Квантово-химический расчет молекулы бицикло[6,1,0]нонана методом ab initio Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

УДК 577.175.522

В. А. Бабкин, Д. С. Андреев, В. Ю. Дмитриев, Н. Е. Темникова, Г. Е. Заиков

КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ МОЛЕКУЛЫ БИЦИКЛО[6,1,0]НОНАНА

МЕТОДОМ AB INITIO

Ключевые слова: квантово-химический расчет, метод AB INITIO, бицикло[6,1,0]нонан, кислотная сила.

Впервые выполнен квантово-химический расчет молекулы бицикло[6,1,0]нонана 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[6,1,0]нонана относится к классу очень слабых кислот (pKa>14).

Keywords: quantum chemical calculation, method AB INITIO, bicyclo[6,1,0]nonane, acid strength.

For the first time it is executed quantum chemical calculation of a molecule of bicyclo[6,1,0]nonane 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[6,1,0]nonane 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 квантово-химический расчет молекулы бицикло[6,1,0]нонана

[1] методом AB INITIO в базисе 6-311G** 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 бицикло[6,1,0]нонана получена методом AB INITIO в базисе 6-311G** и показаны на рис.1 и в табл.1. Используя известную формулу рКа=49.04-134.6Цтзхн+[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[6,1,0]нонана методом AB INITIO в базисе 6-311G**. Получено оптимизированное геометрическое и электронное строение этого соединения. Теоретически оценена его кислотная сила pKa=34. Установлено, что бицикло[6,1,0]нонан относится к классу очень слабых Н-кислот (pKa>14).

Рис. 1 - Геометрическое и электронное строение молекулы бицикло[6,1,0]нонана (Е0= -917744 кДж/моль, Езл= -2181418 кДж/моль)

Таблица 1 - Оптимизированные длины связей, валентные углы и заряды на атомах молекулы бицикло [6,1,0] нонана

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) -0.16

C(3)-C(2) 1.49 C(1)-C(2)-C(3) 60 C(2) -0.20

C(3)-C(1) 1.50 C(2)-C(1)-C(3) 60 C(3) -0.20

C(4)-C(2) 1.51 C(4)-C(2)-C(3) 119 C(4) -0.11

C(5)-C(3) 1.51 C(1)-C(2)-C(4) 126 C(5) -0.11

C(6)-C(4) 1.54 C(2)-C(3)-C(5) 119 C(6) -0.18

C(7)-C(5) 1.54 C(1)-C(3)-C(5) 126 C(7) -0.19

C(8)-C(6) 1.54 C(2)-C(4)-C(6) 112 C(8) -0.19

C(8)-C(9) 1.55 C(9)-C(8)-C(6) 119 C(9) -0.19

C(9)-C(7) 1.54 C(3)-C(5)-C(7) 112 H(10) +0.11

H(10)-C(2) 1.08 C(4)-C(6)-C(8) 117 H(11) +0.10

H(11)-C(1) 1.08 C(7)-C(9)-C(8) 119 H(12) +0.10

H(12)-C(1) 1.08 C(5)-C(7)-C(9) 117 H(13) +0.11

H(13)-C(3) 1.08 C(1)-C(2)-H(10) 113 H(14) +0.09

H(14)-C(4) 1.09 C(2)-C(1)-H(11) 119 H(15) +0.09

H(15)-C(4) 1.09 C(2)-C(1)-H(12) 118 H(16) +0.09

H(16)-C(5) 1.09 C(2)-C(3)-H(13) 114 H(17) +0.09

H(17)-C(5) 1.09 C(2)-C(4)-H(14) 109 H(18) +0.09

H(18)-C(6) 1.09 C(2)-C(4)-H(15) 111 H(19) +0.09

H(19)-C(6) 1.09 C(3)-C(5)-H(16) 109 H(20) +0.09

H(20)-C(7) 1.09 C(3)-C(5)-H(17) 111 H(21) +0.09

H(21)-C(7) 1.09 C(4)-C(6)-H(18) 109 H(22) +0.10

H(22)-C(8) 1.09 C(4)-C(6)-H(19) 108 H(23) +0.09

H(23)-C(8) 1.09 C(5)-C(7)-H(20) 108 H(24) +0.09

H(24)-C(9) 1.09 C(5)-C(7)-H(21) 109 H(25) +0.10

H(25)-C(9) 1.09 C(6)-C(8)-H(22) 106

C(6)-C(8)-H(23) 110

C(9)-C(8)-H(23) 109

C(7)-C(9)-H(24) 110

C(7)-C(9)-H(25) 106

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. Квантово-химический 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. Квантово-химический 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 7375.

8. В.А. Бабкин, В.Ю. Дмитриев, Г.Е. Заиков. Квантово-химический 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. Квантово-химический 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. Квантово-химический 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; В. Ю.Дмитриев - асп. СФ ВолгГАСУ; Н. Е. Темни-кова - асп. каф. технологии пластических масс КНИТУ, ov_stoyanov@mail.ru; Г. Е. Заиков - д-р хим. наук, проф. Института биохимической физики им. Н.М.Эммануэля.