На правах рукописи

Кустов Андрей Владимирович

ТЕРМОДИНАМИКА ГИДРОФОБНЫХ ЭФФЕКТОВ

В БИНАРНЫХ И ТРОЙНЫХ СИСТЕМАХ, СОДЕРЖАЩИХ

ТЕТРААЛКИЛАММОНИЕВЫЕ ИОНЫ,

АМИНОКИСЛОТЫ И НЕЭЛЕКТРОЛИТЫ

02.00.04 – физическая химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора химических наук

ИВАНОВО 2012

Работа выполнена в Объединенном физико-химическом центре растворов ФГБУ науки «Институт химии растворов им. Г.А. Крестова РАН» и ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный химико-технологический университет»

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор Новоселов Николай Петрович (ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна», заведующий кафедрой теоретической и прикладной химии) доктор химических наук, профессор Лилеев Александр Сергеевич (ФГБОУ ВПО «Московский государственный машиностроительный университет», заведующий кафедрой физической химии) доктор химических наук, старший научный сотрудник Леденков Сергей Федорович (ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный химико-технологический университет», ведущий научный сотрудник кафедры общей химической технологии)

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН» (г. Москва)

Защита состоится « 15 октября » 2012 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д при ФГБОУ ВПО государственный химикоИвановский технологический университет» по адресу 153000, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса д. 7.

C диссертацией можно ознакомиться в Информационном центре ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный химико-технологический университет» по адресу 153000, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса д. 10.

Отзывы на автореферат просим отправлять по адресу: 153000, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса д. 7. Тел/факс (4932)325433, e-mail: [email protected]

Автореферат разослан « » _2012 года.

Ученый секретарь совета Д 212.063.06 Егорова Е. В.

e-mail: [email protected]

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Явления гидрофобной гидратации (ГГ) и гидрофобного взаимодействия (ГВ) играют определяющую роль в протекании огромного числа жизненно- и технологически важных процессов. Их спектр затрагивает важнейшие области естествознания, начиная с ключевых процессов молекулярной биологии и заканчивая технологическими особенностями подготовки и транспортировки сырья. Считается, что формирование газовых гидратов, агрегация амфифилов, конформации биологически активных макромолекул, образование мицелл и двухслойных мембран в значительной степени контролируются гидрофобными эффектами (ГЭ). На протяжении последних десятилетий эти явления рассматриваются как важнейшие факторы, имеющие прямое отношение к зарождению жизни на Земле (Origins Life Evol. Biosphere. 1995. Vol. 25. P. 21).

Процессы с участием биообъектов протекают в многокомпонентных растворах, а взаимодействующие частицы обычно гетерофункциональны или несут заряд. Следовательно, понимание роли гидрофобных эффектов в функционировании биосистем оказывается неотделимым от изучения механизмов гидрофильной гидратации и взаимодействия между полярными молекулами и ионами. Несмотря на существенный прогресс вычислительной техники, позволяющий проводить относительно корректные квантово-химические и молекулярно-статистические расчеты жидких систем, адекватное описание всей совокупности их экспериментальных свойств представляет пока неразрешимую задачу. Отсюда становится ясным, что систематические экспериментальные исследования многокомпонентных водосодержащих систем в широком интервале параметров состояния имеют существенное значение для понимания и количественного описания ГЭ. Однако, несмотря на интенсивные исследования в этой области науки, многие принципиально важные вопросы остаются без ответа, что связано как со сложностью изучаемых явлений, так и во многом с отсутствием необходимых для обобщений экспериментальных данных.

Действительно, большинство термодинамических исследований обычно проводится при стандартной температуре 298 К или, в лучшем случае, в очень ограниченном температурном интервале. Очевидно, что при этом информация по температурным зависимостям исследуемых характеристик оказывается вне анализа, что может привести к неверным суждениям о том, какие процессы определяют поведение изучаемых объектов. Кроме того, исследования, проводимые лишь при стандартной температуре, оставляют открытым вопрос о том, корректно ли использовать при анализе биохимических процессов, протекающих около 310 К, результаты, полученные при 298 К.

Теоретические и экспериментальные исследования последних лет (см.: Nature. 2005.

Vol. 437. P. 640 и ссылки там) однозначно свидетельствуют, что механизм гидратации неполярных объектов малого и большого размера принципиально различается. Если небольшие гидрофобные частицы могут быть размещены в пустотах сетки Н-связей воды без существенного нарушения структуры последней, то при гидратации больших неполярных молекул вследствие разрушения сетки происходит коллективное уменьшение численной плотности молекул воды в непосредственной близости от протяженной гидрофобной поверхности. Это является непосредственной причиной того, что при сближении двух гидрофобных объектов большого размера происходит скачкообразное уменьшение расстояния между ними, приводящее к коллапсу. Понимание и количественное описание этих явлений имеет фундаментальное значение для молекулярной биологии, поскольку биообъекты, играющие ключевые роли в живых системах, имеют развитую гидрофобную поверхность. Однако экспериментальная проверка теоретических предсказаний методами химической термодинамики сопряжена со значительными трудностями, связанными, с одной стороны, с очень малой растворимостью неполярных веществ в воде, а с другой со сложностью аккуратного разделения вкладов гидрофильных и гидрофобных фрагментов у гетерофункциональных молекул большого размера. Существенный прогресс в решении этой проблемы может быть достигнут путем исследования поведения в воде веществ, принадлежащих к одному гомологическому ряду. Очевидным преимуществом в этом плане обладают симметричные тетраалкиламмониевые соли, позволяющие в широких пределах варьировать размер гидрофобной поверхности катиона. Однако ко времени начала наших исследований, поведение в воде и водных растворах неэлектролитов объектов, содержащих тетраалкиламмониевые ионы с числом атомов больше двадцати, практически не изучалось.

Настоящая работа рассматривает различные аспекты перечисленных выше явлений, используя в качестве основного инструмента сравнительный анализ энтальпийных, энтропийных и теплоемкостных характеристик растворов гидрофильных и гидрофобных веществ, и, устанавливая, где это возможно, взаимосвязь экспериментально измеряемых термодинамических свойств и рассчитанных на их основе вириальных коэффициентов, с микросвойствами исследуемых систем. Практически важным аспектом работы является демонстрация возможности предсказания поведения гидрофобных объектов во всем интервале составов водно-органических смесей без использования каких-либо подгоночных параметров.

Диссертационная работа выполнена в Объединенном физико-химическом центре растворов ИХР РАН и ИГХТУ в соответствии с Основными направлениями фундаментальных исследований РАН в рамках планов НИР ИХР РАН (N гос. регистрации 01.9. 004084, 01.2.00 103067, 01.2.00 103071, 01.2.00 602029). Проведенные исследования поддержаны грантами РФФИ (Проекты 02-03-32520-а, 03-03-32582 (МАС), 05-03-96401-рцентр-а, 06-03-96320-р-центр-а, 06-03-32169-а), Минобразования (Проект А 03-2.11-184) и Фонда содействия отечественной науке 2006-2007.

Цель работы состояла в установлении и обобщении закономерностей влияния гидрофобных эффектов на термодинамические свойства бинарных и тройных электролитных и биологически активных неэлектролитных систем в широком интервале концентраций и температур, включая анализ зависимости гидрофобной гидратации и гидрофобного взаимодействия от размера неполярных объектов и предсказание их поведения в водноорганических системах.

Достижение заявленной цели работы потребовало решения следующих задач:

- экспериментально определить энтальпийные, энтропийные и теплоемкостные характеристики растворов гомологического ряда тетраалкиламмониевых солей, биологически активных объектов – ароматических и алифатических аминокислот, а также неэлектролитов, моделирующих их боковые фрагменты, в воде и ряде водно-органических систем при различных концентрациях и температурах;

- в рамках формально строгой теории растворов МакМиллана-Майера рассчитать параметры парных взаимодействий неэлектролит-неэлектролит и неэлектролит-электролит, установить их зависимость от гидрофобности и гидрофильности взаимодействующих объектов, размера частиц и температуры;

- изучить взаимосвязь термодинамических свойств исследуемых систем со строением молекул растворенных веществ и структурными особенностями смешанных растворителей, исследовать возможность количественного предсказания поведения гидрофобных объектов в многокомпонентных электролитных и неэлектролитных системах.

Достоверность полученных в работе результатов базируется на:

- полученных с высокой точностью экспериментальных термодинамических данных, их критическом анализе с учетом методов математической статистики и соответствии наиболее надежным из известных литературных источников;

- согласованности выводов с теоретическими и экспериментальными результатами, полученными в рамках других подходов, включая методы компьютерного моделирования жидкостей и растворов.

Научная новизна. В работе впервые проведены систематические термодинамические исследования бинарных и тройных систем, содержащих тетраалкиламмониевые ионы, аминокислоты и неэлектролиты в интервале температур 278-338 К, установлены и обобщены основные закономерности влияния гидрофобной гидратации и гидрофобного взаимодействия на поведение исследуемых объектов.

Установлено, что взаимодействие между двумя гидрофобными частицами в водном растворе калориметрически фиксируется в области очень больших разбавлений, где молекул воды более чем достаточно для формирования двух гидратных оболочек вокруг взаимодействующих объектов. Впервые показано, что чем более слабые Н-связи образуют молекулы воды с полярными группами неэлектролитов, тем при меньших концентрациях возникают парные корреляции между молекулами растворенных веществ. Используя принцип аддитивности групповых вкладов, впервые рассчитаны энтальпии переноса ионов в водно-амидных системах, отмечено согласие полученных результатов с данными тетрафенилборат-тетрафенилфосфониевой шкалы. Впервые показано, что в гомологическом ряду симметричных тетраалкиламмониевых солей эффект гидрофобной гидратации, связанный с ориентационным упорядочением воды в сфере гидратации катиона, первоначально усиливается с ростом его размера, что находит отражение в монотонном увеличении теплоемкостей растворения и переноса. Уменьшение величин теплоемкостей для ионов тетрагексил- и тетрагептиламмония вызвано ослаблением ориентационной упорядоченности воды вблизи больших неполярных объектов. Полученные результаты являются важным экспериментальным подтверждением теоретических предсказаний (Nature. 2005. Vol. 437. P. 640), указывающих на различное поведение в водных растворах неполярных частиц умеренного и большого размера. Установлено, что в растворах тетраалкиламмониевых солей в формамиде и этиленгликоле эффект сольвофобной сольватации выражен значительно слабее, при этом по тепловым свойствам исследуемых систем амид оказывается более «водоподобным», чем гликоль.

Впервые исследованы температурные зависимости параметров вириальных разложений в растворах тетраалкиламмониевых солей и аминокислот. Показано, что температурные изменения энтальпийных и энтропийных параметров взаимодействия неэлектролит-неэлектролит и неэлектролит-электролит определяются вкладами полярных и заряженных фрагментов. Установлено, что для гидрофобных объектов в общем случае неправомерно переносить полученные при 298 К результаты на температуры функционирования биосистем. Подтверждено, что в широком температурном интервале денатурирующее действие мочевины на глобулярные белки в значительной степени связано с энергетически благоприятным взаимодействием с полярными и заряженными группами макромолекул.

Разработан и апробирован подход к предсказанию термодинамических характеристик тройных систем бинарный растворитель-растворенное вещество. Продемонстрированы его предсказательные возможности и впервые показано, что возникновение максимумов на зависимостях энтальпий переноса гидрофобных объектов в смесях воды с сильными Н-акцепторами, не связано с гидрофобными эффектами или предпочтительной сольватацией растворенных веществ, а вызвано эффектами образования полости и реорганизации растворителя в сфере сольватации.

Практическая значимость. Полученные результаты вносят существенный вклад в развитие представлений о молекулярной природе гидрофобных эффектов и позволяют глубже понять механизм протекающих процессов. Высокая точность экспериментальных данных позволяет использовать их как справочный материал. Температурные зависимости термодинамических свойств растворов и коэффициентов вириальных разложений дают возможность предсказывать поведение большого числа объектов в широком температурном интервале. Предложенные расчетные соотношения позволяют с хорошей точностью оценивать энтальпии растворения, сольватации и переноса гидрофобных веществ в смешанных водно-органических растворителях.

Личный вклад автора состоит в постановке задач и выборе методов исследования, реализации способов их решения, анализе и обобщении экспериментальных данных, полученных как непосредственно автором, так и в соавторстве при выполнении под его руководством работ в рамках проектов РФФИ, Министерства образования и науки, магистерских и кандидатских диссертаций. В большинстве выполненных в соавторстве публикациях, отражающих содержание работы, основные идеи, постановка задач и их выполнение являются вкладом соискателя.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на: VI –X Международных конференциях «Проблемы сольватации и комплексообразования в растворах»: Иваново, Плес, Суздаль, 1995-2007; XIX-XXIII Международных Чугаевских конференциях по координационной химии: Иваново, Киев, Кишинев, Одесса, 1999-2007; XIV-XVI Международных конференциях по химической термодинамике в России: Санкт-Петербург, Москва, Суздаль, Казань, 2003-2009; 20th International conference on chemical thermodynamics, 2008, Warsaw; 14th International Symposium on Solubility Phenomena, Austria, 2010; XIII, XIV Симпозиумах по межмолекулярному взаимодействию и конформациям молекул: Санкт-Петербург, Челябинск, 2006, 2008; I, IIМеждународных научно-технических конференциях «Актуальные проблемы химии и химической технологии»: Иваново, 1997, 1999; Республиканской научной конференции «Химия: исследования, преподавание, технология», Душанбе, 2010; Всероссийском симпозиуме «Эффекты среды и процессы комплексообразования в растворах»: Красноярск, 2006; Всероссийском научном симпозиуме по термохимии и калориметрии: Нижний Новгород, 2004; Международной конференции «Физико-химический анализ жидкофазных систем»: Саратов, 2003.

Публикации. Материалы диссертации изложены в 45 статьях в журналах, включенных в Перечень ВАК для опубликования основных научных результатов диссертаций на соискание ученой степени доктора и кандидата наук, а также тезисах 52 докладов на конференциях различного уровня.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из предисловия, 7 глав, основных результатов и выводов, списка литературы из 384 наименований и страниц приложений. Диссертация изложена на 296 страницах, содержит 15 таблиц, рисунка и 98 уравнений.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В ГЛАВЕ 1 рассмотрены различные аспекты теории межмолекулярных взаимодействий, приведена их классификация, отмечены некоторые проблемы их адекватного описания. Сделаны вводные замечания о строении жидкостей, приведены статистические соотношения, связывающие их термодинамические и структурные характеристики.

Кратко рассмотрены особенности описания структуры на языке функций радиального распределения (ФРР). Указано на важную роль сил отталкивания в формировании динамических и структурных характеристик жидкостей и растворов. Отмечено, что структурой целесообразно считать, прежде всего, такую характеристику взаимного расположения частиц, зная которую, можно рассчитать макроскопические свойства системы. Рассмотрены особенности строения жидкой воды и отмечена возможность выделения в ней двух типов пространственной координации молекул, отличающихся по структурноэнергетическим характеристикам.

В ГЛАВЕ 2 изложены фундаментальные термодинамические соотношения, нашедшие широкое применение в химии растворов. Отмечено, что измеряемые на опыте величины являются определенными интегралами от ФРР или ее производных по Р и Т, осциллирующих на большом интервале расстояний. Поэтому зная лишь величину определенного интеграла, сложно что-то конкретное сказать о поведении подынтегральной функции, а, следовательно, и о структуре раствора. Вместе с тем, путем сравнительного анализа, сопоставляя поведение различных объектов или, наоборот, соединений, принадлежащих к одному гомологическому ряду, можно связать изменение термодинамических свойств растворов с нашими представлениями о влиянии на них конкретных структурных особенностей жидкофазных систем.

Далее приведены формулы для расчета термодинамических функций растворения, сольватации и переноса. Изложен «термохимический» метод расчета термодинамических свойств растворов (Крестов Г.А. Термодинамика ионных процессов в растворах. Л.: Химия. 1984). В последнем разделе впервые подробно рассмотрено применение техники вириальных разложений для анализа термодинамических характеристик разбавленных растворов, установлена связь коэффициентов разложений с микросвойствами исследуемых систем и показано, что теория дает строгую молекулярно-статистическую интерпретацию параметров разложения термодинамических функций предельно разбавленного раствора. Далее приведены формулы для расчета параметров взаимодействия между частицами одного (А-А) и разных (А-В) сортов, и отмечено, что рассчитываемые из опытных данных величины yAA, отражают не просто факт взаимодействия двух сольватированных объектов в среде растворителя S, а представляет собой разность между парным взаимодействием A-A и взаимодействием каждого из них с одной молекулой растворителя в среде чистого S. Это является непосредственной причиной того, что рассчитываемые в системе Льюиса-Рендалла параметры для свободной энергии gАА и определяемые в системе МакМиллана-Майера вторые вириальные коэффициенты BАА зачастую имеют разные знаки, что не позволяет на основании величин gАА однозначно судить о том, силы притяжения или силы отталкивания доминируют между взаимодействующими частицами. Показано, что, в свою очередь, энтальпийные (hАА, hАВ) и теплоемкостные (cp АА, cp АВ) параметры дают адекватное представление о характере взаимодействия исследуемых объектов.

В ГЛАВЕ 3 проведен анализ фундаментальных работ, посвященных теоретическому и экспериментальному исследованию гидрофобных эффектов. В разделе 3.1 критически рассмотрены существующие представления о механизме гидрофобной гидратации и отмечено, что обилие используемых моделей и разноголосица мнений относительно молекулярной природы ГГ оставляют большую свободу для различных спекуляций при интерпретации экспериментальных свойств растворов. Показано, что ни нейтронографические исследования, ни последние результаты компьютерного моделирования не показывают существенного структурирования воды вблизи гидрофобных объектов, если под структурой понимать то, что показывают ФРР. Сделан вывод, что внедрение в воду неполярных объектов умеренного размера (r < 1 нм), не приводит ни к увеличению числа Н-связей между молекулами воды в гидратной сфере, ни к их значительному усилению.

Однако ориентационная упорядоченность растворителя действительно имеет место вследствие увеличения в гидратной сфере числа молекул воды, связанных линейными и короткими Н-связями с < 3.1 и H < 380 и, одновременно, уменьшения числа нелинейных и вытянутых водородных связей с >3.1 и H > 380 (J. Amer. Chem. Soc.

2003. Vol. 125. N. 32. P. 9853). Данное явление слабо отражается на ФРР воды, но вызывает увеличение флуктуаций энергии взаимодействия растворитель-растворитель в сфере гидратации. Именно рост флуктуаций и определяет положительные значения теплоемкостей гидратации неполярных объектов (гидрC0р>> 0), величины которых обнаруживают линейную корреляцию с относительным избытком линейных и коротких Н-связей водавода в гидратной сфере по сравнению с объемом раствора. Гидрофильная гидратация полярных и заряженных фрагментов, в свою очередь, сопровождается увеличением доли молекул воды с >3.1 и H >38 0, что вызывает уменьшение флуктуаций и приводит к отрицательным значениям теплоемкостей гидратации.

В разделе 3.2 подробно рассмотрены результаты теоретических и экспериментальных работ, посвященных исследованию гидрофобного взаимодействия. Отмечено, что, во-первых, парное ГВ сопровождается положительными изменениями энтальпии и энтропии, но отрицательным изменением свободной энергии, причем с ростом температуры и размера неполярных объектов ГВ усиливается. Во-вторых, несмотря на более глубокий минимум потенциала средней силы взаимодействия (ПСС) в случае контактных молекулярных пар, вероятность появления сольваторазделенных конфигураций значительно выше, то есть два неполярных объекта умеренного размера в разбавленном водном растворе предпочтительно разделены, по крайней мере, одной молекулой воды.

Рис. 1. Зависимости энтальпийных (а) и теплоемкостных (б) параметров парного взаимодействия бромидов аммония и тетраалкиламмония с неэлектролитами в воде при 298 К от молярной массы катиона. Погрешности выражены в виде стандартных отклонений. Сплошные линии показывают постоянство вклада метиленовой группы.

Раздел 3.3 посвящен анализу критериев гидрофобности. Ю.М. Кесслером (Кесслер Ю.М., Зайцев А.Л. Сольвофобные эффекты. Теория, эксперимент, практика. Л.: Химия.

1989) была обоснована и предложена количественная мера гидрофобности неэлектролитов, основанная на сравнении величин производной второго вириального коэффициента по давлению dBАА/dP. Однако экспериментальное определение как самих параметров BАА, так и их производных по Т и Р сопряжено со значительными сложностями, что требует поиска более простых критериев гидрофобности. Очевидно, что суммарная гидрофобность объекта определяется числом неполярных групп – чем больше последних в составе молекулы, тем, при прочих равных условиях, выше и гидрофобность. Из приведенных на рис. 1а зависимостей энтальпийных параметров парного взаимодействия бромидов аммония и тетраалкиламмония с гексаметилфосфортриамидом (ГМФТ), третбутанолом (t-BuOH), диметилформамидом (ДМФ) и формамидом (ФА) видно, что увеличение размера катиона в гомологическом ряду приводит к значительному росту величин hАВ. Можно показать, что аналогичная картина имеет место в гомологических рядах амидов и спиртов.

Следовательно, величины hAB четко коррелируют с ростом гидрофобности исследуемых объектов: чем больше размер углеводородного радикала, тем эндотермичнее взаимодействие и, наоборот. При этом оказывается не слишком существенным с гидрофобным ГМФТ или гидрофильным ФА взаимодействует катион. Этого нельзя сказать про параметры cp AВ, приведенные на рис. 1б. Как видно, изменение теплоемкости в процессе взаимодействия тетраалкиламмониевых солей с амидами оказывается отрицательным, и в случае ГМФТ слабо зависящим от природы катиона. Поскольку взаимодействие двух гидрофобных групп сопровождается положительным изменением теплоемкости, то, очевидно, что знак величин cp AВ в исследуемых системах определяется вкладами гидрофильных фрагментов.

Рис. 2. (а) Корреляционные зависимости энтальпийных параметров взаимодействия неэлектролит- Bu4NBr ( ) и неэлектролит-неэлектролит ( ) с величинами производной второго вириального коэффициента по давлению при 298 К. 1 – ГМФТ, 2 – tBuOH, 3 – N,N-диметилацетамид (ДМА), 4 – ДМФ, 5 – N-метилформамид, 6 – диметилсульфоксид (ДМСО), 7 – ФА; (б) Корреляционные зависимости теплоемкостей гидратации неэлектролитов, а также энтальпийных параметров парного взаимодействия неэлектролит-CH2-группа с величинами производной второго вириального коэффициента по давлению при 298 К. Обозначения идентичны рис. 2а.

На следующем этапе логично установить взаимосвязь между параметрами hAB (неэлектролит-электролит), hAA (неэлектролит-неэлектролит) и степенью гидрофобности гетерофункциональных молекул неэлектролитов, для количественной характеристики которой разумно использовать значения dBАА/dP. Приведенные на рис. 2 а, б результаты позволяют сделать несколько важных выводов. Во-первых, линейная корреляция действительно существует, и, если отбросить t-BuOH и ДМСО, имеющие отличающиеся по строению гидрофильные группы, то для амидов она существенно улучшается. Вовторых, корреляция для параметров hAB заметно лучше, чем в случае hAA. В-третьих, поскольку параметр взаимодействия hAB для электролитов отражает сумму вкладов катиона и аниона, то именно влияние последнего может влиять на корреляцию. Использование разности величин hAB(Bu4NBr) и hAB(Et4NBr), представляющей вклад восьми метиленовых групп, позволяет элиминировать это влияние. Представленная на рис. 2б зависимость, показывает, что корреляция действительно улучшается. Отсюда следует, что энергии взаимодействия неэлектролитов с бромид-ионом в воде различаются. Тем не менее, правомерность использования величин hAB в качестве меры сравнительной гидрофобности исследуемых объектов сомнений не вызывает. Поскольку возникновение ГГ и ГВ однозначно связано с особенностями структуры воды, то разумно ожидать наличия взаимосвязи между термодинамическими характеристиками, отражающими эти явления, а, именно, между гидрCр0 и dBАА/dP. Как видно из рис. 2б, здесь также наблюдается линейная корреляция, однако ГМФТ существенно отклоняется от корреляционной прямой.

Возможно, что величина гидрCр0 амида, оцененная из данных по энтальпиям растворения и испарения, несколько занижена. Однако более существенная, на наш взгляд, причина заключается во влиянии гидрофильного N3РО-фрагмента молекулы амида, который с одной стороны сильно уменьшает гидрCр0, а с другой увеличивает по абсолютной величине dBАА/dP, что и приводит к наблюдаемой на рис. 2б картине.

Раздел 3.4 посвящен исследованию зависимости ГЭ от размера частиц и температуры. Отмечено, что для гидрофобных объектов умеренного размера (r < 1 нм) эффект ГГ усиливается с увеличением числа неполярных групп в молекуле, но ослабляется при увеличении температуры. ГВ, в свою очередь, в обоих случаях усиливается. Показано, что механизм гидратации неполярных объектов умеренного и большого размера существенно различается. Если лабильность сетки Н-связей воды позволяет ей без особых усилий «обтекать» гидрофобные молекулы, содержащие 5-10 атомов углерода, то при гидратации протяженной гидрофобной поверхности, имеющей низкую степень кривизны, картина резко меняется. В этом случае вода становится не в состоянии поддерживать сетку Нсвязей неизменной и численная плотность молекул растворителя вблизи поверхности уменьшается. Отмечено, что для гидрофобных объектов изменение свободной энергии гидратации пропорционально объему молекулы, а для планарной поверхности оно пропорционально ее площади. Критический размер, при котором меняется механизм гидратации, составляет согласно теории гидрофобности Люма-Чандлера-Уикса порядка 1 нм (Nature. 2005. Vol. 437. P. 640). Следовательно, начиная с определенного размера неполярной частицы, ориентационная упорядоченность воды в гидратной сфере будет ослабляться вследствие уменьшения доли молекул растворителя, связанных линейными и короткими Н-связями. Это, в свою очередь, должно вызвать уменьшение теплоемкостей и рост энтропий гидратации.

В ГЛАВЕ 4 в широком температурном интервале исследовано поведение классических гидрофобных объектов – тетраалкиламмониевых солей в воде и неводных растворителях с сетками Н-связей – ФА и этиленгликоле. В разделе 4.1 получены температурные зависимости стандартных энтальпий растворения электролитов в воде и показано, что при 275-345 К они передаются следующими соотношениями:

рH0 (NH4Br) = 16.83(0.06) – 0.149(0.003)·298.15·(1 – 298.15/T) (1) sf =0.14 кДж/моль рH0 (Et4NBr) = 6.17(0.06) + 0.131(0.003)·298.15·(T/298.15 – 1) (2) sf =0.13 кДж/моль рH0 (Bu4NBr) = –8.87(0.14) + 0.743(0.007)·298.15·(T/298.15 – 1) (3) sf =0.53 кДж/моль рH0 (Pen4NBr) = 6.28(0.92) + 1.126(0.03)·298.15·ln(T /298.15) (4) sf =2.20 кДж/моль, где в скобках здесь и далее приведены величины стандартных отклонений; первое слагаемое представляет собой энтальпию растворения при текущей температуре, а первый множитель во втором слагаемом – теплоемкость растворения. Из величин Cр0 были рассчитаны парциальные мольные теплоемкости электролитов при бесконечном разбавлении и теплоемкости гидратации по соотношению:

Отмечено, что корректный расчет гидрC р тетраалкиламмониевых солей представляет очень сложную задачу вследствие неоднозначности определения теплоемкостей многоатомных ионов в газовой фазе. Используя расчетные данные при 298 К (J. Chem. Soc., Faraday Trans. I. 1986. Vol. 82. P. 3255) были оценены величины гидрC 0р, которые составили: –117, 162, 806 и 1164 Дж /(моль К) для NH4Br, Et4NBr, Bu4NBr и Pen4NBr, соответственно. Проведенный анализ показал, что в исследуемом ряду на фоне значительных величин C 0р разность Cp кр – C0p газ, во-первых, не слишком существенна (~30- Дж/(моль К)), а, во-вторых, почти не зависит от размера катиона: то есть зависимости гидрC 0р – f(rк) и C0р – f (rк) оказываются идентичными. Как видно из приведенных данных, смена механизма гидратации с гидрофильной для иона аммония на гидрофобную для катионов тетраалкиламмония, приводит к изменению знака теплоемкости и значительному увеличению абсолютных значений C0р и гидрC0р. Отмечено, что наблюдаемые явления не могут непротиворечивым образом быть объяснены в рамках клатратной гипотезы. Выдвинуто альтернативное объяснение, основанное на ориентационном упорядочении воды в гидратных сферах неполярных объектов. Используя полученную в работе (J. Amer. Chem. Soc. 2003. Vol. 125. N. 32. P. 9853) зависимость между относительным избытком линейных Н-связей в первой гидратной сфере и теплоемкостью гидратации, показано, что ориентационная структура воды в непосредственной близости от бромидиона и иона аммония разупорядочена, поскольку в их гидратных сферах наблюдается дефицит молекул воды с 0, а hАВ (Мч-L-гистидин) < hАВ (Мч-Lфенилаланин) < hАВ (Мч-L-аланин) hАВ (неэлектролит-L-аланин) hАВ (неэлектролит-L-гистидин) >>0. Следовательно, как и в исследованных выше электролитных системах, взаимодействие неполярных групп биообъектов с молекулами неэлектролитов оказывается Таблица 3. Энтальпийные и энтропийные вклады в гиббсо- энтальпийно неблагопривы параметры парных взаимодействий аминокислот и бензола с ДМФ (а), Мч (б) и этиленгликолем (в) в Бензол 579(40) >0), то в этом случае при прогнозировании термодинамических свойств биосистем крайне рискованно использовать параметры, полученные при 298 К.

Это допустимо, если параметры yАВ практически не зависят от температуры (система вода-Мч-L-аланин), либо зависимости yАВ – f(T) проходят через экстремумы, как это имеет место при взаимодействии Мч с L-фенилаланином и L-гистидином.

В ГЛАВЕ 7 исследована энергетика сольватации гидрофобных и гидрофильных объектов во всем интервале составов водно-органических смесей. Показано, что избыточные энтальпии сольватации гидрофобных веществ в смесях воды с сильными Накцепторами хорошо коррелируют с величинами энтальпий смешения воданеэлектролит. В разделе 7.2 установлена линейная корреляция энтальпий сольватации ароматической аминогруппы с основностью смесей воды с сильными Н-акцепторами – ДМФ и ДМСО, и отсутствие таковой для слабых доноров – MeCN, 1,4-диоксана (ДО) и ацетона (Me2CO). Сделан вывод, что в смесях воды с ДМФ и ДМСО энтальпии сольватации ароматической NH2-группы определяются преимущественно специфическим взаимодействием с растворителем, в котором она выступает в качестве Н-донора, а растворитель в качестве Н-акцептора.

В разделе 7.3 рассмотрены имеющиеся в литературе модельные подходы к описанию и предсказанию поведения растворенных веществ в смешанных растворителях и отмечено, что предложенные модели не позволяют предсказывать термодинамические характеристики исследуемых систем. Значительный успех в решении данной проблемы, и выяснении причин отклонения энтальпий сольватации (переноса) от аддитивности был достигнут путем синтеза расширенной координационной модели (Chem. Soc. Rev. 1993.

Vol. 22. P. 285) и техники вириальных разложений. Было получено соотношение, связывающее энтальпийные параметры парных взаимодействий растворенных объектов с компонентами смешанного растворителя hAB и hSB и величины энтальпий переноса В во всем интервале составов смесей S+A:

Как видно из уравнения (32), если известны стандартные энтальпии растворения В в компонентах смеси S и A для расчета энтальпии переноса перH0 (B, SA), энтальпии растворения рH0 S и A друг в друге, энтальпии смешения HE (S + A) и энтальпийные параметры парных взаимодействий А-B в чистом S (hAB) и S-B в чистом А (hSB), то становится возможным расчет перH0 во всем интервале составов.

перH, кДж/моль Рис. 9. Энтальпии переноса бромидов аммония и тетраалкиламмония, а также ГМФТ из воды в ее смеси с ДМФ (а) и ФА (б) при 298 К. Точки – экспериментальные данные, линии - расчет по уравнению (32).

На рис. 9 сравниваются экспериментальные и рассчитанные по уравнению (32) величины энтальпий переноса различных веществ из воды в ее смеси с ДМФ и ФА. Как видно, в системах, где HE (S + A) либо отрицательна (вода-ДМФ), либо положительна (вода-ФА) во всем интервале составов, наблюдается практически количественное согласие экспериментальных и расчетных данных. Особенно впечатляет хорошее предсказание энтальпий переноса в системе вода-ДМФ-Me4NBr, где зависимость перH0 – f(XA) имеет сложный характер. Бинарные смеси, для которых HE (S+A) меняет знак, представляют особый интерес. Обычно для таких растворителей нет четкого соответствия избыточных энтальпий сольватации гидрофобных объектов и HE (S + A), как это имеет место в смесях воды с сильными Н-акцепторами. Разумно полагать, что в этом случае уравнение (32) не будет столь удачно предсказывать эксперимент. Действительно, в системе вода-Me2CO-Bu4NBr (рис. 10) наблюдается лишь качественное согласие экспериментальных и расчетных данных. Ситуация, однако, улучшается для Bu4NBr и, особенно, C3H5(OН)3 в смесях воды с ДО, где избыточные энтальпии сольватации воспроизводятся с точностью близкой к экспериментальной.

Итак, можно уверенно заключить, что уравнение (32) позволяет адекватно предсказывать поведение как электролитов, так и неэлектролитов в смешанных растворителях, где смешение либо экзотермично, либо эндотермично во всем интервале составов. В этом случае при наличии параметров hAB и hSB и табличных значений теплот смешения возможно количественное предсказание величин перH0 во всем интервале составов. В случае, когда HE знакопеременна, следует ожидать, что использование модели будет менее удачным. Тем не менее, только на основании вида зависимости HЕ – f(XA) нельзя однозначно судить о возможностях подхода – здесь 45 вода-Me CO-Bu NBr вода-ДО-Bu4NBr уравнение (32) предполагает, что состав сольватной пер, кДж/моль объеме, то есть предпочтительная сольватация отсутствует. Возможно, что именно наличие предпочтительной сольватации одним из компонентов смеси и вызывает наблюдаемые на рис. 10 отклонения.

0 энтальпий переноса гидрофобных объектов от состава смесей воды с сильными Н-акцепторами обуXA, м.д. словлено поведением растворителя в сфере сольваРис. 10. Энтальпии переноса тации, избыточная энтальпия реорганизации котоC3H5(OН)3 и Bu4NBr из воды в ее рого имеет другой знак, чем энтальпия смешения смеси с ДО (темные символы) и вода-неэлектролит HЕ в объеме жидкой фазы. ИзMe2CO (светлые символы) при вестно, что сильно отрицательные значения энтальК. Точки – эксперимент. Липий смешения воды с сильными Н-акцепторами нии – расчет по уравнению (32).

взаимодействия в смеси, в частности, по причине образования Н-связей S-A. Отсюда следует, что поскольку аккомодация гидрофобных объектов сопровождается появлением исключенного объема в растворителе, то это вызывает дестабилизацию взаимодействий растворитель-растворитель в ближнем окружении. Это и является непосредственной причиной наблюдаемых максимумов эндотермичности.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

Проведены систематические термодинамические исследования многокомпонентных электролитных и неэлектролитных водосодержащих биологически активных систем в интервале температур 278-338 К. Полученные результаты позволили впервые установить и обобщить основные закономерности влияния гидрофобной гидратации и гидрофобного взаимодействия на энтальпийные, энтропийные и теплоемкостные характеристики сольватации ионов тетраалкиламмония, аминокислот и неэлектролитов в воде и водноорганических растворителях различной природы.

1. Установлено, что при стандартной температуре 298 К в гомологическом ряду классических гидрофобных объектов – тетраалкиламмониевых солей величины стандартных теплоемкостей растворения и гидратации, а также энтальпийные параметры парного взаимодействия катион-неэлектролит в водном растворе, полученные в рамках вириальных разложений, монотонно возрастают с увеличением гидрофобности органического катиона. Показано, что энтальпийные параметры парного взаимодействия можно использовать для оценки степени гидрофобности неэлектролитов.

2. Впервые установлено, что стандартные величины теплоемкостей гидратации и теплоемкостей переноса тетраалкиламмониевых солей из формамида и этиленгликоля в воду при 328 К монотонно увеличиваются с ростом размера катиона лишь до иона тетрапентиламмония. Дальнейшее уменьшение величин теплоемкости в гомологическом ряду связано с ослаблением ориентационного упорядочения растворителя вблизи больших гидрофобных объектов и, соответственно, с ослаблением эффекта гидрофобной гидратации катионов тетрагексил- и тетрагептиламмония.

3. На основании анализа энтальпийных и теплоемкостных характеристик растворов тетраалкиламмониевых солей в растворителях с сетками водородных связей – формамиде и этиленгликоле, сделан вывод, что эффект сольвофобной сольватации в неводных средах выражен значительно слабее. Катионы тетраэтил- и тетрабутиламмония экзотермичнее сольватированы в воде, в то время как ион тетрагептиламмония в неводных растворителях, при этом по тепловым свойствам исследованных систем формамид оказывается более «водоподобным», чем этиленгликоль.

4. В рамках теории растворов МакМиллана-Майера исследовано взаимодействие тетраалкиламмониевых солей, аминокислот и неэлектролитов, моделирующих их боковые фрагменты, с молекулами стабилизаторов и денатураторов нативной структуры глобулярных белков.

• Установлено, что в водных растворах гидрофобных веществ парные корреляции между взаимодействующими объектами проявляются уже в области очень больших разбавлений. Чем больше размер неполярного фрагмента частицы растворенного вещества и чем более слабые Н-связи с водой образует молекула неэлектролита, тем при меньших концентрациях экспериментально фиксируются вклады от гидрофобного взаимодействия в энтальпийные характеристики исследуемых систем;

• В рамках метода аддитивности групповых вкладов впервые рассчитаны энтальпии переноса тетраалкиламмониевых ионов и бромид-иона из воды в водные растворы амидов.

Показано качественное согласие полученных величин с данными тетрафенилбораттетрафенилфосфониевой шкалы;

• На основании анализа энтальпийных и энтропийных параметров парного взаимодействия мочевины с молекулами аминокислот, имеющих гидрофобные боковые фрагменты, обоснован вывод о том, что нарушение аддитивности групповых вкладов в исследуемых системах связано с возникновением предпочтительных ориентаций между NH2фрагментами амида и цвиттер-ионной группой биообъектов.

5. Впервые исследованы зависимости энтальпийных, энтропийных и теплоемкостных параметров вириальных разложений от размера частиц и температуры.

• В рамках метода аддитивности групповых вкладов показано, что при взаимодействии двух гетерофункциональных объектов положительные знаки энтальпии и энтропии определяются вкладами неполярных групп, а отрицательный знак теплоемкости парного взаимодействия возникает исключительно вследствие доминирования вкладов полярных и заряженных фрагментов;

• Впервые показано, что зависимости энтальпийных параметров парного взаимодействия тетраалкиламмониевых солей с амидами в воде от размера катиона изменяются симбатно с величинами теплоемкостей гидратации ионов. Обоснован тезис о том, что подобное изменение параметров взаимодействия вызвано ослаблением эффекта гидрофобной гидратации для больших тетраалкиламмониевых катионов;

• Установлено наличие экстремумов на температурных зависимостях энтальпийных и энтропийных параметров парного взаимодействия ароматических аминокислот с мочевиной в области температурного минимума теплоемкости воды при постоянном давлении. На основании анализа собственных и литературных данных сделан вывод, что их появление связано с влиянием гидрофильных фрагментов в молекулах взаимодействующих объектов.

6. Предложен подход, связывающий энтальпийные параметры парных взаимодействий растворенных веществ с компонентами бинарной смеси, величины энтальпий ее образования и стандартные энтальпии переноса, который впервые позволяет количественно или полуколичественно предсказывать величины энтальпийных характеристик широкого круга объектов в бинарных растворителях.

7. Предсказаны величины энтальпий переноса гомологического ряда тетраалкиламмониевых солей, а также ряда неэлектролитов из воды в ее смеси с амидами во всем интервале составов. В рамках развиваемого подхода показано, что возникновение максимумов на зависимостях энтальпий переноса гидрофобных объектов в смесях воды с сильными Н-акцепторами определяется положительной величиной энтальпии реорганизации растворителя в сфере сольватации, вызванной дестабилизацией Н-связей вода-неэлектролит.

Основное содержание работы

изложено в следующих публикациях 1. Кустов, А.В. Энтальпии растворения и гидрофобные эффекты в системе вода - гексаметилфосфортриамид - бромид тетрабутиламмония. / А.В. Кустов, В.П. Королев // Журн.

физ. химии. -1998.- Т. 72- № 12- С. 2192-2195.

2. Манин, Н.Г. Термохимическое исследование сольватации анилина в смесях воды с метиловым и трет-бутиловым спиртами. / Н.Г. Манин, О.А. Антонова, А.В. Кустов, В.П.

Королев. // Изв. АН, Сер. хим.-1998.- № 12.- C. 2471-2478.

3. Савельев, В.И. Сольватация бромида тетраметиламмония в системе водагексаметилфосфортриамид при 283.15, 298.15 и 318.15 К. / В.И. Савельев, А.В. Кустов, Н.Г. Манин, В.П. Королев // Журн. физ. химии. -1999.- Т. 73- № 4.- С. 593-597.

4. Кустов, А.В. Сольватация и состояние бромида аммония и фторобората аммония в системе вода-гексаметилфосфортриамид. // Журн. физ. химии.-2001.- Т. 75- № 2.- С. 277Кустов, А.В. Энтальпии растворения и особенности межчастичных взаимодействий в системах вода-спирт-эфир. / А.В. Кустов, Е.Ю. Волкова, В.П. Королев // Изв. вузов. Химия и хим. технология. -2001.- Т. 44.- Вып. 2.- С. 25-28.

6. Kustov, A.V. Solvation of tetraethyl- and tetrabutylammonium bromides in aqueous acetone and aqueous hexamethyl phosphoric triamide mixtures in the water-rich region. / A.V. Kustov, A.V. Bekeneva, V.I. Saveliev, V.P. Korolev // J. Solution Chem. -2002.- Vol. 31- № 1.- P. 71Кустов, А.В. Энтальпии растворения бромидов тетраэтил- и тетрабутиламмония в смесях воды с апротонными растворителями. / А.В. Кустов, В.И. Савельев, В.П. Королев // Журн. физ. химии. -2002.- Т. 76- № 2.- С. 265-270.

8. Кустов, А.В. Энтальпийные характеристики индивидуальных ионов в водно-органических системах. // Журн. физ. химии. -2002.- T. 76- № 3.- C. 451-454.

9. Кустов, А.В. Сольватация анилина в смесях воды с N,N-диметилформамидом и ацетонитрилом. / А.В. Кустов, А.В. Бекенева, О.А. Антонова, В.П. Королев // Журн. общ. химии. Т. 72- Вып. 6.- C. 981-987.

10. Kustov, A.V. Enthalpies of 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane and ethylacetate solvation in the water-1-propanol and water-glycerol binary mixtures. / A.V. Kustov, O.A. Antonova, V.P.

Korolev // J. Solution Chem. -2002.- Vol. 31- № 8.- P. 667-680.

11. Кустов, А.В. Расчет энтальпий переноса растворенных веществ в бинарных смешанных растворителях. / А.В. Кустов, В.П. Королев // Журн. физ. химии. -2003.- Т. 77- № 4.С. 682-685.

12. Kustov, A.V. Enthalpic pair-interaction coefficients of benzene, aniline and nitrobenzene with N,N-dimethylformamide and acetonitrile in water at 298.15 K. / A.V. Kustov, A.V. Bekeneva, O.A. Antonova, V.P. Korolev // Thermochim. Acta. -2003.- Vol. 398- P. 9-14.

13. Кустов, А.В. Энтальпии растворения бромидов тетраэтил- и тетрабутиламмония в системе вода-формамид. / А.В. Кустов, Н.Г. Манин, В.П. Королев // Журн. физ. химии.Т. 77- № 12.- С. 2170-2174.

14. Манин, Н.Г. Термохимия растворения NH4Br, Et4NBr и Bu4NBr в воде при 25 and C. / Н.Г. Манин, А.В. Кустов, В.П. Королев // Журн. неорган. химии. -2004.- Т. 49- № 1.C. 120-126.

15. Кустов, А.В. Энтальпии взаимодействия бромида аммония с ФА и ГМФТ в воде при 25 и 40 0С. / А.В. Кустов, О.А. Антонова, В.П. Королев // Журн. неорган. химии. -2004.Т. 49- № 6.- C. 1033-1038.

16. Бекенева, А.В. Энтальпия растворения фенилаланина в воде. / А.В. Бекенева, А.В.

Кустов, В.П. Королев // Журн. физ. химии. -2004.- Т. 78- № 11.- C. 1927-1930.

17. Манин, Н.Г. Термодинамика водного раствора Bu4NBr в широком ряду концентраций и температур. / А.В. Кустов, Н.Г. Манин, В.П. Королев // Журн. неорган. химии. -2005.Т. 50-№ 1.- C. 141-145.

18. Кустов, А.В. Энтальпийные и теплоемкостные параметры взаимодействия бромида аммония с гексаметилфосфортриамидом в воде. / А.В. Кустов, Н.Л. Смирнова, В.П. Королев // Журн. структур. химии. -2005.- Т. 46- № 5.- C. 894-901.

19. Kustov, A.V. Temperature dependence of the interaction between two hydrophobic solutes:

a calorimetric study. / V.P. Korolev, N.L. Smirnova, A.V. Kustov // Thermochim. Acta.-2005.Vol. 427- P. 43-50.

20. Kustov, A.V. Temperature dependence of the pair interaction between hydrophobic and hydrophilic solutes: a calorimetric study. / V.P. Korolev, A.V. Kustov // Thermochim. Acta. Vol. 437- P. 190-195.

21. Кустов, А.В. Термохимические характеристики растворения гистидина. / А.В. Бекенева, А.В. Кустов // Журн. физ. xимии. -2005.- T. 79- № 11.- C. 2094-2095.

22. Кустов, А.В. Энтальпийные и теплоемкостные характеристики гидратации бромидов аммония и тетраалкиламмония. / А.В. Кустов, В.П. Королёв // Журн. физ. химии. -2006. Т. 80- № 1.- С. 64-71.

23. Кустов, А.В. Калориметрическая установка для измерения тепловых эффектов процессов в растворах. / А.В. Кустов, А.А. Емельянов, А.Ф. Сыщенко, М.А. Крестьянинов, Н.И. Железняк, В.П. Королев // Журн. физ. химии. -2006.- T. 80- № 9.- C. 1724-1728.

24. Kustov, A.V. Thermodynamics of solution of histidine. / A.V. Kustov, V.P. Korolev // Thermochim. Acta. -2006.- Vol. 447- P. 212-214.

25. Кустов, А.В. Энтальпии и теплоемкости взаимодействия хлорида кальция и оксалата натрия в воде. / А.В. Кустов, Б.Д. Березин // Журн. неорган. химии. -2007.- Т. 52- № 1.- C.

138-140.

26. Кустов, А.В. Термодинамические характеристики растворения L-фенилаланина. / А.В. Кустов, В.П. Королёв // Журн. физ. химии. -2007.- Т. 82- № 2.- C. 245-248.

27. Королев, В.П. Аминокислоты в водном растворе. Влияние строения молекул и температуры на термодинамику растворения. / В.П. Королев, Д.В. Батов, Н.Л. Смирнова, А.В.

Кустов // Изв. АН, Сер. хим. -2007.- Т. 56- № 4.- С. 711-714.

28. Кустов, А.В. Термодинамика взаимодействия L--фенилаланина с мочевиной и диметилформамидом в воде. / В.П. Королев, А.В. Кустов, А.В. Бекенева // Журн. общ. химии.

-2007.- Т. 77- Вып. 7.- С. 1149-1154.

29. Kustov, A.V. The aromatic amino acid behaviour in aqueous amide solutions. The temperature dependence of the L-phenylalanine-urea interaction. // J. Therm. Anal. Calorim. -2007.Vol. 89.- № 3.- P. 841-846.

30. Kustov, A.V. Temperature and length scale dependence of the tetraalkylammonium ionamide interaction. / A.V. Kustov, V.P. Korolev // J. Phys. Chem. B. -2008.- Vol. 112- № 7.- P.

2040-2044.

31. Кустов, А.В. Термодинамические и структурные аспекты взаимодействия Lгистидина с мочевиной и диметилформамидом в воде. / А.В. Кустов, А.В. Бекенева, В.П.

Королев // Журн. общ. химии. -2008.- Т. 78- Вып. 1.- C. 106-110.

32. Кустов, А.В. Энтальпии растворения бромидов тетраэтил- и тетрабутиламмония в водных растворах ГМФТ при 328.15 К. / А.В. Кустов, Н.Л. Смирнова, А.Ф. Сыщенко // Журн. физ. химии. -2008.- T. 82.- № 2.- C. 395-397.

33. Кустов, А.В. Термодинамические свойства, параметры межчастичных взаимодействий и структура водно-амидных растворов бромидов аммония и тетраалкиламмония. / А.В. Кустов, Н.Л. Смирнова, О.А. Антонова, М.А. Крестьянинов, Н.И. Железняк, О.В.

Гречин, В.П. Королев // Журн. структур. химии. -2008.- Т. 49- № 2.- C. 292-298.

34. Кустов, А.В. Энтальпии и теплоемкости растворения бромидов тетраэтил- и тетрабутиламмония в метаноле, формамиде и этиленгликоле. / А.В. Кустов, Н.Л. Смирнова, О.А.

Антонова, В.П. Королев // Журн. физ. химии. -2008.- Т. 82- № 2.- C. 299-302.

35. Kustov, A.V. Temperature dependence of the L-phenylalanine- amide interaction. / A.V.

Kustov, A.V. Bekeneva, V.P. Korolev // 20th Int. Conf. on Chem. Thermodyn. - Warsaw.P. 330.

36. Кустов, А.В. Термодинамика растворения L--гистидина и L--фенилаланина в воде при 273-373 К. / А.В. Кустов, В.П. Королёв // Журн. физ. химии. -2008.- Т. 82- № 11.- C.

2039-2043.

37. Кустов, А.В. Системы вода – диметилформамид –L––аланин и вода–мочевина–L–– аланин. Термодинамические свойства, сольватация и межчастичные взаимодействия при 273-333 К. / А.В. Кустов, Н.Л. Смирнова, В.П. Королев // Журн. общ. химии. -2008.- Т.

78- Вып. 12.- С. 1947-1952.

38. Кустов, А.В. Термодинамические свойства водных растворов тетраалкиламмониевых солей - зависимость эффекта гидрофобной гидратации от размера катиона. // Журн. неорган. химии. -2009.- Т. 54- № 2.- С. 329-334.

39. Korolev, V.P. Thermochemistry of Bu4NBr solutions in binary solvents containing formamide. / V.P. Korolev, O.A. Antonova, N.L. Smirnova, A.V. Kustov // J. Therm. Anal. Calorim.

-2009.- Vol. 96 -№ 3.- P. 903-910.

40. Королёв, В.П. Тройная система вода-мочевина-L--аланин. Термодинамические свойства и межмолекулярные взаимодействия. / В.П. Королев, Д.В. Батов, А.В. Кустов // Биофизика. -2010.- Т. 55- Вып. 2.- С. 207-212.

41. Korolev, V.P. Thermal properties of tetraalkylammonium bromides in several solvents. / V.P. Korolev, O.A. Antonova, N.L. Smirnova, A.V. Kustov // J. Therm. Anal. Calorim. -2010.Vol. 103- P. 401-407.

42. Kustov, A.V. Standard enthalpies and heat capacities of solution of urea and tetramethylurea in water. / A.V. Kustov, N.L. Smirnova // J. Chem. Eng. Data. -2010.- Vol. 55- P. 3055Kustov, A.V. Amino acid behavior in aqueous denaturant solutions: temperature dependence of the L-histidine-amide interaction. / A.V. Kustov, N.L. Smirnova, D.V. Batov // J. Phys.

Chem. B. -2010.- Vol. 114- P. 10171-10175.

44. Кустов, А.В. Гидрофобная гидратация и гидрофобное взаимодействие в растворах тетраалкиламмониевых солей: влияние размера катиона. // Журн. неорган. химии. -2011.Т. 56 - № 5.- С. 875-880.

45. Kustov, A.V. Temperature and length scale dependence of tetraalkylammonium ion solvation in water, formamide and ethylene glycol. / A.V. Kustov, N.L. Smirnova // J. Phys. Chem.

B. -2011.- Vol. 115- P. 14551-14555.

46. Kustov, A.V. Amino acid solvation in aqueous kosmotrope solutions –temperature dependence of the L-histidine – glycerol interaction. / A.V. Kustov, N.L. Smirnova, W. Kunz, R.

Neueder // J. Phys. Chem. B. -2012.- Vol. 116- № 7.- P. 2325-2329.

47. Манин, Н.Г. Теплоемкости кристаллических тетраалкиламмониевых солей. / Н.Г.

Манин, А.В. Кустов, О.А Антонова // Журн. физ. химии. -2012.- Т. 85- № 5.- C. 878-880.