CC BY
53
УДК 547.022:544.183.26
В. А. Бабкин, Д. С. Андреев, О. В. Стоянов,
Г. Е. Заиков
КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ МОЛЕКУЛЫ ТРАНС-2-МЕТИЛПЕНТАДИЕНА-1,3 И ТРАНС-3-МЕТИЛПЕНТАДИЕНА-1,3 МЕТОДОМ MNDO
Ключевые слова: квантово-химический расчет, метод MNDO, транс-2-метилпентадиен-1,3 и транс-3-метилпентадиена-
1,3, кислотная сила.
Впервые выполнен квантово-химический расчет молекулы транс-2-метилпентадиена-1,3 и транс-3-метилпентадиена-1,3 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 транс-2-метилпентадиена-1,3 транс-3-метилпентадиена-1,3 относится к классу очень слабых кислот (pKa>14).
Keywords: quantum chemical calculation, method MNDO, trans-2-methylpentadien-1,3 and trans-3-methylpentadien-1,3, acid
strength.
For the first time it is executed quantum chemical calculation of a molecule of trans-2-methylpentadien-1,3 and trans-3-methylpentadien-1,3 method MNDO with optimization of geometry on all parameters. The optimized geometrical and electronic structure of this connection is received. Acid force of trans-2-methylpentadien-1,3 and trans-3-methylpentadien-1,3 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 транс-2-метилпентадиена-1,3 и транс-3-метилпентадиена-1,3 методом MNDO с оптимизацией геометрии по всем параметрам стандартным градиентным методом, встроенным в PC GAMESS[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 транс-2-метилпентадиена-1,3 и транс-3-метилпентадиена-1,3 получена методом MNDO и показаны на рис.1-2 и в табл.1-3.
Используя известную формулу [3] рКа=42,11 -
147,18 q^ (ql = +0,05 - максимальный заряд на
атоме водорода, рКа- универсальный показатель кислотности см. табл.1-3), которая с успехом используется, например, в работах [4-13], находим значение кислотной силы равное рКа = 35.
Таким образом, нами впервые выполнен квантово-химический расчет молекулы транс-2-метилпентадиена-1,3 и транс-3-метилпентадиена-1,3 методом MNDO. Получено оптимизированное геометрическое и электронное строение этого соединения. Теоретически оценена его кислотная сила рКа = 35. Установлено, что транс-2-метилпентадиен-1,3 и транс-3-метилпентадиена-1,3 относится к классу очень слабых Н-кислот ( pKa>14).
Рис. 1 - Геометрическое и электронное строение молекулы транс-2-метилпентадиена-1,3 (Е0= -87508 кДж/моль, Еэл= -360562 кДж/моль)
Таблица 1 - Оптимизированные длины связей, валентные углы и заряды на атомах молекулы транс-2-метилпентадиена-1,3
Длины связей R,A Валентные углы Град
C(2)-C(1) 1,35 C(1)-C(2)-C(3) 121
C(3)-C(2) 1,48 C(2)-C(3)-C(4) 128
C(4)-C(3) 1,35 C(3)-C(4)-C(5) 129
C(5)-C(4) 1,50 C(1)-C(2)-C(6) 122
C(6)-C(2) 1,51 C(2)-C(1)-H(7) 123
H(7)-C(1) 1,09 C(2)-C(1)-H(8) 123
H(8)-C(1) 1,09 C(2)-C(6)-H(9) 112
H(9)-C(6) 1,11 C(2)-C(6)-H(10) 111
H(10)-C(6) 1,11 C(2)-C(6)-H(11) 111
H(11)-C(6) 1,11 C(2)-C(3)-H(12) 113
H(12)-C(3) 1,10 C(3)-C(4)-H(13) 118
H(13)-C(4) 1,10 C(4)-C(5)-H(14) 110
H(14)-C(5) 1,11 C(4)-C(5)-H(15) 113
H(15)-C(5) 1,11 C(4)-C(5)-H(16) 111
H(16)-C(5) 1,11
Рис. 2 - Геометрическое и электронное строение молекулы транс-3-метилпентадиена-1,3 (Е0= -87505 кДж/моль, Еэл= -360843 кДж/моль)
Таблица 2 - Оптимизированные длины связей, валентные углы и заряды на атомах молекулы транс-3-метилпентадиена-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) 1,48 C(2)-C(3)-C(4) 115
C(4)-C(3) 1,51 C(2)-C(3)-C(5) 123
C(5)-C(3) 1,35 C(3)-C(5)-C(6) 128
C(6)-C(5) 1,50 C(2)-C(1)-H(7) 122
H(7)-C(1) 1,09 C(2)-C(1)-H(8) 124
H(8)-C(1) 1,09 C(1)-C(2)-H(9) 120
H(9)-C(2) 1,10 C(3)-C(4)-H(10) 112
H(10)-C(4) 1,11 C(3)-C(4)-H(11) 111
H(11)-C(4) 1,11 C(3)-C(4)-H(12) 110
H(12)-C(4) 1,11 C(3)-C(5)-H(13) 119
H(13)-C(5) 1,10 C(5)-C(6)-H(14) 111
H(14)-C(6) 1,11 C(5)-C(6)-H(15) 111
H(15)-C(6) 1,11 C(5)-C(6)-H(16) 112
H(16)-C(6) 1,11
Таблица 3 - Общая энергия (Е0 , кДж/моль),
/ н+ \
максимальный заряд на атоме водорода (qmax),
универсальный показатель кислотности (рКа) мономеров
№ Мономер -Ее H+ qmSx рКа
1 транс-2- метилпентадиена- 1,3 87508 +0,05 35
2 транс-3- метилпентадиена- 1,3 87505 +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 п-
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 трансизосафрола 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. унта. 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. 17-21, 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].
