DFT-исследование структурных, механических и электронных свойств L-лейцина под давлением
УДК 53:547.466.26
DOI:
https://doi.org/10.14258/izvasu(2020)4-07Ключевые слова:
L-лейцин, теория функционала плотности, уравнение состояния, электронные свойства, давлениеАннотация
С помощью теории функционала плотности методом PBE и градиентным приближением, в том числе учитывая силы Ван-дер-Ваальса по схеме Гримме в варианте D3(BJ), исследованы свойства кристалла L-лейцина. Расчеты выполнены с помощью пакета программ CRYSTAL’17 на основе метода линейной комбинации атомных орбиталей. Исследованы структурные и электронные свойства под давлением, получено уравнение состояния в интервалах давлений от 0 до 4 ГПа. Построенное уравнение состояния показало, что аномалии наблюдаются за счет скачков в параметре ячейки a, направленном поперек слоев молекул, а также за счет угла р. Выдвинуто предположение о возможной связи усложнения строения молекул L-образных аминокислот функциональными группами с объемным модулем B0 и его первой производной B1. На примере рассчитанного модуля сжимаемости показано, что вдоль оси c, направленной вдоль ориентации молекул в ячейке кристалла L-лейцина, наблюдается наибольшая сжимаемость, в 4 и в 5 раз превышающая аналогичную в L-аланине и L-треонине соответственно. Анализ зависимости электронных свойств от давления, таких как эффективные заряды функциональных групп, ширины запрещенной зоны и расположение пиков плотностей состояний, показал, что в интервале от 0 до 4 ГПа приведенные свойства не претерпевают заметных изменений.
Скачивания
Библиографические ссылки
Gorbitz C.H., Dalhus B. Redetermination of L-Leucine at 120K // Acta Cryst. C. 1996. Vol. 52. № 7. DOI: 10.1107/ S0108270196002296.
Facanha Filho P.F., Freire P.T.C., Melo F.E.A., Lemos V., Mendes Filho J., Pizani P.S., Rossatto D.Z. Pressure-induced phase transitions in L-leucine crystal // J. Raman Spectrosc. 2009. Vol. 40. DOI: 10.1002/jrs.2071.
Binns J., Parsons S., McIntyre G.J. Accurate hydrogen parameters for the amino acid Lleucine // Acta Cryst. B. 2016. Vol. 72. DOI: 10.1107/S2052520616015699.
Prazyan T.L., Zhuravlev Yu.N. The first-principle studies of the elastic, electronic, and vibrational properties of L-alani-ne // Structural Chemistry. 2019. Vol. 30. DOI: 10.1007/s11224-019-1277-7.
Prazyan T.L., Zhuravlev Yu.N., Golovko O.V., Obolonskaya O.S. DFT-study of pressure-induced phase transition in L-threonine // Journal of Molecular Structure. 2019. Vol. 1196. DOI: 10.1016/j.molstruc.2019.06.077.
Dovesi R., Erba A., Orlando R., Zicovich-Wilson C.M., Civalleri B., Maschio L., Rerat M., Casassa S., Baima J., Salustro S., Kirtman B. Quantum-mechanical condensed matter simulations with CRYSTAL // WIREs Comput Mol Sci. 2018. Vol. 8. DOI: 10.1002/wcms.1360.
Perdew J.P., Burke K., Ernzerhof M. Generalized gradient approximation made simple // Phys. Rev. Lett. 1996. Vol. 77. DOI: 10.1103/PhysRevLett.77.3865.
Grimme S., Antony J., Schwabe T., Muck-Lichtenfeld C. Density functional theory with dispersion corrections for sup-ramolecular structures, aggregates, and complexes of (bio) organic molecules // Org. Biomol. Chem. 2007. Vol. 5. DOI: 10.1039/B615319B.
Grimme S., Ehrlich S., Goerigk L. Effect of the Damping Function in Dispersion Corrected Density Functional Theory // J Comput Chem. 2011. Vol. 32. DOI: 10.1002/jcc.21759.
Gatti C., Saunders V.R., Roetti C. Crystal-field effects on the topological properties of the electron-density in molecular-crystals - the case of urea // J. Chem. Phys. 1994. Vol. 101. DOI: 10.1063/1.467882.
Valenzano L., Torres F.J., Doll K., Pascale F., Zicovich-Wilson C.M., Dovesi R. Initio study of the vibrational spectrum and related properties of crystalline compounds; the case of CaCO3 calcite // J. Phys. Chem. 2006. Vol. 220. DOI: 10.1524/zpch.2006.220.7.893.
Broyden C.G. The Convergence of a Class of Doublerank Minimization Algorithms 1. General Considerations // IMA J. Appl. Math. 1970. Vol. 6. DOI: 10.1093/imamat/6.1.76.
Erba A., Mahmoud A., Belmonte D., Dovesi R. High pressure elastic properties of minerals from ab initio simulations: the case of pyrope, grossular and andradite silicate garnets // J. Chem. Phys. 2014. Vol. 140. DOI: 10.1063/1.4869144.
Birch F. Finite Elastic Strain of Cubic Crystals // Physical Review. 1947. Vol. 71. DOI: 10.1103/PhysRev.71.809.
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Izvestiya of Altai State University is a golden publisher, as we allow self-archiving, but most importantly we are fully transparent about your rights.
Authors may present and discuss their findings ahead of publication: at biological or scientific conferences, on preprint servers, in public databases, and in blogs, wikis, tweets, and other informal communication channels.
Izvestiya of Altai State University allows authors to deposit manuscripts (currently under review or those for intended submission to Izvestiya of Altai State University) in non-commercial, pre-print servers such as ArXiv.
Authors who publish with this journal agree to the following terms:
- Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License (CC BY 4.0) that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.
- Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.
- Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).
