CC BY
18
УДК 547.64:544.183.26
В. А. Бабкин, А. В. Игнатов, Д. С. Андреев, А. А. Крутилин, К. Ю. Прочухан, Г. Е. Заиков
ИЗОМЕРЫ ПЕНТЕНОВ.
КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ МЕТОДОМ AB INITIO
Ключевые слова: квантово-химический расчет, метод AB INITIO, пентен-1, цис-пентен-2, транс-пентен-2, 2-метилбутен-1,
3-метилбутен-1, 2-метилбутен-2, кислотная сила.
В настоящей статье представлены квантово-химические расчеты изомеров пентена - пентен-1, цис-пентен-2, транс-пентен-2, 2-метилбутен-1, 3-метилбутен-1 и 2-метилбутен-2 методом AB INITIO в базисе 6-311G** с оптимизацией геометрии по всем параметрам стандартным градиентным методом. Получено оптимизированное геометрическое и электронное строение этих соединений. Установлено, что все изучаемые молекулы пентенов обладают одинаковой кислотной силой (рКа = 35-36) и относятся к классу очень слабых кислот (pKa>14).
Keywords: quantum chemical calculation, method AB INITIO, pentene-1, cis-pentene-2, trans-pentene-2, 2-methylbutene-1, 3-
methylbutene-1, 2-methylbutene-2, acid strength.
This article presents quantum-chemical calculations of the pentene isomers - pentene-1, cis-pentene-2, trans-pentene-2, 2-methylbutene-1, 3-methylbutene-1 and 2-methylbutene-2 performed by the AB INITIO method in the 6-311G** basis with geometry optimization of all parameters by the standard gradient method. Optimized geometric and electronic structure of these compounds has been obtained. We have established that the researched molecules have equal acid strength (pKa = 34-36) and relate to the class of very weak acids (pKa>14).
Введение
Согласно [1], пентены имеют 6 изомеров, включая цис- и транс-изомеры: пентен-1 (а-амилен), цис-пентен-2 (цис-Р-амилен), транс-пентен-2 (транс-Р-амилен), 2-метилбутен-1 (у-изоамилен), 3-метилбутен-1 (а-изоамилен) и 2-метилбутен-2 (Р-изоамилен).
Однако, несмотря на то, что пентены достаточно хорошо изучены экспериментальными физико-химическими методами, до настоящего времени систематизация данных по квантово-химическим расчётам методом AB INITIO вышеприведённых изомеров пентена на электронном наноуровне не выполнялась.
В связи с этим, целью настоящей работы является представление данных квантово-химических расчетов всех шести молекул изомеров пентена - пентен-1, цис-пентен-2, транс-пентен-2, 2-метилбутен-1, 3-метилбутен-1 и 2-метилбутен-2, выполненных методом AB INITIO в базисе 6-311G** с оптимизацией геометрии по всем параметрам стандартным градиентным методом, встроенным в программу Firefly [2], который частично основан на исходном коде GAMESS (US) [3], в приближении изолированной молекулы в газовой фазе и теоретическая оценка их кислотной силы по методике, неоднократно использовавшейся, например, в работах [5-8]. Для визуального представления модели молекулы использовалась программа MacMolPlt [4].
Результаты расчетов
Общая энергия (Е0 , кДж/моль), электронная энергия (Еэл , кДж/моль), максимальный заряд на атоме водорода (qmaxH+), универсальный показатель кислотности (рКа) изомеров пентена показаны в таблице 1, из которой видно, что они обладают одинаковой кислотной силой (pKa = 34-36) [9-11].
Таким образом, нами впервые представлены данные систематических квантово-химические расчетов молекул изомеров пентена - пентен-1, цис-пентен-2, транс-пентен-2, 2-метилбутен-1, 3-метилбутен-1 и 2-метилбутен-2, выполненных методом AB INITIO в базисе 6-311G**. Теоретически оценена их кислотная сила рКа = 3436. Установлено, что изучаемые изомеры пентенов обладают одинаковой кислотной силой и относятся к классу очень слабых Н-кислот (pKa>14). Эти данные находятся в хорошем соответствии с результатами работы [12].
Таблица 1 - Общая энергия (Е0 , кДж/моль), максимальный заряд на атоме водорода (qmaxH+), универсальный показатель кислотности (рКа) изомеров пентена
№ Пентен Ео, кДж/моль q H+ 4max рКа
1 пентен-1 [9] -512376 +0,1 36
2 цис-пентен-2 [9] -512379 +0,1 36
3 транс-пентен-2 [10] -512379 +0,1 36
4 2-метилбутен-1 [10] -512384 +0,1 36
5 3-метилбутен-1 [11] -512376 +0,1 36
6 2-метилбутен-2 [11] -512379 +0,11 34
Литература
1. Ьйр8://га^Шре&а.о^/шкШентены
2. Alex A. Granovsky, Firefly version 8, www http://classic.chem.msu.su/gran/firefly/index.html
3. M.W. Shmidt, K.K. Baldrosge, J.A. Elbert, M.S. Gordon, J.H. Enseh, S.Koseki, N.Matsvnaga., K.A. Nguyen, S. J. SU, and anothers. J. Comput. Chem.14, 1347-1363, (1993)
4. B.M. Bode and M.S. Gordon. MacMolPlt: A Graphical User Interface for GAMESS. J. Molec. Graphics. №16. Р. 133-138, 1998.
5. Бабкин В.А., Андреев Д.С., Заиков Г.Е., Яруллин А.Ф. Квантово-химический расчёт некоторых молекул
жидких кристаллов методом MNDO и AB INITIO. г.Казань. Вестник Казанского технологического университета.2012.,№8,с. 103-114
6. В.А.Бабкин, Д.С.Андреев, Ю.А.Сангалов, Е.С.Титова, С.С.Потапов. Квантово-химический расчет изоолефинов и диенов. Монография. г.Волгоград, Изд-во ВолГУ, 2011г.,78 с.
7. Бабкин В. А., Дмитриев В. Ю., Заиков Г. Е. Квантово-химический расчет молекулы а-глюкозы методом AB INITIO. (Нобелевская премия 1902, Эмиль Фишер). В сборнике научных статей кафедры МиЕНД СФ ВолгГАСУ «Квантовохимический расчет уникальных молекулярных систем». Т. 2. Изд- во ВолГУ, г. Волгоград, 2010 г. с. 16-18.
8. Бабкин В.А., Андреев Д.С., Фомичев В.Т., Титова Е.С. Квантовохимический расчет молекулы 4-дифторметокси-2-этилсульфанил-1,3-дигидропиримидина методом AB INITIO. Вестник Волгоградского гос.университета. Сер.10, Инновационная деятельность, Вып.7, 2012г., с.46-48
9. Бабкин В.А., Игнатов А.В., Андреев Д.С., Прочухан К.Ю., Заиков Г.Е. Квантово-химический расчёт молекул
изомеров пентен-1 и цис-пентен-2 методом AB INITIO. Вестник технологического университета. 2015, Т.18, №16, с.71-73.
10. Бабкин В.А., Игнатов А.В., Андреев Д.С., Прочухан К.Ю., Заиков Г.Е. Квантовохимический расчёт молекул изомеров транс-пентен-2 и 2-метилбутен-1 методом AB INITIO. Вестник технологического университета. 2015, Т.18, №19, с.40-42
11. Бабкин В.А., Игнатов А.В., Андреев Д.С., Крутилин А.А., Прочухан К.Ю., Заиков Г.Е. Квантово-химический расчёт молекул изомеров 3-метилбутен-1 и 2-метилбутен-2 методом AB INITIO. Вестник технологического университета. 2016, Т.19, №1, с.69-71.
12. Babkin V.A., Ignatov А.У., Andreev D.S., Chulkova A.V., Prochukhan K.Yu., Zaikov G.E. Isomers of pentene: theoretical estimation of acid strength. Вестник технологического университета. 2015, Т.18, №16, с.69-71
© В. А. Бабкин — д-р хим. наук, проф., академик РАЕ, [email protected]; А. В. Игнатов — бакалавр Себряковского филиала Волгоградского госуд. архитектурно-строительного ун-та; Д. С. Андреев — асп. Волгоградского госуд. архитектурно-строительного ун-та, [email protected]; А. А. Крутилин — к.т.н., доц. каф. «Строительные материалы и строительные технологии» Себряковского филиала Волгоградского госуд. архитектурно-строительного ун-та, [email protected]; К. Ю. Прочухан - канд. хим.наук, доц. кафедр ВМС и ОХТ химического факультета Башгосуниверситета, [email protected]; Г. Е. Заиков - д-р хим. наук, проф., каф.технологии пластических масс КНИТУ, [email protected].
© V. A. Babkin - Doctor of Chemical Sciences, professor, academician of international academy "Contenant", academician of Russian Academy of Nature, E-mail: [email protected]; A.V. Ignatov - Bachelor of Engineering of Volgograd State Architecture Building University, Sebryakov's Branch; D. S. Andreev - graduate student of Volgograd State Architecture Building University, [email protected]; A. A. Krutilin — Candidate of Engineering Sciences, professor of department "Construction materials and building technologies" of Volgograd State Architecture Building University, Sebryakov's Branch, [email protected]; K. Yu. Prochukhan — Candidate of Chemical Sciences, professor of HMC department of Bashkir State University, [email protected]; G. E. Zaikov - Doctor of Engineering Sciences, professor of department "Technology of plastic masses" of KNRTU, [email protected].
