Квантово-химический расчет молекулы бицикло[5,1,0]октана методом ab initio Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

УДК 577.175.522

B. А. Бабкин, Д. С. Андреев, С. Е. Карпушова,

C. Н. Русанова, Г. Е. Заиков

КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ МОЛЕКУЛЫ БИЦИКЛО [5,1,0] ОКТАНА

МЕТОДОМ AB INITIO

Ключевые слова: квантово-химический расчет, метод AB INITIO, бицикло[5,1,0]октан, кислотная сила.

Впервые выполнен квантово-химический расчет молекулы бицикло[5,1,0]октана 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 (pKa=34). Установлено, что молекула бицикло[5,1,0]октана относится к классу очень слабых кислот (pKa>14).

Keywords: quantum chemical calculation, method AB INITIO, bicyclo[5,1,0]octane, acid strength.

For the first time it is executed quantum chemical calculation of a molecule of bicyclo[5,1,0]octane 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[5,1,0]ocane is theoretically appreciated. It is established, than it to relate to a class of very weak H-acids (pKa=+34, where pKa-universal index of acidity).

Целью настоящей работы является квантовохимический расчет молекулы бицикло[5,1,0]октана [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[5,1,0]октана получена методом AB INITIO в базисе 6-311G** и показаны на рис.1 и в табл.1. Используя известную формулу рКа=49.04-134.6ЦтахН+[4, 5] (qmaxH+ = +0,11- 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 pKa=34.

Таким образом, нами впервые выполнен квантово-химический расчет молекулы бицик-ло[5,1,0]октана методом AB INITIO в базисе 6311G**. Получено оптимизированное геометрическое и электронное строение этого соединения. Теоретически оценена его кислотная сила pKa=34. Установлено, что бицикло[5,1,0]октан относится к классу очень слабых Н-кислот (pKa>14).

М17

Рис. 1 - Геометрическое и электронное строение молекулы бицикло[5,1,0]октана. (Е0= -815399 кДж/моль, Езл= -1856678 кДж/моль)

Таблица 1 - Оптимизированные длины связей, валентные углы и заряды на атомах молекулы бицикло [5,1,0]октана

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

C(2)-C(1) 1.50 C(2)-C(3)-C(1) 60 C(1) -0.15

C(3)-C(2) 1.49 C(1)-C(2)-C(3) 60 C(2) -0.21

C(3)-C(1) 1.50 C(2)-C(1)-C(3) 59 C(3) -0.22

C(4)-C(2) 1.51 C(4)-C(2)-C(3) 115 C(4) -0.10

C(5)-C(3) 1.51 C(7)-C(5)-C(3) 108 C(5) -0.09

C(5)-C(7) 1.56 C(1)-C(2)-C(4) 133 C(6) -0.17

C(6)-C(4) 1.55 C(2)-C(3)-C(5) 117 C(7) -0.20

C(7)-C(8) 1.55 C(1)-C(3)-C(5) 133 C(8) -0.21

C(8)-C(6) 1.55 C(8)-C(7)-C(5) 117 H(9) +0.10

H(9)-C(1) 1.08 C(2)-C(4)-C(6) 107 H(10) +0.10

H(10)-C(1) 1.08 C(6)-C(8)-C(7) 118 H(11) +0.11

H(11)-C(3) 1.08 C(4)-C(6)-C(8) 118 H(12) +0.10

H(12)-C(4) 1.09 C(2)-C(1)-H(9) 120 H(13) +0.08

H(13)-C(4) 1.09 C(2)-C(1)-H(10) 116 H(14) +0.09

H(14)-C(5) 1.09 C(2)-C(3)-H(11) 112 H(15) +0.09

H(15)-C(5) 1.09 C(1)-C(3)-H(11) 111 H(16) +0.09

H(16)-C(6) 1.09 C(2)-C(4)-H(12) 113 H(17) +0.09

H(17)-C(6) 1.09 C(2)-C(4)-H(13) 110 H(18) +0.10

H(18)-C(7) 1.09 C(3)-C(5)-H(14) 111 H(19) +0.09

H(19)-C(7) 1.09 C(7)-C(5)-H(14) 110 H(20) +0.09

H(20)-C(8) 1.09 C(3)-C(5)-H(15) 112 H(21) +0.10

H(21)-C(8) 1.09 C(7)-C(5)-H(15) 110 H(22) +0.11

H(22)-C(2) 1.08 C(4)-C(6)-H(16) 109

C(4)-C(6)-H(17) 108

C(8)-C(7)-H(18) 108

C(8)-C(7)-H(19) 108

C(6)-C(8)-H(20) 110

C(6)-C(8)-H(21) 106

C(1)-C(2)-H(22) 112

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 молекулярных систем. Т.1 -Волгоград: изд-во ВолГУ, 2010 г., с 81-83.

11. В.А. Бабкин, Д.С. Андреев. Квантово-химический расчет молекулы изобутилена методом AB INITIO. В сборнике научных статей: Квантово-химический 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; С. Е. Карпушова - канд. физ.-мат. наук, зам. дир. отдела качества СФ ВолгГАСУ; С. Н. Русанова - канд. техн. наук, доц. каф. технологии пластических масс КНИТУ, ov_stoyanov@mail.ru; Г. Е. Заиков - д-р хим. наук, проф. Института биохимической физики им. Н.М. Эммануэля.