Научная статья на тему 'Квантово-химический расчет линейных олефинов катионной полимеризации'

Квантово-химический расчет линейных олефинов катионной полимеризации Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

CC BY
67
17
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ / ЛИНЕЙНЫЕ ОЛЕФИНЫ / ОЦЕНКА КИСЛОТНОЙ СИЛЫ / МЕТОД AB INITIO

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Бабкин В. А., Ахвердян М. Р., Максимова Е. А., Дмитриев В. Ю., Заиков Г. Е.

Впервые квантово-химическим методом AB INITIO в базисе 6-311G** выполнен расчет ряда линейных олефинов катионной полимеризации этилена, пропилена, бутена-1, бутена-2, пентена-1, гексена-1, гептена-1, октена-1, нонена-1, декена-1. Получено оптимизированное по всем параметрам геометрическое и электронное строение этих соединений. Теоретически оценена их кислотная сила. Установлено, что все линейные олефины, независимо от степени разветвленности, обладают одинаковой и весьма низкой кислотной силой рКа=35-36.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим наукам , автор научной работы — Бабкин В. А., Ахвердян М. Р., Максимова Е. А., Дмитриев В. Ю., Заиков Г. Е.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

For the first time with the help of quantum chemical semiempirical method CNDO/2 in parametrization of Santry-Pople-Segal a calculation of typical linear olefins of cationic polymerization was done. We have discovered optimized, geometric and electronic structure of these conjunctions. Theoretical evaluation of acid strength of these olefins was done pKa=35-36. It is shown that they belong to the class of very weak H-acids(pKa>14).

Текст научной работы на тему «Квантово-химический расчет линейных олефинов катионной полимеризации»

УДК 541.64:547

КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ЛИНЕЙНЫХ ОЛЕФИНОВ КАТИОННОЙ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ

БАБКИН В.А., АХВЕРДЯН М.Р., МАКСИМОВА Е.А., ДМИТРИЕВ В.Ю., *ЗАИКОВ Г Е.

Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет,

Себряковский филиал, Волгоградская обл., Михайловка, Россия, [email protected] * Институт биохимической физики РАН, Москва, Россия, chembio@ sky. chph .ras.ru

АННОТАЦИЯ. Впервые квантово-химическим методом AB INITIO в базисе 6-311G** выполнен расчет ряда линейных олефинов катионной полимеризации этилена, пропилена, бутена-1, бутена-2, пентена-1, гексена-1, гептена-1, октена-1, нонена-1, декена-1. Получено оптимизированное по всем параметрам геометрическое и электронное строение этих соединений. Теоретически оценена их кислотная сила. Установлено, что все линейные олефины, независимо от степени разветвленности, обладают одинаковой и весьма низкой кислотной силой рКа=35-36.

Ключевые слова: квантово-химический расчет, линейные олефины, оценка кислотной силы, метод AB INITIO.

Синтез традиционных полимеров (полиэтилена, полипропилена и других) из линейных мономеров- весьма сложный каталитический процесс катионной полимеризации олефинов [1,2]. Обычно он включает в себя 3 классические стадии: инициирование, рост и обрыв материальной цепи. Реализацию этих реакций на практике гарантирует наличие следующих компонентов: катализатора, промотора (сокатализатора), растворителя и мономера. Влияние кислотной силы инициатора (обычно это аддукт- катализатор+промотор) на эффективность процесса катионной полимеризации линейных олефинов достаточно подробно изучено [1,2]. Вопрос влияния кислотной силы мономера на эффективность процесса катионной полимеризации линейных олефинов оценка их кислотной силы до сих пор остается открытым.

В связи с этим целью настоящей работы является квантово-химический расчет методом AB INITIO типичного ряда линейных олефинов: этилена, пропилена (пропена), бутена-1, бутена-2, пентена-1, гексена-1, гептена-1, октена-1, нонена-1, декена-1, теоретическая оценка их кислотной силы и выяснение ее влияния на механизм катионной полимеризации.

МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Квантово-химический расчет линейных мономеров катионной полимеризации выполняли классическим методом AB INITIO в базисе 6-311G** [5] с оптимизацией геометрии по всем параметрам стандартным градиентным методом в приближении изолированной молекулы в газовой фазе. Базис 6-311G** выбран в связи с тем, что именно в этом базисе получено соотношение рКа=49,4-134,61^тахн+ [6] (где рКа- универсальный показатель кислотности, qmaxH+ - максимальный заряд на атоме водорода) с наилучшем коэффициентом корреляции R=0.97, которое использовали для теоретической оценки кислотной силы линейных олефинов. Для визуального представления модели молекулы использовалась известная программа MacMolPlt [8].

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Геометрическое и электронное строение линейных олефинов: этилена, пропилена, бутена-1, бутена-2, пентена-1, гексена-1, гептена-1, октена-1, нонена-1, декена-1, а также их некоторые квантово-химические параметры (Е0- общая энергия молекулярной системы, Есв-суммарная энергия всех связей олефина, D- дипольный момент, qH- заряды на а и Р-углеродном атоме олефина, qmaxH+- максимальный заряд на атоме водорода мономера) и универсальный показатель кислотности- рКа представлены в табл. 1-11 и на рис. 1-10.

Таблица 1

Оптимизированные длины связей, валентные углы и заряды атомов молекулы этилена

Дины связей ^ Л Валентные углы Град Атом Заряд (по Мулликену)

С(1)-С(2) 1,31 1 С -0,22

С(1)-Н(1) 1,07 Н(1)С(1)С(2) 122 2 С -0,22

С(1)-Н(2) 1,07 Н(2)С(1)С(2) 122 3 Н 0,11

С(2)-Н(3) 1,07 Н(3)С(2)С(1) 122 4 Н 0,11

С(2)-Н(4) 1,07 Н(4)С(2)С(1) 122 5 Н 0,11

6 Н 0,11

Рис.1. Геометрическое и электронное строение молекулы этилена (Е0= -204558 кДж/моль, Еэл= -292855 кДж/моль)

Таблица 2

Оптимизированные длины связей, валентные углы и заряды атомов молекулы пропена

Дины связей R, Л Валентные углы Град Атом Заряд (по Мулликену)

С(1)-С(2) 1,31 1 С -0,21

С(2)-С(3) 1,50 С(3)С(2)С(1) 125 2 С -0,17

С(1)-Н(4) 1,07 Н(4)С(1)С(2) 121 3 С -0,21

С(1)-Н(5) 1,07 Н(5)С(1)С(2) 121 4 Н 0,10

С(2)-Н(6) 1,07 Н(6)С(2)С(1) 118 5 Н 0,10

С(3)-Н(7) 1,08 Н(7)С(3)С(2) 110 6 Н 0,10

С(3)-Н(8) 1,08 Н(8)С(3)С(2) 111 7 Н 0,10

С(3)-Н(9) 1,08 Н(9)С(3)С(2) 110 8 Н 0,10

9 Н 0,10

Рис.2. Геометрическое и электронное строение молекулы пропена (Е0= -306903кДж/моль, Еэл= -493272кДж/моль)

Таблица 3

Оптимизированные длины связей, валентные углы и заряды атомов молекулы бутен-1

Дины связей R, А Валентные углы Град Атом Заряд (по Мулликену)

С(1)-С(2) 1,32 1 С -0,20

С(2)-С(3) 1,50 С(3)С(2)С(1) 125 2 С -0,16

С(3)-С(4) 1,53 С(4)С(3)С(2) 112 3 С -0,16

С(1)-Н(5) 1,07 Н(5)С(1)С(2) 121 4 С -0,24

С(1)-Н(6) 1,08 Н(6)С(1)С(2) 121 5 Н 0,10

С(2)-Н(7) 1,08 Н(7)С(2)С(1) 118 6 Н 0,10

С(3)-Н(8) 1,08 Н(8)С(3)С(2) 109 7 Н 0,10

С(3)-С(9) 1,08 Н(9)С(3)С(2) 108 8 Н 0,10

С(4)-Н(10) 1,08 Н(10)С(4)С(3) 110 9 Н 0,10

С(4)-Н(11) 1,08 Н(11)С(4)С(3) 111 10 Н 0,09

С(4)-Н(12) 1,08 Н(12)С(4)С(3) 110 11 Н 0,09

12 Н 0,09

Рис.3. Геометрическое и электронное строение молекулы бутена-1 (Е0=-409247,289 кДж/моль, Еэл=-717329,382 кДж/моль )

Таблица 4

Оптимизированные длины связей, валентные углы и заряды атомов молекулы бутен-2

Дины связей R, А Валентные углы Град Атом Заряд (по Мулликену)

С(1)-С(2) 1,50 1 С -0,20

С(2)-С(3) 1,31 С(3)С(2)С(1) 125 2 С -0,16

С(3)-С(4) 1,50 С(4)С(3)С(2) 125 3 С -0,16

С(1)-Н(5) 1,08 Н(5)С(1)С(2) 111 4 С -0,20

С(1)-Н(6) 1,08 Н(6)С(1)С(2) 110 5 Н 0,09

С(1)-Н(7) 1,08 Н(7)С(1)С(2) 110 6 Н 0,09

С(2)-Н(8) 1,08 Н(8)С(2)С(3) 118 7 Н 0,09

С(3)-С(9) 1,08 Н(9)С(3)С(2) 118 8 Н 0,09

С(4)-Н(10) 1,08 Н(10)С(4)С(3) 110 9 Н 0,09

С(4)-Н(11) 1,08 Н(11)С(4)С(3) 110 10 Н 0,09

С(4)-Н(12) 1,08 Н(12)С(4)С(3) 111 11 Н 0,09

12 Н 0,09

Рис.4. Геометрическое и электронное строение молекулы бутена-2 (Е0= -409247 кДж/моль, Еэл= -713922 кДж/моль)

Таблица 5

Оптимизированные длины связей, валентные углы и заряды атомов молекулы пентен-1

Дины связей R, Л Валентные углы Град Атом Заряд (по Мулликену)

С(1)-С(2) 1,31 1 С -0,19

С(2)-С(3) 1,50 С(3)С(2)С(1) 125 2 С -0,15

С(3)-С(4) 1,53 С(4)С(3)С(2) 112 3 С -0,15

С(4)-С(5) 1,52 С(5)С(4)С(3) 112 4 С -0,20

С(1)-Н(6) 1,07 Н(6)С(1)С(2) 121 5 С -0,24

С(1)-Н(7) 1,07 Н(7)С(1)С(2) 121 6 Н 0,10

С(2)-Н(8) 1,08 Н(8)С(2)С(3) 115 7 Н 0,10

С(3)-Н(9) 1,08 Н(9)С(3)С(2) 109 8 Н 0,10

С(3)-С(10) 1,08 Н(10)С(3)С(2) 108 9 Н 0,09

С(4)-Н(11) 1,08 Н(11)С(4)С(3) 109 10 Н 0,10

С(4)-Н(12) 1,08 Н(12)С(4)С(3) 108 11 Н 0,09

С(5)-Н(13) 1,08 Н(13)С(5)С(4) 111 12 Н 0,09

С(5)-Н(14) 1,08 Н(14)С(5)С(4) 111 13 Н 0,09

С(5)-Н(15) 1,08 Н(15)С(5)С(4) 111 14 Н 0,09

15 Н 0,09

Рис.5. Геометрическое и электронное строение молекулы пентен-1 (Е0= -511566 кДж/моль, Еэл= -958160 кДж/моль)

Таблица 6

Оптимизированные длины связей, валентные углы и заряды атомов молекулы гексен-1

Дины связей R, Л Валентные углы Град Атом Заряд (по Мулликену)

С(1)-С(2) 1,31 1 С -0,20

С(2)-С(3) 1,51 С(3)С(2)С(1) 128 2 С -0,16

С(3)-С(4) 1,53 С(4)С(3)С(2) 117 3 С -0,13

С(4)-С(5) 1,53 С(5)С(4)С(3) 115 4 С -0,22

С(5)-С(6) 1,52 С(6)С(5)С(4) 114 5 С -0,19

С(1)-Н(7) 1,07 Н(7)С(1)С(2) 122 6 С -0,24

С(1)-Н(8) 1,07 Н(8)С(1)С(2) 120 7 Н 0,10

С(2)-Н(9) 1,08 Н(9)С(2)С(1) 114 8 Н 0,10

С(3)-Н(10) 1,08 Н(10)С(3)С(2) 107 9 Н 0,10

С(3)-Н(11) 1,08 Н(11)С(3)С(2) 108 10 Н 0,11

С(4)-Н(12) 1,08 Н(12)С(4)С(3) 109 11 Н 0,10

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

С(4)-Н(13) 1,08 Н(13)С(4)С(3) 107 12 Н 0,10

С(5)-Н(14) 1,08 Н(14)С(5)С(4) 110 13 Н 0,10

С(5)-Н(15) 1,08 Н(15)С(5)С(4) 107 14 Н 0,10

С(6)-Н(16) 1,08 Н(16)С(6)С(5) 112 15 Н 0,09

С(6)-Н(17) 1,08 Н(17)С(6)С(5) 111 16 Н 0,09

С(6)-Н(18) 1,08 Н(18)С(6)С(5) 110 17 Н 0,08

18 Н 0,09

Рис.6. Геометрическое и электронное строение молекулы гексен-1 (Е0= -613884 кДж/моль, Еэл= -1236259 кДж/моль)

Таблица 7

Оптимизированные длины связей, валентные углы и заряды атомов молекулы гептен-1

Дины R, А Валентные углы Град Атом Заряд

связей (по Мулликену)

С(1)-С(2) 1,31 1 С -0,20

С(2)-С(3) 1,51 С(3)С(2)С(1) 128 2 С -0,16

С(3)-С(4) 1,53 С(4)С(3)С(2) 117 3 С -0,13

С(4)-С(5) 1,53 С(5)С(4)С(3) 116 4 С -0,23

С(5)-С(6) 1,53 С(6)С(5)С(4) 116 5 С -0,18

С(6)-С(7) 1,52 С(7)С(6)С(5) 114 6 С -0,20

С(1)-Н(8) 1,07 Н(8)С(1)С(2) 122 7 С -0,24

С(1)-Н(9) 1,07 Н(9)С(1)С(2) 120 8 Н 0,10

С(2)-Н(10) 1,08 Н(10)С(2)С(3) 114 9 Н 0,10

С(3)-Н(11) 1,08 Н(11)С(3)С(2) 107 10 Н 0,09

С(3)-Н(12) 1,08 Н(12)С(3)С(2) 108 11 Н 0,11

С(4)-Н(13) 1,08 Н(13)С(4)С(3) 109 12 Н 0,10

С(4)-Н(14) 1,08 Н(14)С(4)С(3) 107 13 Н 0,10

С(5)-Н(15) 1,08 Н(15)С(5)С(4) 109 14 Н 0,10

С(5)-Н(16) 1,08 Н(16)С(5)С(4) 107 15 Н 0,10

С(6)-Н(17) 1,08 Н(17)С(6)С(5) 110 16 Н 0,09

С(6)-Н(18) 1,08 Н(18)С(6)С(5) 107 17 Н 0,09

С(7)-Н(19) 1,08 Н(19)С(7)С(6) 112 18 Н 0,09

С(7)-Н(20) 1,08 Н(20)С(7)С(6) 111 19 Н 0,09

С(7)-Н(21) 1,08 Н(21)С(7)С(6) 110 20 Н 0,08

21 Н 0,09

Рис.7. Геометрическое и электронное строение молекулы гептен-1 (Е0= -716202 кДж/моль, Еэл= -716202 кДж/моль)

Таблица 8

Оптимизированные длины связей, валентные углы и заряды атомов молекулы октен-1

Дины R,Л Валентные углы Град Атом Заряд

связей (по Мулликену)

С(1)-С(2) 1,31 1 С -0,19

С(2)-С(3) 1,50 С(3)С(2)С(1) 125 2 С -0,15

С(3)-С(4) 1,53 С(4)С(3)С(2) 112 3 С -0,15

С(4)-С(5) 1,52 С(5)С(4)С(3) 113 4 С -0,19

С(5)-С(6) 1,52 С(6)С(5)С(4) 113 5 С -0,18

С(6)-С(7) 1,52 С(7)С(6)С(5) 113 6 С -0,18

С(7)-С(8) 1,52 С(8)С(7)С(6) 113 7 С -0,19

С(1)-Н(9) 1,07 Н(9)С(1)С(2) 121 8 С -0,23

С(1)-Н(10) 1,07 Н(10)С(1)С(2) 121 9 Н 0,10

С(2)-Н(11) 1,08 Н(11)С(2)С(3) 109 10 Н 0,10

С(3)-Н(12) 1,08 Н(12)С(3)С(2) 108 11 Н 0,09

С(3)-Н(13) 1,08 Н(13)С(3)С(2) 109 12 Н 0,10

С(4)-Н(14) 1,08 Н(14)С(4)С(3) 108 13 Н 0,10

С(4)-Н(15) 1,08 Н(15)С(4)С(3) 109 14 Н 0,09

С(5)-Н(16) 1,08 Н(16)С(5)С(4) 109 15 Н 0,10

С(5)-Н(17) 1,08 Н(17)С(5)С(4) 109 16 Н 0,09

С(6)-Н(18) 1,08 Н(18)С(6)С(5) 109 17 Н 0,09

С(6)-Н(19) 1,08 Н(19)С(6)С(5) 109 18 Н 0,09

С(7)-Н(20) 1,08 Н(20)С(7)С(6) 109 19 Н 0,09

С(7)-Н(21) 1,08 Н(21)С(7)С(6) 109 20 Н 0,09

С(8)-Н(22) 1,08 Н(22)С(8)С(7) 111 21 Н 0,09

С(8)-Н(23) 1,08 Н(23)С(8)С(7) 111 22 Н 0,08

С(8)-Н(24) 1,08 Н(24)С(8)С(7) 111 23 Н 0,09

24 Н 0,08

Таблица 9

Оптимизированные длины связей, валентные углы и заряды атомов молекулы нонен-1

Дины связей R,A Валентные углы Град Атом Заряд (по Мулликену)

С(1)-С(2) 1,32 1 С -0,20

С(2)-С(3) 1,51 С(3)С(2)С(1) 128 2 С -0,16

С(3)-С(4) 1,53 С(4)С(3)С(2) 117 3 С -0,13

С(4)-С(5) 1,53 С(5)С(4)С(3) 116 4 С -0,22

С(5)-С(6) 1,53 С(6)С(5)С(4) 116 5 С -0,18

С(6)-С(7) 1,53 С(7)С(6)С(5) 116 6 С -0,20

С(7)-С(8) 1,53 С(8)С(7)С(6) 116 7 С -0,19

С(8)-С(9) 1,52 С(9)С(8)С(7) 114 8 С -0,19

С(1)-Н(10) 1,08 Н(10)С(1)С(2) 122 9 С -0,24

С(1)-Н(11) 1,08 Н(11)С(1)С(2) 120 10 Н 0,10

С(2)-Н(12) 1,08 Н(12)С(2)С(3) 114 11 Н 0,10

С(3)-Н(13) 1,08 Н(13)С(3)С(2) 107 12 Н 0,09

С(3)-Н(14) 1,08 Н(14)С(3)С(2) 108 13 Н 0,11

С(4)-Н(15) 1,08 Н(15)С(4)С(3) 109 14 Н 0,10

С(4)-Н(16) 1,08 Н(16)С(4)С(3) 107 15 Н 0,10

С(5)-Н(17) 1,08 Н(17)С(5)С(4) 109 16 Н 0,10

С(5)-Н(18) 1,08 Н(18)С(5)С(4) 107 17 Н 0,10

С(6)-Н(19) 1,08 Н(19)С(6)С(5) 109 18 Н 0,09

С(6)-Н(20) 1,08 Н(20)С(6)С(5) 107 19 Н 0,10

С(7)-Н(21) 1,08 Н(21)С(7)С(6) 109 20 Н 0,10

С(7)-Н(22) 1,08 Н(22)С(7)С(6) 107 21 Н 0,09

С(8)-Н(23) 1,08 Н(23)С(8)С(7) 110 22 Н 0,09

С(8)-Н(24) 1,08 Н(24)С(8)С(7) 107 23 Н 0,09

С(9)-Н(25) 1,08 Н(25)С(9)С(8) 111 24 Н 0,09

С(9)-Н(26) 1,08 Н(26)С(9)С(8) 110 25 Н 0,08

С(9)-Н(27) 1,08 Н(27)С(9)С(8) 111 26 Н 0,09

27 Н 0,09

Таблица 10

Оптимизированные длины связей, валентные углы и заряды атомов молекулы декен-1

Дины связей R,A Валентные углы Град Атом Заряд (по Мулликену)

С(1)-С(2) 1,32 1 С -0,20

С(2)-С(3) 1,51 С(3)С(2)С(1) 128 2 С -0,16

С(3)-С(4) 1,53 С(4)С(3)С(2) 117 3 С -0,13

С(4)-С(5) 1,53 С(5)С(4)С(3) 116 4 С -0,22

С(5)-С(6) 1,53 С(6)С(5)С(4) 116 5 С -0,18

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

С(6)-С(7) 1,53 С(7)С(6)С(5) 116 6 С -0,18

С(7)-С(8) 1,53 С(8)С(7)С(6) 114 7 С -0,19

С(8)-С(9) 1,53 С(9)С(8)С(7) 114 8 С -0,19

С(9)-С(10) 1,52 С(10)С(9)С(8) 114 9 С -0,19

С(1)-Н(11) 1,08 Н(11)С(1)С(2) 122 10 С -0,24

С(1)-Н(12) 1,08 Н(12)С(1)С(2) 120 11 Н 0,10

С(2)-Н(13) 1,08 Н(13)С(2)С(3) 114 12 Н 0,10

С(3)-Н(14) 1,08 Н(14)С(3)С(2) 107 13 Н 0,09

С(3)-Н(15) 1,08 Н(15)С(3)С(2) 108 14 Н 0,11

С(4)-Н(16) 1,08 Н(16)С(4)С(3) 109 15 Н 0,10

С(4)-Н(17) 1,08 Н(17)С(4)С(3) 107 16 Н 0,10

С(5)-Н(18) 1,08 Н(18)С(5)С(4) 109 17 Н 0,10

С(5)-Н(19) 1,08 Н(19)С(5)С(4) 107 18 Н 0,10

С(6)-Н(20) 1,08 Н(20)С(6)С(5) 109 19 Н 0,10

С(6)-Н(21) 1,08 Н(21)С(6)С(5) 107 20 Н 0,09

С(7)-Н(22) 1,08 Н(22)С(7)С(6) 109 21 Н 0,09

С(7)-Н(23) 1,08 Н(23)С(7)С(6) 107 22 Н 0,09

С(8)-Н(24) 1,08 Н(24)С(8)С(7) 110 23 Н 0,09

С(8)-Н(25) 1,08 Н(25)С(8)С(7) 108 24 Н 0,09

С(9)-Н(26) 1,08 Н(26)С(9)С(8) 109 25 Н 0,09

С(9)-Н(27) 1,08 Н(27)С(9)С(8) 108 26 Н 0,09

С(10)-Н(28) 1,08 Н(28)С(10)С(9) 111 27 Н 0,09

С(10)-Н(29) 1,08 Н(29)С(10)С(9) 110 28 Н 0,08

С(10)-Н(30) 1,08 Н(30)С(10)С(9) 111 29 Н 0,09

30 Н 0,09

Рис.10. Геометрическое и электронное строение молекулы декен-1 (Е0= -1023184 кДж/моль, Ем= -2428253 кДж/моль)

Таблица 11

Общая энергия-Е0, электронная энергия- ЕЭЛ, заряды на атомах- qH и значение универсального показателя кислотной силы линейных олефинов (см. рис.1-10 и табл.1-10)

№п/п Олефин -Ео (кДж/моль) -Еэл (кДж/моль) qca qcp q H+ 4max рКа

1. Этилен -204558 -292855 -0,22 -0,22 0,11 35

2. Пропен -306903 -493272 -0,21 -0,17 0,10 36

3. Бутен-1 -409247 -717329 -0,20 -0,16 0,10 36

4. Бутен-2 -409247 -713922 -0,20 -0,16 0,09 36

5. Пентен-1 -511566 -958160 -0,19 -0,15 0,10 36

6. Гексен-1 -613884 -1236259 -0,20 -0,16 0,11 35

7. Гептен-1 -716202 -716202 -0,20 -0,16 0,11 35

8. Октен-1 -818547 -1755111 -0,19 -0,15 0,10 36

9. Нонен-1 -920839 -2120407 -0,20 -0,16 0,10 36

10. Декен-1 -1023184 -2428253 -0,20 -0,16 0,11 35

Из таблиц видно, что у всех изучаемых линейных олефинов катионной полимеризации максимальный заряд на атоме водорода -qH+ одинаковый (в рамках ошибки метода AB INITIO) и равен +0,10(±0.01). Отсюда легко по формуле рКа=49,4-134,6^тахН+ [5] определяем значения рКа=36(±1). В связи с этим, независимо от природы и степени разветвленности линейные олефины обладают одинаковой и весьма низкой кислотной силой рКа=+36 (±). То есть, от кислотной силы мономера не будет зависеть эффективность процесса катионной полимеризации, и в частности, эффективность инициирование и этот параметр (рКа) олефина практически не будет влиять на качество получаемого полимера.

Таким образом, нами впервые был выполнен квантово-химический расчет классическим методом AB INITIO в базисе 6-311G** с оптимизацией геометрии по всем параметрам стандартным градиентным методом линейных олефинов способных к катионной полимеризации [5]: этилена, пропилена, бутена-1, бутена-2, пентена-1, гексена-1, гептена-1, октена-1, нонена-1, декена-1. Получено оптимизированное геометрическое и электронное строение этих соединений. Теоретически оценена их кислотная сила. Установлено, что все исследуемые олефины независимо от степени разветвленности обладают одинаковой и весьма низкой кислотной силой рКа=+36 (±), хотя количественно отличаются (рКа приблизительно равно 43), но качественно по этому параметру совпадает с результатами, полученными при использовании метода CNDO/2 [7], так как обе оценки относят линейные олефины к классу очень слабых Н-кислот (рКа>14).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Babkin V.A., Minsker K.S., Zaikov G.E. Quantum chemical calculation of cationic polymerization olefins. New-York. 1997. P.138.

2. Бабкин В.А., Минскер К.С., Заиков Г.Е. Квантово-химические аспекты катионной полимеризации олефинов. Уфа, 1996. 181 с.

3. Сангалов Ю.А., Минскер К.С. Полимеры и сополимеры изобутилена. Уфа, 2001. 381 с.

4. Кеннеди Дж. Катионная полимеризация олефинов. М., 1978. 431 с.

5. Shmidt M.W., Gordon M.S. and another // J. Comput. Chem, 1993. №.14. P.1347-1363.

6. Babkin V.A., Fedunov R.G., Minsker K.S. and another. Oxidation communication. 2002. №1, vol.25. P.21-47.

7. Мешков А.Н., Слышкин С.Н., Скворцов Д.А. Оценка кислотной силы линейных олефинов и несопряженных диолефинов // В сб. статей СФ ВолгГАСУ «Теоретические и прикладные аспекты современного естествознания». Волгоград, 2005.С. 42-53.

8. Bode, B. M. and Gordon, M. S. // J. Mol. Graphics Mod., 1998. №16. P.133-138.

SUMMARY. For the first time with the help of quantum chemical semiempirical method CNDO/2 in parametrization of Santry-Pople-Segal a calculation of typical linear olefins of cationic polymerization was done. We have discovered optimized, geometric and electronic structure of these conjunctions. Theoretical evaluation of acid strength of these olefins was done pKa=35-36. It is shown that they belong to the class of very weak H-acids(pKa>14).

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.