Abstract
<jats:p>У роботі проведено комплексне дослідження молекулярної організації та структурно-функціональних властивостей ксантану із застосуванням методів квантово-хімічного моделювання та молекулярного докінгу. Конформаційний пошук для мономеру, димеру та тримеру ксантану здійснено у програмі PcModel за алгоритмом GMMX методами молекулярної механіки з варіюванням торсійних кутів і енергетичним відбором конформацій (ΔE ≤ 3,5 ккал/моль). Подальшу оптимізацію геометрії виконано напівемпіричним методом PM6 та методом функціоналу густини у наближенні M06-2X/6-31G(d) у програмному пакеті Gaussian09 із урахуванням ефектів сольватації за моделлю поляризованого континууму (PCM, вода). Показано, що найбільш стабільні структури ксантану формуються за рахунок розгалуженої мережі внутрішньо- та міжланцюгових водневих зв’язків між залишками β-D-глюкози, β-D-глюкуронової кислоти та манози, що забезпечує фіксацію піранозних циклів у конформації «крісла» та зумовлює підвищену термодинамічну стабільність полімерного ланцюга. Для димерів вста- новлено утворення багатошарових «сендвіч-подібних» асоціатів, стабілізованих системою водневих взаємодій, що корелює з формуванням надмолекулярної структури гелів. Молекулярний докінг іонів Ca2+ виявив селективну координацію з карбоксильними групами β-D-глюкуронової кислоти та піруватних фрагментів із формуванням місткових комплексів типу «ксантан–Ca2+–ксантан», що сприяють міжланцюговому зшиванню та ущільненню полімерної матриці. Встановлено, що підвищений вміст піруватних замісників посилює комплексоутворення та потенційно збільшує жорсткість і в’язкість системи. Отримані дані забезпечують валідацію квантово-хімічних моделей та створюють основу для прогнозування керованої хімічної й фізичної модифікації ксантану. Виявлені механізми міжмолекулярних взаємодій і комплексоутворення з іонами металів можуть бути використані для раціонального проєктування зшитих, композитних і структурованих систем із заданими реологічними та функціонально-технологічними властивостями.</jats:p>