CC BY
23
УДК 547.022:544.183.26
В. А. Бабкин, И. Н. Козлов, О. В. Стоянов,
Г. Е. Заиков
КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ МОЛЕКУЛЫ 1,4 -(1,1'-ДИИНДЕНИЛ)ТРАНС-БУТЕНА-2
И 1,2 -(3,3'-ДИИНДЕНИЛ)БУТАНА МЕТОДОМ MNDO
Ключевые слова: квантово-химический расчет, метод MNDO, 1,4 -(1,1'-диинденил)транс-бутен-2 и 1,2 -(3,3 '-
диинденил) бутана, кислотная сила.
Впервые выполнен квантово-химический расчет молекулы 1,4 -(1,1'-диинденил)транс-бутена-2 и 1,2 -(3,3'-диинденил)бутана 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 1,4 -(1,1'-диинденил)транс-бутена-2 и 1,2 -(3,3'-диинденил)бутана относится к классу очень слабых кислот (pKa>14).
Keywords: quantum chemical calculation, method MNDO, 1,4 -(1,1 '-diindenil)trans-buten-2 and 1,2 -(3,3'-diindenil)butan, acid
strength.
For the first time it is executed quantum chemical calculation of a molecule of 1,4 -(1,1'-diindenil)trans-buten-2 and 1,2 -(3,3'-diindenil)butan method MNDO with optimization of geometry on all parameters. The optimized geometrical and electronic structure of this connection is received. Acid force of 1,4 -(1,1'-diindenil)trans-buten-2 and 1,2 -(3,3'-diindenil)butan 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 1,4 -(1,1-
диинденил)транс-бутена-2 и 1,2 -(3,3'-
диинденил)бутана [1] методом MNDO с оптимизацией геометрии по всем параметрам стандартным градиентным методом, встроенным в PC GAMES S [2], в приближении изолированной молекулы в газовой фазе и теоретическая оценка его кислотной силы. Для визуального представления модели молекулы использовалась известная программа MacMolPlt [3].
Результаты расчетов
Оптимизированное геометрическое и электронное строение, общая энергия и электронная энергия молекулы 1,4 -(1,1'-диинденил)транс-
бутена-2 и1,2 -(3,3'-диинденил)бутана получена методом MNDO и показаны на рис.1-2 и в табл.1-3. Используя известную формулу рКа=42,11-
147,18 q^ [4] (qнтх = +0,07- максимальный 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.
Таким образом, нами впервые выполнен квантово-химический расчет молекулы 1,4 -(1,1-диинденил)транс-бутена-2 и 1,2 -(3,3'-
диинденил)бутана методом MNDO. Получено оптимизированное геометрическое и электронное строение этого соединения. Теоретически оценена его кислотная сила рКа = 32. Установлено, что 1,4 -(1,1'-диинденил)транс-бутен-2 и 1,2 -(3,3'-
диинденил)бутана относится к классу очень слабых Н-кислот ( pKa>14).
Рис. 1 - Геометрическое и электронное строение молекулы 1,4 -(1,1'-диинденил)транс-бутена-2 (Е0= -297916 кДж/моль, Еэл= -2085995 кДж/моль)
Рис. 2 - Геометрическое и электронное строение молекулы 1,2 -(3,3'-диинденил)бутана (Е0= -300793 кДж/моль, Еэл= -2171123 кДж/моль)
Таблица 1 - Оптимизированные длины связей, валентные углы и заряды на атомах молекулы 1,4 -(1,1-диинденил)транс-бутена-2
Таблица 2 - Оптимизированные длины связей, валентные углы и заряды на атомах молекулы 1,2 -(3,3-диинденил)бутана
Длины связей Я,Л Валентные углы Град
С(2)-С(1) 1,40 С(2)-С(1)-С(3) 119
С(3)-С(1) 1,41 С(1)-С(3)-С(4) 121
С(4)-С(3) 1,40 С(5)-С(6)-С(4) 119
С(4)-С(6) 1,41 С(1)-С(2)-С(5) 121
С(5)-С(2) 1,44 С(2)-С(5)-С(6) 120
С(6)-С(5) 1,40 С(1)-С(2)-С(7) 131
С(7)-С(2) 1,47 С(2)-С(5)-С(8) 109
С(8)-С(5) 1,53 С(7)-С(9)-С(8) 112
С(8)-С(9) 1,53 С(2)-С(7)-С(9) 110
С(9)-С(7) 1,36 С(1)-С(3)-Н(10) 119
Н(10)-С(3) 1,09 С(2)-С(1)-Н(11) 121
Н(11)-С(1) 1,09 С(2)-С(7)-Н(12) 123
Н(12)-С(7) 1,08 С(7)-С(9)-Н(13) 127
Н(13)-С(9) 1,08 С(5)-С(6)-Н(14) 122
Н(14)-С(6) 1,09 С(3)-С(4)-Н(15) 120
Н(15)-С(4) 1,09 С(5)-С(8)-С(16) 114
С(16)-С(8) 1,55 С(8)-С(16)-Н(17) 109
Н(17)-С(16) 1,12 С(5)-С(8)-Н(18) 108
Н(18)-С(8) 1,12 С(8)-С(16)-Н(19) 109
Н(19)-С(16) 1,11 С(8)-С(16)-С(20) 115
С(20)-С(16) 1,51 С(16)-С(20)-С(21) 125
С(21)-С(20) 1,35 С(20)-С(21)-С(22) 125
С(22)-С(21) 1,51 С(21)-С(22)-С(23) 115
С(23)-С(22) 1,55 С(22)-С(23)-С(24) 115
С(24)-С(23) 1,53 С(22)-С(23)-С(25) 115
С(25)-С(23) 1,53 С(23)-С(25)-С(26) 109
С(26)-С(25) 1,44 С(24)-С(27)-С(26) 110
С(26)-С(27) 1,47 С(23)-С(24)-С(27) 112
С(27)-С(24) 1,36 С(25)-С(26)-С(28) 121
С(28)-С(26) 1,40 С(26)-С(28)-С(29) 119
С(29)-С(28) 1,41 С(28)-С(29)-С(30) 121
С(30)-С(29) 1,40 С(25)-С(31)-С(30) 119
С(30)-С(31) 1,41 С(23)-С(25)-С(31) 131
С(31)-С(25) 1,40 С(26)-С(28)-Н(32) 121
Н(32)-С(28) 1,09 С(28)-С(29)-Н(33) 119
Н(33)-С(29) 1,09 С(29)-С(30)-Н(34) 120
Н(34)-С(30) 1,09 С(25)-С(31)-Н(35) 122
Н(35)-С(31) 1,09 С(20)-С(21)-Н(36) 120
Н(36)-С(21) 1,10 С(16)-С(20)-Н(37) 114
Н(37)-С(20) 1,10 С(21)-С(22)-Н(38) 107
Н(38)-С(22) 1,12 С(21)-С(22)-Н(39) 111
Н(39)-С(22) 1,11 С(22)-С(23)-Н(40) 109
Н(40)-С(23) 1,12 С(24)-С(27)-Н(41) 127
Н(41)-С(27) Н(42)-С(24) 1,08 1,08 С(23)-С(24)-Н(42) 122
Длины связей Я,Л Валентные углы Град
С(2)-С(1) 1,41 С(2)-С(1)-С(3) 119
С(3)-С(1) 1,40 С(1)-С(2)-С(4) 121
С(4)-С(2) 1,40 С(5)-С(6)-С(4) 119
С(4)-С(6) 1,41 С(1)-С(3)-С(5) 120
С(5)-С(3) 1,44 С(3)-С(5)-С(6) 121
С(6)-С(5) 1,40 С(1)-С(3)-С(7) 132
С(7)-С(3) 1,49 С(3)-С(5)-С(8) 109
С(8)-С(5) 1,52 С(7)-С(9)-С(8) 112
С(8)-С(9) 1,52 С(3)-С(7)-С(9) 108
С(9)-С(7) 1,37 С(39)-С(40)-С(10) 116
С(10)-С(40) 1,50 С(40)-С(10)-С(11) 127
С(11)-С(10) 1,37 С(10)-С(11)-С(12) 112
С(12)-С(11) 1,52 С(11)-С(12)-С(13) 102
С(13)-С(12) 1,52 С(10)-С(14)-С(13) 108
С(13)-С(14) 1,44 С(40)-С(10)-С(14) 125
С(14)-С(10) 1,49 С(10)-С(14)-С(15) 132
С(15)-С(14) 1,40 С(12)-С(13)-С(16) 130
С(16)-С(13) 1,40 С(14)-С(15)-С(17) 119
С(17)-С(15) 1,41 С(16)-С(18)-С(17) 121
С(17)-С(18) 1,40 С(13)-С(16)-С(18) 119
С(18)-С(16) 1,41 С(1)-С(2)-Н(19) 119
Н(19)-С(2) 1,09 С(2)-С(1)-Н(20) 119
Н(20)-С(1) 1,09 С(2)-С(4)-Н(21) 120
Н(21)-С(4) 1,09 С(5)-С(6)-Н(22) 121
Н(22)-С(6) 1,09 С(5)-С(8)-Н(23) 112
Н(23)-С(8) 1,11 С(5)-С(8)-Н(24) 112
Н(24)-С(8) 1,11 С(11)-С(12)-Н(25) 112
Н(25)-С(12) 1,11 С(11)-С(12)-Н(26) 112
Н(26)-С(12) 1,11 С(7)-С(9)-Н(27) 127
Н(27)-С(9) 1,08 С(10)-С(11)-Н(28) 127
Н(28)-С(11) 1,08 С(13)-С(16)-Н(29) 121
Н(29)-С(16) 1,09 С(16)-С(18)-Н(30) 120
Н(30)-С(18) 1,09 С(15)-С(17)-Н(31) 119
Н(31)-С(17) 1,09 С(14)-С(15)-Н(32) 122
Н(32)-С(15) 1,09 С(3)-С(7)-С(33) 125
С(33)-С(7) 1,50 С(7)-С(33)-С(34) 114
С(34)-С(33) 1,54 С(7)-С(33)-Н(35) 109
Н(35)-С(33) 1,11 С(7)-С(33)-Н(36) 109
Н(36)-С(33) 1,12 С(33)-С(34)-Н(37) 109
Н(37)-С(34) 1,11 С(33)-С(34)-Н(38) 109
Н(38)-С(34) 1,11 С(33)-С(34)-С(39) 114
С(39)-С(34) 1,54 С(34)-С(39)-С(40) 116
С(40)-С(39) 1,55 С(34)-С(39)-Н(41) 109
Н(41)-С(39) 1,12 С(34)-С(39)-Н(42) 109
Н(42)-С(39) 1,11 С(39)-С(40)-Н(43) 108
Н(43)-С(40) 1,12 С(39)-С(40)-Н(44) 109
Н(44)-С(40) 1,12
Таблица 3 - Общая энергия (Е0 , кДж/моль),
/ н+ \
максимальный заряд на атоме водорода (цтах), универсальный показатель кислотности (рКа)
мономеров
Мономер -Ее н+ рКа
1,4 -(1,1'-диинденил)транс-бутена-2 297916 +0,07 32
1,2 -(3,3'-диинденил)бутана 300793 +0,07 32
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.
технол. 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.
технол. ун-та. Т. 15, №13, с. 168, 2012.
7. В.А. Бабкин, В.В. Трифонов, Г.А. Заиков, Л.Е.
Кузнецова. Квантово-химический расчет молекулы
транс-изосафрола методом MNDO. Вестн. Казан.
технол. ун-та. Т. 15, №13, с. 169-170, 2012.
8. В.А. Бабкин, Д.С. Андреев, Е.С. Титова, И.Ю.
Каменева, А.И. Рахимов, Г. Е. Заиков, Л. Е. Кузнецова. Оценка кислотной силы некоторых фторсодержащих пиримидинов методом MNDO. Вестн. Казан. технол. ун-та. Т. 15, №14, с. 16-18, 2012.
9. В.А. Бабкин, И.А. Короткова, Е.С. Титова, Г.Е. Заиков, О.В. Стоянов, Д.С. Андреев. Теоретическая оценка кислотной силы некоторых пиримидинов методом М№ЭО. Вестн. Казан. технол. ун-та. Т. 15, №20, с. 1721, 2012.
10. В.А. Бабкин, И.А. Короткова, Е.С. Титова, Г.Е. Заиков, О.В. Стоянов, Д.С. Андреев. Квантовохимический расчет некоторых пиримидинов методом М№ЭО. Вестн. Казан. технол. ун-та. Т. 15, №21, с. 7-10, 2012.
11. В.А. Бабкин, А.В. Игнатов, А.Н. Игнатов, М.Н. Гулюкин, В.Ю. Дмитриев, О.В. Стоянов, Г.Е. Заиков. Квантовохимический расчет некоторых молекул триборотолов. Вестн. Казан. технол. ун-та. Т. 16, №2, с. 15-17, 2013.
12. В.А. Бабкин, Д.С. Андреев, А.В. Игнатов, О.В. Стоянов, Г.Е. Заиков. Квантово-химическое изучение механизма протонирования 4-метилпентена-1 методом М№ЭО. Вестн. Казан. технол. ун-та. Т. 16, №3, с.11-16, 2013.
13. В.А. Бабкин, Д.С. Андреев, А.В. Игнатов, О.В. Стоянов, Г.Е. Заиков. Квантово-химическое изучение механизма протонирования 4-метилгексена-1 методом М№ЭО. Вестн. Казан. технол. ун-та. Т. 16, №3, с.16-19, 2013.
14. 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 М№ЭО. Вестн. Казан. технол. ун-та. Т. 16, №4, с.23-25, 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, e-mail: [email protected].
