Realizado em Vitória/ES, de 09 a 11 de Setembro de 2015.
ISBN: ISBN 978-85-85905-13-2
TÍTULO: COMPARAÇÃO DE PARÂMETROS PARA ÍONS DE BROMETO EM SIMULAÇÕES DE MICELAS FORMADAS COM O SURFACTANTE BROMETO DE CETILTRIMETIL AMÔNIO (CTAB)
AUTORES: da Silva, J.A. (UFAL) ; Meneghetti, M.R. (UFAL) ; Soares, T.A. (UFPE) ; Dias, R.P. (UFPE)
RESUMO: Foram realizadas simulações de dinâmica molecular clássica visando comparar
diferentes conjuntos de parâmetros atômicos para o íon Br- em solvente explícito
e em agregados de CTA+. Os parâmetros do campo de força GROMOS53A6 foram
utilizados em conjunção com o modelo de água SPC. Propriedades estruturais
obtidas com a simulação foram comparadas com medidas experimentais disponíveis
na literatura. Esta etapa permitiu validar e comparar diferentes parâmetros
atômicos para o íon Br-. A seleção do melhor conjunto de parâmetros, na presença
de agregados CTA+, foi feita com base na capacidade destes parâmetros
reproduzirem propriedades do comportamento da estrutura micelar de CTAB e de
afinidade ânion-cátion em comparação com a estrutura da micela de CTA+ em
presença de íons Cl-.
PALAVRAS CHAVES: SIMULAÇÃO; PARÂMETROS; BROMETO
INTRODUÇÃO: O campo de simulação por dinâmica molecular vem sendo muito empregado no estudo
de modelos moleculares de sistemas complexos e tem revelado informações
importantes no estudo dos mecanismos moleculares [1]. No processo de criação do
input, a etapa de parametrização de moléculas e íons é fundamental para que a
criação do modelo a ser simulado tenha como base informações de dados
experimentais. Muitas vezes estes parâmetros devem ser desenvolvidos, pois não
constam nas bibliotecas de parâmetros comumente disponíveis. Neste estudo, é
feito uma comparação de parâmetros atômicos disponíveis na literatura científica
para o contraíon brometo em relação a sua compatibilidade com o campo de força
GROMOS53A6 [2]. Estes parâmetros de contraíon são importantes para vários tipos
de simulação como em modelos de soluções como a que está presente na síntese de
nanoparticulas de ouro [3].
MATERIAL E MÉTODOS: Todos os cálculos foram feitos usando o programa Gromacs versão 5.4 [7]. De
início foram construídos os parâmetros de átomos ligados das estruturas
catiônicas dos surfactantes CTA+, usando parâmetros de ligação, ângulo e diedros
da estrutura de lipídeo DPPC do campo de força54A7. Na criação dos parâmetros do
brometo, foi feito uma revisão na literatura de dados experimentais de
comportamento destes íons, Heinz et al. [4], Netz et al.[5], Reiser et al.[6].
Os parâmetros de van der Waals propostos nestes trabalhos foram comparados em
nossas simulações.
Depois da geração dos modelos de Br- e CTA+, foram construídas estruturas
micelares, partindo de uma caixa de simulação cúbica de aresta 5,85 nm, contendo
90 fragmentos catiônicos do surfactante em estrutura de bicamada[8], 90
contraíons (Br-) para neutralizar o sistema e preenchimento com moléculas de
água tipo SPC. Então foi feito uma minimização de energia com o algoritmo
steepest descent de 5000 runs e por fim uma simulação de dinâmica molecular de
100 ns em condição isotrópica. Foram selecionados os últimos 50 ns da trajetória
e usado à função de distribuição de densidade radial para medir os raios da
micela e da camada de contraíon para cada modelo de contraíon. Então os dados
formam confrontados frente aos dados experimentais disponíveis para micelas de
CTAB e em comparação com o comportamento dos íons em simulação semelhante com
micela de CTAC, (os parâmetros de cloreto estão disponíveis no campo de força
gromos57a7).
RESULTADOS E DISCUSSÃO: A análise da simulação mostra que em todos os modelos de brometo a estrutura
micelar esférica se forma em menos de 10 ns. Os dados do gráfico de densidade de
distribuição radial para o raio da micela mostram que todos os modelos estão
dentro dos valores experimentais, de 2-3 nm [9] o modelo utilizando os
parâmetros de Heinz et al. (C6= 0,02765569 kJ. mol-1.nm6 e C12= 6,5480464e-05
kJ. mol-1.nm12), apresenta raio micelar de 2,41 nm e camada de contraíons de 2,5
nm; o modelos Netz et al. (C6= 1,61558e-02 kJ. mol-1.nm6 e C12= 1,59153e-04 kJ.
mol-1.nm12), tem raio de 2,19 nm e camada de 2,20 nm e o modelo Reiser et al.
(C6= 0,058243749 kJ. mol-1.nm6 e C12= 5,10031e-04 kJ. mol-1.nm12), apresenta
raio de 2,31 nm e camada de 2,44 nm.
Já a análise do comportamento dos contraíons Cl- ou Br- deve ser feita pela
interação dos mesmos com o grupo polar catiônico do surfactante CTA+ [10],
comparando com os valores obtidos na simulação de CTAC, que tem raio micelar de
2,33 nm e raio de contraíon de 2,57 nm. Foi observado é que o modelo com base
nos dados de Reiser et al. é o que melhor expressa o comportamento experimental
para a afinidade relativa deste com o grupo polar do surfactante, já que a
finidade do brometo pelo grupo amino é maior do que a afinidade do cloreto e em
valor relativo adequado.
CONCLUSÕES: O modelo criado com base no comportamento em solução de íons Br-, quando usado
como contraíon da estrutura micelar de CTA+, é capaz de gerar estruturas que
concordam com valores obtidos experimentalmente, ao mesmo tempo em que reproduz a
interação com o grupo amino da estrutura do CTA+ de forma satisfatória na medida
comparativa em relação às micelas de CTAC. Deste modo foi possível selecionar a
melhor combinação de parâmetros de Br- no qual é capaz de reproduzir suas
propriedades em solução aquosa e em estrutura micelar.
AGRADECIMENTOS: CAPES, CNPq, IQB-UFAL, DQF-UFPE, CENAPAD, NFD-CAA.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: 1- Leach, A. R. Modecular Modelling: principles and applications. Second Edition. Pearson education, 2001.
2- Schmid N, Eichenberger AP, Choutko A, Riniker S, Winger M, et al. (2011) Definition and testing of the GROMOS force-field versions 54A7 and 54B7. European biophysics journal: EBJ 40: 843-856.
3- Meena. S. K.; Sulpizi. M., Langmuir 2013, 29, 14954-14961.
4- Heinz H., et al. J. Phys. Chem. C., 112, 44, (2008)
5- Netz, et al. J. Chem. Phys. 138, 024505 (2013)
6- Reiser, et al. J. Chem. Phys. 140, 044504 (2014)
7- Van Der Spoel et al. J. Comput. Chem., 26, 1701-1718 (2005).
8- Imae, T. et al. Colloid Polym. Sci. 265, 1090-1098 (1987)
9- R. Dorshow et al. J. Phys. Chem. 86, 2388-2395 (1982).
10- Velegol, S. B. Langmuir, 16, 2548-2556 (2000).