации (для системы Аг...бензол) сверхзвуковые струи /2ЕКЕ/[22]

Кг... бензол расстояние Яв...кольцо сверхзвуковые струи/вращательная спектроскопия /[181

дипольный момент, расстояние Яв... кольцо сверхзвуковые струи/вращательная спектроскопия /[ 23]

энергия диссоциации сверхзвуковые струи /7ЕКЕ/[22]

Хе... бензол расстояние 1Ш... кольцо сверхзвуковые струи/ вращательная спектроскопия /[181

Фенол

Не... фенол - -

Ые... фенол межмолекулярные частоты сверхзвуковые струи/ К2Р1+ТОР-М8/[24]

Аг... фенол Агг... фенол Агз... фенол Аг4... фенол межмолекулярные частоты/вывод о существовании конформеров сверхзвуковые струи/ 2ЕКЕ+ЫЕМР1/[25], [26]

энергия диссоциации сверхзвуковые струи/ 2ЕКЕ+МАТ1/[27]

потенциалы ионизации/ вывод о существовании конформеров сверхзвуковые струи/спектры фотоионизации/[28]

межмолекулярные частоты/дипольные моменты сверхзвуковые струи/КЕМР1/[29]

межмолекулярные частоты сверхзвуковые струи/ К2Р1+ТОР-М8/[24]

частоты характеристических колебаний сверхзвуковые струи/11ЕМР1/[30]

Система Исследуемые свойства Метод получения комплекса/Метод детекции/ ссылка

межмолекулярные частоты сверхзвуковые струи/К2Р1+ТОР-МБ/[24]

Кг... фенол межмолекулярные частоты, энергия ионизации сверхзвуковые струи/ ЯЕМР1+гЕКЕ+МАТ1/[31]

межмолекулярные частоты сверхзвуковые струи/ К2Р1+ТОР-М8/[24]

Хе... фенол межмолекулярные частоты, энергия ионизации сверхзвуковые струи/ 1*ЕМР1+2ЕКЕ+МАТ1/[31]

Толуол

межмолекулярные сверхзвуковые струи / ТОР-М8+ОЕ+РЕ/[32]

Не... толуол частоты, энергия диссоциации

N6... толуол межмолекулярные частоты сверхзвуковые струи/ 1*2Р1+ТОР-М8/[241

Аг... толу о л межмолекулярные частоты сверхзвуковые струи/2ЕКЕ/[33]

межмолекулярные частоты сверхзвуковые струи/ Ы2Р1+ТОР-М8/Г24]

Кг... толуол межмолекулярные частоты сверхзвуковые струи/ К2Р1+ТОР-М8/[24]

Хе... толуол межмолекулярные частоты сверхзвуковые струи/ К2Р1+ТОР-М8/[241

Крезол

Кг... крезол клатраты Теплота образования, состав клатратов Весовой анализ[34]

Методом матричной изоляции межмолекулярные комплексы фенола, крезола и толуола с инертными газами не изучались, однако существует класс работ, посвященных соединениям-включениям инертных газов [35], например, тип НИ^У, где Н - атом водорода, - атом инертного газа, У -

электроотрицательный атом или группа (НХеН, НХеОН, НХеВг, НКгС1, НХеС1Ч, НКгС]Ч, НАгБ и др.) [12,36]. Другой, описанный в литературе, тип соединений: Б^У (Хе-Н, Хе-1, Хе-Вг, Хе-Б, Кг-Н, Кг-С, Кг-С1, Аг-Н, Аг-Р и др.), и К&У2 (КгС12, ХеСЬ) [37]. Известны и включения атомов инертных газов в ненасыщенные

углеводороды, например, в молекулу ацетилена: НХеССН, НКгССН, цианоацетилена Ш^СОЧ, Н1^СС1ЧС (Rg = Аг, Кг, Хе) [38]. Методом матричной изоляции получены и исследованы межмолекулярные комплексы фуллерена с криптоном [39], муравьиной кислоты с ксеноном [40] и изотиоцианидной кислоты с ксеноном [41]. Сравнение ИК-спектров, полученных в эксперименте, и колебательных расчетных спектров для предполагаемых структур комплексов позволяло делать выводы об относительной устойчивости разных комплексов, и об их структуре.

1.2. Теоретические методы

Моделирование структуры и спектров межмолекулярных комплексов имеет некоторые особенности по сравнению с теоретическим описанием молекул. И в том, и в другом случае при расчетах равновесных геометрических конфигураций (структур), спектров и других характеристик можно исходить либо из атомной (молекулярно-механической) модели, либо из ядерно-электронной (квантово-механической) модели.

1.2.1. Молекулярно-механические модели

В этом подходе взаимодействия атомов в модельной системе описываются потенциалами, параметры которых получают подгонкой рассчитанных значений под экспериментальные величины или под реперные величины, полученные надежными квантово-механическими вычислениями. Выбор конкретного выражения двухчастичных (реже с учетом трехчастичных) потенциалов определяется исследователем.

Для нейтральных частиц одним из наиболее широко используемых является потенциал Леннарда-Джонса в варианте «6-12»:

Vй {я)=Ае

к*;

ч>6

где Ло - расстояние, на котором потенциал принимает

нулевое значение, е - глубина потенциальной ямы.

Одним из существенных недостатков этого потенциала является плохое описание отталкивательной ветви потенциала.

В работе [42] авторы сравнивают результаты расчета ППЭ для системы «бензол... атом инертного газа», полученные в рамках неэмпирического моделирования методом теории возмущений Меллера-Плесета 2-го порядка (МР2) и с применением эмпирического потенциала Леннарда-Джонса «6-12». Равновесное расстояние «аргон... кольцо», полученное с применением эмпирического потенциала, хорошо воспроизводит экспериментальную величину и величину МР2, причем наилучшее совпадение наблюдается для комплекса с ксеноном. Энергия диссоциации, оцененная с помощью потенциала «6-12», сильно отличается от МР2 величины для комплекса с неоном (в два раза меньше), для других газов наблюдается хорошее воспроизведение теоретической величины (МР2) в пределах 10%-погрешности.

Авторы другой работы [43] проводили моделирование комплексов ксенона с цеолитами. Экспериментально наблюдаемое снижение скорости диффузии молекул метана при повышении концентрации ксенона и независимость скорости диффузии ксенона от концентрации метана удалось воспроизвести в молекулярно-динамической модели. В более ранней работе [44] также моделировался процесс диффузии ксенона в полостях цеолитов. Расчетные коэффициент диффузии и Лиадс достаточно хорошо согласуются с экспериментальными.

Вместе с тем, использование потенциала Леннарда-Джонса для моделирования кристаллов инертных газов может приводить к артефактным геометриям [45]. Для решения сложившейся проблемы авторы проводят учет трехчастичных взаимодействий.

В программных реализациях метода молекулярной механики и молекулярной динамики, как правило, применяется потенциал Леннарда-Джонса именно в

варианте «6-12» (например, AMBER [46], CHARMM [47]), тем не менее, в силовом поле COMPASS [48] выбран вариант «6-9»:

принимает нулевое значение, е' - глубина потенциальной ямы. Данное поле содержит параметры и для благородных газов. Подбор параметров проводился под воспроизведение экспериментальных величин энтальпии испарения (Ну).

В работе [49] рассматривались комплексы NMDA с ксеноном с помощью силового поля CHARMM. Было показано, что атом ксенона имеет устойчивые положения в белке: активный сайт глицина и активный сайт глутамата, сайт внутри NR1-субъединицы, и положение между двумя субъединицами. Моделирование проводилось в присутствии обоих агонистов. Результаты качественно сходятся с экспериментальными данными о неконкурентном ингибировании ксенона NMDA-рецепторов [50].

В работах [51] и [52] было проведено моделирование взаимодействие ксенона с белком (миоглобином) Полученные предпочтительные области локализации ксенона качественно хорошо согласуются с известными из рентгеновской структуры комплекса миоглобина с ксеноном сайтами связывания (пример сайта связывания ксенона см. Приложение. Рис II).

Другим популярным и хорошо зарекомендовавшим себя потенциалом является потенциал Бакингема:

где е' - глубина потенциальной ямы, Rm - положение минимума, а - параметр. Данный потенциал и его модификации возможны к использованию в таких силовых полях, как MOLDY1 [53] и GROMACS [54].

При расчетах с подобными эмпирическими потенциалами следует иметь в виду, что параметрические потенциалы могут приводить к ошибкам при описании

1 Программная реализация MOLDY предполагает рассмотрение молекул только в виде жестких фрагментов.

/ р л9 ( и \б Vu"6-9°(R) = s' 2 ^ -З-^Ч , где Я,

расстояние, на котором потенциал

межмолекулярных взаимодействий в широком диапазоне геометрических параметров [45,55].

1.2.2. Квантово-механические модели Неэмпирические методы

Для моделирования межмолекулярных комплексов с участием атомов инертных газов в настоящее время принято использовать такие походы, как метод связанных кластеров и метод теории возмущения Меллера-Плессе (его традиционный вариант, и адаптации). Известно, что метод связанных кластеров дает хорошие оценки свойств межмолекулярных комплексов [56-63] однако он не оптимален для расчетов ввиду большой вычислительной стоимости. Метод МР2 менее ресурсозатратен и достаточно хорошо описывает многие ван-дер-ваальсовые системы [64].

Успех метода МР2 в основном обязан компенсации ошибок, которая возникает при использовании базисов большого размера, с одной стороны, и неполным учетом вкладов в энергию корреляции высоких порядков, с другой стороны [65]. В работе [58] показано, что для системы «фенол...Аг» экстраполяция на бесконечный базисный набор, и введение коррекции на энергию корреляции высоких порядков может привести к значительным отклонениям в расчете энергий связи комплексов, и наилучшие величины дает МР2/6-ЗП++0(ЗсИ",2рс1).

Авторы работы [42] моделировали системы «бензол...Яв» (1Ю=Не, Аг, Кг, Хе) методами МР2 (с ВБЗЕ-коррекцией) и МР4 (энергии в точке). Применялись следующие базисы: Не N6 [584р2<31£], Аг Кг [584р2сШ],

Хе [584р4сШ] и базис б-ЗЮ* для бензола. Для описания остовных электронов аргона, криптона и ксенона использовался ЬА№. псвевдопотенциал. Расчетные расстояния «1Ю-кольцо» очень хорошо воспроизводили экспериментальные значения, а энергии диссоциации для методов МР2 и МР4 (метод теории возмущения Меллера-Плессе 4-го порядка) практически не различались за счет

компенсации вкладов от членов третьего и четвертого порядков. Для комплекса с аргоном сравнение расчетной величины энергии диссоциации с экспериментальной дало переоценку в 3 раза. В данной работе авторы приводят экспериментальное значение энергии диссоциации, равное 137 см"1, и получают значительное расхождение с теоретическими расчетами. Однако в более поздних экспериментах другой группы было получено значение -390 см"1 [22], тогда расчетное значение в 1,1 раза превосходит экспериментальное. Величина ZPE-коррекции невелика, и составляла в среднем 50 см"1 (0,14 ккал). Частоты межмолекулярного колебания были рассчитаны в гармоническом приближении и с учетом ангармонических вкладов. Авторы показали, что значительное отличие гармонической и негармонической частоты наблюдается только для комплекса с гелием.

В другой работе [66] на модели комплекса «бензол...Аг» авторы провели сравнение методов МР2 и CCSD (метод связанных кластеров с учетом однократных и двукратных возбуждений) для воспроизведения энергии диссоциации комплекса. Для расчетов применялись базисы Даннинга aug-cc-pVXZ (X=D, Т, Q), а также рассчитывались поправки на ошибку суперпозиции базисных наборов (Basis Set Superposition Error, BSSE). Расчеты показали, что наилучшее совпадение с экспериментом по энергии диссоциации можно получить при использовании MP2/aug-cc-pVDZ с BSSE-коррекцией или методом CCSD(T)2/aug-cc-pVQZ. Для метода МР2 увеличение базиса приводило к переоценке энергии связи комплекса, а для базиса aug-cc-pVQZ превышало экспериментальную величину в 1.3 раза с BSSE-коррекцией и 1.5 раза без BSSE-коррекции. Метод связанных кластеров без учета трехкратных возбуждений при учете BSSE-коррекции давал значительно заниженные значения энергии диссоциации (от 50 до 66% экспериментальной величины). Без учета BSSE-коррекции оба исследованных базиса: aug-cc-pVDZ и aug-cc-pVTZ хорошо воспроизводили Dc (ошибка не более 10%). Учёт трехкратных возбуждений

2 Трехкратные возбуждения учитываются в рамках теории возмущения

(СС80(Т)) позволил улучшить описание энергии диссоциации, однако только для базиса аи^-сс-рУС^ полученная величина хорошо воспроизводила экспериментальную, в то время, как для остальных базисов наблюдалась недооценка.

Модификация метода теории возмущения «МР2-1112» [67] позволяет получить лучшую оценку энергии диссоциации комплекса «бензол... Аг» без ВБЗЕ-коррекции (в данном случае, она дает меньший вклад, чем для традиционного метода МР2). По компьютерным затратам данный метод является более выгодным, нежели метод связанных кластеров.

Коррекция на ошибку суперпозиции базисных наборов Неполнота базисного набора приводит к переоценке энергии комплексов в результате того, что электроны каждого мономера распределяются не только по «своим» базисым орбиталям, но и задействуют орбитали других мономеров. Известно, что учет ВЗБЕ важен для межмолекулярных комплексов и может вносить значимый вклад в энергию связи. С другой стороны, известно, что существующие методы учета данной ошибки зачастую переоценивают ее [68]. В подтверждение приведем сравнение экспериментальной энергии диссоциации комплекса «фенол...Аг», полученной методом масс-спектрометрии [27], и рассчетной энергии связи комплекса [58]. В эксперименте получена величина -364±13 см"1, что соответствует ~1 ккал/моль. В теоретической статье [58] авторы проводили расчеты разных уровней. Первый уровень соответствовал расчетам методом МР2Л"£У(2с1,2р). Расчеты показали, что ряд истинных минимумов, полученных этим методом, близок по энергиям и геометриям к переходным состояниям, и может быть артефактным, что говорит о неадекватном выборе базиса для данной системы. Энергия диссоциации для комплекса составила 0.6 ккал/моль, что существенно меньше, чем экспериментальная величина. Следующим уровнем были расчеты методом МР2 с базисом 6-ЗИ++С(ЗёГ,2рс1), в которых энергия диссоциации равнялась 1 ккал/моль, что хорошо соответствует экспериментальной величине. Коррекция на поправки на корреляции высоких порядков привела к переоценке энергии комплекса, и энергия комплекса

составила 1.3 ккал/моль, поправки на BSSE (техника Counterpoise Correction (CP) [69]) дают немного заниженную величину - 0.9 ккал/моль. Третий уровень расчетов проводился методом MP2/6-311++G(3df,2pd). Расчеты геометрии и энергии проводились с BSSE-коррекцией, ZPE-коррекцией и коррекцией на попраки от корреляции высоких порядков. Полученная величина составляет 1.4 ккал/моль, что существенно превосходит энергию диссоциации. Экстраполяция на бесконечный базисный набор приводит к еще более значительной переоценке энергии связи ~1.7 ккал/моль, коррекция этой величины на поправки высоких порядков дает также завышенную величину ~1.4 ккал/моль. Таким образом, необходимо аккуратное применение CP-коррекции для расчета энергий связывания комплексов с инертными газами.

Отметим, что для описания экспериментальных данных, полученных с помощью техники матричной изоляции, часто используется метод МР2, что позволяет хорошо провести интерпретацию результатов измерений [12,38,40,41]. В работе [36] в технике матричной изоляции удалось получить соединения типа HXeY (Y=H, CI, Br, I, ОН) и снять их ИК-спектры. Отнесение частот было произведено при сравнении с расчетными величинами, полученными методами МР2 и CCSD(T) в гармоническом приближении, и МР2 с учетом ангармонических поправок. Наилучшее описание экспериментальных частот было получено для метода связанных кластеров в гармоническом приближении и методом с учетом ангармонических поправок. Авторы отмечают, что, несмотря на переоценку энергий связи, методом МР2 удается хорошо воспроизвести тренд изменения частот в зависимости от заместителя (Y).

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Андрийченко, Наталья Николаевна, 2014 год

Список цитированной литературы

1. Андрийченко Н.Н., Ермилов АЛО. Применение методов DFT-D для описания дисперсионных взаимодействий в слабосвязанных системах Хе-ароматическая молекула // Журнал физической химии. 2013. V. 87, N. 8. Р.1348-1355.

2. Cao Q., Andrijchenko N., Ahola А.-Е., Domanskaya A., Rasanen М., et al. Interaction of phenol with xenon and nitrogen: spectroscopic and computational characterization. // J. Chem. Phys. 2012. V. 137, N. 13. P. 134305.

3. Андрийченко H.H., Ермилов A.IO. К проблеме интерпретации ИК-спектров системы «фенол+ксенон» в низкотемпературных инертных матрицах // Международная конференция молодых ученых по фундаментальным наукам «Ломоносов - 2011». Секция «Химия». Подсекция «Физическая химия I». Москва, 11 15.04.2011. Материалы конференции. Электронный ресурс ISBN 978-5-317-03634-8.

4. Андрийченко Н.Н., Ермилов A.IO. Применение теории функционала электронной плотности для описания дисперсионных взаимодействий в слабосвязанных системах «Хе...ароматические молекулы». Москва, 2011. Р. 37-41.

5. Андрийченко Н.Н., Ермилов АЛО., Немухин А.В. Применение теории функционала электронной плотности для описания дисперсионных взаимодействий в слабосвязанных системах «Хе...ароматические молекулы» // V молодежная конференция ИОХ РАН. Москва, 28-29.03.12. Материалы конференции. Р. 65.

6. Andriychenko N.N., Ermilov A.U. Application of density functional theory to the description of dispersion interactions in weak-bonded systems "xenon+aromatic molecule" // 27th Winter Sch. Theor. Chem. Finnland, Helsinki, 17-20.12 2011. B. Abstr. P. 5.

7. Andriychenko N.N., Ermilov A.U., Nemukhin A.V. Application of density functional theory to the description of dispersion interactions in weak-bonded systems "xenon+aromatic molecule" // 13th V.A. Fock Meet. Quantum Comput. Chem. Kaz. Astana, 23-27.04 2012. B. Abstr. 2012. P. 5.

8. Андрийченко H.H., Немухин А.В. Моделирование межмолекулярных комплексов ксенона с лигадсвязывающим доменом NR1-субъединицы NMDA рецептора. // XIII Международная молодежная конференция

«Биохимическая физика», ИБХФ РАН ВУЗы. Москва, 28-30.10.2013. Материалы конференции. Р. 14-17.

9. Almond M.J., Wiltshire K.S. Matrix isolation // Annu. Reports Sect. "C" (Physical Chem. 2001. V. 97, N. 1. P. 3-60.

10. Dessent C.E.H., Muller-Dethlefs K. Hydrogen-Bonding and van der Waals Complexes Studied by ZEKE and REMPI Spectroscopy // Chem. Rev. ACS Publications, 2000. V. 100, N. 11. P. 3999-4022.

11. Bondybey V.E., Smith A.M., Agreiter J. New Developments in Matrix Isolation Spectroscopy. // Chem. Rev. 1996. V. 96, N. 6. P. 2113-2134.

12. Pettersson M., Lundell J. New Rare-Gas-Containing Neutral Molecules. 1999. P. 729-737.

13. Huisken F., Kaloudis M., Vigasin a.. Vibrational frequency shifts caused by weak intermolecular interactions // Chem. Phys. Lett. 1997. V. 269, N. 3-4. P. 235-243.

14. Hirabayashi S., Yamada K.M.T. Infrared spectra of water clusters in krypton and xenon matrices. //J. Chem. Phys. 2005. V. 122, N. 24. P. 244501.

15. Behrens-Griesenbach A., Luck W. a. P., Schrems O. Matrix effects on hydroxy-group vibrational frequencies caused by weak intermolecular interactions // J. Chem. Soc. Faraday Trans. 2. 1984. V. 80, N. 5. P. 579.

16. Goubet M., Asselin P., Manceron L., Soulard P., Perchard J.P. Neon matrix induced perturbations of weak hydrogen-bonded complexes. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2003. V. 5, N. 17. P. 3591.

17. Andrews L., Wang X. Infrared Spectra of the H 3 N-HBr Complex in Solid Ne, Ne/Ar, Ar, Kr, and N 2 . Strong Matrix Effects on a Hydrogen-Bonded Complex // J. Phys. Chem. A. 2001. V. 105, N. 26. P. 6420-6429.

18. Weber Т., Riedle E., Neusser H.J., Schlag E.W. Van der Waals bond lengths and electronic spectral shifts of the benzene-Kr and benzene-Xe complexes // Chem. Phys. Lett. 1991. V. 183, N. 1-2. P. 77-83.

19. Beck S.M., Liverman M.G., Monts D.L., Smalley R.E. Rotational analysis of the lB2u(7i7i) <—lAlg, (6) band of benzene and helium-benzene van der Waals complexes in a supersonic jet // J. Chem. Phys. 1979. V. 70, N. 1. P. 232.

20. Weber Т., von Bargen A., Riedle E., Neusser H.J. Rotationally resolved ultraviolet spectrum of the benzene-Ar complex by mass-selected resonance-enhanced two-photon ionization // J. Chem. Phys. 1990. V. 92, N. 1. P. 90.

21. Brupbacher Т., Bauder a. Rotational spectrum and dipole moment of the benzene—argon van der Waals complex // Chem. Phys. Lett. Elsevier, 1990. V. 173, N. 5-6. P. 435-438.

22. Neusser H.J., Krause H., Chemie Т., Mönchen T.U. Binding energy and structure of van der Waals complexes of benzene // Chem. Rev. ACS Publications, 1994. V. 94, N. 7. P. 1829-1843.

23. Klots T.D., Emilsson Т., Gutowsky H.S. Rotational spectra, structure, Kr-83 nuclear quadrupole coupling constant, and the dipole moment of the Kr-benzene dimer // J. Chem. Phys. 1992. V. 97, N. 8. P. 5335.

24. Möns M., Le Calvé J., Piuzzi F., Dimicoli I. Resonant two-photon ionization spectra of the external vibrational modes of the chlorobenzene-, phenol-, and toluene-rare gas (Ne, Ar, Kr, Xe) van der Waals complexes // J. Chem. Phys. 1990. V. 92, N. 4. P. 2155.

25. Haines S.R., Dessent C.E.H., Müller-Dethlefs К. Is the phenol-Ar complex van der Waals or hydrogen-bonded? A REMPI and ZEKE spectroscopic study // J. Electron Spectros. Relat. Phenomena. 2000. V. 108, N. 1-3. P. 1-11.

26. Ford M.S., Haines S.R., Pugliesi I., Dessent C.E.., Müller-Dethlefs К. Rotational band contour analysis in REMPI and ZEKE spectroscopy: elucidating the structures of phenol-X (X=N2, CO and Ar) complexes // J. Electron Spectros. Relat. Phenomena. Elsevier, 2000. V. 112, N. 1-3. P. 231-239.

27. Dessent C.E.H., Haines S.R., Müller-Dethlefs К. A new detection scheme for synchronous, high resolution ZEKE and MATI spectroscopy demonstrated on the Phenol-Ar complex // Chem. Phys. Lett. 1999. V. 315, N. 1-2. P. 103-108.

28. Gonohe N., Abe H., Mikami N., Ito M. Two-color photoionization of van der Waals complexes of fluorobenzene and hydrogen-bonded complexes of phenol in supersonic jets // J. Phys. Chem. 1985. V. 89, N. 17. P. 3642-3648.

29. Bieske E.J., Rainbird M.W., Atkinson I.M., Knight A.E.W. Stretch-bend coupling between van der Waals modes in the SI state of substituted benzene-Ar! complexes // J. Chem. Phys. 1989. V. 91, N. 2. P. 752.

30. Ishiuchi S-, Miyazaki M., Sakai M., Fujii M., Schmies M., et al. Ionization-induced ж—►H site switching dynamics in phenol-Ar3. // Phys. Chem. Chem. Phys. Royal Society of Chemistry, 2011. V. 13, N. 6. P. 2409-2416.

31. Ullrich S., Tarczay G., Müller-Dethlefs К. A Resonance-Enhanced Multiphoton Ionization and Zero Kinetic Energy Photoelectron Study of the Phenol-Kr and Phenol-Xe van der Waals Complexes // J. Phys. Chem. A. 2002. V. 106, N. 8. P. 1496-1503.

32. Schauer M., Law K., Bernstein E.R. Supersonic molecular jet studies of toluene-helium and toluene-methane clusters // J. Chem. Phys. 1984. V. 81, N. 1. P. 49.

33. Inoue H., Sato S., Kimura K. Observation of van der Waals vibrations in zero kinetic energy (ZEKE) photoelectron spectra of toluene-Ar van der Waals complex // J. Electron Spectros. Relat. Phenomena. Elsevier, 1998. V. 88-91. P. 125-130.

34. Trofimov A.M., Kazankin Y.N. Clathrate compounds of p-Cresol with inert gases. II. Compounds of pi cresol with krypton and radon // Radiokhimiya. 1966. V. 8. P. 720-723.

35. Gerber R.B. Formation of novel rare-gas molecules in low-temperature matrices. // Annu. Rev. Phys. Chem. 2004. V. 55. P. 55-78.

36. Lundell J. Formation and characterization of neutral krypton and xenon hydrides in low-temperature matrices // Low Temp. Phys. 2000. V. 26, N. 9. P. 680.

37. Bieler C.R., Spence K.E., Janda K.C. Characterization of the krypton dichloride and xenon dichloride van der Waals isomers // J. Phys. Chem. 1991. V. 95, N. 13. P. 5058-5064.

38. Khriachtchev L., Lignell A., Tanskanen H., Lundell J., Kiljunen H., et al. Insertion of noble gas atoms into cyanoacetylene: an ab initio and matrix isolation study. // J. Phys. Chem. A. 2006. V. 110, N. 42. P. 11876-11885.

39. Yamamoto K., Saunders M., Khong A., Cross R.J., Grayson M., et al. Isolation and Spectral Properties of Kr @ C 60 , a Stable van der Waals Molecule. 1999. P. 1591-1596.

40. Cao Q., Melavuori M., Lundell J., Räsänen M., Khriachtchev L. Matrix-isolation and ab initio study of the complex between formic acid and xenon // J. Mol. Struct. Elsevier B.V., 2012. V. 1025. P. 132-139.

41. Wierzejewska M., Wieczorek R. Infrared matrix isolation and ab initio studies on isothiocyanic acid HNCS and its complexes with nitrogen and xenon // Chem. Phys. 2003. V. 287, N. 1-2. P. 169-181.

42. Hobza P., Bludsky O., Selzle H.L., Schlag E.W. Ab initio second- and fourth-order Moller-Plesset study on structure, stabilization energy, and stretching vibration of benzene...X (X=He, Ne, Ar, Kr, Xe) van der Waals molecules // J. Chem. Phys. 1992. V. 97, N. 1. P. 335.

43. Jost S., Bär N.-K., Fritzsche S., Haberlandt R., Kärger J. Diffusion of a Mixture of Methane and Xenon in Silicalite: A Molecular Dynamics Study and Pulsed Field

Gradient Nuclear Magnetic Resonance Experiments // J. Phys. Chem. B. 1998. V. 102, N. 33. P. 6375-6381.

44. Pickett S.D., Nowak A.K., Thomas J.M., Peterson B.K., Swift J.F.P., et al. Mobility of adsorbed species in zeolites: a molecular dynamics simulation of xenon in silicalite // J. Phys. Chem. 1990. V. 94, N. 4. P. 1233-1236.

45. Schwerdtfeger P., Gaston N., Krawczyk R., Tonner R., Moyano G. Extension of the Lennard-Jones potential: Theoretical investigations into rare-gas clusters and crystal lattices of He, Ne, Ar, and Kr using many-body interaction expansions // Phys. Rev. B. 2006. V. 73, N. 6. P. 064112.

46. Cornell W.D., Cieplak P., Bayly C.I., Gould I.R., Merz K.M., et al. A Second Generation Force Field for the Simulation of Proteins, Nucleic Acids, and Organic Molecules //J. Am. Chem. Soc. 1995. V. 117. P. 5179-5197.

47. MacKerell, A.D., Bashford D., Dunbrack, R.L., Evanseck J.D., Field M.J., et al. All-Atom Empirical Potential for Molecular Modeling and Dynamics Studies of Proteins // J. Phys. Chem. B. 1998. V. 102. P. 3586-3616.

48. Yang J., Ren Y., Tian A., Sun H. COMPASS Force Field for 14 Inorganic Molecules, He, Ne, Ar, Kr, Xe, H2 , 02 , N2 , NO, CO, C02 , N02 , CS2 , and S02, in Liquid Phases // J. Phys. Chem. B. 2000. V. 104, N. 20. P. 4951-4957.

49. Liu L.T., Xu Y., Tang P. Mechanistic insights into xenon inhibition of NMDA receptors from MD simulations. // J. Phys. Chem. B. 2010. V. 114, N. 27. P. 9010-9016.

50. Dickinson R., Peterson B.K., Banks P., Simillis C., Martin J.C.S., et al. Competitive inhibition at the glycine site of the N-methyl-D-aspartate receptor by the anesthetics xenon and isoflurane: evidence from molecular modeling and electrophysiology // Anesthesiology. LWW, 2007. V. 107, N. 5. P. 756-767.

51. Nutt D.R., Meuwly M. CO migration in native and mutant myoglobin: atomistic simulations for the understanding of protein function. // Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2004. V. 101, N. 16. P. 5998-6002.

52. Hermans J., Subramaniam S. The free energy of xenon binding to myoglobin from molecular dynamics simulation // Isr. J. Chem. 1986. V. 27.

53. Refson K. Moldy: a portable molecular dynamics simulation program for serial and parallel computers // Comput. Phys. Commun. 2000. V. 126, N. 3. P. 310-329.

54. Lindahl E., Hess B., Spoel D. van der. GROMACS 3.0: a package for molecular simulation and trajectory analysis // Mol. Model. Annu. 2001. V. 7. P. 306-317.

55. Oh S.-K. Modified Lennard-Jones Potentials with a Reduced Temperature-Correction Parameter for Calculating Thermodynamic and Transport Properties: Noble Gases and Their Mixtures (He, Ne, Ar, Kr, and Xe) // J. Thermodyn. 2013. V. 2013. P. 1-29.

56. Tsuzuki S., Honda K., Uchimaru T., Mikami M., Tanabe K. Origin of attraction and directionality of the pi/pi interaction: model chemistry calculations of benzene dimer interaction. // J. Am. Chem. Soc. 2002. V. 124, N. 1. P. 104-112.

57. Tsuzuki S., Honda K., Uchimaru T., Mikami M. High-level ab initio computations of structures and interaction energies of naphthalene dimers: origin of attraction and its directionality. // J. Chem. Phys. 2004. V. 120. P. 647-659.

58. Vincent M. a, Hillier I.H., Morgado C.A., Burton N. a, Shan X. The structure and binding energies of the van der Waals complexes of Ar and N2 with phenol and its cation, studied by high level ab initio and density functional theory calculations. // J. Chem. Phys. 2008. V. 128, N. 4. P. 044313.

59. Cybulski S.M., Toczylowski R.R. Ground state potential energy curves for He2, Ne2, Ar2, He-Ne, He-Ar, and Ne-Ar: A coupled-cluster study // J. Chem. Phys. 1999. V. Ill, N. 23. P. 10520.

60. Sun Y.Y., Kim Y.-H., Lee K., Zhang S.B. Accurate and efficient calculation of van der Waals interactions within density functional theory by local atomic potential approach. //J. Chem. Phys. 2008. V. 129, N. 15. P. 154102.

61. Ogilvie J.F., Wang F.Y.H. Potential-energy functions of diatomic molecules of the noble gases I. Like nuclear species // J. Mol. Struct. 1992. V. 273. P. 277-290.

62. Ogilvie J.F., Wang F.Y.H. Potential-energy functions of diatomic molecules of the noble gases: II. Unlike nuclear species // J. Mol. Struc.. 1993. V. 291. P. 313-322.

63. Bende A., Grosu I., Turcu I. Molecular modeling of phenothiazine derivatives: self-assembling properties. //J. Phys. Chem. A. 2010. V. 114. P. 12479-12489.

64. Jeziorski B., Moszynski R., Szalewicz K. Perturbation Theory Approach to Intermolecular Potential Energy Surfaces of van der Waals Complexes // Chem. Rev. 1994. V. 94, N. 7. P. 1887-1930.

65. Riley K.E., Hobza P. Assessment of the MP2 method, along with several basis sets, for the computation of interaction energies of biologically relevant hydrogen bonded and dispersion bound complexes. // J. Phys. Chem. A. 2007. V. 111. P. 8257-8263.

66. Koch H., Fernández B., Christiansen O., Fernández B. The benzene-argon complex: A ground and excited state ab initio study // J. Chem. Phys. 1998. V. 108, N. 7. P. 2784.

67. Klopper W., Lüthi H.P., Brupbacher T., Bauder A. Ab initio computations close to the one-particle basis set limit on the weakly bound van der Waals complexes benzene-neon and benzene-argon // J. Chem. Phys. 1994. V. 101, N. 11. P. 9747.

68. Lendvay G., Mayer I. Some difficulties in computing BSSE-corrected potential surfaces of chemical reactions // Chem. Phys. Lett. 1998. V. 297, N. 5-6. P. 365-373.

69. Boys S.F., Bernardi F. The calculation of small molecular interactions by the differences of separate total energies. Some procedures with reduced errors // Mol. Phys. Taylor & Francis, 1970. V. 19, N. 4. P. 553-566.

70. Kohn W., Sham LJ. Self-Consistent Equations Including Exchange and Correlation Effects // Phys. Rev. 1965. V. 140. P. A1133-A1138.

71. Wesolowski T.A., Parisel O., Ellinger Y., Weber J. Comparative Study of Benzene---X (X = O2, N2, CO) Complexes Using Density Functional Theory: The Importance of an Accurate Exchange-Correlation Energy Density at High Reduced Density Gradients // J. Phys. Chem. A. 1997. V. 101, N. 42. P. 7818-7825.

72. Zhao Y., Truhlar D.G. Density functionals with broad applicability in chemistry. // Acc. Chem. Res. 2008. V. 41, N. 2. P. 157-167.

73. Adamo C., Barone V. Exchange functionals with improved long-range behavior and adiabatic connection methods without adjustable parameters: The mPW and mPWIPW models //J. Chem. Phys. 1998. V. 108. P. 664-675.

74. Perdew J.P. Electronic Structure of Solids' 91, edited by Ziesche, P. and Eschrig, H.(Berlin: Akademie-Verlag) p. 11; Perdew, JP and Wang, Y., 1992 // Phys. Rev. B. 1991. V. 45, N. 13. P. 244.

75. Perdew J., Wang Y. Pair-distribution function and its coupling-constant average for the spin-polarized electron gas // Phys. Rev. B. 1992. V. 46, N. 20. P. 12947-12954.

76. Becke A.D. Density-functional thermochemistry. V. Systematic optimization of exchange-correlation functionals // J. Chem. Phys. 1997. V. 107, N. 20. P. 8554.

77. Hamprecht F. a., Cohen A.J., Tozer D.J., Handy N.C. Development and assessment of new exchange-correlation functionals // J. Chem. Phys. 1998. V. 109, N. 15. P. 6264.

78. Tao J., Perdew J.P., Staroverov V.N., Scuseria G.E. Climbing the density functional ladder: nonempirical meta-generalized gradient approximation designed for molecules and solids. // Phys. Rev. Lett. 2003. V. 91. P. 146401.

79. Perdew J., Burke K., Ernzerhof M. Generalized Gradient Approximation Made Simple. // Phys. Rev. Lett. 1996. V. 77. P. 3865-3868.

80. Xu X., Goddard W.A. X3LYP extended density functional for The descriptions of nonbond interactions, spin properties and thermochemical accurate // PNAS. 2004. V. 101. P. 2673-2677.

81. Zhao Y., Lynch B.J., Truhlar D.G. Development and Assessment of a New Hybrid Density Functional Model for Thermochemical Kinetics // J. Phys. Chem. A. 2004. V. 108. P. 2715-2719.

82. Zhao Y., Truhlar D.G. Hybrid Meta Density Functional Theory Methods for Thermochemistry, Thermochemical Kinetics, and Noncovalent Interactions: The MPW1B95 and MPWB1K Models and Comparative Assessments for Hydrogen Bonding and van der Waals Interactions // J. Phys. Chem. A. 2004. V. 108, N. 33. P.6908-6918.

83. Becke A.D. Density-functional thermochemistry. IV. A new dynamic correlation functional and implications for exact-exchange mixing // J. Chem. Phys. 1996. V. 104. P. 1040-1046.

84. Zhao Y., Truhlar D.G. The M06 suite of density functionals for main group thermochemistry, thermochemical kinetics, noncovalent interactions, excited states, and transition elements: two new functionals and systematic testing of four M06-class functionals and 12 other function // Theor. Chem. Acc. 2007. V. 120, N. 1-3. P. 215-241.

85. Grimme S. Accurate description of van der Waals complexes by density functional theory including empirical corrections. // J. Comput. Chem. 2004. V. 25, N. 12. P. 1463-1473.

86. Antony J., Grimme S. Density functional theory including dispersion corrections for intermolecular interactions in a large benchmark set of biologically relevant molecules // Phys. Chem. Chem. Phys. 2006. V. 8, N. 45. P. 5287.

87. Grimme S., Antony J., Ehrlich S., Krieg H. A consistent and accurate ab initio parametrization of density functional dispersion correction (DFT-D) for the 94 elements H-Pu. // J. Chem. Phys. 2010. V. 132, N. 15. P. 154104.

88. Morgado C., Vincent M. a, Hillier I.H., Shan X. Can the DFT-D method describe the full range of noncovalent interactions found in large biomolecules? // Phys. Chem. Chem. Phys. 2007. V. 9, N. 4. P. 448^151.

89. GAMESS US. URL: http://www.msg.ameslab.gov/gamess.

90. Firefly. URL: http://classic.chem.msu.su/gran/gamess/index.html.

91. Peterson K.A., Figgen D., Goll E., Stoll H., Dolg M. Systematically convergent basis sets with relativistic pseudopotentials. II. Small-core pseudopotentials and correlation consistent basis sets for the post-d group 16-18 elements // J. Chem. Phys. 2003. V. 119, N. 21. P. 11113.

92. Barker J. A., Watts R.O., Lee J.K., Schafer T.P., Lee Y.T. Interatomic potentials for krypton and xenon // J. Chem. Phys. 1974. V. 61, N. 8. P. 3081.

93. Huber K.-P., Herzberg G. Constants of diatomic molecules. Van Nostrand Reinhold New York, 1979. V. 4.

94. Freeman D.E., Yoshino K., Tanaka Y. Vacuum ultraviolet absorption spectra of binary rare gas mixtures and the properties of heteronuclear rare gas van der Waals molecules // J. Chem. Phys. 1977. V. 67, N. 8. P. 3462.

95. Hohm U., Triimper U. Temperature dependence of the dipole polarizability of xenon (ISO) due to dynamic non-resonant Stark effect caused by black-body radiation // Chem. Phys. Elsevier, 1994. V. 189, N. 3. P. 443-449.

96. Lampert H., Mikenda W., Karpfen A. Molecular Geometries and Vibrational Spectra of Phenol, Benzaldehyde, and Salicylaldehyde: Experimental versus Quantum Chemical Data // J. Phys. Chem. A. ACS Publications, 1997. V. 101, N. 12. P. 2254-2263.

97. Cerny J., Tong X., Hobza P., Miiller-Dethlefs K. State of the art theoretical study and comparison to experiment for the phenol...argon complex. // J. Chem. Phys. 2008. V. 128, N. 11. P. 114319.

98. Fujii A., Sawamura T., Tanabe S., Ebata T., Mikami N. Infrared dissociation spectroscopy of the OH stretching vibration of phenol—rare gas van der Waals cluster ions // Chem. Phys. Lett. Elsevier, 1994. V. 225, N. 1-3. P. 104-107.

99. Schmies M., Patzer A., Fujii M., Dopfer O. Structures and IR/UV spectra of neutral and ionic phenol-Ar,, cluster isomers (n < 4): competition between hydrogen bonding and stacking. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2011. V. 13, N. 31. P. 13926-13941.

100. Schmidt M., Mons M., Calve J. Intermolecular vibronic spectroscopy of small Van Der Waals clusters: phenol- and aniline-(argon)2 complexes // Zeitschrift fuer Phys. D Atoms, Mol. Clust. 1990. V. 17, N. 2. P. 153-155.

101. Takeda A., Andrei H.-S., Miyazaki M., Ishiuchi S., Sakai M., et al. IR spectra of phenol+-Krn cluster cations (n=l,2): Evidence for photoionization-induced it—>H isomerization // Chem. Phys. Lett. Elsevier, 2007. V. 443, N. 4-6. P. 227-231.

102. Hartland G. V., Henson B.F., Venturo V.A., Felker P.M. Ionization-loss stimulated Raman spectroscopy of jet-cooled hydrogen-bonded complexes containing phenols // J. Phys. Chem. American Chemical Society, 1992. V. 96, N. 3. P. 1164-1173.

103. Fujii A., Miyazaki M., Ebata T., Mikami N. Infrared spectroscopy of the phenol-N2 cluster in SO and DO: Direct evidence of the in-plane structure of the cluster // J. Chem. Phys. 1999. V. 110. P. 11125-11128.

104. Stevens W.J., Krauss M., Basch H., Jasien P.G. Relativistic compact effective potentials and efficient, shared-exponent basis sets for the third-, fourth-, and fifth-row atoms // Can. J. Chem. NRC Research Press, 1992. V. 70, N. 2. P. 612-630.

105. Andzelm J., Klobukowski M., Radzio-Andzelm E. Compact contracted Gaussian-type basis sets for halogen atoms. Basis-set superposition effects on molecular properties // J. Comput. Chem. Wiley Online Library, 1984. V. 5, N. 2. P. 146-161.

106. Brupbacher T., Makarewicz J., Bauder A. Intermolecular dynamics of benzene-rare gas complexes as derived from microwave spectra // J. Chem. Phys. 1994. V. 101, N. 11. P. 9736.

107. Khriachtchev L., Domanskaya A., Marushkevich K., Rasanen M., Grigorenko B., et al. Conformation-dependent chemical reaction of formic acid with an oxygen atom. // J. Phys. Chem. A. 2009. V. 113, N. 29. P. 8143-8146.

108. Domanskaya A. V., Ermilov A., Andrijchenko N., Khriachtchev L. The other conformer of peroxyformic acid // Mol. Phys. 2010. V. 108, N. 18. P. 2369-2375.

109. Jensen F. Introduction to computational chemistry. Wiley, com, 2007.

110. Dauber-Osguthorpe P., Roberts V.A., Osguthorpe D.J., Wolff J., Genest M., et al. Structure and energetics of ligand binding to proteins: Escherichia coli dihydrofolate reductase-trimethoprim, a drug-receptor system. // Proteins. Wiley Online Library, 1988. V. 4, N. 1. P. 31-47.

111. Phillips J.C., Braun R., Wang W., Gumbart J., Tajkhorshid E., et al. Scalable molecular dynamics with NAMD. // J. Comput. Chem. 2005. V. 26, N. 16. P. 1781-1802.

112. Thiel W. QM/MM Methodology: Fundamentals, Scope, and Limitations // Multiscale Simul. Methods Mol. Sei. 2009. V. 42. P. 203-214.

113. Valiev M., Bylaska E.J., Govind N., Kowalski K., Straatsma T.P., et al. NWChem: A comprehensive and scalable open-source solution for large scale molecular simulations // Comput. Phys. Commun. Elsevier B.V., 2010. V. 181, N. 9. P. 1477-1489.

114. Savino C., Miele A.E., Draghi F., Johnson K. a, Sciara G., et al. Pattern of cavities in globins: the case of human hemoglobin. // Biopolymers. 2009. V. 91, N. 12. P. 1097-1107.

115. Montet Y., Amara P., Volbeda A., Vernede X., Hatchikian E.C., et al. Gas access to the active site of Ni-Fe hydrogenases probed by X-ray crystallography and molecular dynamics. // Nat. Struct. Biol. 1997. V. 4, N. 7. P. 523-526.

116. Wentworth P., Jones L.H., Wentworth A.D., Zhu X., Larsen N.A., et al. Antibody catalysis of the oxidation of water. // Science. American Association for the Advancement of Science, 2001. V. 293, N. 5536. P. 1806-1811.

117. Whittington D.A., Rosenzweig A.C., Frederick C.A., Lippard S.J. Xenon and Halogenated Alkanes Track Putative Substrate Binding Cavities in the Soluble Methane Monooxygenase Hydroxylase // Biochemistry. ACS Publications, 2001. V. 40, N. 12. P. 3476-3482.

118. Prange T., Schiltz M., Pernot L., Colloc'h N., Longhi S., et al. Exploring hydrophobic sites in proteins with xenon or krypton // Proteins Struct. Funct. Bioinforma. Wiley Online Library, 1998. V. 30, N. 1. P. 61-73.

119. Olia A.S., Casjens S., Cingolani G. Structural plasticity of the phage P22 tail needle gp26 probed with xenon gas. // Protein Sei. Wiley Online Library, 2009. V. 18, N. 3. P. 537-548.

120. Halsey M.J., Wardley-Smith B., Green C.J. Pressure reversal of general anaesthesia - a multi-site expansion hypothesis. // Br. J. Anaesth. 1978. V. 50, N. 11. P. 1091-1097.

121. Franks N.P., Lieb W.R. Do general anaesthetics act by competitive binding to specific receptors // Nature. 1984. V. 310, N. 5978. P. 599-601.

122. Harris B., Moody E., Skolnick P. Isoflurane anesthesia is stereoselective // Eur. J. Pharmacol. Elsevier, 1992. V. 217, N. 2-3. P. 215-216.

123. Lysko G.S., Robinson J.L., Casto R., Ferrone R.A. The stereospecific effects of isoflurane isomers in vivo // Eur. J. Pharmacol. Elsevier, 1994. V. 263, N. 1-2. P. 25-29.

124. Dickinson R., Franks N.P., Lieb W.R. Can the stereoselective effects of the anesthetic isoflurane be accounted for by lipid solubility? // Biophys. J. Elsevier, 1994. V. 66, N. 6. P. 2019-2023.

125. Behnke A.R., Yarbrough O.D. Respiratory resistance, oil-water solubility, and mental effects of argon, compared with helium and nitrogen // Am. J. Physiol. Content. Am Physiological Soc, 1939. V. 126, N. 2. P. 409-415.

126. Lawrence J.H., Loomis W.F., Tobias C.A., Turpin F.H. Yarbrough (1938, 1939). //J. Physiol. Physiological Soc, 1946. V. 105, N. 3. P. 197-204.

127. Cullen S.C., Gross E.G. The anesthetic properties of xenon in animals and human beings, with additional observations on krypton. // Science. 1951. V. 113, N. 2942. P. 580-582.

128. Ксенон и инертные газы в медицине // Третья конференция анестезиологов-реаниматологов медицинских учреждений МО РФ. Москва, 27.04.2012. Материалы конференции. Р. 4-6, 11-17, 25-30.

129. Marx Т., Schmidt М., Schirmer U., Reinelt Н. Xenon anaesthesia. // J. R. Soc. Med. 2000. V. 93, N. 10. P. 513-517.

130. Lachmann В., Armbruster S., Schairer W., Landstra M., Trouwborst A., et al. Safety and efficacy of xenon in routine use as an inhalational anaesthetic // Lancet. Elsevier, 1990. V. 335, N. 8703. P. 1413-1415.

131. Franks N.P., Dickinson R., de Sousa S.L., Hall a C., Lieb W.R. How does xenon produce anaesthesia? // Nature. 1998. V. 396, N. 6709. P. 324.

132. Kaye S.L., Sansom M.S.P., Biggin P.C. Molecular dynamics simulations of the ligand-binding domain of an N-methyl-D-aspartate receptor. // J. Biol. Chem. 2006. V. 281, N. 18. P. 12736-12742.

133. Verlet L., Weis J. Perturbation theory for the thermodynamic properties of simple liquids // Mol. Phys. 1972. V. 24, N. 5. P. 1013-1024.

134. Feller S.E., Zhang Y., Pastor R.W., Brooks B.R. Constant pressure molecular dynamics simulation: The Langevin piston method // J. Chem. Phys. 1995. V. 103, N. 11. P. 4613.

135. Dundas J., Ouyang Z., Tseng J., Binkowski A., Turpaz Y., et al. CASTp: computed atlas of surface topography of proteins with structural and topographical mapping of functionally annotated residues. // Nucleic Acids Res. Oxford Univ Press, 2006. V. 34, N. Web Server issue. P. 116-118.

136. McDonald I.K., Thornton J.M. Satisfying hydrogen bonding potential in proteins. // J. Mol. Biol. Elsevier, 1994. V. 238, N. 5. P. 777-793.

137. Armstrong S.P., Banks P.J., McKitrick T.J.W., Geldart C.H., Edge C.J., et al. Identification of two mutations (F758W and F758Y) in the N-methyl-D-aspartate receptor glycine-binding site that selectively prevent competitive inhibition by xenon without affecting glycine binding. // Anesthesiology. 2012. V. 117, N. 1. P. 38-47.

138. Bist H.D., Brand J.C.D., Williams D.R. The vibrational spectrum and torsion of phenol // J. Mol. Spectrosc. Elsevier, 1967. V. 24, N. 1-4. P. 402-412.

139. Evans J.C. The vibrational spectra of phenol and phenol-OD // Spectrochim. Acta. Elsevier, 1960. V. 16, N. 11-12. P. 1382-1392.

140. Green J.H.S., Harrison D.J., Kynaston W. Vibrational spectra of benzene derivatives // Spectrochim. Acta Part A Mol. Spectrosc. Elsevier, 1971. V. 27, N. 10. P.2199-2217.

141. Grimme S. Semiempirical GGA-type density functional constructed with a longrange dispersion correction. // J. Comput. Chem. 2006. V. 27, N. 15. P. 1787-1799.

142. Levelt J.M.H. The reduced equation of state, internal energy and entropy of argon and xenon // Physica. 1960. V. 26, N. 6. P. 361-377.

143. Theeuwes F., Bearman R.J. The p, V, T behavior of dense fluids IV. The p, V, T behavior of liquid xenon // J. Chem. Thermodyn. 1970. V. 2, N. 4. P. 501-506.

Благодарности

Автор благодарит своего научного руководителя и заведующего лабораторией - д.х.н., профессора Немухина A.B., а также доц. к.ф.-м.н. Ермилова А.Ю., к.ф.-м.н. Миронова В'.А. и к.ф.-м.н. Хренову М.Г, к.х.н. Лущекину C.B. за помощь в проведении работы и создании душевной обстановки в лаборатории. Отдельную благодарность автор выражает своим друзьям (Морозову Д.И., Богданову A.B., Громову О.И., Варгафтику Г.М.) и особенно родителям (Андрийченко И.В. и Андрийченко Н.И.) за поддержку.