CC BY
58
УДК 577.175.522
В. А. Бабкин, Д. С. Андреев, Г. Е. Заиков,
А. Ф. Яруллин
КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ НЕКОТОРЫХ МОЛЕКУЛ ЖИДКИХ КРИСТАЛЛОВ МЕТОДОМ MNDO И AB INITIO
Ключевые слова: квантовохимический расчет, аминокислоты, методы AB INITIO и MNDO.
Впервые выполнен квантово-химический расчет молекул жидких кристаллов нематического - N-^ара-метоксибензилиден)-пара-бутиланилина, смектического - терефталбис(пара-бутиланилина) и холестерического - амил-пара-(4-цианобензилиденамино)-циннамата методами MNDO и AB INITIO с оптимизацией геометрии по всем параметрам стандартным градиентным методом. Получено оптимизированное геометрическое и электронное строение этих соединений. Теоретически оценена их кислотная сила (MNDO: 30<рКа<32, AB INITIO: 28<рКа<33). Установлено, что молекулы N-^ара-метоксибензилиден)-пара-бутиланилина, терефталбис(пара-бутиланилина), амил-пара-(4-
цианобензилиденамино)-циннамата относится к классу очень слабых кислот (рКа>14)
Keywords: quantum chemical calculation, n-(para- methoxybenziliden)-para-butilaniline, tereftalbis(para-butilaniline), amil-para-(4-
cyanobenzilidenamino)-cyanomat, method MNDO and AB INITIO.
For the first time quantumchemical calculation of molecules of n-(para- methoxybenziliden)-para-butilaniline, tereftalbis(para-butilaniline), amil-para-(4-cyanobenzilidenamino)-cyanomat by method MNDO and AB INITIO is executed. The geometrical on all parameters geometrical and electronic structure of these connections is received.
Введение
Целью настоящей работы является квантовохимический расчет молекул жидких кристаллов нематического - ^(пара-метоксибензилиден)-пара-бутиланилина, смектического - терефталбис(пара-бутиланилина) и холестерического - амил-пара-(4-цианобензилиденамино)-циннамата [1], методами MNDO и AB INITIO 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 работы
Оптимизированное геометрическое и электронное строение, общая энергия и электронная энергия молекул ^(пара-метоксибензилиден)-пара-бутиланилина, терефталбис(пара-бутиланилина), амил-пара-(4-цианобензилиденамино)-циннамата получено методами MNDO и AB INITIO и показано в табл. 1-22 и на рис. 1-6.
Таблица 1- Оптимизированные длины связей молекулы N-Спара-метоксибензилиден)-
парабутиланилина (метод MNDO)
№ Длины связей R,A
1 2 3
1 O(2)-C(1) 1.40
2 C(3)-O(2) 1.36
3 C(3)-C(8) 1.42
4 C(4)-C(3) 1.42
5 C(5)-C(4) 1.40
6 C(6)-C(5) 1.41
7 C(7)-C(6) 1.41
8 C(8)-C(7) 1.40
9 C(9)-C(6) 1.49
Продолжение таблицы 1
1 2 3
10 N(10)-C(9) 1.29
11 C(11)-N(10) 1.42
12 C(11)-C(16) 1.41
13 C(12)-C(11) 1.42
14 C(13)-C(12) 1.40
15 C(14)-C(13) 1.41
16 C(15)-C(14) 1.41
17 C(16)-C(15) 1.40
18 C(17)-C(14) 1.51
19 C(18)-C(17) 1.54
20 C(19)-C(18) 1.53
21 H(20)-C(1) 1.12
22 H(21)-C(1) 1.12
23 H(22)-C(1) 1.12
24 H(23)-C(8) 1.09
25 H(24)-C(7) 1.09
26 H(25)-C(5) 1.09
27 H(26)-C(4) 1.09
28 H(27)-C(9) 1.10
29 H(28)-C(12) 1.09
30 H(29)-C(13) 1.09
31 H(30)-C(16) 1.09
32 H(31)-C(15) 1.09
33 H(32)-C(17) 1.11
34 H(33)-C(17) 1.11
35 H(34)-C(18) 1.11
36 H(35)-C(18) 1.11
37 H(36)-C(19) 1.11
38 H(37)-C(19) 1.11
39 H(38)-C(19) 1.11
Таблица 2- Валентные углы молекулы N-^ара-метоксибензилиден)-парабутиланилина (метод MNDO)_____________________
№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
Валентные углы
C(I)-O(2)-C(3)
C(7)-C(8)-C(3)
O(2)-C(3)-C(4)
C(3)-C(4)-C(5)
C(4)-C(5)-C(6)
C(5)-C(6)-C(7)
C(6)-C(7)-C(8)
O(2)-C(3)-C(8)
C(5)-C(6)-C(9)
C(6)-C(9)-N(I0)
C(9)-N(I0)-C(II)
C(I5)-C(I6)-C(II)
N(I0)-C(II)-C(I2)
C(II)-C(I2)-C(I3)
C(I2)-C(I3)-C(I4)
C(I3)-C(I4)-C(I5)
C(I4)-C(I5)-C(I6)
N(I0)-C(II)-C(I6)
C(I3)-C(I4)-C(I7)
C(I4)-C(I7)-C(I8)
C(I7)-C(I8)-C(I9)
O(2)-C(I)-H(20)
O(2)-C(I)-H(2I)
O(2)-C(I)-H(22)
C(7)-C(8)-H(23)
C(6)-C(7)-H(24)
C(4)-C(5)-H(25)
C(3)-C(4)-H(26)
C(6)-C(9)-H(27)
C(II)-C(I2)-H(28)
C(I2)-C(I3)-H(29)
C(I5)-C(I6)-H(30)
C(I4)-C(I5)-H(3I)
C(I4)-C(I7)-H(32)
C(I4)-C(I7)-H(33)
C(I7)-C(I8)-H(34)
C(I7)-C(I8)-H(35)
C(I8)-C(I9)-H(36)
C(I8)-C(I9)-H(37)
C(I8)-C(I9)-H(38)
Град
I22
I20
I24
120
121
119
121 II6
120 I20
122 I20 I20
120 I22
118 I22
121
121
114
115 I07 II3 II2
119
120 II9
122 II5
121
118
119
120 I09 I09 I09
109
110 II2 II2
Таблица 3 - Заряды на атомах молекулы N-^ара-метоксибензилиден)-парабутиланилина (метод MNDO)
№ Атом Заряды на атомах молекулы
I 2 3
I C(I) +0.2I
2 O(2) -0.28
3 C(3) +0.I3
4 C(4) -0.I2
5 C(5) 0.00
6 C(6) -0.I0
7 C(7) 0.00
8 C(8) -0.08
9 C(9) +0.I3
I0 N(I0) -0.22
II C(II) +0.03
I 2 3
I2 C(I2) -0.07
I3 C(I3) -0.03
I4 C(I4) -0.I0
I5 C(I5) -0.03
I6 C(I6) -0.07
I7 C(I7) +0.05
I8 C(I8) -0.02
I9 C(I9) +0.03
20 H(20) +0.02
2I H(2I) -0.02
22 H(22) -0.02
23 H(23) +0.08
24 H(24) +0.06
25 H(25) +0.06
26 H(26) +0.07
27 H(27) +0.04
28 H(28) +0.07
29 H(29) +0.06
30 H(30) +0.07
3I H(3I) +0.06
32 H(32) 0.00
33 H(33) 0.00
34 H(34) +0.0I
35 H(35) +0.0I
36 H(36) -0.0I
37 H(37) -0.0I
38 H(38) -0.0I
Таблицы 4 - Оптимизированные длины связей молекулы ^(пара-метоксибензилиден)-
парабутиланилина (метод AB INITIO)
№ Дины связей R,A
I 2 3
I O(2)-C(1) 1.40
2 C(3)-O(2) 1.34
3 C(3)-C(8) 1.40
4 C(4)-C(3) 1.38
5 C(5)-C(4) 1.39
6 C(6)-C(5) 1.38
7 C(7)-C(6) 1.40
8 C(8)-C(7) 1.37
9 C(9)-C(6) 1.47
I0 N(10)-C(9) 1.25
II C(11)-N(10) I.4I
I2 C(11)-C(16) 1.39
I3 C(12)-C(11) 1.39
I4 C(13)-C(12) 1.38
I5 C(14)-C(13) 1.39
I6 C(15)-C(14) 1.39
I7 C(16)-C(15) 1.38
I8 C(17)-C(14) I.5I
I9 C(18)-C(17) 1.54
20 C(19)-C(18) 1.53
2I H(20)-C(1) 1.08
22 H(21)-C(1) 1.09
23 H(22)-C(1) 1.09
24 H(23)-C(8) 1.07
25 H(24)-C(7) 1.07
26 H(25)-C(5) 1.08
27 H(26)-C(4) 1.07
и>и>и>и>и>и>и>и>и>и>ЮЮЮЮЮЮЮЮЮЮн-н-н-н-н-н-н-н-
40 00^^<-Л4^и>Ю
О О О О О о О О О О О
00 00 00 ^1 -1^ -1^ -1^ и\ к>
О О О О О О О О о О О
40 чо 40 00 00 ^1 ^1 и\ С\ и> к>
5 5 5 5 5 5 5 Я я $ 5
и> 00 и> ^1 и> и> и\ и> 4-- и> и> и> ю и> и> о 40 13 00
О о О О о
12 1? 13 13 13 ^
О о о о о по
и\ /00 3 3 V
Я X X я я О н- ч_^ 40
13 и\ 13 4-- 13 и> 13 ю 13
О О о о О О 2 О
-1^ и> -1^ и> ю я о и\
о О о О О о О О
^1 -1^ и\ -1^ и> ю
о О О О О О О о
00 ^1 и\ -1^ и> ю я
40 '
I
% О '
о о О О о О о о
и\ N0 и\ 12 и> 13 3 3
О о О о О о о о
^1 1? и\ и> /00 13
о о О О О о о о
40 00 1? и\ и> и>
ООООЮЮн-К)н-К)н-н-К)
О н- н- Ю Ю и) и) н- н-
ЮЮЮЮЮЮЮЮн-К)н-К)ЮЮ
н-0и>н-0и>0н-00к>40<-л00
> 2 н
5Я л Р у-' ч о\ NN о Ь
2 Я в
NN П В
неё
Зо\р
о щ <*
Ч'”/ и) 1
е «
л Л
8 в
л н V я я в-
-§ Л
£> V! О» -1
в -
Ьа 2
в I € -
@ п - т.
в <3 8 •_ РО в-
2 ¥
и>и>и>и>и>и>и>и>и>и>юю
^ООО^^и1^и)К)мО^ОО
ыммымыымынннн._______.
нчнчнчнчнчнчнчнчнчнчнчрГ
и>и>и>и)и)и)и)и)и)ЮЮ<^ 00^^<-л^ыюм0^00^ 11111111111 ^
чочо'ООооо^|^|а1^и)ю^5
оооооооооооо
Ч040404040404000<1000040
о
и\
40 00^^<-Л4^и>Ю
0
к>
1
о
оЗ
^ я
по 00 ^ I I
ПО и\ с\
по
^ <-Л
I I
ПО
и\ 4->
по
4-* и)
I I
ПО
и) К)
пп
ТЗ 13
I I
ПО
4^4^4^4-“К>4-“4-“4-“4-“4-“4-“4-“4-“ 0к>н-к>40 40н-н-н-0н-н-40
Н
&г
о\
_
Я
в
&г
О
я
н
л 2 -§- В
ОХ о
5 §
С £5
'а' * § в ■а Е ¥ « о\
VI Й — — В в § * 5 в-в "
_ а
в м
Продолжение таблицы 4________________________________________________________________________________________ Таблица 6 - Заряды на атомах молекулы 1\-(пара-
1 2 3
14 С(13)-С(12) 1.41
15 С(14)-С(13) 1.41
16 С(15)-С(14) 1.40
17 М(16)-С(1) 1.29
18 С(17)-Щ6) 1.42
19 С(17)-С(22) 1.41
20 С(18)-С(17) 1.42
21 С(19)-С(18) 1.40
22 С(20)-С(19) 1.41
23 С(21)-С(20) 1.41
24 С(22)-С(21) 1.40
25 С(23)-С(20) 1.51
26 С(24)-С(23) 1.54
27 С(25)-С(24) 1.54
28 С(26)-С(25) 1.53
29 С(27)-С(13) 1.51
30 С(28)-С(27) 1.54
31 С(29)-С(28) 1.54
32 С(30)-С(29) 1.53
33 Н(31)-С(30) 1.11
34 Н(32)-С(30) 1.11
35 Н(33)-С(30) 1.11
36 Н(34)-С(29) 1.11
37 Н(35)-С(29) 1.11
38 Н(36)-С(28) 1.11
39 Н(37)-С(28) 1.11
40 Н(38)-С(27) 1.11
41 Н(39)-С(27) 1.11
42 Н(40)-С(14) 1.09
43 Н(41)-С(15) 1.09
44 Н(42)-С(11) 1.09
45 Н(43)-С(12) 1.09
46 Н(44)-С(8) 1.10
47 Н(45)-С(4) 1.09
48 Н(46)-С(3) 1.09
49 Н(47)-С(7) 1.09
50 Н(48)-С(6) 1.09
51 Н(49)-С(1) 1.10
52 Н(50)-С(22) 1.09
53 Н(51)-С(21) 1.09
54 Н(52)-С(19) 1.09
55 Н(53)-С(18) 1.09
56 Н(54)-С(23) 1.11
57 Н(55)-С(23) 1.11
58 Н(56)-С(24) 1.11
59 Н(57)-С(24) 1.11
60 Н(58)-С(25) 1.11
61 Н(59)-С(25) 1.11
62 Н(60)-С(26) 1.11
63 Н(61)-С(26) 1.11
64 Н(62)-С(26) 1.11
Таблицы 8 - Валентные углы молекулы
терефталбис(пара-бутиланилина) (метод МКРО)
№ Валентные углы Град
1 2 3
1 С(1)-С(2)-С(3) 120
2 С(2)-С(3)-С(4) 121
3 С(3)-С(4)-С(5) 121
4 С(4)-С(5)-С(6) 119
1 2 3
5 С(5)-С(6)-С(7) 121
6 С(1)-С(2)-С(7) 121
7 С(4)-С(5)-С(8) 120
8 С(5)-С(8)-Ы(9) 120
9 С(8)-Ы(9)-С(10) 122
10 С(14)-С(15)-С(10) 120
11 К(9)-С(10)-С(11) 119
12 С(10)-С(11)-С(12) 120
13 С(11)-С(12)-С(13) 122
14 С(12)-С(13)-С(14) 118
15 С(13)-С(14)-С(15) 122
16 Ы(9)-С(10)-С(15) 121
17 С(2)-С(1)-Ы(16) 120
18 С(1)-Ы(16)-С(17) 122
19 С(21)-С(22)-С(17) 120
20 Ы(16)-С(17)-С(18) 119
21 С(17)-С(18)-С(19) 120
22 С(18)-С(19)-С(20) 122
23 С(19)-С(20)-С(21) 118
24 С(20)-С(21)-С(22) 121
25 Ы(16)-С(17)-С(22) 121
26 С(19)-С(20)-С(23) 121
27 С(20)-С(23)-С(24) 114
28 С(23)-С(24)-С(25) 114
29 С(24)-С(25)-С(26) 115
30 С(12)-С(13)-С(27) 121
31 С(13)-С(27)-С(28) 114
32 С(27)-С(28)-С(29) 114
33 С(28)-С(29)-С(30) 115
34 С(29)-С(30)-Н(31) 112
35 С(29)-С(30)-Н(32) 110
36 С(29)-С(30)-Н(33) 112
37 С(28)-С(29)-Н(34) 109
38 С(28)-С(29)-Н(35) 110
39 С(27)-С(28)-Н(36) 109
40 С(27)-С(28)-Н(37) 109
41 С(13)-С(27)-Н(38) 109
42 С(13)-С(27)-Н(39) 109
43 С(13)-С(14)-Н(40) 120
44 С(14)-С(15)-Н(41) 119
45 С(10)-С(11)-Н(42) 121
46 С(11)-С(12)-Н(43) 118
47 С(5)-С(8)-Н(44) 115
48 С(3)-С(4)-Н(45) 119
49 С(2)-С(3)-Н(46) 120
50 С(6)-С(7)-Н(47) 119
51 С(5)-С(6)-Н(48) 120
52 С(2)-С(1)-Н(49) 115
53 С(21)-С(22)-Н(50) 119
54 С(20)-С(21)-Н(51) 120
55 С(18)-С(19)-Н(52) 118
56 С(17)-С(18)-Н(53) 121
57 С(20)-С(23)-Н(54) 109
58 С(20)-С(23)-Н(55) 109
59 С(23)-С(24)-Н(56) 109
60 С(23)-С(24)-Н(57) 109
61 С(24)-С(25)-Н(58) 109
62 С(24)-С(25)-Н(59) 109
63 С(25)-С(26)-Н(60) 112
64 С(25)-С(26)-Н(61) 110
65 С(25)-С(26)-Н(62) 112
Таблица 9 - Заряды на атомах молекулы терефталбис(пара-бутиланилина) (метод MNDO)
№ Атом Заряды на атомах молекулы
1 C(1) +0.12
2 C(2) -0.05
3 C(3) -0.04
4 C(4) -0.04
5 C(5) -0.06
6 C(6) -0.03
7 C(7) -0.03
8 C(8) +0.12
9 N(9) -0.21
10 C(10) +0.03
11 C(11) -0.06
12 C(12) -0.03
13 C(13) -0.10
14 C(14) -0.03
15 C(15) -0.07
16 N(16) -0.21
17 C(17) +0.03
18 C(18) -0.06
19 C(19) -0.03
20 C(20) -0.10
21 C(21) -0.03
22 C(22) -0.08
23 C(23) +0.05
24 C(24) -0.01
25 C(25) -0.02
26 C(26) +0.03
27 C(27) +0.05
28 C(28) -0.01
29 C(29) -0.02
30 C(30) +0.03
31 H(31) 0.00
32 H(32) -0.01
33 H(33) 0.00
34 H(34) 0.00
35 H(35) 0.00
36 H(36) +0.01
37 H(37) +0.01
38 H(38) 0.00
39 H(39) 0.00
40 H(40) +0.06
41 H(4I) +0.06
42 H(42) +0.07
43 H(43) +0.06
44 H(44) +0.04
45 H(45) +0.06
46 H(46) +0.06
47 H(47) +0.07
48 H(48) +0.07
49 H(49) +0.04
50 H(50) +0.06
51 H(51) +0.06
52 H(52) +0.06
53 H(53) +0.07
54 H(54) +0.01
55 H(55) +0.01
56 H(56) +0.01
57 H(57) +0.01
58 H(58) 0.00
59 H(59) 0.00
60 H(60) -0.01
61 H(61) -0.01
62 H(62) -0.01
Таблица 10 - Оптимизированные длины связей молекулы терефталбис(пара-бутиланилина)
(метод AB INITIO)_____________________________
№ Дины связей R,A
I 2 3
I C(2)-C(1) I.48
2 C(2)-C(7) I.40
3 C(3)-C(2) I.38
4 C(4)-C(3) I.39
5 C(5)-C(4) I.38
6 C(6)-C(5) I.40
7 C(7)-C(6) I.37
8 C(8)-C(5) I.48
9 N(9)-C(8) I.25
I0 C(10)-N(9) I.4I
II C(10)-C(15) I.39
I2 C(11)-C(10) I.39
I3 C(12)-C(11) I.38
I4 C(13)-C(12) I.39
I5 C(14)-C(13) I.39
I6 C(15)-C(14) I.38
I7 N(16)-C(1) I.25
I8 C(17)-N(16) I.4I
I9 C(17)-C(22) I.39
20 C(18)-C(17) I.39
2I C(19)-C(18) I.38
22 C(20)-C(19) I.39
23 C(21)-C(20) I.39
24 C(22)-C(21) I.38
25 C(23)-C(20) I.5I
26 C(24)-C(23) I.53
27 C(25)-C(24) I.53
28 C(26)-C(25) I.53
29 C(27)-C(13) I.5I
30 C(28)-C(27) I.54
3I C(29)-C(28) I.53
32 C(30)-C(29) I.53
33 H(31)-C(30) I.09
34 H(32)-C(30) I.09
35 H(33)-C(30) I.09
36 H(34)-C(29) I.09
37 H(35)-C(29) I.09
38 H(36)-C(28) I.09
39 H(37)-C(28) I.09
40 H(38)-C(27) I.09
4I H(39)-C(27) I.09
42 H(40)-C(14) I.08
43 H(41)-C(15) I.07
44 H(42)-C(11) I.08
45 H(43)-C(12) I.08
46 H(44)-C(8) I.09
47 H(45)-C(4) I.08
48 H(46)-C(3) I.08
49 H(47)-C(7) I.07
50 H(48)-C(6) I.07
5I H(49)-C(1) I.09
52 H(50)-C(22) I.07
53 H(51)-C(21) 1.08
54 H(52)-C(19) 1.08
55 H(53)-C(18) 1.08
56 H(54)-C(23) 1.09
57 H(55)-C(23) 1.09
I 2 3
58 H(56)-C(24) 1.09
59 H(57)-C(24) 1.09
60 H(58)-C(25) 1.09
6I H(59)-C(25) 1.09
62 H(60)-C(26) 1.09
63 H(6I)-C(26) 1.09
64 H(62)-C(26) 1.09
I 2 3
46 C(2)-C(3)-H(46) I20
47 C(6)-C(7)-H(47) I2I
48 C(5)-C(6)-H(48) II9
49 C(2)-C(I)-H(49) II6
50 C(2I)-C(22)-H(50) I2I
5I C(20)-C(2I)-H(5I) I20
52 C(I8)-C(I9)-H(52) II9
53 C(I7)-C(I8)-H(53) I20
54 C(20)-C(23)-H(54) I09
55 C(20)-C(23)-H(55) I09
56 C(23)-C(24)-H(56) I09
57 C(23)-C(24)-H(57) I09
58 C(24)-C(25)-H(58) I09
59 C(24)-C(25)-H(59) I09
60 C(25)-C(26)-H(60) III
6I C(25)-C(26)-H(6I) III
62 C(25)-C(26)-H(62) III
Таблица 11 - Валентные углы молекулы
терефталбис(пара-бутиланилина) (метод AB
INITIO)
№ Валентные углы Град
I 2 3
I C(I)-C(2)-C(3) I20
2 C(2)-C(3)-C(4) I20
3 C(3)-C(4)-C(5) I20
4 C(4)-C(5)-C(6) II9
5 C(5)-C(6)-C(7) I20
6 C(4)-C(5)-C(8) I20
7 C(5)-C(8)-N(9) I22
8 C(8)-N(9)-C(I0) I20
9 C(I4)-C(I5)-C(I0) I20
I0 N(9)-C(I0)-C(II) I23
II C(I0)-C(II)-C(I2) I20
I2 C(II)-C(I2)-C(I3) I2I
I3 C(I2)-C(I3)-C(I4) II8
I4 C(I3)-C(I4)-C(I5) I2I
I5 C(2)-C(I)-N(I6) I22
I6 C(I)-N(I6)-C(I7) I20
I7 C(2I)-C(22)-C(I7) I20
I8 N(I6)-C(I7)-C(I8) I23
I9 C(I7)-C(I8)-C(I9) I20
20 C(I8)-C(I9)-C(20) I2I
2I C(I9)-C(20)-C(2I) II8
22 C(20)-C(2I)-C(22) I2I
23 C(I9)-C(20)-C(23) I2I
24 C(20)-C(23)-C(24) II3
25 C(23)-C(24)-C(25) II3
26 C(24)-C(25)-C(26) II3
27 C(I2)-C(I3)-C(27) I2I
28 C(I3)-C(27)-C(28) II3
29 C(27)-C(28)-C(29) II3
30 C(28)-C(29)-C(30) II3
3I C(29)-C(30)-H(3I) III
32 C(29)-C(30)-H(32) III
33 C(29)-C(30)-H(33) III
34 C(28)-C(29)-H(34) I09
35 C(28)-C(29)-H(35) I09
36 C(27)-C(28)-H(36) I09
37 C(27)-C(28)-H(37) I09
38 C(I3)-C(27)-H(38) I09
39 C(I3)-C(27)-H(39) I09
40 C(I3)-C(I4)-H(40) I20
4I C(I4)-C(I5)-H(4I) I2I
42 C(I0)-C(II)-H(42) I20
43 C(II)-C(I2)-H(43) II9
44 C(5)-C(8)-H(44) II6
45 C(3)-C(4)-H(45) I20
Таблица 12 - Заряды на атомах молекулы
терефталбис(пара-бутиланилина) (метод AB
INITIO)_______________________________________
№ Атом Заряды на атомах молекулы
I 2 3
1 C(1) +0.20
2 C(2) -0.16
3 C(3) -0.07
4 C(4) -0.07
5 C(5) -0.16
6 C(6) -0.03
7 C(7) -0.03
8 C(8) +0.20
9 N(9) -0.40
10 C(I0) +0.09
11 C(11) -0.09
12 C(I2) -0.07
13 C(I3) -0.12
14 C(I4) -0.07
15 C(I5) -0.05
16 N(I6) -0.40
17 C(I7) +0.10
18 C(I8) -0.09
19 C(19) -0.07
20 C(20) -0.12
21 C(2I) -0.07
22 C(22) -0.06
23 C(23) -0.13
24 C(24) -0.16
25 C(25) -0.20
26 C(26) -0.23
27 C(27) -0.13
28 C(28) -0.16
29 C(29) -0.20
30 C(30) -0.23
31 H(31) +0.09
32 H(32) +0.09
33 H(33) +0.09
34 H(34) +0.09
35 H(35) +0.09
36 H(36) +0.09
37 H(37) +0.09
38 H(38) +0.10
109
и>и>и>юююююююююю
К)нОЮООч)^и1^иЮнО
40 00^^<-Л4^и>Ю
40 00^^<-Л4^и>Ю
_ н
О £>
ь Р
2 ё Я 8
^ в _ £ т “ —
62
ш ш к_> |Ч_> к_> Ь-> Ь-> Ь-> Ь-> м м __
£ О 40 00 5
01 4^ и) Ю
юоо^а\и14^и)ыю
ппппп^5Л55Л Л Л Л Л о555555^ Л Л Л Л Л Л Л Л Л
>■> >° >° О! 4^ и) Ю —
^ 00 и> а\ 1Л 4^ ч
п
н
о
ы
о
а
н
а
§
а
и
а -а В о К> я
а -
О В
о» в
п В"
в Е
и
н- — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — —
-Н_ -Н_ -Н_ -Н_ -Н_ Ъ\ Ъ\ Ъ\ Ъ\ 4^ и) ю 1>| и) 'и\ -Н_ 1>| 1>| 'и\ 'и\ 1>| 'и\ 4^ ю 1>| 1>| 1>| 'и\ 'и\ 1>| 'и\ 4^
Ю и> 4-- 4-- и\ и> о и\ ю 4-- и\ и\ 4-- С\ С\ 40 ю 4-- и\ и\ 4-- и\ и\
, *
V
п
*-
и
*-
с
п
со
и
сл сл сл ^/1 ^/1 ^/1 ^/1 ^/1 ^/1 ^/1 (^/1 ^/ > ^/ > 4^ 4^ 4^ 4^ 4^ 4^ 4^ 4^ 4^ 4^ (омоюооч]а\1л4^и)юмоюооч|а\и14^ыюн-о
НН НН НН НН НН НН НН НН НН НН НН НН НН НН НН НН НН НН НН НН НН НН НН НН
н-Цн-Цн-Цн-Цн-Цн-Цн-Цн-Цн-Цн-Цн-Цн-Цн-Цн-Цн-ЦнНн-Цн-Цн-Цн-Цн-Цн-Цн-Цн-Ц
01^а1и11л^и1^^и1^и1^4^4^'24^4^4^4^4^4^4^Ы
Юн-ОмЭООч|^и1^ЫЮмОЮОО>4^1л4^и)(ОмОЮ
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
О о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о
о о о о о о о ^_ ^_ ^_ о о ^_ о ^_ н- о о о о ^_ ^_ о
40 40 40 40 40 40 40 о о о 00 40 о 00 ю ы 40 40 00 00 о о 40
а\^и1и11Л(Л1Л1Л(Л1Л!Л1Л4^-Й>4^-Й‘4^4^4^-Й‘^4^и)и)и)Ыи)и)Ы
мО^ОО%1а\и1^и)ЮнОЮОО^^и1^и)ЫмОЮОО^аи1^У
И И И И к к X д X X X X X X к к X X X д X X X
о и\ 40 и\ 00 и\ ^1 и\ С\ и\ и\ и\ 4-- и\ и> и\ ю и\ и\ о 40 00 ^1 С\ и\ 4-- и> 4-- ю 4-- о и> 40 и> 00
о о о о о о о о о о о о о о о о о о О О О О О
и\ 13 и\ 13 4-- ю 4-- ю и> 13 и> 13 ю 13 ю 00 ^1 и\ и\ 4^ 4^ и> ю К> я о
X X X X X X
ИЗ ^1 ИЗ ИЗ и\ ИЗ 4-- ИЗ и> ИЗ ю
о о О о о о
/оо 3 3 и\
ыСЗомСммЫммммЫОммммЕ
Продолжение таблицы 12______________________________________________________________________________________ Продолжение таблицы 13
i 2 3
28 C(2)-C(3)-H(27) 11G
29 C(2)-C(3)-H(28) 1G8
3G C(i)-C(2)-H(29) Юб
31 C(3)-C(4)-H(3G) 1G9
32 C(3)-C(4)-H(3i) 1G8
33 C(4)-C(5)-H(32) 1G7
34 C(5)-C(6)-H(33) 111
35 C(5)-C(6)-H(34) 1G8
3б C(6)-C(7)-H(35) 1G9
37 C^-C^-H^) 1G9
38 C(5)-C(8)-H(37) 115
39 N(9)-C(iG)-H(38) 112
4G C(iG)-C(ii)-H(39) 1G9
41 C(iG)-C(ii)-H(4G) 111
42 C(11)-C(12)-H(41) 1G9
43 C(ii)-C(i2)-H(42) 1G9
44 C(12)-C(13)-H(43) Юб
45 C(13)-C(14)-H(44) 11G
4б C(i3)-C(i4)-H(45) 1G8
47 C(14)-C(15)-H(46) 1G9
48 C(i4)-C(i5)-H(47) 1G8
49 C(i3)-C(i7)-H(48) 115
5G C(i7)-C(i8)-H(49) 122
51 O(2i)-C(22)-H(5G) 112
52 O(2i)-C(22)-H(5i) 1G5
53 C(22)-C(23)-H(52) 11G
54 C(22)-C(23)-H(53) 1G9
55 C(23)-C(24)-H(54) 1G9
5б C(23)-C(24)-H(55) 1G9
57 C(24)-C(25)-H(56) 1G9
58 C(24)-C(25)-H(57) 11G
59 C(25)-C(26)-H(58) 112
6G C(25)-C(26)-H(59) 11G
б1 C(25)-C(26)-H(6G) 112
Таблица 15 - Заряды на атомах молекулы амил-
пара-(4-цианобензилиденамино)-циннамата (метод MNDO)____________________________
№ Атом Заряды на атомах молекулы
i 2 3
i C(i) -G.iG
2 C(2) +G.G6
3 C(3) G.GG
4 C(4) G.GG
5 C(5) -G.G3
б ОД G.GG
7 C(7) G.GG
8 C(8) +G.G6
9 N(9) -G.27
iG C(iG) +G.G7
ii C(ii) G.GG
i2 C(i2) G.GG
i3 C(i3) -G.G2
i4 C(i4) G.GG
i5 C(i5) G.GG
1б N(16) -G.G8
i7 C(i7) -G.G2
i8 C(i8) -G.iG
i9 C(i9) +G.4G
2G O(2G) -G.36
i 2 3
21 O(2i) -G.34
22 C(22) +G.19
23 C(23) -G.G4
24 C(24) -G.Gi
25 C(25) -G.G2
2б C(26) +G.G3
27 H(27) +G.G2
28 H(28) +G.G2
29 H(29) +G.G4
3G H(3G) +G.G1
3i H(3i) +G.G2
32 H(32) +G.G4
33 H(33) +G.G1
34 H(34) +G.G2
35 H(35) +G.G2
3б И(3б) +G.G2
37 H(37) +G.G4
38 H(38) -G.Gi
39 H(39) G.GG
4G H(4G) +G.G3
41 H(41) +G.G1
42 H(42) +G.G1
43 H(43) +G.G2
44 H(44) +G.G1
45 H(45) +G.G2
4б H(46) G.GG
47 H(47) +G.G2
48 H(48) +G.G6
49 H(49) +0.08
5G H(5G) +G.G2
5i H(5i) +G.G2
52 H(52) +G.G2
53 H(53) +G.G2
54 H(54) +G.G1
55 H(55) G.GG
5б H(56) G.GG
57 H(57) +G.G1
58 H(58) G.GG
59 H(59) -G.Gi
6G H(6G) -G.Gi
Таблица 16 - Оптимизированные длины связей молекулы амил-пара-(4-цианобензилиденамино)-циннамата (метод AB INITIO)__________________
№ Длины связей R,A
i 2 3
1 C(2)-C(1) 1.47
2 C(3)-C(2) i.55
3 C(4)-C(3) i.54
4 C(5)-C(4) i.53
5 C(6)-C(5) i.55
б C(6)-C(7) i.54
7 C(7)-C(2) i.54
8 C(8)-C(5) 1.51
9 N(9)-C(8) i.25
iG C(10)-N(9) i.45
ii C(10)-C(15) i.54
i2 C(11)-C(10) i.54
i3 C(12)-C(11) i.53
i4 C(13)-C(12) i.55
i5 C(14)-C(13) i.55
1 2 3
16 C(15)-C(14) 1.53
17 N(16)-C(1) 1.13
18 C(17)-C(13) 1.50
19 C(18)-C(17) 1.32
20 C(19)-C(18) 1.48
21 O(20)-C(19) 1.19
22 O(21)-C(19) 1.32
23 C(22)-O(21) 1.42
24 C(23)-C(22) 1.52
25 C(24)-C(23) 1.53
26 C(25)-C(24) 1.53
27 C(26)-C(25) 1.53
28 H(27)-C(3) 1.08
29 H(28)-C(3) 1.08
30 H(29)-C(2) 1.09
31 H(30)-C(4) 1.09
32 H(31)-C(4) 1.09
33 H(32)-C(5) 1.08
34 H(33)-C(6) 1.09
35 H(34)-C(6) 1.09
36 H(35)-C(7) 1.08
37 H(36)-C(7) 1.09
38 H(37)-C(8) 1.09
39 H(38)-C(10) 1.09
40 H(39)-C(11) 1.09
41 H(40)-C(11) 1.09
42 H(41)-C(12) 1.09
43 H(42)-C(12) 1.09
44 H(43)-C(13) 1.09
45 H(44)-C(14) 1.09
46 H(45)-C(14) 1.09
47 H(46)-C(15) 1.09
48 H(47)-C(15) 1.08
49 H(48)-C(17) 1.08
50 H(49)-C(18) 1.07
51 H(50)-C(22) 1.08
52 H(51)-C(22) 1.08
53 H(52)-C(23) 1.09
54 H(53)-C(23) 1.09
55 H(54)-C(24) 1.09
56 H(55)-C(24) 1.09
57 H(56)-C(25) 1.09
58 H(57)-C(25) 1.09
59 H(58)-C(26) 1.09
60 H(59)-C(26) 1.09
61 H(60)-C(26) 1.09
Таблица 17 - Валентные углы молекулы амил-пара-(4-цианобензилиденамино)-циннамата (метод AB INITIO)___________________________
№ Валентные углы Град
1 2 3
1 C(1)-C(2)-C(3) 111
2 C(2)-C(3)-C(4) 112
3 C(3)-C(4)-C(5) 111
4 C(4)-C(5)-C(6) 110
5 C(2)-C(7)-C(6) 110
6 C(1)-C(2)-C(7) 111
7 C(4)-C(5)-C(8) 112
8 C(5)-C(8)-N(9) 123
9 C(8)-N(9)-C(10) 119
10 C(14)-C(15)-C(10) 112
1 2 3
11 N(9)-C(10)-C(11) 109
12 C(10)-C(11)-C(12) 111
13 C(11)-C(12)-C(13) 111
14 C(12)-C(13)-C(14) 111
15 C(13)-C(14)-C(15) 112
16 C(2)-C(1)-N(16) 180
17 C(12)-C(13)-C(17) 110
18 C(13)-C(17)-C(18) 126
19 C(17)-C(18)-C(19) 121
20 C(18)-C(19)-0(20) 125
21 C(18)-C(19)-0(21) 111
22 C(19)-0(21)-C(22) 119
23 O(21)-C(22)-C(23) 112
24 C(22)-C(23)-C(24) 112
25 C(23)-C(24)-C(25) 113
26 C(24)-C(25)-C(26) 113
27 C(2)-C(3)-H(27) 110
28 C(2)-C(3)-H(28) 109
29 C(1)-C(2)-H(29) 106
30 C(3)-C(4)-H(30) 110
31 C(3)-C(4)-H(31) 109
32 C(4)-C(5)-H(32) 109
33 C(5)-C(6)-H(33) 110
34 C(5)-C(6)-H(34) 109
35 C(2)-C(7)-H(35) 110
36 C(2)-C(7)-H(36) 109
37 C(5)-C(8)-H(37) 116
38 N(9)-C(10)-H(38) 110
39 C(10)-C(11)-H(39) 110
40 C(10)-C(11)-H(40) 109
41 C(11)-C(12)-H(41) 111
42 C(11)-C(12)-H(42) 109
43 C(12)-C(13)-H(43) 108
44 C(13)-C(14)-H(44) 110
45 C(13)-C(14)-H(45) 109
46 C(14)-C(15)-H(46) 110
47 C(14)-C(15)-H(47) 111
48 C(13)-C(17)-H(48) 117
49 C(17)-C(18)-H(49) 123
50 0(21)-C(22)-H(50) 109
51 0(21)-C(22)-H(51) 105
52 C(22)-C(23)-H(52) 109
53 C(22)-C(23)-H(53) 109
54 C(23)-C(24)-H(54) 109
55 C(23)-C(24)-H(55) 110
56 C(24)-C(25)-H(56) 109
57 C(24)-C(25)-H(57) 109
58 C(25)-C(26)-H(58) 111
59 C(25)-C(26)-H(59) 111
60 C(25)-C(26)-H(60) 111
Таблица 18 - Заряды на атомах молекулы амил-пара-(4-цианобензилиденамино)-циннамата (метод AB INITIO)
Таблица 19 - Общая энергия (Е0) молекул жидких кристаллов____________________________
мономер метод -Е0 кДж/моль
^(пара- метоксибензилид ен)-пара- бутиланилина MNDO 28бІ53
AB INITIO 2G5554G
терефталбис(пар а-бутиланилина MNDO 428275
AB INITIO 3ІІ3875
амил-пара-(4- цианобензилиден амино)- циннамата MNDO 4І9387
AB INITIO 29І3835
Таблица 20 - Электронная энергия (Е*,) молекул жидких кристаллов___________________________
мономер метод -Еэл кДж/моль
^(пара- метоксибензилид ен)-пара- бутиланилина MNDO І778І25
AB INITIO 5297G65
терефталбис(пар а-бутиланилина MNDO 3255255
AB INITIO 9І8392І
амил-пара-(4- цианобензилиден амино)- циннамата MNDO 3G93G24
AB INITIO 838357б
Таблица 21 - Максимальный заряд на атоме водорода (дтахн+) молекул жидких кристаллов
мономер метод q H+ max
^(пара- метоксибензилид ен)-пара- бутиланилина MNDO +G,G8
AB INITIO +G,i2
терефталбис(пар а-бутиланилина MNDO +G,G7
AB INITIO +G,i2
амил-пара-(4- цианобензилиден амино)- циннамата MNDO +G,G8
AB INITIO +G,16
Таблица 22 - Универсальный показатель
кислотности (рКа) молекул жидких кристаллов
мономер метод рКа
N-(пара- метоксибензилид ен)-пара- бутиланилина MNDO 3G
AB INITIO 33
терефталбис(пар а-бутиланилина MNDO 32
AB INITIO 33
амил-пара-(4- цианобензилиден амино)- циннамата MNDO 3G
AB INITIO 28
Используя известную формулы [4-7] ММЭО: рКа=42,11-147,^тахн+ (где +0,07^тахн+ <= +0,08 - максимальный заряд на атоме водорода, рКа- универсальный показатель кислотности) АВ
№ Атом Заряды на атомах молекулы
i C(1) +0.20
2 C(2) -0.23
3 C(3) -0.09
4 C(4) -0.19
5 C(5) -0.26
б C(6) -0.11
7 C(7) -0.17
8 C(8) +0.14
9 N(9) -0.33
iG C(1G) -0.06
ii C(11) -0.16
i2 C(i2) -0.17
i3 C(13) -0.19
i4 C(i4) -0.18
i5 C(15) -0.15
1б N(16) -0.37
i7 C(i7) +0.01
i8 C(18) -0.27
i9 C(19) +0.63
2G O(2G) -0.50
2i O(21) -0.46
22 C(22) +0.10
23 C(23) -0.21
24 C(24) -0.21
25 C(25) -0.19
2б C(26) -0.23
27 H(27) +0.12
28 H(28) +0.12
29 H(29) +0.16
3G H(3G) +0.10
3i H(31) +0.12
32 H(32) +0.13
33 H(33) +0.10
34 H(34) +0.12
35 H(35) +0.13
3б И(Зб) +0.11
37 H(37) +0.07
38 H(38) +0.09
39 H(39) +0.10
4G H(4G) +0.11
4i H(41) +0.11
42 H(42) +0.10
43 H(43) +0.12
44 H(44) +0.11
45 H(45) +0.12
4б H(46) +0.10
47 H(47) +0.11
48 H(48) +0.13
49 H(49) +0.11
5G H(5G) +0.12
5i H(51) +0.10
52 H(52) +0.12
53 H(53) +0.10
54 H(54) +0.09
55 H(55) +0.09
5б H(56) +0.09
57 H(57) +0.09
58 H(58) +0.09
59 H(59) +0.09
6G H(6G) +0.08
INITIO: рКа=49,G4-i34,бiqmaxH+ (где +G,i2<qmaxH+ < +G,16 - максимальный заряд на атоме водорода, рКа-универсальный показатель кислотности) находим значение кислотной силы этих соединений MNDO: 30<рКа<32, AB INITIO: 28<рКа<33.
Рис. 1 - Геометрическое и электронное строение молекулы ^(пара-метоксибензилиден)-пара-
бутиланилина (метод MNDO). (Е0= -28б153 кДж/моль, Еэл= -1TT8125 кДж/моль)
Рис. 2 - Геометрическое и электронное строение молекулы ^(пара-метоксибензилиден)-пара-
бутиланилина (метод AB INITIO).
(Е0= -2055540 кДж/моль, Еэл= -5297065 кДж/моль)
Рис. 3 - Геометрическое и электронное строение молекулы терефталбис(пара-бутиланилина)
(метод MNDO). (Е0= -4282T5 кДж/моль, Еэл= -3255255 кДж/моль)
Рис. 4 - Геометрическое и электронное строение молекулы терефталбис(пара-бутиланилина) (метод AB INITIO). (Е0= -3113875 кДж/моль, Еэл= -9183921 кДж/моль)
Рис. 5 - Геометрическое и электронное строение молекулы амил-пара-(4-цианобензилиден-
амино)-циннамата (метод MNDO). (Е0= -41938T кДж/моль, Еэл= -3093024 кДж/моль)
Рис. 6 - Геометрическое и электронное строение молекулы амил-пара-(4-цианобензилиден-
амино)-циннамата (метод AB INITIO). (Е0= -2913835 кДж/моль, Еэл= -8383576 кДж/моль)
Заключение
Таким образом, нами впервые выполнен квантово-химический расчет молекул N-(napa-метоксибензилиден)-пара-бутиланилина, терефталбис(пара-бутиланилина), амил-пара-(4-цианобензилиденамино)-циннамата методами MND0 и AB INITI0. Получено оптимизированное геометрическое и электронное строение этого соединения. Теоретически оценена их кислотная сила MND0: 30<рКа<32, AB INITI0: 28<рКа<33. Установлено, что молекулы N-^ара-метоксибензилиден)-пара-бутиланилина, терефталбис (пара-бутиланилина), амил-пара-(4-цианобензилиденамино)-циннамата обладают одинаковой кислотной силой и относится к классу очень слабых Н-кислот (рКа>14).
Литература
1. www.krugoswet.ru
2. Shmidt, M. W. Together with Montgomery J. A. General Atomic and Molecular Electronic Structure Systems / M. W. Shmidt, K. K. Baldridge, J. A. Elbert, M. S. Gordon, J. H. Ensen, S. Koseki, N. Matsunaga, K. A. Nguen, S. J. Su, T. L Winds // J. Comput. Chem. - 1993. - 14. - P. 1347-1363.
3. Bode, B. M. “MacMolPlt: A Graphical User Interface for GAMESS” and Gordon M.S. / B. M. Bode // J Molec. Graphics. - 1998. - 16. - P. 133-138.
4. Babkin, V. A. Connection of the universal acidity index of H-acid with the charge on Hydrogen atom (AB INITI0 method) / V. A. Babkin, R. G. Fedunov, K. S. Minsker and anothers // 0xidation communication. - 2002. - №1. - 25. -P. 21-47.
5. Бабкин, В. А. Квантово-химический расчет методом MND0 и оценка кислотной силы некоторых стиролов /
B. А. Бабкин, К. С. Медведева, С. П. Белоусов, Л. Ф. Стоянова, Г. Е. Заиков, Х. Э. Харлампиди, О. В. Стоянов // Вестник Казан. технол. ун-т. - 2012. - Т. 15, №5. -
C. 7-12.
6. Бабкин, В. А. Квантово-химический расчёт некоторых молекул производных индена методом MND0 / В. А. Бабкин, С. А. Белозеров, Г. Е. Заиков, О. В. Стоянов, С. Ю. Софьина // Вестник Казан. технол. ун-т. - 2012. -Т. 15, №5. - С. 15-17.
7. Бабкин, В. А. Квантово-химический расчет некоторых соединений с малыми циклами методом MND0 / В. А. Бабкин, С. А.Белозеров, Г. Е.Заиков, С. Ю. Софьина // Вестник Казан. технол. ун-т. - 2012. - Т. 15, №6. - С. 20-22.
© В. А. Бабкин - д-р хим. наук, проф., нач. науч. отдела Себряковского филиала Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета, sfvolggasu@yandex.ru; Д. С. Андреев - сотр. Себряковского филиала Волгоградского госуд. архитектурно- строительного ун-та; Г. Е. Заиков - д-р хим. наук, проф. Института биохимической физики РАН, chembio@sky.chph.ras.ru; А. Ф. Яруллин - асс. каф. технологии пластических масс КНИТУ.
