nsu_iaisupova_202506.pdf

• Исупова Илона Александровна, выпускник специалитета ФЕН НГУ, лаборант-исследователь лаборатории механохимии ИХТТМ СО РАН.
• Рычков Денис Александрович, к.х.н., с.н.с. лаборатории механохимии ИХТТМ СО РАН.

Хитин является вторым по распространенности биополимером и находит широкое применение в промышленности в виде своего производного хитозана. Хитин извлекается из экзоскелетов ракообразных и насекомых, тогда как хитозан получается путем деацетилирования хитина как химическим, так и ферментативным путем. Оба полисахарида являются возобновляемыми ресурсами, извлекаемыми промышленным путем из отходов рыбной промышленности, в первую очередь из панцирей крабов и креветок.

Обычно для получения хитозана используется α-форма хитина из-за ее большей распространенности. Однако исследования показывают, что β-форма может быть более подходящей для процесса деацетилирования хитина в хитозан. Большинство работ посвящено экспериментальным процедурам и экспериментам, демонстрируя относительно слабое понимание и описание реальных процессов, происходящих при деацетилировании хитина. Текущий научный подход призван объединить экспериментальные и вычислительные методы для понимания пути реакции на микро- и макроскопическом уровне для дальнейшего контроля и изменения реальных условий производства. Исследование механизма деацетилирования с помощью вычислительных методов, таких как теория функционала плотности (DFT) и универсальные гибридные подходы, имеет решающее значение для первой стадии всего производства хитозана.

В этом исследовании мы предоставили простой сравнительный анализ различных вычислительных методов для моделирования реакции деацетилирования хитина на мономере N-ацетилглюкозамина. Дальнейшее построение нескольких молекул в полимерной цепи не привело к значительным изменениям в механизме реакции, стабильности продукта или энергиях переходного состояния. Таким образом, было показано, что реакция деацетилирования хитина происходит через промежуточный продукт с двумя переходными состояниями с доступными энергиями приблизительно. 20 ккал/моль. Далее исследовалось влияние молекулярного окружения реакционного центра на процесс реакции. Принимая во внимание «реальные» структуры α- и β-форм хитина, мы смоделировали реакции для двух взаимосвязанных цепей, показывая влияние водородных связей на процесс реакции. Полученные результаты в сочетании с экспериментальной работой помогают скорректировать кинетические описания процесса деацетилирования и проливают свет на оптимизацию производства хитозана.

• Грант РНФ 24-73-10053 «Полиморфизм биополимеров: реакционная способность в гетерогенных превращениях и специфика практического применения», рук. к.х.н. Екатерина Михайловна Подгорбунских, 2024-2027

• Исупова И.А., «Исследование механизма реакции деацетилирования хитина расчетными методами», 62-ая Международная научная студенческая конференция (МНСК-2024), 2024 г., с. 118.