Abstract In this work, we present molecular dynamics (MD) simulations of single poly (N-vinyl caprolactam) (PNVCL) in the water at different temperatures, from 275 to 335 K with a gradient of 10 K. The force fields of OPLS-AA and SPC model were used for PNVCL and water molecules, respectively. Simulations with durations of 200 ns were performed at each temperature for a 20-mer PNVCL chain in an isothermal-isobaric (NPT) and canonical (NVT) ensembles. The results showed that the phase transition of PNVCL chain during heating is driven by H-bonding transformation of amide groups, followed by the hydrophobic dehydration of C H group in the caprolactam ring. PNVCL exhibited a coil-to-globule transition at 305 K, corresponding to its low critical solution temperature (LCST). Below LCST, H-bonding predominated while hydrophobic interaction was dominant above LCST. PNVCL collapsed at elevated temperatures due to the weakening of the attractive forces between its hydrophobic/hydrophilic group and water molecules. The analysis of the H-bonds formation showed that PNVCL is hydrophilic and only carboxyl oxygen (C = O) in the amide group formed H-bonds with water molecules. In the collapsed state, PNVCL formed no intra H-bonds between its residues and the globule conformation was mainly due to the hydrophobic interactions between PNVCL residues. The H-bond formation played an important role in the coil-to-globule transition of PNVCL and is believed to be the key factor of its solubility.

中文翻译：

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聚（N-乙烯基己内酰胺）在水中的热敏特性的分子动力学研究

摘要 在这项工作中，我们展示了不同温度下水中单聚（N-乙烯基己内酰胺）（PNVCL）的分子动力学（MD）模拟，从 275 到 335 K，梯度为 10 K。OPLS 的力场- AA 和 SPC 模型分别用于 PNVCL 和水分子。对等温-等压 (NPT) 和规范 (NVT) 集合中的 20 聚体 PNVCL 链，在每个温度下进行持续时间为 200 ns 的模拟。结果表明，加热过程中 PNVCL 链的相变是由酰胺基团的 H 键转变驱动的，随后是己内酰胺环中 CH 基团的疏水脱水。PNVCL 在 305 K 表现出线圈到球体的转变，对应于其低临界溶解温度 (LCST)。低于 LCST，H-键占主导地位，而疏水相互作用在 LCST 以上占主导地位。由于其疏水/亲水基团与水分子之间的吸引力减弱，PNVCL 在升高的温度下坍塌。氢键形成的分析表明 PNVCL 是亲水的，只有酰胺基团中的羧基氧 (C = O) 与水分子形成了 H 键。在折叠状态下，PNVCL 残基之间没有形成内部氢键，球状构象主要是由于 PNVCL 残基之间的疏水相互作用。氢键的形成在 PNVCL 的线圈到球体的转变中发挥了重要作用，被认为是其溶解度的关键因素。由于其疏水/亲水基团与水分子之间的吸引力减弱，PNVCL 在升高的温度下坍塌。氢键形成的分析表明 PNVCL 是亲水的，只有酰胺基团中的羧基氧 (C = O) 与水分子形成了 H 键。在折叠状态下，PNVCL 残基之间没有形成内部氢键，球状构象主要是由于 PNVCL 残基之间的疏水相互作用。氢键的形成在 PNVCL 的线圈到球体的转变中发挥了重要作用，被认为是其溶解度的关键因素。由于其疏水/亲水基团与水分子之间的吸引力减弱，PNVCL 在升高的温度下坍塌。氢键形成的分析表明 PNVCL 是亲水的，只有酰胺基团中的羧基氧 (C = O) 与水分子形成了 H 键。在折叠状态下，PNVCL 残基之间没有形成内部氢键，球状构象主要是由于 PNVCL 残基之间的疏水相互作用。氢键的形成在 PNVCL 的线圈到球体的转变中发挥了重要作用，被认为是其溶解度的关键因素。PNVCL 在其残基和球体构象之间没有形成内部 H 键主要是由于 PNVCL 残基之间的疏水相互作用。氢键的形成在 PNVCL 的线圈到球体的转变中发挥了重要作用，被认为是其溶解度的关键因素。PNVCL 在其残基和球体构象之间没有形成内部 H 键主要是由于 PNVCL 残基之间的疏水相互作用。氢键的形成在 PNVCL 的线圈到球体的转变中发挥了重要作用，被认为是其溶解度的关键因素。