Квантово-химический расчет молекулы пентадиена-1,3 и транс,транс-гексадиена-2,4 методом MNDO Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

УДК 547.022:544.183.26

В. А. Бабкин, Д. С. Андреев, О. В. Стоянов,

Г. Е. Заиков

КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ МОЛЕКУЛЫ ПЕНТАДИЕНА-1,3 И ТРАНС,ТРАНС-ГЕКСАДИЕНА-2,4 МЕТОДОМ МШО

Ключевые слова: квантово-химический расчет, метод MNDO, пентадиен-1,3 и транс,транс-гексадиена-2,4, кислотная сила.

Впервые выполнен квантово-химический расчет молекулы пентадиена-1,3 и транс,транс-гексадиена-2,4 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 = 35). Установлено, что молекула пентадиена-1,3 и транс,транс-гексадиена-

2,4 относится к классу очень слабых кислот (рКа>14).

Keywords: quantum chemical calculation, methodMNDO, pentadien-1,3 and trans,trans-hexadien-2,4, acid strength.

For the first time it is executed quantum chemical calculation of a molecule ofpentadien-1,3 and trans,trans-hexadien-

2,4 method MNDO with optimization of geometry on all parameters. The optimized geometrical and electronic structure of this connection is received. Acid force of pentadien-1,3 and trans,trans-hexadien-2,4 is theoretically appreciated. It is established, that it to relate to a class of very weak H-acids (pKa=+35, where pKa-universal index of acidity).

Введение

Целью настоящей работы является квантово-химический расчет молекулы пентадиена-

1,3 и транс,транс-гексадиена-2,4 методом MNDO с оптимизацией геометрии по всем параметрам стандартным градиентным методом, встроенным в PC GAMES S [1], в приближении изолированной молекулы в газовой фазе и теоретическая оценка его кислотной силы. Для визуального представления модели молекулы использовалась известная программа MacMolPlt [2].

Результаты расчетов

Оптимизированное геометрическое и электронное строение, общая энергия и электронная энергия молекулы пентадиена-1,3 и транс,транс-гексадиена-2,4 получена методом MNDO и показаны на рис.1-2 и в табл.1-3. Используя

известную формулу[3] рКа=42,11-147,18 q^ (q^ =

+0,05- максимальный заряд на атоме водорода, рКа-универсальный показатель кислотности см. табл.13), которая с успехом используется, например, в работах [4-13], находим значение кислотной силы равное рКа = 35.

Рис. 1 - Геометрическое и электронное строение молекулы пентадиена-1,3 (Е0= -72433 кДж/моль, Еэл= -260071 кДж/моль)

Таким образом, нами впервые выполнен квантово-химический расчет молекулы пентадиена-

1,3 и транс,транс-гексадиена-2,4 методом ММЭО.

Получено оптимизированное геометрическое и электронное строение этого соединения.

Теоретически оценена его кислотная сила рКа = 35. Установлено, что пентадиен-1,3 и транс,транс-гексадиена-2,4 относится к классу очень слабых Н-кислот ( рКа>14).

Таблица 1 - Оптимизированные длины связей, валентные углы и заряды на атомах молекулы пентадиена-1,3

Длины связей R,A Валентные углы Град

C(2)-C(1) 1,34 C(1)-C(2)-C(3) 126

C(3)-C(2) 1,47 C(2)-C(3)-C(4) 125

C(4)-C(3) 1,35 C(2)-C(1)-H(5) 122

H(5)-C(1) 1,09 C(2)-C(1)-H(6) 124

H(6)-C(1) 1,09 C(3)-C(4)-H(7) 120

H(7)-C(4) 1,10 C(2)-C(3)-H(8) 115

H(8)-C(3) 1,10 C(1)-C(2)-H(9) 119

H(9)-C(2) 1,10 C(3)-C(4)-C(10) 126

C(10)-C(4) 1,50 C(4)-C(10)-H(11) 113

H(11)-C(10) 1,11 C(4)-C(10)-H(12) 110

H(12)-C(10) 1,11 C(4)-C(10)-H(13) 110

H(13)-C(10) 1,11

Рис. 2 - Геометрическое и электронное строение молекулы транс,транс-гексадиена-2,4 (Е0= -87524 кДж/моль, Еэл= -345655 кДж/моль)

Таблица 2 - Оптимизированные длины связей, валентные углы и заряды на атомах молекулы транс,транс-гексадиена-2,4

Длины связей R,A Валентные углы Град

C(2)-C(1) 1,50 C(1)-C(2)-C(3) 126

C(3)-C(2) 1,35 C(2)-C(3)-C(4) 125

C(4)-C(3) 1,47 C(3)-C(4)-C(5) 125

C(5)-C(4) 1,35 C(4)-C(5)-C(6) 126

C(6)-C(5) 1,50 C(2)-C(1)-H(7) 113

H(7)-C(1) 1,11 C(2)-C(1)-H(8) 110

H(8)-C(1) 1,11 C(2)-C(1)-H(9) 110

H(9)-C(1) 1,11 C(1)-C(2)-H(10) 113

H(10)-C(2) 1,10 C(2)-C(3)-H(11) 120

H(11)-C(3) 1,10 C(3)-C(4)-H(12) 115

H(12)-C(4) 1,10 C(4)-C(5)-H(13) 120

H(13)-C(5) 1,10 C(5)-C(6)-H(14) 113

H(14)-C(6) 1,11 C(5)-C(6)-H(15) 110

H(15)-C(6) 1,11 C(5)-C(6)-H(16) 110

H(16)-C(6) 1,11

Таблица 3 - Общая энергия (Е0 , кДж/моль),

/ н+ \

максимальный заряд на атоме водорода (цптх),

универсальный показатель кислотности (рКа) мономеров

№ Мономер -Е0 H+ qmsx рКа

1 пентадиена-1,3 72433 +0,05 35

2 транс,транс- гексадиена-2,4 87524 +0,05 35

Литература

1. 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

2. B.M. Bode and M.S. Gordon. MacMolPlt: A Graphical User Interface for GAMESS. J. Molec. Graphics. №16. Р. 133-138, 1998.

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

4. 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.

5. В.А. Бабкин, В.В. Трифонов, С.Н. Русанова, Г.Е. Заиков. Квантово-химический расчет молекулы н-аллилоксистирола методом MNDO. Вестн. Казан.

технол. ун-та. Т. 15, №13, с. 168, 2012.

6. 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.

7. 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.

8. 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

MNDO. Вестн. Казан. технол. ун-та. Т. 15, №20, с. 1721, 2012.

9. В.А. Бабкин, И.А. Короткова, Е.С. Титова, Г.Е. Заиков, О.В. Стоянов, Д.С. Андреев. Квантовохимический расчет некоторых пиримидинов методом MNDO. Вестн. Казан. технол. ун-та. Т. 15, №21, с. 7-10, 2012.

10. 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.

11. В.А. Бабкин, Д.С. Андреев, А.В. Игнатов, О.В. Стоянов, Г.Е. Заиков. Квантово-химическое изучение механизма протонирования 4-метилпентена-1 методом MNDO. Вестн. Казан. технол. ун-та. Т. 16, №3, с.11-16, 2013.

12. В.А. Бабкин, Д.С. Андреев, А.В. Игнатов, О.В. Стоянов, Г.Е. Заиков. Квантово-химическое изучение механизма протонирования 4-метилгексена-1 методом MNDO. Вестн. Казан. технол. ун-та. Т. 16, №3, с.16-19, 2013.

13. 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 MNDO. 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 государственного архитектурно-строительного университета, [email protected]; Д. С. Андреев - студ. Себряковского филиала Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета, [email protected]; О. В. Стоянов - д-р техн. наук, проф., зав. каф. технологии пластических масс КНИТУ; Г. Е. Заиков - д-р хим. наук, проф. Института

биохимической физики РАН, [email protected].