CC BY
62
СТРУКТУРА ВЕЩЕСТВА И ТЕОРИЯ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
УДК 547.022:544.183.26
В. А. Бабкин, Д. С. Андреев, О. В. Стоянов,
Г. Е. Заиков
КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ МОЛЕКУЛЫ ЦИС,ТРАНС-ГЕКСАДИЕНА-2,4
И ЦИС,ЦИС-ГЕКСАДИЕНА-2,4 МЕТОДОМ MNDO
Ключевые слова: квантово-химический расчет, метод MNDO, цис,транс-гексадиен-2,4 и цис,цис-гексадиена-2,4, кислотная
сила.
Впервые выполнен квантово-химический расчет молекулы цис,транс-гексадиена-2,4 и цис,цис-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 цис,транс-гексадиена-2,4 и цис,цис-гексадиена-2,4 относится к классу очень слабых кислот (pKa>140.
Keywords: quantum chemical calculation, method MNDO, ds,trans-hexadien-2,4 and сis,сis-hexadien-2,4, acid strength.
For the first time it is executed quantum chemical calculation of a molecule of ds,trans-hexadien-2,4 and ds,ds-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 ds,trans-hexadien-2,4 and ds,ds-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 цис,транс-гексадиена-2,4 и цис,цис-гексадиена-2,4 методом МИЭО 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 цис,транс-гексадиена-2,4 и цис,цис-гексадиена-2,4 получена методом МИЭО и показаны на рис.1-2 и в табл.1-3. Используя
известную формулу[3] рКа=42,11-147,18 д^ (=
+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.
Таким образом, нами впервые выполнен квантово-химический расчет молекулы цис,транс-гексадиена-2,4 и цис,цис-гексадиена-2,4 методом МИЭО. Получено оптимизированное
геометрическое и электронное строение этого соединения. Теоретически оценена его кислотная сила рКа = 35. Установлено, что цис,транс-
гексадиен-2,4 и цис,цис-гексадиена-2,4 относится к классу очень слабых Н-кислот ( рКа>14).
Рис. 1 - Геометрическое и электронное строение молекулы цис,транс-гексадиена-2,4 (Е0= -87521 кДж/моль, Еэл= -350320 кДж/моль)
Таблица 1 - Оптимизированные длины связей, валентные углы и заряды на атомах молекулы цис,транс-гексадиена-2,4
Длины связей R,A Валентные углы Град
C(2)-C(1) 1,50 C(1)-C(2)-C(3) 128
C(3)-C(2) 1,35 C(2)-C(3)-C(4) 127
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) 111
H(7)-C(1) 1,11 C(2)-C(1)-H(8) 111
H(8)-C(1) 1,11 C(2)-C(1)-H(9) 112
H(9)-C(1) 1,11 C(1)-C(2)-H(10) 114
H(10)-C(2) 1,10 C(2)-C(3)-H(11) 118
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) 110
H(14)-C(6) 1,11 C(5)-C(6)-H(15) 113
H(15)-C(6) 1,11 C(5)-C(6)-H(16) 110
H(16)-C(6) 1,11
Рис. 2 - Геометрическое и электронное строение молекулы цис,цис-гексадиена-2,4 (Е0= -87518 кДж/моль, Еэл= -355061 кДж/моль)
Таблица 2 - Оптимизированные длины связей, валентные углы и заряды на атомах молекулы цис,цис-гексадиена-2,4
Длины связей R,A Валентные углы Град
C(2)-C(1) 1,50 C(1)-C(2)-C(3) 128
C(3)-C(2) 1,35 C(2)-C(3)-C(4) 128
C(4)-C(3) 1,47 C(3)-C(4)-C(5) 128
C(5)-C(4) 1,35 C(4)-C(5)-C(6) 128
C(6)-C(5) 1,50 C(2)-C(1)-H(7) 111
H(7)-C(1) 1,11 C(2)-C(1)-H(8) 111
H(8)-C(1) 1,11 C(2)-C(1)-H(9) 112
H(9)-C(1) 1,11 C(1)-C(2)-H(10) 114
H(10)-C(2) 1,10 C(2)-C(3)-H(11) 119
H(11)-C(3) 1,10 C(3)-C(4)-H(12) 114
H(12)-C(4) 1,10 C(4)-C(5)-H(13) 118
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) 111
H(15)-C(6) 1,11 C(5)-C(6)-H(16) 111
H(16)-C(6) 1,11
Таблица 3 - Общая энергия (Е0 , кДж/моль),
, Н+ ч
максимальный заряд на атоме водорода (дтах),
универсальный показатель кислотности (рКа) мономеров
№ Мономер -Е0 H+ рКа
1 цис,транс- гексадиена-2,4 87521 +0,05 35
2 цис,цис- гексадиена-2,4 87518 +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
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].
