Надмолекулярная организация и фазовое состояние некоторых мезогенных соединений по данным молекулярно-динамического моделирования с использованием графических устройств тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.04, кандидат наук Москвин, Дмитрий Олегович

• Москвин, Дмитрий Олегович
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Москвин, Дмитрий Олегович

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Типы и молекулярная структура мезогенов

1.1.1. Влияние химического строения молекул мезогенов на термотропный мезоморфизм

1.2. Методы компьютерного моделирования мезогенных соединений

1.2.1. Неэмпирические и полуэмпирические методы

1.2.2. Метод молекулярной динамики

1.2.2.1. Молекулярно-динамическое моделирование мезогенных соединений

1.3. Параллельные технологии в молекулярном моделировании

1.4. Исследования по разработке алгоритмов, пригодных для молекулярного моделирования

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Объекты исследования

2.1.1. 4-(т^шс-4'-пентилциклогексил)бензонитрил

2.1.2. 2,3,6,7,10,11-гексагептилокситрифенилен

2.1.3. 3,5-диамино-1-додецил-1,2,4-триазол и 3-амино-1,5-додецил-1,2,4-триазол, а также их бинарная система

2.2. Методы исследования

2.2.1. Квантово-химические расчеты

2.2.2. Метод молекулярной динамики

2.2.3. Средства параллельных технологий молекулярно-динамического моделирования

2.2.4. Обработка результатов моделирования

2.2.5. Метод поляризационной оптической микроскопи

ГЛАВА 3. АДАПТАЦИЯ МЕТОДИК РАСЧЕТА ВАН-ДЕР-ВААЛЬСОВЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ ДЛЯ ГРАФИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ С ЦЕЛЬЮ ИССЛЕДОВАНИЯ МОЛЕКУЛЯРНЫХ СИСТЕМ

3.1. Разработка параллельных алгоритмов расчета ван-дер-ваальсовых

взаимодействий для метода молекулярной динамики

3.2. Анализ эффективности методов расчета ван-дер-ваальсовых взаимодействий

3.3. Программный модуль «WDWForceCompMD»

3.4. Оценка корректности разработанных алгоритмов

3.4.1. Результаты МД-моделирования изотропной фазы бифенила

3.4.2. Результаты МД-моделирования изотропной фазы н-бутана

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ НАДМОЛЕКУЛЯРНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ И ФАЗОВОГО СОСТОЯНИЯ ВЫБРАННЫХ СИСТЕМ ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

4.1. Исследование надмолекулярной организации и фазового состояния 4-(транс-4'-пентилциклогексил)бензонитрила

4.2. Исследование надмолекулярной организации и фазового состояния 2,3,6,7,10,11 -гексагептилокситрифенилена

4.3. Исследование надмолекулярной организации и фазового состояния систем производных триазола

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1. Свидетельства о государственной регистрации программ для

ЭВМ

Приложение 2. Заряды атомов молекул 3,5-диамино-1-додецил-1,2,4-триазола и 3-амино-1,5-додецил-1,2,4-триазола

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Надмолекулярная организация и фазовое состояние некоторых мезогенных соединений по данным молекулярно-динамического моделирования с использованием графических устройств»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы и степень ее разработанности. В настоящее время жидкие кристаллы (ЖК) находят широкое применение во многих областях науки и техники. В частности, производные трифенилена и бензонитрила используются в электронике, производные триазола - в медицине. В связи с актуальностью получения ЖК с заданным набором свойств, в последнее время находит применение компьютерное моделирование, которое может быть использовано для выбора стратегии синтеза мезогенов с заданными свойствами, снижая стоимость и большую трудоемкость экспериментальной работы [1]. Однако, расчет параметров строения молекул и пространственной структуры вещества, необходимый для проведения компьютерного моделирования, сдерживается рядом нерешенных проблем, обусловленных тем, что мезогенные вещества могут относиться к различным классам химических соединений, обладающих различным пространственным строением молекул (напр., палочкообразным, дискотическим и пр.), в связи с чем проявлять различные типы ЖК-фаз (нематические, смектические, колончатые и др.). К таким проблемам относятся:

1) большая размерность задачи, не позволяющая применять неэмпирические методы расчета к моделированию ЖК-систем, а только методы, основанные на использовании эмпирических потенциальных функций, например, метод молекулярной динамики (МД) с параметрами молекулярной механики (ММ);

2) отсутствие силового поля ММ, созданного специально для описания систем мезогенных молекул; разработанные ранее силовые поля оптимизированы в основном для многоатомных биомолекул [2] поэтому необходимо провести анализ силовых полей ММ, разработанных ранее, и при необходимости сделать коррекцию или дополнение входящих в эти поля параметров для мезогенных соединений;

3) сложности воспроизведения полученных для мезогенных соединений экспериментальных температур фазовых переходов существующими расчетными методами [3];

4) отсутствие критериев, позволяющих однозначно интерпретировать результаты вычислительных экспериментов для анизотропных систем с колончатой

гексагональной упаковкой молекул;

5) большая вычислительная сложность; решение данной проблемы видится в том, что самые затратные вычисления метода МД (расчет ван-дер-ваальсовых и электростатических взаимодействий) могут быть распределены на многопроцессорные вычислительные системы, самыми эффективными из которых, по причине высокой производительности и относительно низкой стоимости, являются графические процессоры (ГП) или Graphics Processing Units

[4].

Все это определяет актуальность темы, связанной с усовершенствованием подходов для описания надмолекулярной организации и фазового состояния мезогенных соединений, формирующих различные типы мезофаз.

Работа соответствует Тематическому плану научно-исследовательских работ (НИР) Министерства образования и науки РФ для НИИ наноматериалов ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный университет» (ИвГУ) рег. № 01 2012 55031 на 2012 - 2013 гг. и Государственному заданию Министерства образования и науки РФ для ИвГУ на выполнение НИР № 4.106.2014к на 2014 - 2016 гг., поддержана грантом «Стипендия правительства Российской Федерации» на 2012/13 учебный год, а также грантом на выполнение НИР по заданию ИвГУ № 14-02-18.

Цель исследования. Установление характеристик фазового состояния соединений, проявляющих нематическую и колончатую гексагональную мезофазы, при помощи метода молекулярной динамики. Расширение приведенных в литературе силовых полей молекулярной механики для описания этих систем.

Для достижения цели исследования были поставлены следующие задачи:

1) выбор мезогенов, проявляющих нематическую и колончатую мезофазы и проверка пригодности для изучения этих объектов силовых полей ММ, разработанных для биомолекул;

2) получение значений эффективных зарядов атомов для выбранных объектов, отсутствующих в оригинальных силовых полях ММ, при помощи квантово-химических расчетов;

3) моделирование бинарной системы производных триазола, проявляющей смектическую фазу, с целью выявления мезогенного компонента в системе при

помощи силового поля ММ, полученного в ходе корректировки параметров;

4) разработка подхода к описанию структуры систем с колончатой гексагональной упаковкой молекул, который позволил бы идентифицировать фазовый переход мезофаза - кристалл;

5) перенос расчета ван-дер-ваальсовых взаимодействий на ГП для ускорения вычислений по методу молекулярной динамики.

Научная новизна исследования. По результатам вычислительных экспериментов найдены эффективные заряды атомов, дополнившие описанные в литературе силовые поля и позволившие повысить точность результатов моделирования мезогенных соединений на примере гексагептилокситрифенилена и производных триазола. Это дало возможность получить совпадение температур существования и структурных параметров фаз. Впервые в рамках комплексного подхода с использованием расширенного силового поля установлено наличие и тип мезофазы в бинарной системе 3,5-диамино-1-додецил-1,2,4-триазол - 3-амино-1,5-додецил-1,2,4-триазол (1:0,75) и выявлен компонент, обуславливающий ее мезогенность (3-амино-1,5-додецил-1,2,4-триазол).

Методики расчета ван-дер-ваальсовых взаимодействий, адаптированные для графических процессоров второго поколения, позволили сократить время расчетов в диапазоне от 10 до 158 раз, по сравнению с программами, работающими на центральных процессорах, в зависимости от метода расчета и количества задействованных ядер центрального процессора.

Разработан подход к описанию структуры систем с колончатой гексагональной упаковкой молекул, основанный на представлении параметра порядка в виде отношения взаимнокорреляционной функции двух распределений координационных чисел по расстояниям (построенного для модели жестких цилиндров и полученного в результате вычислительного эксперимента) к автокорреляционной функции первого распределения.

Теоретическая и практическая значимость работы заключается в том, что: 1) установлено наличие смектической А фазы и определены температуры фазовых переходов бинарной системы 3,5-диамино-1-додецил-1,2,4-триазол - 3-амино-1,5-додецил-1,2,4-триазол, а также доказано, что мезоморфизм этой бинарной системы обусловлен присутствием в ней дидодецил-замещенного компонента; этот результат расширяет банк данных ЖК-соединений и может быть

использован для разработки класса мезогенов на основе производных триазола;

2) полученные в работе величины эффективных зарядов атомов, входящих в состав молекул гексагептилокситрифенилена и производных триазола, дополняют описанные в литературе силовые поля, увеличивая предсказательную способность моделирования мезогенных соединений;

3) разработан программный комплекс для расчета ван-дер-ваальсовых взаимодействий на графических устройствах второго поколения «VDWForceCompMD» (зарегистрирована в Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам, № 2012660998 от 05.12.2012), один из алгоритмов которой внедрен в программу молекулярно-динамического моделирования «MDSimGrid-GPU», дающую возможность значительно сократить время, затрачиваемое на вычисления;

4) разработан подход к описанию структуры систем с колончатой гексагональной упаковкой молекул, позволяющий решить задачу идентификации фазового перехода мезофаза - кристалл и создано программное обеспечение (программа для ЭВМ «СoordNumbDistrib», зарегистрированная в Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам, № 2015661627 от 02.11.2015) при помощи которого можно получить распределение координационных чисел, необходимое для использования данного подхода;

5) хорошее согласие результатов выполненного в работе молекулярно-динамического моделирования 4-(транс-4'-пентилциклогексил)бензонитрила, гексагептилокситрифенилена и бинарной системы производных триазола с экспериментальными данными (для первых двух соединений данные приведены в литературе) дает возможность рекомендовать приведенные в настоящей работе методы расчета (включая адаптированные методики вычисления ван-дер-ваальсовых взаимодействий) для моделирования надмолекулярной организации и фазового состояния химических систем схожего строения.

Методология и методы исследования. Для достижения цели работы был использован комплекс из экспериментального и расчетных методов, при помощи которых (поодиночке или в совокупности) можно выполнять анализ надмолекулярной организации и фазового состояния химических веществ. Выводы по работе были сделаны также на основе сопоставления полученных результатов с данными, приведенными в литературе. Выбранные методы

исследования включали в себя: метод поляризационной оптической микроскопии, метод МД, метод ММ, квантово-химические расчеты. Положения, выносимые на защиту:

1. Набор параметров, дополнивший приведенные в литературе силовые поля ММ, позволивший получить достоверные результаты при моделировании мезогенных соединений на примере гексагептилокситрифенилена и производных триазола.

2. Установленные в результате экспериментальных исследований и МД-моделирования с применением дополненного силового поля наличие и тип мезофазы, а также температуры фазовых переходов бинарной системы 3,5-диамино-1-додецил-1,2,4-триазол - 3-амино-1,5-додецил-1,2,4-триазол (1:0,75). Установление ответственного за мезоморфизм компонента (3-амино-1,5-додецил-1,2,4-триазол), который до настоящего времени не был выделен экспериментальным путем в связи со сложностью разделения бинарной системы.

3. Результаты МД-моделирования структуры и температурных условий существования различных мезофаз, формируемых 4-(транс-4-пентилциклогексил)бензонитрилом, гексагептилокситрифениленом и бинарной системой производных триазола, находящиеся в полном согласии с экспериментом.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность полученных результатов обеспечена использованием современных физико-химических методов, стандартных методик и протестированного оборудования, интерпретацией полученных результатов на основе современных теоретических представлений, а также совпадением результатов с имеющимися литературными данными в тех случаях, где такое сопоставление возможно. Результаты работы докладывались и обсуждались на 5-ти конференциях российского и международного уровня.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ, из них 6 статей в журналах Перечня ВАК (в том числе 3 - по соответствующей специальности), 2 свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ, 5 - материалы конференций.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Жидкие кристаллы (ЖК) во второй половине ХХ в. способствовали быстрому развитию техники: индикаторные устройства, телевизионные экраны, мониторы ЭВМ и т. д. Применение именно жидкокристаллических материалов в данной области обусловлено их уникальными свойствами, такими как высокий контраст изображения в условии внешней засветки; очень малое потребление мощности (десятки мВт/см ) и т. д. [5].

Для достижения у новых жидкокристаллических материалов требуемого для развития наноэлектроники набора физико-химических свойств, необходимо не просто расширение банка данных на основе синтеза новых соединений, что является чисто эмпирическим и малоэффективным, а поиск путей целенаправленного создания новых материалов на основе предсказательных подходов. Такие подходы с использованием компьютерного моделирования развиты для решения вопросов активности препаратов в фармакологии [6], в меньшей степени для ЖК [3, 7] и медицины [8].

Ниже представлен анализ литературы, касающейся уровня развития компьютерного моделирования мезогенов различного химического строения с целью установления их надмолекулярной организации и фазовых переходов. Эти данные стали исходной базой для постановки цели и задач диссертационной работы.

1.1. Типы и молекулярная структура мезогенов

Обратимся к виду молекулярных структур мезогенов и их надмолекулярной организации.

До 1888 г. считалось, что вещество может находиться только в газообразном, жидком или кристаллическом состоянии.

Открытие жидких кристаллов состоялось в 1888 г., когда австрийский ученый Ф. Рейнитцер обнаружил, что некоторым веществам присуще фазовое состояние (мезофаза), обладающее свойствами как жидкости (текучестью), так и

кристалла (анизотропией свойств, например, двулучепреломлением,) [9].

В настоящее время существует несколько классификаций мезогенных (проявляющих ЖК-фазу) соединений. По типу формирования мезофаз они делятся на термотропные, у которых мезоморфное состояние зависит от температуры, и лиотропные, у которых ЖК-состояние вещества возникает в определенном интервале его концентраций в растворителе и температур [5, 10]. В [5, 10], где рассматриваются термотропные жидкие кристаллы, приведены конкретные примеры образующих мезофазу соединений, а также их физико-химические характеристики. Отмечается, что термотропные мезогены могут обладать различной молекулярной формой (рис. 1.1).

и11е^ У^ У-<" ^ CN

(1)

Н11С5"

С5Н11

(2) к к

к к

(3)

я

я

Рис. 1.1. Формы молекул термотропных мезогенов: (1) - палочкообразная, (2) -пластинчатая, (3) - дискообразная [5]

В [5] также приведена общая структура таких соединений:

^ - (- А -)п - X - В - (-Т - С -)п - R2,

где Rl,R2 - концевые, А,В,С - циклические, X,Y - мостиковые фрагменты. Похожая классификация также приведена в [11].

По признаку общей симметрии жидкие кристаллы делят на нематические и смектические. В нематических жидких кристаллах центры масс молекул расположены беспорядочно, однако, длинные оси молекул ориентированы в определенном направлении. Единичный вектор П, задающий это направление, называется директором. Причем направления П и -П считаются одинаковыми [5, 9-11] (рис. 1.2, а).

а б в г

Рис. 1.2. Виды упаковок молекул в мезофазах, формируемых палочкообразными молекулами: а - нематическая фаза, б - смектическая А фаза, в - смектическая С фаза, г - холестерическая фаза [11]

У молекул, формирующих смектическую фазу, как и у нематогенов, длинные оси молекул параллельны друг другу, однако в смектиках, наряду с ориентационным, имеется ближний трансляционный порядок. Смектические фазы имеют слоистую структуру, причем слои параллельны и могут смещаться относительно друг друга. В зависимости от степени упорядоченности и расположения молекул имеется несколько модификаций смектических фаз (А, В, С, D, Е и т. д.). Наиболее изученными являются смектические А и С фазы. Смектическая А фаза (рис. 1.2, б) оптически одноосна, молекулы в слое перпендикулярны плоскости каждого слоя. Причем центры тяжести молекул

расположены нерегулярно.

Смектическая С фаза оптически двуосна и является наклонной формой смектика А (т. е. директор n образует некоторый угол с нормалью к плоскости слоя (рис.1.2, в)) [5, 10].

Если нематическая фаза образована оптически активными молекулами, то директор будет закручиваться в спираль с определенным шагом p. Такой вид жидких кристаллов называется хиральной нематикой или, так как это свойство впервые было обнаружено у производных холестерола, их еще называют холестерическими жидкими кристаллами (рис. 1.2, г) [5, 11]. Направление, вдоль которого закручивается спираль, называется холестерической осью. Если эта ось совпадает с осью Oz, то изменение координат вектора n происходит следующим образом (формула 1.1):

nx =cos (% z+%);

ny =sin (%o z+%); (11)

n = 0

z

где q0 - шаг спирали, ф0 - сдвиг фазы.

Упорядоченность молекул мезогена определяется параметром порядка S, введенным В. Н. Цветковым [5]:

S = 1 (< 3cos 20>-1), (1.2)

где 0 - угол между осью отдельной молекулы и директором жидкого кристалла, усредняется по всем молекулам. В кристалле S = 1, в изотропной жидкости S = 0, в жидкокристаллических фазах S находится в диапазоне 0,4 - 0,8 [5, 11].

Дискотические мезогены могут образовывать следующие фазы (рис. 1.3):

колончатую (Col), нематическую дискотическую (ND), колончатую ламеллярную

*

(ColL) и хиральную нематическую дискотическую (ND ) [11, 12].

Рис. 1.3. Виды молекулярных упаковок дискотических жидкокристаллических структур [11]

Бананоподобные мезогены - соединения с нарушенной линейностью молекул, близки к палочкообразным мезогенам. Они формируют специфические фазы (смектики С и СРА, а также Со1г фазу), которые, ввиду формы молекул, имеют ряд особенностей (рис. 1.4) [11].

а б в

Рис. 1.4. Виды молекулярных упаковок мезофаз, формируемых бананоподобными молекулами: а - смектическая С фаза, б - смектическая СРА фаза, в - Со1г фаза [11]

Характеристики мезогенов, подобные изложенным, приведены также в [13].

1.1.1. Влияние химического строения молекул мезогенов на термотропный мезоморфизм

Типы мезофаз, формируемых различными соединениями, а также температурный интервал их существования, определяется не только формой молекул, но и их химическим строением. За многие годы изучения ЖК, исследователями были получены некоторые эмпирические закономерности по связи химического строения и особенностей формирования мезофаз. Например, на формирование мезофаз каламитными молекулами оказывают влияние количество и строение коньюгированных колец, мостиковые группы, концевые и латеральные заместители [12]. Увеличение количества бензольных колец ведет к повышению температуры плавления, замещение СН-группы шестичленного ароматического кольца атомом азота влияет на проявление полиморфизма за счет возникновения дипольного момента. Замена бензольного кольца циклогексановым, являющимся более объемным и гибким, вызывает уменьшение межмолекулярных взаимодействий и снижение плотности упаковки молекул в мезофазе, что приводит к расширению интервала ее существования [12].

Наличие мостиковых групп между кольцами удлиняет молекулу, увеличивая ее гибкость, что приводит к снижению мезогенности. Более того, нечетное количество атомов углерода в мостиковой группе ведет к исчезновению мезофазы по причине изгиба молекулы. Наряду с протяженностью мостиковых групп важную роль играет их строение, влияя на взаимодействие с ароматической группой, на полярность молекулы, на стабильность цис- и транс-изомеров. Мостиковые группы, содержащие двойные связи, являются более эффективными, по сравнению с содержащими тройные связи. Также эффект мостиковых групп зависит от того, ароматическое или неароматическое соединение их содержит: этиленовые или этиновые группы в ароматических соединениях обладают большим мезогенным потенциалом [12].

Влияние концевых заместителей на мезоморфизм характеризуется рядом свойств, к которым относится появление чет-нечетного эффекта температуры просветления (Тш) в гомологических рядах с различными концевыми заместителями. Другое свойство гомологических рядов заключается в том, что

более высокие температуры плавления имеют низшие гомологи, средние (4-8 атомов углерода) - самые низкие, затем температура плавления снова возрастает. Часто низшие гомологи формируют только нематическую фазу, средние -нематическую(ие) и смектическую(ие) фазы, высшие - смектическую(ие) фазу(ы).

Соединения, содержащие полярные группы (СК, К02), значительно отличаются по свойствам от соединений с алкильными или алкоксильными заместителями. Они образуют димеры, находящиеся в равновесии с мономерами. Основным фактором, влияющим на мезоморфизм, является их высокая плотность, что приводит к повышению ТК1. В целом наблюдается следующая последовательность концевых групп по их способности стабилизировать мезофазу:

ск>осн3>ш2>а>сн3>1^3>н [12].

В качестве латеральных заместителей обычно используют галогены, метильные, этильные, циано- и другие группы. Основной механизм их влияния на мезоморфизм связан с изменением соотношения длины и ширины молекулы. С уменьшением этого показателя происходит снижение температуры просветления. Чем больше размер заместителя, тем сильнее его влияние. Одновременно происходит снижение и температуры плавления.

Наряду с химической природой, также важна позиция заместителя: замещение в положении 2 и 2' значительно сильнее снижает ТК1, чем в положении 3 и 3' бензольных колец. Если латеральный заместитель очень полярный - он может повысить ТК1, как бы компенсируя геометрические параметры за счет сильного межмолекулярного взаимодействия и повышения плотности упаковки. Достаточно протяженные гибкие латеральные заместители типа СпН2п+1 резко снижают температуру плавления с увеличением их длины. Влияние латерального заместителя на стабильность смектической фазы, как правило, выражается в ее подавлении [12].

Влияние химического строения дискотических молекул на мезоморфные свойства рассмотрим на примере простых и сложных эфиров трифенилена симметрического строения.

У простых эфиров трифенилена наблюдается только один фазовый переход из кристаллической в жидкокристаллическую фазу с преимущественным

гексагональным упорядочиванием колонок в мезофазе (Со^0). Они находятся в мезофазе в интервале температур от 57 до 145 °С. При замене простых эфирных групп на сложноэфирные у соединений появляются полиморфные мезоморфные переходы и происходит разупорядочивание молекул в колонках. [12]. При введении в периферию трифениленового остова нематических алкоксибензоатных фрагментов удается получить соединения, формирующие нематическую дискотическую (N0) фазу. В [12] отмечается, что тип и количество формируемых мезофаз меняется внутри гомологического ряда данного класса соединений. Так четвертый, пятый и седьмой гомологи этого ряда проявляют только одну мезофазу, нематическую, при высоких температурах (от 224 до <300 С). Шестой гомолог, помимо ^-фазы формирует наклонную колончатую(Со^) фазу. В колончатой мезофазе у 8-12 гомологов этого ряда соединений, по сравнению с простыми и сложными эфирами трифенилена, меняется не только количество фазовых переходов, но и тип молекулярной упаковки: с гексагональной на прямоугольную с разупорядоченным расположением молекул в колонке (Со1м). Однако, замена алкоксибензоатных фрагментов на фторпроизводные этих кислот или фрагменты алкилциклогексанкарбоновых кислот приводит к потере полиморфизма (формируется только одна колончатая фаза).

Если в качестве периферийного заместителя использовать оптически активную алкоксибензойную кислоту (например, 2,3,6,7,10,11-гекса^-(4-метил)-4-н-гексилоксибензоат-трифенилен), то получается соединение, формирующее хиральную нематическую фазу (N0*), существующую в температурном интервале от 192,5 до 246,5 °С [12].

Как следует из обзора литературы, особенности химического строения мезогенных молекул определяют как тип надмолекулярной организации, так и физико-химические свойства мезофаз, такие, как температуры и термодинамика фазовых переходов. Что, с одной стороны, является мощным инструментом создания (дизайна) новых материалов с заданными свойствами. С другой стороны, разнообразие химического строения создает сложности при теоретическом описании систем мезогенов.

1.2. Методы компьютерного моделирования мезогенных соединений

Как было указано выше, синтез соединений с заданными физико-химическими свойствами, ввиду сложностей, возникающих при его проведении, в последнее время все чаще предваряется компьютерным моделированием. Таким образом, моделирование начинает занимать важную позицию в создании новых мезогенных материалов, существенно дополняя исследовательские подходы по синтезу и изучению физико-химических свойств [3]. Развитию подходов к моделированию молекул мезогенов и свойств формируемых ими мезофаз посвящено большое количество работ [3, 7, 14-39]. Методы компьютерного моделирования делятся на 3 основные класса: неэмпирические (ab initio), полуэмпирические и эмпирические. Из эмпирических методов наиболее результативно проявил себя метод молекулярной динамики.

Анализ литературы позволил прийти к выводу, что для моделирования надмолекулярной организации и фазового состояния мезогенов необходимо использование совокупности расчетных методов. Рассмотрим подробнее эти методы.

1.2.1. Неэмпирические и полуэмпирические методы

К неэмпирическим методам относятся: метод Хартри-Фока [40-43], метод DFT [43] и др. [40, 41].

Неэмпирические методы основаны на решении уравнения Шредингера [40-42]:

Hy = Ey (1.3)

где у - волновая функция, зависящая от координат частиц и от времени, H -оператор Гамильтона, E - полная энергия системы.

Данный класс методов отличается высокой степенью точности и информативности, однако время, затрачиваемое на вычислительный эксперимент, растет пропорционально 4-ой степени количества базисных атомных орбиталей [44]. Этот факт позволяет использовать неэмпирические методы только при моделировании систем, состоящих из небольшого числа частиц (~200) [13, 44,

45], что делает их не пригодными для моделирования надмолекулярной организации мезогенов.

Полуэмпирические методы (CNDO, INDO, AM1, PM3 и др.) [42, 44] также относятся к квантовомеханическим методам, однако имеют значительные упрощения по отношению к неэмпирическим методам, состоящие в замене некоторых расчетных величин эмпирическими константами.

В [44] отмечается, что скорость вычислений при помощи полуэмпирических методов на несколько порядков выше, по сравнению с неэмпирическими методами. Также подчеркнуто, что для некоторых соединений (в основном органических) точность полуэмпирических методов оказывается выше, чем точность неэмпирических методов, что связано с параметризацией полуэмпирических методов по экспериментальным данным о характеристиках веществ. Соответственно, характеристики воспроизводятся с высокой точностью.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Москвин, Дмитрий Олегович, 2016 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Вишневский К. О. Прогноз научно-технического развития России: 2030. Новые материалы и нанотехнологии / К. О. Вишневский, А. Ю. Гребенюк, О. И. Карасев, А. В. Соколов, А. А.Чулок, А. Б. Ярославцев [под ред. Л. М. Гохберга, А. Б. Ярославцева] - М. : Министерство образования и науки Российской Федерации, НИУ "Высшая школа экономики", 2014. - 52 с.

2. Методы компьютерного моделирования для исследования полимеров и биополимеров / под ред. В. А. Иванова, А. Л. Рабиновича, А. Р. Хохлова. - М. : КД Либрком, 2009. - 696 с.

3. Boyd N. J. Optimization of the GAFF force field to describe liquid crystal molecules: the path to a dramatic improvement in transition temperature predictions / N .J. Boyd, M. R. Wilson // Phys. Chem. Chem. Phys. - 2015. - Vol. 17. - P. 2485124865.

4. Документация по интерфейсу программирования CUDA [Электронный ресурс]. - 2015. - Режим доступа: http://docs.nvidia.com/cuda/cuda-c-programming-guide/.

5. Гребёнкин М. Ф. Жидкокристаллические материалы / М. Ф. Гребёнкин А. И. Иващенко - М. : Химия, 1989. - 288 с.

6. Vanommeslaeghe K. CHARMM General Force Field (CGenFF): A force field for drug-like molecules compatible with the CHARMM all-atom additive biological force fields / K. Vanommeslaeghe, E. Hatcher, C. Acharya, S. Kundu, S. Zhong, J. Shim, E. Darian, O. Guvench, P. Lopes, I. Vorobyov, A. D. MacKerell Jr. // J. Comput. Chem. - 2010. - Vol. 31. - P. 671-690.

7. Zhang J. Transferability of coarse-grained force field for nCB liquid crystal systems / J. Zhang, H. Guo // J. Phys. Chem. B. - 2014. - Vol. 118. - P. 4647-4660.

8. Perez A. Refinement of the AMBER force field for nucleic acids: improving the description of a/y conformers / A. Perez, I. Marcha, D. Svozil, J. Sponer, T. E. Cheatham III, C. A. Laughton, M. Orozco // Biophysical Journal. - 2007. - Vol. 92. - P. 3817-3829.

9. Сонин А. С. Дорога длиною в век. Из истории науки о жидких кристаллах / А. С. Сонин - М. : Наука, 1988. - 202 с.

10.Де Жен П. Физика жидких кристаллов / П. де Жен - М. : Мир, 1977. - 400 с.

11.Соцкий В. В. Методы моделирования мезоморфных систем / В. В. Соцкий, Н. В. Усольцева. - Иваново, 2007. - 58 с. - Деп. в ВИНИТИ. 03.12.2007 № 1116.

2007.

12.Усольцева Н. В. Жидкие кристаллы: дискотические мезогены / Н. В. Усольцева, О. Б. Акопова, В. В. Быкова, А. И. Смирнова, С. А. Пикин [под ред. Н. В. Усольцевой] - Иваново : Иван. гос. ун-т, 2004. - 546 с.

13.Соколова Е. П. Межмолекулярные взаимодействия. Основные понятия: учеб. пособие для университетов / Е. П. Соколова, Н. А. Смирнова - СПб. : СПбГУ,

2008. - 225 с.

14.Demus D. Handbook of liquid crystals / D. Demus, J. Goodby, G. W. Gray, H.W. Spiess, V. Vill - Vol.1. Willey-VCH, 1998. - 914 p.

15.Olivier Y. Theoretical characterization of the structural and hole transport dynamics in liquid-crystalline phthalocyanine stacks / Y. Olivier, L. Muccioli, V. Lemaur, Y. H. Geerts, C. Zannoni, J. Cornil // J. Phys. Chem. B 113. - 2009. - P. 1402-1409.

16.Rudyak V. Yu Structure transitions in oblate nematic droplets / V. Yu Rudyak, A. V. Emelyanenko, V. A. Loiko // Phys. Rev. E. - 2013. - Vol. 88. - P.052501.

17.Tsykalo A. L. Molecular dynamics study of nematic liquid crystals orientation ordering /A L. Tsykalo, A. D. Bagmet // Czech. J. Phys. - 1978. - Vol. B28. -P. 1113-1121.

18.Tiberio G. Towards in silico liquid crystals. Realistic transition temperatures and physical properties for n-cyanobiphenyls via molecular dynamics simulations / G. Tiberio, L. Muccioli, R. Berardi, C. Zannoni // ChemPhysChem. - 2009. - Vol. 10. - P. 125-136.

19.Martinelli N. Charge transport in organic semiconductors: a multiscale modeling / N. Martinelli, Y. Olivier, L. Muccioli, A. Minoia, P. Brocorens, M.-C. Delgado Ruiz, C. Zannoni, D. Beljonne, R. Lazzaroni, J.-L. Bredas, J. Cornil // in "Functional Supramolecular Architectures for Organic Electronics and Nanotechnology", edited by F. Cacialli and P. Samori, Wiley-VCH, 2010. - P. 3-37.

20.Martinelli N. G. Modeling polymer dielectrics/Pentacene interfaces: on the role of electrostatic energy disorder on charge carrier mobility / N. G. Martinelli, M. Savini, L. Muccioli, Y. Olivier, F. Castet, C. Zannoni, D. Beljonne, J. Cornil // Adv. Functional Mater. - 2009. - Vol. 19. - P. 3254-3261.

21.Papadopoulos T. A. Does supramolecular ordering influence exciton transport in conjugated systems? Insight from atomistic simulations / T. A. Papadopoulos, L. Muccioli, S. Athanasopoulos, A. B. Walker, C. Zannoni, D. Beljonne // Chemical Science. - 2011. - № 2. - P. 1025-1032.

22.Berardi R. Computer simulations of biaxial nematics / R. Berardi, L. Muccioli, S. Orlandi, M. Ricci, C. Zannoni // J. Phys.: Condens. Matter. - 2008. - Vol. 20. -No 463101. - P. 1-16.

23.Skacej G. Biaxial liquid crystal elastomers: a lattice model / G. Skacej, C. Zannoni // Eur. Phys. J. E. - 2008. - Vol. 25. - P. 181-186.

24.Zannoni C. Molecular design and computer simulations of novel mesophases / C. Zannoni // J. Mater. Chem. - 2001. - Vol. 11. - P. 2637-2646.

25.Glaser M. A. Quantum chemistry based force fields for soft matter / M. A. Glaser, N. A. Clark, E. Garcia, D. M. Walba // Spectrochimica Acta Part A. - 1997. -Vol. 53. - P. 1325-1346.

26.Garcia E. HFF: a force field for liquid crystal molecules / E. Garcia, M. A. Glaser, N. A. Clark, D. M. Walba // Journal of Molecular Structure: Theochem. - 1999. -Vol. 464. - P. 39-48.

27.Cook M. J. Development of an all-atom force field for the simulation of liquid crystal molecules in condensed phases (LCFF) / M. J. Cook, M. R. Wilson // Mol. Cryst Liq. Cryst. - Vol. 357. - P. 149-165.

28.Cheung D. L. Parametrization and validation of a force field for liquid-crystal forming molecules / D. L. Cheung, S. J. Clark, M. R. Wilson // Phys. Rev. E. - Vol. 65. - P. 051709. 1 - 11.

29.Cheung D.L. Structures and properties of liquid crystals and related molecules from computer simulation. PhD thesis. University of Durham, Chemistry department. 2002. 226p.

30.Pelaez J. Molecular orientational and dipolar correlation in the liquid crystal mixture E7: a molecular dynamics simulation study at a fully atomistic level / J. Pelaez, M. Wilson // Phys. Chem. Chem. Phys. - 2007. Vol. 9. - P. 2968-2975.

31.De Gaetani L. Computational study through atomistic potentials of a partial bilayer liquid crystal: structure and dynamics / L. De Gaetani, G. Prampolini // Soft Matter. - 2009. - Vol. 5. - P. 3517-3526.

32.Bizzarri M. Intermolecular force fields of large molecules by the fragmentation

reconstruction method (FRM): application to a nematic liquid crystal / M. Bizzarri, I. Cacelli, G. Prampolini, A. Tani // J. Phys. Chem. A. - 2004. - Vol. 108. - P. 1033610341.

33.Cacelli I. Atomistic simulation of a nematogen using a force field derived from quantum chemical calculations / I. Cacelli, G. Prampolini, A. Tani // J. Phys. Chem.

B. - 2005. - Vol. 109. - P. 3531-3538.

34.Chami F. Molecular dynamics and EPR spectroscopic studies of 8CB liquid crystal / F. Chami, M. R. Wilson, V. S. Oganesyan // Soft Matter. - 2012. - Vol. 8. - P. 68236833.

35.Neal M. P. Molecular dynamics simulations of calamitic and discotic liquid crystals using a hybrid Gay-Berne Luckhurst Romano potential / M P Neal, M. D. De Luca,

C. M. Care // Molecular Simulation. - 1995. - Vol. 14. - P. 245-258.

36.Cinacchi G. Atomistic molecular dynamics simulation of benzene as a solute in a columnar discotic liquid crystal / G. Cinacchi // J. Phys. Chem. B. - 2005. -Vol. 109. - P. 8125-8131.

37.Cristinziano P. L. Atomistic simulation of discotic liquid crystals: transition from isotropic to columnar phase example / P L. Cristinziano F. Lelj // J. Chem. Phys. -2007. - Vol. 127. - P. 134506.1-14.

38.Stillings C. Nanoscaled discotic liquid crystal/polymer systems: confinement effects on morphology and thermodynamics / C. Stillings, E. Martin, M. Steinhart, R. Pettau, J. Paraknowitsch, M. Geuss, J. Schmidt, G. Germano, H.-W. Schmidt, U. Gosele, J. H. Wendorff // Mol. Cryst. Liq. Cryst. - 2008. - Vol. 495. - P. 285-293.

39.Bag S. Molecular structure of the discotic liquid crystalline phase of hexa-peri-hexabenzocoronene/oligothiophene hybrid and their charge ransport properties / S. Bag, V. Maingi, P. K. Maiti, J. Yelk, M. A. Glaser, D. M. Walba, N. A. Clark // J. Chem. Phys. - 2015. - Vol. 143. - P. 144505.1-24.

40.Краснов К. С. Физическая химия: в 2 т. / К. С. Краснов, Н. К. Воробьёв, И. Н. Годнев, В. Н. Васильева, В. П. Васильев, В. Л. Киселёва, К. Н. Белоногов, В. П. Гостикин. - [под ред. К. С. Краснова]. - 3-е изд-е. М : Высшая школа, 2001. - 1 т.

41.Соломоник В. Г. Квантово-химические расчеты строения и колебательно-вращательных спектров двухатомных молекул: учеб.-метод. пособие / В.Г.Соломоник. - Иван. гос. хим.-технол. ун-т. - Иваново, 2008. - 80 с.

42.Минкин В. И. Теория строения молекул / В. И. Минкин, Б. Я. Симкин, Р. М. Минаев. - 2-е изд-е. - Ростов на Дону : Феникс, 1997. - 560 с.

43.Сатанин А. М. Введение в теорию функционала плотности : учеб.-метод. пособие / А. М. Сатанин. - Н. Новгород, 2009. - 64 с.

44.Блатов В.А. Полуэмпирические расчетные методы квантовой химии : учеб. пособие / В.А. Блатов, А. П. Шевченко, Е. В. Пересыпкина. - 2-е изд-е. -Самара : Универс-групп, 2005. - 32 с.

45.Клюев С. А. Компьютерное моделирование : учеб.-метод. пособие / С. А. Клюев. - Волжский : Волжский политех. ин-т, 2009. - 89 с.

46.Органические и гибридные наноматериалы / Под редакцией

B. Ф. Разумова, М. В. Клюева. - Иваново : Иван. гос. ун-т, 2009. - 344 с.

47.Клочков С. А. Численные методы молекулярной динамики и нанотехнологии /

C. А. Клочков, Ф. Н. Ясинский. - Иваново : Иван. гос. энерг. ун-т. - 2007. -86 с.

48.Ибрагимов И. М. Основы компьютерного моделирования наносистем: учеб. пособие / И. М. Ибрагимов, А. Н. Ковшов, Ю. Ф. Назаров. - СПб. : Лань, 2010.

- 386 с.

49.Усольцева Н. В. Получение стереоизображений в задачах молекулярной динамики / Н. В. Усольцева, Ф. Н. Ясинский, В. В. Соцкий, М. С. Костин // Вестник Иван. гос. энерг. ун-та. - 2009. - Вып. 4. - С. 45-48.

50.Хокни Р. Численное моделирование методом частиц / Р. Хокни, Дж. Иствуд -М. : Мир, 1987. - 640 с.

51.Норман Г. Э. Метод классической молекулярной динамики: вклад в основания статистической физики [Электронный ресурс] / Г. Э. Норман, В. В. Стегайлов. - 2009. - Режим доступа: chembull.univer.kharkov.ua/archiv/2009/01 .pdf.

52.Стегайлов В. В. Классические и квантовые атомистические модели отклика конденсированных сред на интенсивные энергетические воздействия : автореф. дисс. ... д. физ.-мат. наук : 01.04.07 / Стегайлов Владимир Владимирович. - М.

- 2012. - 47 с.

53.Allen M. P. Computer simulations of liquids / M. P. Allen, D. J. Tildesley. - Oxford : Clarendon press, 1991. - 385 p.

54.Боярченков А. С. Параллельная молекулярная динамика с суммированием

Эвальда и интегрированиеи на графических процессорах / А. С. Боярченков,

C. И. Поташников // Вычислительные методы и программирование. - 2009. - Т. 10. - С. 158-175.

55.Anderson J. A. General purpose molecular dynamics simulations fully implemented on graphics processing units / J. A. Anderson, C. D. Lorenz, A. Travesset // Journal of Computational Physics. - 2008. - Vol. 227. - P. 5342-5359.

56.Боярченков А. С. Использование графических процессоров и технологии CUDA для задач молекулярной динамики / А. С. Боярченков, С. И. Поташников // Вычислительные методы и программирование. - 2009. - Т. 10. - С. 9-23.

57.Cornell W. D. A second generation force field for the simulation for proteins, nucleic acids and organic molecules / W. D. Cornell, P. Cieplak, C. I. Bayly, I. R. Gould, K. M. Merz, Jr., D. M. Ferguson, D. C. Spellmeyer, T. Fox, J. W. Caldwell, P. A. Collman // J. Am. Chem Soc. - 1995. - Vol. - 117. - P. 5179-5197.

58.Grubisic S. An improved AMBER force field for a,a-dialkylated peptides: intrinsic and solvent-induced conformational preferences of model systems / S. Grubisic, G. Brancatoand, V. Barone // Phys. Chem. Chem. Phys. - 2013. - Vol. 15. -P. 17395-17407.

59.Yu W. Extension of the CHARMM general force field to sulfonyl-containing compounds and its utility in biomolecular simulations / W. Yu, X. He, K. Vanommeslaeghe, A. D. MacKerell Jr. // J. Comput. Chem. - 2012. - Vol. 33. -P. 2451-2468.

60.Reif M. M. Testing of the GROMOS force-field parameter set 54a8: structural properties of electrolyte solutions, lipid bilayers, and proteins / M. M. Reif, M. Winger, C. Oostenbrink // J. Chem. Theory Comput. - 2013. - Vol. 9. - Iss. 2. -P. 1247-1264.

61.Advance in structural bioinformatics - [Ed. by Dongqing Wei, Qin Xu, Tangzhen Zhao, Hao Dai]. - Springer. - 2015. - 827 p.

62.Yunling Liu A novel force field parameter optimization method based on LSSVR for ECEPP / Yunling Liu, Lan Tao, Jianjun Lu, Shuo Xu, Qin Ma, Qingling Duan // FEBS Letters. - 2011. - Vol. 585. - Iss. 6. - P. 888-892.

63.Jorgensen W. L. Development and testing of the OPLS all-atom force field on conformational energetics and properties of organic liquids / W. L. Jorgensen,

D. S. Maxwell, J. Tirado-Rives // J. Am. Chem. Soc. - 1996. - Vol. 118. - P. 11225-

11236.

64.Siu S. W. I. Optimization of the OPLS-AA force field for long hydrocarbons / S. W. I. Siu, K. Pluhackova, R. A. Bockmann // J. Chem.Theory Comput. - 2012. -Vol. 8. - P. 1459-1470.

65.Gyeong Cho Soo Development of a molecular mechanics (MM2) force field for a-chlorosilanes / Gyeong Cho Soo, F. K. Cartledge, R. J. Unwalla, S. Profeta Jr. // Tetrahedron. - 1990. - Vol. 46. - Iss. 24. - P. 8005-8018.

66.Lii J.-H. Directional hydrogen bonding in the MM3 force field. I / J.-H. Lii, N. L. Allinger // Journal of Physical Organic Chemistry. - 1994. -Vol. 7. - Iss. 11. -P. 591-609.

67.Allinger N. L. Understanding molecular structure from molecular mechanics / N. L. Allinger // J. Comput. Aided Mol. Des. - 2011. - Vol. 25. - P. 295-316.

68.Mayo S. L. Dreiding: a generic force field for molecular simulations/ S. L. Mayo, B. D. Olafson, W. A. Goddard III // J. Phys. Chem. - 1990. - Vol. 94. - P. 8897-8909.

69.Богданов А. В. Архитектуры и топологии многопроцессорных вычислительных систем. Курс лекций: учеб. пособие [Электронный ресурс] / А. В. Богданов В. В. Корхов, В. В. Мареев, Е. Н. Станкова. - М. : «Интернет-университет информационных технологий», 2009. - Режим доступа: http://www.intuit.ru/studies/courses/45/45/info.

70.Соцкий В. В. Задачи молекулярной динамики и проблемы визуализации данных / В. В. Соцкий, М. С. Костин, Н. В. Усольцева, Ф. Н. Ясинский // IX Международная конференция-семинар «Высокопроизводительные параллельные вычисления на кластерных системах». Тезисы докладов. -Владимир, 2009. С. 366-367. - 1 электрон. оптич. диск (CD-ROM).

71.Сандерс Дж. Технология CUDA в примерах: введение в программирование графических процессоров [Пер. с англ. А. А. Слинкина, научн. редактор А. В. Боресков] / Дж. Сандерс, Э. Кэндрот. - М. : ДМК-пресс, 2011. - 232 с.

72.Stone J. E. GPU-accelerated molecular modeling coming of age / J. E. Stone, D. J. Hardy, I. S. Ufimtsev, K. Schulten // Journal of Molecular Graphics and Modelling. - 2010. - Vol. 29. - P. 116-125.

73.Giupponi G. The impact of accelerator processors for high-throughput molecular modeling and simulation / G. Giupponi, M. J. Harvey, G. De Fabritiis // Drug discovery today. - 2008. - Vol. 13. - P. 1052-1058.

74.NVIDIA's Next Generation CUDA Compute Architecture: Fermi [Электронный ресурс]. - 2009. - Режим доступа:

http://www.nvidia.com/content/pdf/fermi_white_papers/nvidia_fermi_compute_arch itecture_whitepaper.pdf.

75.Болотов П. Краткий анализ архитектуры NVIDIA Fermi [Электронный ресурс] / П. Болотов. - 2009. - Режим доступа: http://nvworld.ru/articles/nvidia_fermi/.

76.Дымченко Л. Параллельные вычислительные процессоры NVIDIA: настоящее и будущее [Электронный ресурс] / Л. Дымченко. - 2010. - Режим доступа: http://nvworld.ru/articles/cuda_parallel/.

77.Дымченко Л. Проблемы и преимущества Fermi [Электронный ресурс] / Л. Дымченко. - 2010. - Режим доступа: http://nvworld.ru/articles/problems-and-advantages-fermi/.

78.Дымченко Л. Развитие вычислений на GPU: преимущества архитектуры Fermi [Электронный ресурс] / Л. Дымченко. - 2011. - Режим доступа: http://nvworld.ru/articles/calculations-on-gpu-advantages-fermi/.

79.Боресков А. В. Основы работы с технологией CUDA / А. В. Боресков, А. А. Харламов. - М. : ДМК Пресс, 2010. - 232 с.

80.Rodrigues C. I. GPU acceleration of cutoff pair potentials for molecular modeling applications / C. I. Rodrigues, D. J. Hardy, J. E. Stone // CF'08: Proceedings of the 2008 Conference on Computing Frontiers. - New York, NY, USA, 2008. - P. 273282.

81.Дымченко Л. Kepler - астрономический GPU [Электронный ресурс] / Л. Дымченко. - 2011. - Режим доступа: http://nvworld.ru/articles/kepler-gpu/.

82.Нечай О. AMD: будущее - за модульной архитектурой [Электронный ресурс] / О. Нечай. - 2006. - Режим доступа: http://www.computerra.ru/terralab/platform/273517/.

83.Ландау В. AMD: прорыв не за горами [Электронный ресурс] / В. Ландау. -2007.- Режим доступа: http://www.computerra.ru/terralab/platform/318368/.

84.Owens J. D. GPU computing / J. D. Owens, M. Houston, D. Luebke, S. Green, J. E. Stone, J. C. Phillips // Proceedings of the IEEE. - 2008. - Vol. 96. - P. 879-899.

85.Stone J. E., High Performance Computation and Interactive Display of Molecular Orbitals on GPUs and Multi-core CPUs [Электронный ресурс] / J. E. Stone,

D. J. Hardy, J. Saam, K. L.Vandivort, W. Hwu Wen-mei, K. Schulten - Second Workshop on General-Purpose Processing on Graphics Processing Units -Washington D.C. (3/8/2009). - 2009 - Режим доступа: http://impact.crhc.illinois.edu/shared/papers/p9-stone.pdf. 86.Stone J. E. Impressive molecular visualisation and interactive modelling with commodity hardware / J. E. Stone, A. Kohlmeyer, K. L. Vandivort, K. Schulten // Lecture Notes in Computer Science. - 2010. - Vol. 6454. - P. 382-393.

87.Геометрические шейдеры в OpenGL 3.3 [Электронный ресурс]. - 2009. - Режим доступа: http://steps3d.narod.ru/tutorials/geometry-shader-tutorial.html.

88.Phillips J. C. Adapting a message-driven parallel application to GPU-accelerated clusters / J. C. Phillips, J. E. Stone, K. Schulten // In SC '08: Proceedings of the 2008 ACM/IEEE Conference on Supercomputing, Piscataway, NJ, USA, 2008. IEEE Press. - P. 1-9.

89.Hardy D. J. Multilevel simulation of electrostatic potentials using graphics processing units. / D. J. Hardy, J. E. Stone, K. Schulten // Journal of Parallel Computing. - 2009. - Vol. 35. - P. 164-177.

90.Harvey M. J. An implementation of the smooth particle-mesh Ewald (PME) method on GPU hardware / M. J. Harvey, G. De Fabritiis, // J. Chem. Theor. & Comput. -

2009. - Vol. 5. - P. 2371-2377.

91.Harvey M. ACEMD: Accelerated molecular dynamics simulations in the microseconds time scale / M. Harvey, G. Giupponi and G. De Fabritiis // J. Chem. Theory and Comput. - 2009. - Vol. 5. - P. 1632-1639.

92.Stone J. E. OpenCL: A Parallel programming standard for heterogeneous computing systems / J. E. Stone, D. Gohara, G. Shi // Computing in Science and Engineering. -

2010. - Vol. 12. - P. 66-73.

93.Stone J. E. GPU algorithms for molecular modeling / J. E. Stone, D. J. Hardy, B. Isralewitz, K. Schulten // In Jack Dongarra, David A. Bader, and Jakub Kurzak, editors, Scientific computing with multicore and accelerators, chapter 16, P. 351371. Chapman & Hall/CRC Press, 2011. - 493 p. 94.Hardy D. J. Fast molecular electrostatic algorithms on GPUs / D. J. Hardy, J. E. Stone, K. L. Vandivort, D. Gohara, C. Rodrigues, K. Schulten // In Wen-mei Hwu, editor, GPU computing gems: Emerald edition, chapter 4, P. 43-58. Morgan Kaufmann Publishers, 2011. - 888 p.

95.Lifflander J. Dynamic scheduling for work agglomeration on heterogeneous clusters [Электронный ресурс] / J. Lifflander, G. C. Evans, A. Arya, L. V. Kale // Workshop on Multicore and GPU Programming Models, Languages and Compilers at IPDPS 2012. - Режим доступа: http://charm.cs.illinois.edu/newPapers/12-06/main.pdf.

96.Бобрицкая Е. В. Влияние немезоморфных добавок на свойства жидкокристаллических материалов. II. Смеси цианопроизводных мезогенов с 4-аминобензонитрилом / Е. В. Бобрицкая, И. В. Новиков, В. В. Александрийский, В. В. Волков, В. А. Бурмистров // Жидкие кристаллы и их практическое использование. - 2009. - Вып. 2. - С. 39-44.

97.Усольцева Н. В. Дискотические мезогены / Н. В. Усольцева, О. Б. Акопова, В. В. Быкова, Л. А. Валькова // В сб. Иван. гос. ун-т. 20 лет. - Иваново : ИвГУ, 1993. - Ч. 2. - С. 156-168.

98.Adam D. Fast photoconduction in the highly ordered columnar phase of discotic liquid crystal / D. Adam, P. Schuhmacher, J. Simmerer, L. Haussling,

K. Siemensmeyer, K. H. Etzbach, H. Ringsdorf, D. Haarer // Nature. - 1994. -V. 371. - P. 141-143.

99.Destrade C. Disc-like mesogens: a classification / C. Destrade, Tinh Nguyen Huu, H. Gasparoux, J. Malthete , A. M. Levelut // Mol. Cryst. Liq. Cryst. - 1981. -Vol. 71. - Iss. 1-2. P. 111-135.

100. Kadish K.M., Smith K.M. Handbook of porphyrine science: with applications to chemistry, physics, materials science, engineering, biology and medicine, (volumes 16-20) / K. M. Kadish, K. M. Smith. - London : World Scientic Publishing Co. Pte. Ltd., 2012. - 2416p.

101. Воронцова А. А. Изучение реакции алкилирования 3,5-диамино-1,2,4-тиадиазола методами ГЖХ и масс-спектрометрии / А. А. Воронцова, Е. А. Данилова, Т. В. Меленчук, М. К. Исляйкин // III Международная конференция «Новые направления в химии гетероциклических соединений». Тезисы докладов. - Пятигорск, 2013. - С. 159.

102. Mulliken R. S. Electronic population analysis on LCAO-MO wave functions / R. S. Mulliken // J. Chem. Phys. - 1955. - Vol. 23. - P. 1833-1840.

103. Hehre W. J. Self-consistent molecular orbital methods. XII. Further extensions of Gaussian-type basis sets for use in molecular orbital studies of organic molecules / W. J. Hehre, R. Ditchfield, J. A. Pople // J. Chem. Phys. - 1972. - Vol. 56. - P. 2257-

2261.

104. Krishnan R., Self-consistent molecular orbital methods. XX. A basis set for correlated wave functions / R. Krishnan, J. S. Binkley, R. Seeger, J. A. Pople // J. Chem. Phys. - 1980. - Vol. 72. - P. 650-654.

105. Официальная страница разработчиков GAMESS [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://www.msg.chem.iastate.edu/GAMESS/GAMESS.html.

106. Schmidt M. W. General Atomic and Molecular Electronic Structure System / M. W. Schmidt, K. K. Baldridge, J. A. Boatz, S. T. Elbert, M. S. Gordon, J. H. Jensen, S. Koseki, N. Matsunaga, K. A. Nguyen, S. J. Su, T. L. Windus, M. Dupuis, J. A. Montgomery // J. Comput. Chem. - 1993. - Vol. 14. - Iss. 11. -P. 1347-1363.

107. Gordon M. S. Advances in electronic structure theory: GAMESS a decade later / M. S. Gordon, M. W. Schmidt // Theory and Applications of Computational Chemistry: the first forty years; C. E. Dykstra, G. Frenking, K. S. Kim,

G. E. Scuseria editors. - Amsterdam : Elsevier, 2005. - Chapter 41. - P. 1167-1189.

108. Rahman A. Correlations in the motion of atoms in liquid argon / A. Rahman // Physical Review. - 1964. - Vol. 136. - No. 2A. - P. 405-411.

109. Berendsen H. J. C. Molecular dynamics with coupling to an external bath /

H. J. C. Berendsen, J. P. M. Postma, W. F. van Gunsteren, A. DiNola, J. R. Haak // J. Chem. Phys. - 1984. - Vol. 81. - P. 3684-3690.

110. Соцкий В. В. Опыт применения графических контроллеров к решению задач молекулярной динамики / В. В. Соцкий // Жидкие кристаллы и их практическое использование. - 2011. - Вып. 3. - С. 76-83.

111. Jetley P. Scaling Hierarchical N-body Simulations on GPU Clusters [Электронный ресурс] / P. Jetley, L. Wesolowski, F. Gioachin, L. V. Kale, T. R. Quinn. - 2010. -Режим доступа: http://charm.cs.uiuc. edu/newPapers/ 10-16/paper.pdf.

112. Стишов С. М. Плавление при высоких давлениях / С. М. Стишов // Успехи физических наук. - 1968. - Т. 96. - Вып. 3. - С. 467-496.

113. Хуснутдинов Р. М. Компьютерное моделирование молекулярной динамики жидкого алюминия: коэффициент самодиффузии / Р. М. Хуснутдинов, Р. М. Юльметьев, В. Ю. Шурыгин, Р. Н. Ильина // Вестник татарского государственного гуманитарно-педагогического университета. - 2006. - № 7. -С. 48-54.

114. Komolkin A. V. Molecular dynamics simulation of a nematic liquid crystal /

A. V. Komolkin, A. Laaksonen, A. Maliniak // J. Chem. Phys. - 1994. - Vol. 101. -No. 5. - P. 4103-4116.

115. Dvinskikh S. V. Anisotropic self-diffusion in thermotropic liquid crystals studied

1 2

by H and H pulse-field-gradient spin-echo NMR / S. V. Dvinskikh, I. Furo, H. Zimmermann, A. Maliniak // Physical review E. - 2002. - Vol. 65. - Iss. 6. -P. 061701.1-9.

116. Krone M. Fast visualization of gaussian density surfaces for molecular dynamics and particle system / M. Krone, J. E. Stone, T. Ertl, K. Schulten // In Proceedings of EuroVis 2012. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: www.vis.uni-stuttgart.de/uploads/tx_vispublications/Krone2012-QuickSurf.pdf.

117. Москвин Д. О. Сравнение производительности различных алгоритмов решения задач молекулярной динамики на графических контроллерах / Д. О. Москвин, В. В. Соцкий, Н. В. Усольцева // Международная научно-практическая конференция SWorld «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании '2011». Сборник научных трудов. - Одесса, 2011. - Т. 38. - С. 47-49.

118. Москвин Д. О. Исследование производительности различных алгоритмов расчета ван-дер-ваальсовых взаимодействий в задачах молекулярной динамики на графических устройствах / Д. О. Москвин,

B. В. Соцкий, Н. В. Усольцева // Вестник Иван. гос. энерг. ун-та. - 2012. -Вып. 2. - С. 75-79.

119. Москвин Д. О. Оценка производительности двух реализаций алгоритма с присоединенными списками для расчета ван-дер-ваальсовых взаимодействий в задачах молекулярно-динамического моделирования с использованием графических устройств / Д. О. Москвин, В. В. Соцкий, Н. В. Усольцева // Вестник Иван. гос. энерг. ун-та. - 2013. - Вып. 2. - С. 7174.

120. Антонов А. С. Технологии параллельного программирования MPI и OpenMP : учеб. Пособие / А. С. Антонов. - М. : МГУ, 2012. - 344 с.

121. Москвин Д. О. Сравнение производительности алгоритмов расчета ван-дер-ваальсовых взаимодействий для метода молекулярной динамики на многопроцессорных системах с общей и смешанной памятью /

Д. О. Москвин, В. В. Соцкий // VIII Научная конференция молодых ученых «Жидкие кристаллы и наноматериалы». Тезисы докладов. -Иваново, 2013. - Ч. 1. - С. 81-82.

122. Москвин Д. О. Алгоритмы расчёта ван-дер-ваальсовых взаимодействий для метода молекулярной динамики на графических устройствах. Оценка их эффективности / Д. О. Москвин, В. В. Соцкий, Н. В. Усольцева // Жидкие кристаллы и их практическое использование. - 2014. -Т. 14. - № 1. - С. 87-93.

123. Москвин Д. О. Свидетельство № 2012660998 об официальной регистрации программы для ЭВМ «Система расчета ван-дер-ваальсовых взаимодействий VDWForceCompMD» в Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам / Д. О. Москвин, В. В. Соцкий. - М., 2012.

124. GLUT Man Pages [Электронный ресурс]. - 2008. - Режим доступа: www.cs.uccs.edu/~ssemwal/man.html.

125. Соцкий В. В. Свидетельство № 2011613855 об официальной регистрации программы для ЭВМ «Система молекулярно-динамического моделирования MDsimGrid» в Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам / В. В. Соцкий - М., 2011.

126. Соцкий В. В. Свидетельство № 2011613854 об официальной регистрации программы для ЭВМ «Программный модуль молекулярно-динамического моделирования MDsimGrid-GPU» в Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам / В. В. Соцкий - М., 2011.

127. Москвин Д. О. Моделирование надмолекулярной организации 2,3,6,7,10,11-гексагептилокситрифенилена методом молекулярной динамики с использованием графических устройств / Д. О. Москвин, В. В. Соцкий, Н. В. Усольцева // VIII Всероссийская школа-конференция молодых ученых «Теоретическая и экспериментальная химия жидкофазных систем (Крестовские чтения)». Тезисы докладов. - Иваново, 2013. - С.166-167.

128. Москвин Д. О. Моделирование надмолекулярной организации и фазового состояния гексагептилокситрифенилена методом молекулярной динамики / Д. О. Москвин, В. В. Соцкий, А. С. Кашицын,

Н. В. Усольцева // Жидкие кристаллы и их практическое использование. -2013. - Вып. 4. - С. 87-95.

129. Москвин Д. О. Математическая модель интерпретации функции радиального распределения для идеального кристалла с колончатой гексагональной упаковкой дискообразных молекул / Д. О. Москвин, В. В. Соцкий // Научная конференция «Проблемы современной математики и компьютерных наук». Тезисы докладов. - Иваново, 2014. -Ч. 1. - С. 40-41.

130. Москвин Д. О. Свидетельство № 2015661627 об официальной регистрации программы для ЭВМ «Система анализа надмолекулярной организации кристаллов CoordNumbDistrib» в Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам / Д. О. Москвин. - М., 2015.

131. Moskvin D. O. Synthesis, mesomorphic properties and computer simulation of guanazole derivatives and their mixtures / D. O. Moskvin, V. V. Sotsky, E. A. Danilova, T. V. Kudayarova, A. I. Smirnova, N. V. Usol'tseva // 4th International Advances in Applied Physics and Materials Science Congress and Exhibition. Book of abstracts. - Fethiye, Turkey, 2014. - Электронное издание (CD-ROM). - P. 343.

132. Moskvin D. O. Mesomorphic properties and computer simulation of guanazole derivatives and their mixtures / D. O. Moskvin, V. V. Sotsky, E. A. Danilova, T. V. Kudayarova, A. I. Smirnova, N. V. Usol'tseva // Acta Physica Polonica A. - 2015. - Vol. 127. - No. 4. - P. 950-952.