Квантово-химический расчет молекулы бицикло[10,1,0]тридекана методом ab initio Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

УДК 577.175.522

В. А. Бабкин, Д. С. Андреев, В. Ю. Дмитриев,

Л. Е. Кузнецова, Г. Е. Заиков

КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ МОЛЕКУЛЫ

БИЦИКЛО[10,1,0]ТРИДЕКАНА МЕТОДОМ AB INITIO

Ключевые слова: квантово-химический расчет, метод AB INITIO, бицикло[10,1,0]тридекан, кислотная сила.

Впервые выполнен квантово-химический расчет молекулы бицикло[10,1,0]тридекана методом AB INITIO в базисе 6-311G** с оптимизацией геометрии по всем параметрам стандартным градиентным методом. Получено оптимизированное геометрическое и электронное строение этого соединения. Теоретически оценена его кислотная сила (рКа = 33). Установлено, что молекула бицикло[10,1,0]тридекана относится к классу очень слабых кислот (pKa>14).

Keywords: quantum chemical calculation, method AB INITIO, bicyclo[10,1,0]tridekane, acid strength.

For the first time it is executed quantum chemical calculation of a molecule of bicyclo[10,1,0]tridekane method AB INITIO with optimization of geometry on all parameters. The optimized geometrical and electronic structure of this connection is received. Acid force of bicyclo[10,1,0]tridekane is theoretically appreciated. It is established, than it to relate to a class of very weak H-acids (pKa=+33, where pKa-universal index of acidity).

Целью настоящей работы является квантовохимический расчет молекулы бицик-

ло[10,1,0]тридекана [1] методом AB INITIO в базисе 6-311G** 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 бицикло [10,1,0]тридекана получена методом AB INITIO в базисе 6-311G** и показаны на рис.1 и в табл.1. Используя известную формулу рКа=49.04-134.61qmaxH+ [4, 5]^^+ = +0.12-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 = 33.

Таким образом, нами впервые выполнен квантово-химический расчет молекулы бицик-ло[10,1,0]тридекана методом AB INITIO в базисе 6311G**. Получено оптимизированное геометрическое и электронное строение этого соединения. Теоретически оценена его кислотная сила рКа = 33. Установлено, что бицикло[10,1,0]тридекан относится к классу очень слабых Н-кислот ( pKa>14).

Рис. 1 - Геометрическое и электронное строение молекулы бицикло [10,1,0]тридекана.

(Е0= -1327033 кДж/моль, Ем= -3596965 кДж/моль)

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

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

C(2)-C(1) 1.54 C(1)-C(2)-C(3) 115 C(1) -0.15

C(3)-C(2) 1.55 C(2)-C(3)-C(4) 113 C(2) -0.21

C(4)-C(3) 1.54 C(3)-C(4)-C(5) 114 C(3) -0.17

C(5)-C(4) 1.53 C(4)-C(5)-C(6) 115 C(4) -0.18

C(6)-C(5) 1.53 C(5)-C(6)-C(7) 114 C(5) -0.20

C(7)-C(6) 1.54 C(6)-C(7)-C(8) 118 C(6) -0.17

C(8)-C(7) 1.54 C(7)-C(8)-C(9) 119 C(7) -0.18

C(9)-C(8) 1.55 C(8)-C(9)-C(10) 115 C(8) -0.17

C(10)-C(9) 1.54 C(11)-C(12)-C(10) 126 C(9) -0.20

C(10)-C(12) 1.52 C(2)-C(1)-C(11) 118 C(10) -0.16

C(11)-C(1) 1.53 C(12)-C(13)-C(11) 240 C(11) -0.16

C(11)-C(13) 1.50 C(1)-C(11)-C(12) 126 C(12) -0.14

C(12)-C(11) 1.51 C(11)-C(12)-C(13) 240 C(13) -0.19

C(13)-C(12) 1.50 C(12)-C(13)-H(14) 119 H(14) +0.10

H(14)-C(13) 1.08 C(12)-C(13)-H(15) 117 H(15) +0.11

H(15)-C(13) 1.08 C(1)-C(11)-H(16) 111 H(16) +0.10

H(16)-C(11) 1.08 C(2)-C(1)-H(17) 107 H(17) +0.10

H(17)-C(1) 1.09 C(2)-C(1)-H(18) 110 H(18) +0.10

H(18)-C(1) 1.08 C(1)-C(2)-H(19) 108 H(19) +0.10

H(19)-C(2) 1.09 C(1)-C(2)-H(20) 111 H(20) +0.09

H(20)-C(2) 1.08 C(2)-C(3)-H(21) 110 H(21) +0.09

H(21)-C(3) 1.09 C(2)-C(3)-H(22) 109 H(22) +0.10

H(22)-C(3) 1.09 C(3)-C(4)-H(23) 110 H(23) +0.09

H(23)-C(4) 1.09 C(3)-C(4)-H(24) 108 H(24) +0.09

H(24)-C(4) 1.09 C(4)-C(5)-H(25) 109 H(25) +0.12

H(25)-C(5) 1.08 C(4)-C(5)-H(26) 109 H(26) +0.09

H(26)-C(5) 1.09 C(5)-C(6)-H(27) 109 H(27) +0.09

H(27)-C(6) 1.09 C(5)-C(6)-H(28) 110 H(28) +0.08

H(28)-C(6) 1.09 C(6)-C(7)-H(29) 109 H(29) +0.09

H(29)-C(7) 1.09 C(6)-C(7)-H(30) 108 H(30) +0.09

H(30)-C(7) 1.09 C(7)-C(8)-H(31) 106 H(31) +0.09

H(31)-C(8) 1.09 C(7)-C(8)-H(32) 109 H(32) +0.09

H(32)-C(8) 1.09 C(8)-C(9)-H(33) 110 H(33) +0.09

H(33)-C(9) 1.09 C(8)-C(9)-H(34) 108 H(34) +0.09

H(34)-C(9) 1.09 C(9)-C(10)-H(35) 108 H(35) +0.10

H(35)-C(10) 1.09 C(9)-C(10)-H(36) 111 H(36) +0.09

H(36)-C(10) H(37)-C(12) 1.08 1.08 C(11)-C(12)-H(37) 113 H(37) +0.10

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. В сборнике научных статей: Квантово-химический расчет уникальных молекулярных систем. Т.1 -Волгоград: изд-во ВолГУ, 2010 г., с 71-73.

7. В.А. Бабкин, В.Ю. Дмитриев, Г.Е. Заиков. Квантовохимический расчет молекулы мономера катионной полимеризации гептен-1. В сборнике научных статей: Квантово-химический расчет уникальных молекулярных систем. Т.1 -Волгоград: изд-во ВолГУ, 2010 г., с 73-75.

8. В.А. Бабкин, В.Ю. Дмитриев, Г.Е. Заиков. Квантовохимический расчет молекулы мономера катионной полимеризации декен-1. В сборнике научных статей: Квантово-химический расчет уникальных молекулярных систем. Т.1 -Волгоград: изд-во ВолГУ, 2010 г., с 75-77.

9. В.А. Бабкин, В.Ю. Дмитриев, Г.Е. Заиков. Квантовохимический расчет молекулы мономера катионной полимеризации нонен-1. В сборнике научных статей: Квантово-химический расчет уникальных молекулярных систем. Т.1 -Волгоград: изд-во ВолГУ, 2010 г., с 78-80.

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

ных систем. Т.1 -Волгоград: изд-во ВолГУ, 2010 г., с 8183.

11. В.А. Бабкин, Д.С. Андреев. Квантово-химический расчет молекулы изобутилена методом

AB INITIO. В сборнике научных статей: Квантовохимический расчет уникальных молекулярных систем. Т.1 -Волгоград: изд-во ВолГУ, 2010 г., с 157-158.

12. В.А. Бабкин, Д.С. Андреев. Квантово-химический расчет молекулы 2-метилбутена-1 методом AB INITIO. В сборнике научных статей: Квантово-химический расчет уникальных молекулярных систем. Т.1 -Волгоград: изд-во ВолГУ, 2010 г., с 159-160.

13. В.А. Бабкин, Д.С. Андреев. Квантово-химический расчет молекулы 2-метилбутена-2 методом AB INITIO. В сборнике научных статей: Квантово-химический расчет уникальных молекулярных систем. Т.1 -Волгоград: изд-во ВолГУ, 2010 г., с 161-162.

14. В.А. Бабкин, Д.С. Андреев. Квантово-химический расчет молекулы 2-метилпентена-1 методом AB

INITIO. В сборнике научных статей: Квантово-

химический расчет уникальных молекулярных систем. Т.1 -Волгоград: изд-во ВолГУ, 2010 г., с 162-164.

15. В.А. Бабкин, Д.С. Андреев. Квантово-химический расчет молекулы 2-этилбутена-1 методом AB INITIO. В сборнике научных статей: Квантово-химический расчет уникальных молекулярных систем. Т.1 -Волгоград: изд-во ВолГУ, 2010 г., с 164-166.

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. - № 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. -№ 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; Д. С. Андреев - студ. СФ ВолгГАСУ; В. Ю.Дмитриев - асп. СФ ВолгГАСУ; Л. Е. Кузнецова - ст. науч. сотр. каф. технологии пластических масс КНИТУ, ov_stoyanov@mail.ru; Г. Е. Заиков - д-р хим. наук, проф. Института биохимической физики им. Н.М.Эммануэля.