23988

CHE2 899

كارشناسي ارشد

شيمي - شيمي فيزيك

شيمي

1403/6/28

130 ص.

مجيد موسوي

شبيه‌سازي ديناميك مولكولي , مايعات‌يوني دوكاتيوني , ميدان نيروي OPLS با جايگاه مجازي , ز , خواص ساختاري , خواص ديناميكي.

در اين پژوهش، به بررسي كاربرد ميدان نيروي OPLS با جايگاه مجازي (OPLS-VSIL) در محاسبه‌ي خواص مختلف حجمي، ساختاري و ديناميكي مايعات‌يوني دوكاتيوني مبتني بر ايميدازوليوم و مقايسه‌ي نتايج حاصل با نتايج دو ميدان نيروي OPLS-2009IL و 0.8*OPLS-2009IL پرداخته شد. در واقع مي¬توان گفت كه هم اثر كاهش بار و هم اثر نوع توزيع بار بر روي حلقه¬هاي ايميدازوليوم براي محاسبه‌ي خواص مختلف مايعات‌يوني دوكاتيوني مبتني بر ايميدازوليوم مورد بررسي قرار گرفت. در ابتداي اين پژوهش، به بررسي خواص حجمي شامل چگالي و ضريب انبساط‌پذيري هم‌فشار پرداخته شد. مقايسه‌ي نتايج حاصل از چگالي‌هاي شبيه‌سازي¬شده با نتايج تجربي براي مايعات‌يوني مورد¬مطالعه نشان داد كه ميانگين انحراف چگالي از مقادير تجربي براي هر سه نوع ميدان نيروي مبتني بر OPLS تقريباً يكسان است. همچنين، در دو ميدان نيروي 0.8*OPLS-2009IL و OPLS-VSIL مشاهده شد كه با افزايش دما، چگالي‌هاي حاصل از اين دو نوع ميدان نيرو ، به صورت خطي كاهش مي¬يابد. درحالي¬كه در ميدان نيروي OPLS-2009IL نمي¬توان چنين روند منظمي را با افزايش دما مشاهده نمود. در ادامه، از شبيه‌سازي‌هاي ديناميك مولكولي براساس سه نوع ميدان¬ نيروي مبتني بر OPLS، براي محاسبه‌ي خواص ساختاري از جمله توابع توزيع شعاعي (RDF)، توابع توزيع فضايي (SDF)، توابع توزيع تركيبي (CDF)، آناليز همسايگي و آناليزهاي منطقه‌اي استفاده شد. در ابتدا نتايج توابع توزيع شعاعي به¬دست آمده از سه ميدان نيروي مبتني بر OPLS با نتايج حاصل از شبيه‌سازي AIMD مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد كه ميدان نيروي OPLS-VSIL در مقايسه با دو ميدان نيروي OPLS-2009IL و 0.8*OPLS-2009IL، از نظر مكان و شدت پيك¬هاي RDF تطابق بهتري با نتايج حاصل از شبيه‌سازي AIMD دارد. علاوه¬بر¬اين، نتايج به¬دست آمده از توابع توزيع تركيبي براي جهت‌گيري بين مولكولي بين دو حلقه‌ي كاتيون براي دو مايع‌يوني با طول زنجيره¬ي آلكيل مياني مختلف نشان داد كه قرار گرفتن موازي دو حلقه¬ در دو كاتيون مختلف در شبيه‌سازي حاصل از ميدان نيروي OPLS-VSIL نسبت به دو ميدان نيروي OPLS-2009IL و 0.8*OPLS-2009IL بهتر مشاهده مي¬شود. همچنين، نتايج نشان داد كه كاهش بار كل سيستم و نحوه¬ي توزيع بار تأثير قابل¬توجهي بر نتايج به¬دست آمده از آناليزهاي Domain و Voronoi نخواهد داشت. در نهايت در اين پژوهش، نتايج شبيه‌سازي‌هاي ديناميك مولكولي با استفاده از ميدان‌هاي نيروي مختلف مبتني بر OPLS براي محاسبه‌ي خواص ديناميكي مانند نفوذ، گرانروي، توابع همبستگي وان- هوف، ديناميك پيوند هيدروژني، جفت‌يوني، قفس‌يوني و بازجهت‌گيري برداري موربررسي قرار گرفت. محاسبات مربوط به ضرايب نفوذ براي دو مايع‌يوني مورد¬نظر نشان داد كه دو ميدان نيروي 0.8*OPLS-2009IL و OPLS-VSIL با بار كل e±1.6 نسبت به ميدان نيروي OPLS-2009IL با بار كل e±2.0 ديناميك سريعتري دارند. همچنين، ديناميك پيوند هيدروژني، جفت‌يوني، قفس‌يوني و بازجهت‌گيري برداري در دو ميدان نيروي 0.8*OPLS-2009IL و OPLS-VSIL سريعتر از ميدان نيروي OPLS-2009IL است، زيرا در اين دو ميدان نيرو، بار كلي سيستم به اندازه¬ي 20% كاهش پيدا كرده است. به¬طور¬كلي، مي¬توان دريافت كه ميدان نيروي OPLS-VSIL نسبت به دو ميدان نيروي OPLS-2009IL و 0.8*OPLS-2009IL، توانايي بهتري براي پيش¬بيني دقيق خواص مختلف مايعات‌يوني دوكاتيوني ايميدازوليومي ارائه مي¬دهد.

Molecular dynamics simulation (MDS) , Dicationic ionic liquids , Virtual sit OPLS (OPLS-VSIL) force field , Volume properties , Structural properties , Dynamic properties.

Application of virtual site OPLS (OPLS-VSIL) force field in calculation of different volumetric, dynamical and structural properties of imidazolium-based dicationic ionic liquids

شيمي فيزيك

This study investigates the application of the OPLS force field with a virtual site (OPLS-VSIL) for calculating various volumetric, structural, and dynamical properties of imidazolium-based dicationic ionic liquids, comparing the results with those obtained from two force fields, OPLS-2009IL and 0.8*OPLS-2009IL. It can be said that both the effect of charge reduction and the type of charge distribution were examined for calculating the properties of these ionic liquids. Initially, the study focused on volumetric properties, including density and isothermal compressibility. The comparison of simulated densities with experimental results for the ionic liquids under study indicated that the average deviation of density from experimental values is nearly the same for all three types of OPLS-based force fields. Additionally, in the 0.8*OPLS-2009IL and OPLS-VSIL force fields, it was observed that the densities decreased linearly with increasing temperature, while such a systematic trend was not observable in the OPLS-2009IL force field. Subsequently, molecular dynamics simulations based on the three types of OPLS-based force fields were employed to calculate structural properties, including radial distribution functions (RDF), spatial distribution functions (SDF), combined distribution functions (CDF), neighborhood analysis, and domain analyses. Initially, the results of the RDFs obtained from the three OPLS-based force fields were compared with those from AIMD simulations. The results showed that the OPLS-VSIL force field provided a better match in terms of the location and intensity of RDF peaks compared to the OPLS-2009IL and 0.8*OPLS-2009IL force fields. Furthermore, the results from the CDFs for intermolecular orientation between the two cation rings of two ionic liquids with different alkyl chain lengths indicated that the parallel arrangement of the two rings in the two different cations was more clearly observed in the simulations using the OPLS-VSIL force field than those in the OPLS-2009IL and 0.8*OPLS-2009IL force fields. The results also indicated that the reduction of the total charge of the system and the manner of charge distribution did not significantly affect the outcomes of the Domain and Voronoi analyses. Finally, this study examined the results of molecular dynamics simulations using various OPLS-based force fields for calculating dynamic properties such as diffusion, viscosity, van Hove correlation functions, hydrogen bond dynamics, ion pair dynamics, ion cage dynamics, and vector reorientation. The calculations related to diffusion coefficients for the two ionic liquids showed that the 0.8*OPLS-2009IL and OPLS-VSIL force fields, with a total charge of ±1.6 e, exhibited faster dynamics compared to the OPLS-2009IL force field, which had a total charge of ±2.0 e. Additionally, the dynamics of hydrogen bonding, ion pairs, ion cages, and vector reorientation were faster in the 0.8*OPLS-2009IL and OPLS-VSIL force fields than those in the OPLS-2009IL force field, as the total charge of the system was reduced by 20% in these two force fields. Overall, it can be concluded that the OPLS-VSIL force field offers better capabilities for accurately predicting the various properties of imidazolium-based dicationic ionic liquids compared to the OPLS-2009IL and 0.8*OPLS-2009IL force fields.

3

76597