Квантово-химический расчет молекулы 13,13-дибромбицикло[10,1,0]тридекана методом MNDO Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

УДК 577.175.522

В. А. Бабкин, В. А. Белозеров, А. Ф. Яруллин,

Г. Е. Заиков

КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ МОЛЕКУЛЫ 13,13-ДИБРОМБИЦИКЛО[10,1,0]ТРИДЕКАНА

МЕТОДОМ MNDO

Ключевые слова: квантово-химический расчет, метод MNDO, 13,13-дибромбицикло[10,1,0]тридекан, кислотная сила.

Впервые выполнен квантово-химический расчет молекулы 13,13-дибромбицикло[10,1,0]тридекана методом MNDO с оптимизацией геометрии по всем параметрам стандартным градиентным методом. Получено оптимизированное геометрическое и электронное строение этого соединения. Теоретически оценена его кислотная сила (pKa=35). Установлено, что молекула 13,13-дибромбицикло[10,1,0]тридекана относится к классу очень слабых кислот (рКа>14).

Keywords: quantum chemical calculation, methodMNDO, 13,13-dibrombicyclo[10,1,0]tridekane, acid strength.

For the first time it is executed quantum chemical calculation of a molecule of 13,13-dibrombicyclo[10,1,0]tridekane method MNDO with optimization of geometry on all parameters. The optimized geometrical and electronic structure of this connection is received. Acid force of 13,13-dibrombicyclo[10,1,0]tridekane is theoretically appreciated. It is established, than it to relate to a class of very weak H-acids (pKa=+35, where pKa-universal index of acidity).

Целью настоящей работы является квантовохимический расчет молекулы 13,13-дибромбицикло[10,1,0]тридекана [1] методом

MNDO с оптимизацией геометрии по всем параметрам стандартным градиентным методом, встроенным в PC GAMESS [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 13,13-

дибромбицикло[10,1,0]тридекана получена методом MNDO и показаны на рис.1 и в табл.1. Используя известную формулу рКа=42.11-147.^тахн+[4, 5] ^тахН+ = +0,05- максимальный заряд на атоме водорода, рКа- универсальный показатель кислотности см. табл.1) с успехом используемая, например, в работах [6-18] находим значение кислотной силы равное рКа=35.

Таким образом, нами впервые выполнен квантово-химический расчет молекулы 13,13-дибромбицикло[10,1,0]тридекана методом MNDO. Получено оптимизированное геометрическое и электронное строение этого соединения. Теоретически оценена его кислотная сила рКа=35. Установлено, что 13,13-дибромбицикло[10,1,0]тридекан относится к классу очень слабых Н-кислот (рКа>14).

Рис. 1 - Геометрическое и электронное строение молекулы 13,13-дибромбицикло[10,1,0]тридекана (Е0= -257570 кДж/моль, Еэл= -1663008 кДж/моль)

Таблица 1 - Оптимизированные длины связей, валентные углы и заряды на атомах молекулы 13,13-дибромбицикло[10,1,0]тридекана

Длины связей R,A Валентные углы Град Атом Заряды на атомах молекулы

C(2)-C(1) 1.54 C(12)-C(11)-C(1) 129 C(1) +0.03

C(3)-C(2) 1.54 C(1)-C(2)-C(3) 115 C(2) -0.01

C(4)-C(3) 1.54 C(2)-C(3)-C(4) 115 C(3) 0.00

C(5)-C(4) 1.54 C(3)-C(4)-C(5) 118 C(4) -0.01

C(6)-C(5) 1.55 C(4)-C(5)-C(6) 118 C(5) -0.01

C(7)-C(6) 1.54 C(5)-C(6)-C(7) 116 C(6) -0.01

C(8)-C(7) 1.54 C(6)-C(7)-C(8) 117 C(7) -0.01

C(9)-C(8) 1.54 C(7)-C(8)-C(9) 119 C(8) -0.01

C(10)-C(9) 1.54 C(8)-C(9)-C(10) 116 C(9) -0.01

C(11)-C(1) 1.53 C(13)-C(12)-C(10) 133 C(10) +0.04

C(11)-C(12) 1.54 C(2)-C(1)-C(11) 121 C(11) -0.05

C(12)-C(10) 1.53 C(10)-C(12)-C(11) 126 C(12) -0.05

C(12)-C(13) 1.54 C(13)-C(12)-C(11) 60 C(13) -0.08

C(13)-C(11) 1.53 C(9)-C(10)-C(12) 120 Br(14) -0.05

Br(14)-C(13) 1.87 C(11)-C(13)-C(12) 60 Br(15) -0.01

Br(15)-C(13) 1.84 C(1)-C(11)-C(13) 130 H(16) +0.05

H(16)-C(11) 1.11 C(12)-C(11)-C(13) 60 H(17) +0.01

H(17)-C(1) 1.12 C(11)-C(13)-Br(14) 117 H(18) +0.01

H(18)-C(1) 1.12 C(11)-C(13)-Br(15) 125 H(19) +0.01

H(19)-C(2) 1.12 C(1)-C(11)-H(16) 106 H(20) +0.01

H(20)-C(2) 1.11 C(12)-C(11)-H(16) 113 H(21) 0.00

H(21)-C(3) 1.11 C(2)-C(1)-H(17) 107 H(22) 0.00

H(22)-C(3) 1.12 C(2)-C(1)-H(18) 110 H(23) 0.00

H(23)-C(4) 1.12 C(1)-C(2)-H(19) 108 H(24) +0.01

H(24)-C(4) 1.11 C(1)-C(2)-H(20) 111 H(25) +0.01

H(25)-C(5) 1.11 C(2)-C(3)-H(21) 110 H(26) 0.00

H(26)-C(5) 1.12 C(2)-C(3)-H(22) 108 H(27) 0.00

H(27)-C(6) 1.12 C(3)-C(4)-H(23) 107 H(28) +0.01

H(28)-C(6) 1.11 C(3)-C(4)-H(24) 110 H(29) 0.00

H(29)-C(7) 1.11 C(4)-C(5)-H(25) 109 H(30) 0.00

H(30)-C(7) 1.12 C(4)-C(5)-H(26) 106 H(31) 0.00

H(31)-C(8) 1.12 C(5)-C(6)-H(27) 108 H(32) +0.01

H(32)-C(8) 1.12 C(5)-C(6)-H(28) 110 H(33) +0.01

H(33)-C(9) 1.12 C(6)-C(7)-H(29) 110 H(34) +0.02

H(34)-C(9) 1.11 C(6)-C(7)-H(30) 108 H(35) +0.01

H(35)-C(10) 1.11 C(7)-C(8)-H(31) 107 H(36) +0.01

H(36)-C(10) 1.12 C(7)-C(8)-H(32) 109 H(37) +0.05

H(37)-C(12) 1.11 C(8)-C(9)-H(33) C(8)-C(9)-H(34) C(9)-C(10)-H(35) C(9)-C(10)-H(36) C(10)-C(12)-H(37) C(13)-C(12)-H(37) 107 108 110 107 107 111

Литература

1. Дж. Кеннеди. Катионная полимеризация олефинов / Дж. Кеннеди. - М., 1978.- 431 с.

2. 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).

3. B.M. Bode and M.S. Gordon J. Mol. Graphics Mod., 16, 1998, 133-138.

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

5. V.A. Babkin and others/ Oxidation communication, 21, №4, 1998, pp 454-460.

6. В.А. Бабкин, В.Ю. Дмитриев, Г.Е. Заиков. Квантовохимический расчет молекулы мономера катионной полимеризации гексен-1 методом MNDO. В сборнике научных статей: Квантово-химический расчет уникальных молекулярных систем. Т.1 -Волгоград: изд-во ВолГУ, 2010 г., с 93-95.

7. В.А. Бабкин, В.Ю. Дмитриев, Г.Е. Заиков. Квантовохимический расчет молекулы мономера катионной полимеризации гептен-1 методом MNDO. В сборнике научных статей: Квантово-химический расчет уникальных молекулярных систем. Т.1 -Волгоград: изд-во ВолГУ, 2010 г., с 95-97.

8. В.А. Бабкин, В.Ю. Дмитриев, Г.Е. Заиков. Квантовохимический расчет молекулы мономера катионной полимеризации декен-1 методом MNDO. В сборнике научных статей: Квантово-химический расчет уникальных молекулярных систем. Т.1 -Волгоград: изд-во ВолГУ, 2010 г., с 97-99.

9. В.А. Бабкин, В.Ю. Дмитриев, Г.Е. Заиков. Квантовохимический расчет молекулы мономера катионной полимеризации нонен-1 методом MNDO. В сборнике научных статей: Квантово-химический расчет уникальных молекулярных систем. Т.1 -Волгоград: изд-во ВолГУ, 2010 г., с 99-102.

10. В.А. Бабкин, В.Ю. Дмитриев, Г.Е. Заиков. Квантовохимический расчет молекулы мономера катионной полимеризации октен-1 методом MNDO. В сборнике научных статей: Квантово-химический расчет уникаль-

ных молекулярных систем. Т.1 -Волгоград: изд-во ВолГУ, 2010 г.,с 103-104.

11. В.А. Бабкин, Д. С. Андреев. Квантово-химический расчет молекулы изобутилена методом MNDO. В сборнике научных статей: Квантово-химический расчет уникальных молекулярных систем. Т.1 -Волгоград: изд-во ВолГУ, 2010 г., с 176-177.

12. В.А. Бабкин, Д. С. Андреев. Квантово-химический расчет молекулы 2-метилбутена-1 методом MNDO. В сборнике научных статей: Квантово-химический расчет уникальных молекулярных систем. Т.1 -Волгоград: изд-во ВолГУ, 2010 г., с 177-179.

13. В.А. Бабкин, Д.С. Андреев. Квантово-химический расчет молекулы 2-метилбутена-2 методом MNDO. сборнике научных статей: Квантово-химический расчет уникальных молекулярных систем. Т.1 -Волгоград: изд-во ВолГУ, 2010 г., с 179-180.

14. В.А. Бабкин, Д.С. Андреев. Квантово-химический расчет молекулы 2-метилпентена-1 методом MNDO. В сборнике научных статей: Квантово-химический расчет уникальных молекулярных систем. Т.1 -Волгоград: изд-во ВолГУ, 2010 г., с 181-182.

15. В.А. Бабкин, Д.С. Андреев. Квантово-химический расчет молекулы 2-этилбутена-1 методом MNDO. В сборнике научных статей: Квантово-химический расчет уникальных молекулярных систем. Т.1 - Волгоград: изд-во ВолГУ, 2010 г., с 183-185.

16. В.А. Бабкин, С.М. Шамин, Г.Е. Заиков, О.В. Стоянов, А.Ф. Яруллин. Квантово-химический расчет некоторых соединений с малыми циклами методом MNDO // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2012. - T.15, № 8. -

с. 93-103.

17. В.А. Бабкин, Д.С. Андреев, Г.Е. Заиков, А.Ф. Яруллин. Квантово-химический расчёт некоторых молекул жидких кристаллов методом MNDO и AB INITIO // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2012. - № 8. - с. 103-115.

18. В.А. Бабкин, В.Ю. Дмитриев, Г.А. Савин, Г.Е. Заиков, А.Ф. Яруллин. Квантово-химическое исследование механизма синтеза 2,2-би- (о- ацетилоксиметил)- 1 - о -ацетилбутанола // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2012. - T.15, № 8. - с. 115-128.

© В. А. Бабкин - д-р хим. наук, проф., зам. директора по научной работе Себряковского филиала Волгоградского госуд. архитектурно- строительного ун-та; В. А. Белозеров - студ. СФ ВолгГАСУ; А. Ф. Яруллин - мл. науч. сотр. каф. технологии пластических масс КНИТУ, [email protected]; Г. Е. Заиков - д-р хим. наук, проф. Института биохимической физики им. Н.М. Эммануэля.

1