Квантово-химический расчет молекулы 1,2-(3,3´-диинденил)этана и 3,3´-диинденила методом MNDO Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

УДК 544.1S

В. А. Бабкин, И. Н. Козлов, О. В. Стоянов,

Г. Е. Заиков

КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ МОЛЕКУЛЫ 1,2-(3,3'-ДИИНДЕНИЛ)ЭТАНА И 3,3'-ДИИНДЕНИЛА МЕТОДОМ MNDO

Ключевые слова: квантово-химический расчет, метод MNDO, 1,2-(3,3 '-диинденил)этан и 3,3 '-диинденила, кислотная сила.

Впервые выполнен квантово-химический расчет молекулы 1,2-(3,3'-диинденил)этана и 3,3’-диинденила методом MNDO с оптимизацией геометрии по всем параметрам стандартным градиентным методом. Получено оптимизированное геометрическое и электронное строение этого соединения. Теоретически оценена его кислотная сила (рКа = 32). Установлено, что молекула 1,2-(3,3'-диинденил)этана и 3,3'-диинденила относится к классу очень слабых кислот (pKa>14).

Keywords: quantum chemical calculation, method MNDO, 1,2-(3,3 '-diindenil)ethan and 3,3 '-diindenil, acid strength.

For the first time it is executed quantum chemical calculation of a molecule of 1,2-(3,3' -diindenil) ethan and 3,3'-diindenil method MNDO with optimization of geometry on all parameters. The optimized geometrical and electronic structure of this connection is received. Acid force of 1,2-(3,3'-diindenil) ethan and 3,3'-diindenil is theoretically appreciated. It is established, than it to relate to a class of very weak H-acids (pKa=+32, where pKa-universal index of acidity).

Введение

Целью настоящей работы является квантовохимический расчет молекулы 1,2-(3,3'-диинденил)этана и 3,3'-диинденила [1] методом ММЭО с оптимизацией геометрии по всем параметрам стандартным градиентным методом, встроенным в РС вЛМБ88 [2], в приближении изолированной молекулы в газовой фазе и теоретическая оценка его кислотной силы. Для визуального представления модели молекулы использовалась известная программа МасМо1РИ [3].

Результаты расчетов

Оптимизированное геометрическое и электронное строение, общая энергия и электронная энергия молекулы 1,2-(3,3'-диинденил)этана и3,3'-диинденила получена методом МКЭО и показаны на рис.1-2 и в табл.1-3. Используя известную формулу рКа=42,11-147,18 д^х [4] (дн+ = +0,07- макси-

мальный заряд на атоме водорода, рКа- универсальный показатель кислотности см. табл. 1-3), которая с успехом используется, например, в работах [5-14], находим значение кислотной силы равное рКа = 32.

І4 Г

Н&-

Рис. l - Геометрическое и электронное строение молекулы 1,2-(3,3 '-диинденил)этана (Е0= -270659 кДж/моль, Еэл= -1899175 кДж/моль)

Таблица 1 - Оптимизированные длины связей, валентные углы и заряды на атомах молекулы 1,2-(3,3 -диинденил)этана

Длины связей R,A Валентные углы Град

C(2)-C(1) 1,41 C(2)-C(1)-C(3) 119

C(3)-C(1) 1,40 C(1)-C(2)-C(4) 121

C(4)-C(2) 1,40 C(5)-C(6)-C(4) 119

C(4)-C(6) 1,41 C(1)-C(3)-C(5) 120

C(5)-C(3) 1,44 C(3)-C(5)-C(6) 121

C(6)-C(5) 1,40 C(1)-C(3)-C(7) 132

C(7)-C(3) 1,49 C(3)-C(5)-C(8) 109

C(8)-C(5) 1,52 C(7)-C(9)-C(8) 112

C(8)-C(9) 1,52 C(3)-C(7)-C(9) 108

C(9)-C(7) 1,37 C(3)-C(7)-C(10) 128

C(10)-C(14) 1,49 C(13)-C(14)-C(10) 108

C(11)-C(10) 1,37 C(10)-C(11)-C(12) 112

C(12)-C(11) 1,52 C(11)-C(12)-C(13) 102

C(13)-C(12) 1,52 C(12)-C(13)-C(14) 109

C(14)-C(13) 1,44 C(13)-C(14)-C(15) 120

C(15)-C(14) 1,40 C(12)-C(13)-C(16) 130

C(16)-C(13) 1,40 C(17)-C(18)-C(16) 121

C(16)-C(18) 1,41 C(14)-C(15)-C(17) 119

C(17)-C(15) 1,41 C(15)-C(17)-C(18) 121

C(18)-C(17) 1,40 C(1)-C(2)-H(19) 119

H(19)-C(2) 1,09 C(2)-C(1)-H(20) 119

H(20)-C(1) 1,09 C(2)-C(4)-H(21) 120

H(21)-C(4) 1,09 C(5)-C(6)-H(22) 121

H(22)-C(6) 1,09 C(5)-C(8)-H(23) 112

H(23)-C(8) 1,11 C(5)-C(8)-H(24) 112

H(24)-C(8) 1,11 C(11)-C(12)-H(25) 112

H(25)-C(12) 1,11 C(11)-C(12)-H(26) 112

H(26)-C(12) 1,11 C(7)-C(9)-H(27) 127

H(27)-C(9) 1,08 C(10)-C(11)-H(28) 127

H(28)-C(11) 1,08 C(13)-C(16)-H(29) 121

H(29)-C(16) 1,09 C(17)-C(18)-H(30) 120

H(30)-C(18) 1,09 C(15)-C(17)-H(31) 119

H(31)-C(17) 1,09 C(14)-C(15)-H(32) 122

H(32)-C(15) 1,09 C(3)-C(7)-C(33) 125

C(33)-C(7) 1,50 C(10)-C(34)-C(33) 116

C(33)-C(34) 1,55 C(7)-C(10)-C(34) 231

C(34)-C(10) 1,50 C(7)-C(33)-H(35) 109

H(35)-C(33) 1,12 C(7)-C(33)-H(36) 109

H(36)-C(33) 1,11 C(10)-C(34)-H(37) 109

H(37)-C(34) 1,11 C(10)-C(34)-H(38) 109

H(38)-C(34) 1,12

Рис. 2 - Геометрическое и электронное строение молекулы 3,3 '-диинденила (Е0= -240404 кДж/моль, Еэл= -1585445 кДж/моль)

Таблица 2 - Оптимизированные длины связей,

валентные углы и заряды на атомах молекулы 3,3 '- диинденила

Длины связей R,A Валентные углы Град

C(2)-C(1) 1,42 C(2)-C(1)-C(3) 119

C(3)-C(1) 1,40 C(1)-C(2)-C(4) 121

C(4)-C(2) 1,40 C(5)-C(6)-C(4) 119

C(4)-C(6) 1,42 C(1)-C(3)-C(5) 121

C(5)-C(3) 1,45 C(3)-C(5)-C(6) 119

C(6)-C(5) 1,40 C(1)-C(3)-C(7) 133

C(7)-C(3) 1,45 C(8)-C(9)-C(7) 103

C(7)-C(9) 1,55 C(3)-C(5)-C(8) 112

C(8)-C(5) 1,53 C(5)-C(8)-C(9) 103

C(9)-C(8) 1,55 C(10)-C(11)-C(9) 266

C(9)-C(11) 1,57 C(3)-C(7)-C(10) 149

C(10)-C(7) 1,36 C(7)-C(10)-C(11) 94

C(11)-C(10) 1,55 C(10)-C(11)-C(12) 103

C(12)-C(11) 1,55 C(11)-C(12)-C(13) 103

C(13)-C(12) 1,53 C(10)-C(14)-C(13) 106

C(13)-C(14) 1,45 C(7)-C(10)-C(14) 149

C(14)-C(10) 1,45 C(10)-C(14)-C(15) 133

C(15)-C(14) 1,40 C(12)-C(13)-C(16) 128

C(16)-C(13) 1,40 C(17)-C(18)-C(16) 121

C(16)-C(18) 1,42 C(14)-C(15)-C(17) 119

C(17)-C(15) 1,42 C(15)-C(17)-C(18) 121

C(18)-C(17) 1,40 C(1)-C(2)-H(19) 119

H(19)-C(2) 1,09 C(2)-C(1)-H(20) 120

H(20)-C(1) 1,09 C(2)-C(4)-H(21) 120

H(21)-C(4) 1,09 C(5)-C(6)-H(22) 121

H(22)-C(6) 1,09 C(5)-C(8)-H(23) 111

H(23)-C(8) 1,11 C(5)-C(8)-H(24) 112

H(24)-C(8) 1,11 C(11)-C(12)-H(25) 111

H(25)-C(12) 1,11 C(11)-C(12)-H(26) 113

H(26)-C(12) 1,11 C(8)-C(9)-H(27) 110

H(27)-C(9) 1,11 C(10)-C(11)-H(28) 115

H(28)-C(11) 1,11 C(13)-C(16)-H(29) 121

H(29)-C(16) 1,09 C(17)-C(18)-H(30) 120

H(30)-C(18) 1,09 C(15)-C(17)-H(31) 119

H(31)-C(17) 1,09 C(14)-C(15)-H(32) 121

H(32)-C(15) 1,09

Таблица 3 - Общая энергия (Е0 , кДж/моль), максимальный заряд на атоме водорода (д^), универсальный показатель кислотности (рКа) мо-

номеров

№ Мономер -Eg H+ qmSx рКа

1 1,2-(3,3'-диинденил) этана 270659 +0,07 32

2 3,3 '-диинденила 240404 +0,07 32

Таким образом, нами впервые выполнен квантово-химический расчет молекулы 1,2-(3,3'-

диинденил) этана и 3,3'-диинденила методом MNDO. Получено оптимизированное геометрическое и электронное строение этого соединения. Теоретически оценена его кислотная сила рКа = 32. Установлено, что 1,2-(3,3'-диинденил)этан и 3,3'-диинденила относится к классу очень слабых Н-кислот ( pKa>14).

Литература

1. Дж Кеннеди. Катионная полимеризация олефинов. Изд-во «Мир»- М., 1978. - 431 с..

2. M.W. Shmidt, K.K. Baldrosge, J.A. Elbert, M.S. Gordon, and anothers General Atomic and Molecular Electronic Structure Systems. J. Comput. Chem. №14. Р. 1347-1363, 1993

3. B.M. Bode and M.S. Gordon. MacMolPlt: A Graphical User Interface for GAMESS. J. Molec. Graphics. №16. Р. 133-138, 1998.

4. V.A. Babkin, R.G. Fedunov, K.S. Minsker. and anothers. Oxidation communication, 2002,№1, 25, 21-47.

5. В.А. Бабкин, В.В. Трифонов, Г.Е. Заиков, С.Ю. Софьина. Квантово-химический расчет молекулы о-аллилоксистирола методом MNDO. Вестн. Казан. тех-нол. ун-та. Т. 15, №13, с. 166-167, 2012.

6. В.А. Бабкин, В.В. Трифонов, С.Н. Русанова, Г.Е. Заиков. Квантово-химический расчет молекулы п-аллилоксистирола методом MNDO. Вестн. Казан. тех-нол. ун-та. Т. 15, №13, с. 168, 2012.

7. В.А. Бабкин, Д.С. Андреев, А.В. Игнатов, О.В. Стоянов, Г.Е. Заиков. Квантово-химическое изучение механизма протонирования 4,4-диметилпентена-1 методом MNDO. Вестн. Казан. технол. ун-та. Т. 16, №4, с.23-25, 2013.

8. В.А. Бабкин, Д.С. Андреев, О.В. Стоянов, Г.Е. Заиков. Квантово-химический расчет молекулы бутадиена-1,3 и 2-метилбутадиена-1,3 методом MNDO. Вестн. Казан. технол. ун-та. Т16, №8, с.21 -25, 2013.

9. В.А. Бабкин, Д.С. Андреев, О.В. Стоянов, Г.Е. Заиков. Квантово-химический расчет молекулы пентадиена-1,3 и транс,транс-гексадиена-2,4 методом MNDO. Вестн. Казан. технол. ун-та. Т16, №8, с.25 -27, 2013г.

10. В.А. Бабкин, Д.С. Андреев, О.В. Стоянов, Г.Е. Заиков.

квантово-химический расчет молекулы 2-

фенилбутадиена-1,3 и 1-фенил-4-метилбутадиена-1,3 методом MNDO. Вестн. Казан. технол. ун-та. Т16, №8, с.38-41, 2013.

11. В.А. Бабкин, Д.С. Андреев, О.В. Стоянов, Г.Е. Заиков. Квантово-химический расчет молекулы 2,3-диметилбутадиена-1,3, аллоцимена и хлоропрена методом MNDO. Вестн. Казан. технол. ун-та. Т16, №8, с.41 -43, 2013.

12. В.А. Бабкин, Д.С. Андреев, О.В. Стоянов, Г.Е. Заиков Квантово-химический расчет молекулы мирцена и трансгексатриена-1,3,5 методом MNDO. Вестн. Казан. технол. ун-та. Т16, №8, с.43 -48, 2013г.

13. В.А. Бабкин, Д.С. Андреев, О.В. Стоянов, Г.Е. Заиков. Квантово-химический расчет молекулы цис,транс-гексадиена-2,4 и цис,цис-гексадиена-2,4 методом MNDO. Вестн. Казан. технол. ун-та. Т16, №9, с.7-9, 2013.

14. В.А. Бабкин, Д.С. Андреев, О.В. Стоянов, Г.Е. Заиков. Квантово-химический расчет молекулы транс-2-метилпентадиена-1,3 и транс-3-метилпентадиена-1,3 методом MNDO. Вестн. Казан. технол. ун-та. Т16, №9, с.9-11, 2013.

© В. А. Бабкин - д-р хим. наук, проф. нач. научн. отдела Себряковского филиала Волгоградского госуд. архитектурностроительного ун-та, [email protected]; И. Н. Козлов - студ. того же вуза; О. В. Стоянов - д-р техн. наук, проф., зав. каф. технологии пластических масс КНИТУ; Г. Е. Заиков - Институт биохимической физики РАН, [email protected].