Блохин Андрей Викторович, доктор химических наук, профессор, профессор кафедры физической химии. Scopus Author ID 7101971167, ResearcherID AAF-8122-2019
220006, Минск, ул. Ленинградская, д. 14
Andrey V. Blokhin, Dr. of Sci. (Chemistry), Professor, Head of the Department of Physical Chemistry. Scopus Author ID 7101971167, ResearcherID AAF-8122-2019
14, Leningradskaya ul., Minsk, 220006
Юркштович Яна Николаевна, студентка кафедры физической химии.
220006, Минск, ул. Ленинградская, д. 14
Yana N. Yurkshtovich, Student, Department of Physical Chemistry.
14, Leningradskaya ul., Minsk, 220006
Objectives. Menthol causes a cooling sensation and reduces the nerve activity when it is applied locally, ingested, or inhaled. This feature explains its extensive use as both an aromatizer and a flavoring agent in food manufacturing, tobacco industry, cosmetics production, as well as a mild anesthetic and antiseptic in dentistry. This work aimed to perform a comprehensive thermodynamic study of L-menthol in both crystalline and gaseous states.
Methods. To determine the combustion energy of L-menthol in the crystalline state, combustion bomb calorimetry was used. The temperature dependence of L-menthol’s heat capacity in the range of 5–370 K and the melting (fusion) parameters were determined using adiabatic calorimetry. Quantum chemical calculations were performed on a standalone virtual machine in the Google Cloud Platform using an eight-core Intel Xeon Scalable Processor (Skylake) with a 2.0 GHz (up to 2.7 GHz at peak load) clock frequency and 8 GB RAM.
Results. The energy and enthalpy of L-menthol combustion in the crystalline state were determined, and the standard enthalpy of L-menthol formation in the gaseous state was calculated using the standard enthalpy of sublimation. The standard thermodynamic functions (reduced enthalpy, entropy, and reduced Gibbs energy) of L-menthol in both crystalline and liquid states were obtained based on the smoothed values of heat capacity and melting parameters. The group of isodesmic reactions for the ab initio calculation of the enthalpy of formation for gaseous L-menthol was substantiated. Electronic energy and frequencies of normal modes of the molecules involved in these reactions were calculated using the Gaussian 4 composite quantum chemical method. Further, the sublimation enthalpy of L-menthol was calculated using the extended Politzer equation according to the electrostatic potential model.
Conclusions. The first comprehensive thermodynamic study of L-menthol in various states of aggregation was performed, and the values calculated using semiempirical methods were consistent with the experimental values within error limits, which confirms the reliability of the results.
Цели. Ментол при местном воздействии, употреблении в пищу или вдыхании вызывает ощущение охлаждения и снижает нервную активность, что объясняет его широкое применение в качестве отдушки и вкусовой добавки в пищевой и табачной промышленности, косметике, а также в качестве мягкого анестетика и антисептика в стоматологии. Цель работы заключалась в комплексном термодинамическом исследовании L-ментола в кристаллическом и газообразном состояниях.
Методы. Методом бомбовой калориметрии сгорания была определена энергия сгорания L-ментола в кристаллическом состоянии. Методом адиабатической калориметрии была получена температурная зависимость теплоемкости L-ментола в интервале 5–370 К и найдены его параметры плавления. Квантово-химические вычисления производились на выделенной виртуальной машине в облачном сервисе Google Cloud Platform с использованием 8 вычислительных ядер Intel Xeon Scalable Processor (Skylake) с тактовой частотой 2.0 ГГц (до 2.7 ГГц при пиковой нагрузке) и 8 ГБ оперативной памяти.
Результаты. Были определены энергия и энтальпия сгорания L-ментола в кристаллическом состоянии. С использованием величины стандартной энтальпии сублимации был выполнен расчет стандартной энтальпии образования L-ментола в газообразном состоянии. На основании сглаженных значений теплоемкости и параметров плавления получены стандартные термодинамические функции (приведенная энтальпия, энтропия и приведенная энергия Гиббса) L-ментола в кристаллическом и жидком состояниях. Обоснована группа изодесмических реакций для ab initio расчета энтальпии образования газообразного L-ментола, и с использованием композитного квантово-химического метода Gaussian 4 вычислены электронная энергия и частоты нормальных колебаний молекул–участников этих реакций. В рамках модели электростатического потенциала по расширенному уравнению Политцера рассчитана энтальпия сублимации L-ментола.
Выводы. Впервые было проведено комплексное термодинамическое исследование L-ментола в различных агрегатных состояниях. Величины, рассчитанные с помощью полуэмпирических методов, согласуются в пределах погрешностей с опытными величинами, что подтверждает достоверность полученных результатов.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.