CC BY
3
DOI - 10.32 743/UniChem.2024.115.1.16607
КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОГО СТРОЕНИЯ И ГЕОМЕТРИИ МОЛЕКУЛЫ ТИЕНОПИРИМИДИНОНА
Мамарахмонов Мухаматдин Хомидович
PhD, доцент кафедра химии, Андижанский государственный университет Республика Узбекистан, г. Андижан E-mail: [email protected]
Кодиров Абдуахад Абдурайимович
канд. хим. наук, доц., зав. кафедрой химии, Каршинский государственный университет Республика Узбекистан, г. Карши E-mail: [email protected]
Хамраева Камола
соискатель,
Каршинский государственный университет Республика Узбекистан, г. Карши
Избасарова Гулноза
магистр
Каршинский государственный университет Республика Узбекистан, г. Карши
Элмурадов Бурхон Жураевич
д-р хим. наук, проф., Институт химии растительных веществ АН РУз, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: [email protected]
QUANTUM CHEMICAL STUDY OF THE ELECTRONIC STRUCTURE AND GEOMETRY OF THE THIENOPYRIMIDINONE MOLECULE
Mukhamatdin Mamarakhmonov
PhD, Associate professor Department of Chemistry, Andijan State University Republic of Uzbekistan, Andijan
Abduakhad Kodirov
Candidate of Chemical Sciences, Associate Professor, Head of the Department of Chemistry, Karshi State University, Republic of Uzbekistan, Karshi
Kamola Khamrayeva
Researcher Karshi State University, Republic of Uzbekistan, Karshi
Gulnoza Izbasarova
Researcher Karshi State University Republic of Uzbekistan, Karshi
Библиографическое описание: КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОГО СТРОЕНИЯ И ГЕОМЕТРИИ МОЛЕКУЛЫ ТИЕНОПИРИМИДИНОНА // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. Кодиров А.А. [и др.]. 2023. 1(115). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/16607
Burkhon Elmuradov
Doctor of Chemical Sciences, Professor, The Institute of Chemistry of Plant Substances, AS Republic of Uzbekistan, Republic of Uzbekistan, Tashkent
АННОТАЦИЯ
В данной статье проведены квантово-химические расчеты, методом DFT с базисным набором 3-21G для изучения структуры тиенопиримидинона. Авторами исследования рассчитаны геометрические данные: длина связей, валентные и торсионные углы, распределение электронных зарядов на атомах. На основе обработки полученных теоретических данных обобщены итоги квантово -химического вычисления структуры тиенопиримидинона. Полученные результаты соответствуют литературным данным. Распределение электронных зарядов на атомах молекулы дает воможность сделать вывод об оценке реакционной спообности последнего согласно зарядвого контроля реакции более мягких условиях.
ABSTRACT
In this article, quantum chemical calculations were carried out using the DFT method with the 3-21G basis set to study the structure of thienopyrimidinone. We calculated geometric data: bond length, bond and torsion angles, distribution of electronic charges on atoms. Based on the processing of the obtained theoretical data, the results of quantum chemical calculation of the structure of thienopyrimidinone are summarized. The results obtained correspond to the literature data. The distribution of electronic charges on the atoms of a molecule makes it possible to draw a conclusion about the assessment of the reactivity of the latter according to the charge control of the reaction under milder conditions.
Ключевые слова: тиенопиримидинон, биологическая активность, квантово-химический расчет, метод DFT/B3LYP, геометрия, длина связей, валентные углы, торсионные углы, ароматичность, электронная структура, реакционная способность, зарядовый контроль, мягкие условия, принцип жестких и мягких кислот и оснований (ЖМКО).
Keywords: thienopyrimidinone, biological activity, quantum chemical calculation, DFT/B3LYP method, geometry, bond length, bond angles, torsion angles, aromaticity, electronic structure, reactivity, charge control, mild conditions, principle of hard and soft acids and bases (HSAB).
Введение. Производные тиенопиримидинонов являются важными классами биологически активных производных пиримидина [9]. Из этих соединений получили ряд биологически активных препаратов, используемых в медицине и сельском хозяйстве [4; 8]. В статье нами приведены данные квантово-химического исследования 2,3-дигидро 9,10 диме-тилтиенопиримидин-4-она. В структуре молекулы рассматриваемого вещества содержатся экзоциклические заместители метильных групп в положениях 10 и 11 у тиофенового кольца и карбонильная группа у пиримидинового цикла, которые влияют на перераспределение электронных зарядов, те самым
определяя ее реакционную способность и биологическую активность.
Для точного определения геометрии и электронного строения молекулы нами проведен квантово-химический расчет по программе Gaussian [11], по методу DFT-B3LYP с базисным набором 3-21G, с использованием полной оптимизации всех геометрических данных.
Процесс расчета осуществлен для газовой фазы; при этом нумерация на атомах - условная. Для удобства обсуждения геометрии и электронного распределения, данные расчетов приведены как в схематическом, так и в табличном виде, ниже.
Рисунок 1. Схема электронного распределения и нумерация на атомах молекулы
Методика исследования. На рисунке показано распределение электронных зарядов на атомах тие-нопиримидинона, согласно результатам квантово-хи-мических расчетов, методом B3LYP, базисным набором 3-2Ш, так как успешное использование этого подхода изложено в научной литературе ранее [1]. Выбранная нумерация на атомах дает возможность удобства обсуждения полученных данных.
Результаты и обсуждения. Результаты таблицы показывают, согласно величинам торсионных углов тиенопирмидинового кольца, так и заместителей, что все атомы лежат в одной плоскости (правило Хюккеля), и это является одним из требований
Геометрия и распределения
ароматичности. Нами теоретически расчитанные валентные углы пиримидинового и тиофенового колец лежат в пределах литературных данных и соответствуют правильной гибридизации вышеприведенных атомов [7; 10; 12].
Максимальные отрицательные электронные заряды равны q=-0,245e, -0,282e у атомов азота пиримидинового кольца N1, N3, соответственно. При этом у атома серы S7, тиофенового кольца накоплен максимальный положительный заряд равный q=+0,289e. Экзоциклические атомы карбонильной группы O8, и атомы углерода метильных групп у тиофенового кольца C9, 00 носят отрыцательные электронные заряды, равные q=-0,220e, и q=-0,232e, -0,227e соответственно.
Таблица 1.
ых зарядов на атомах молекулы
Тип атома Электронный заряд, q (е) Связь Длина связи, Á
N1 -0,245 N1-C2 1.344
C2 0,105 C2-N3 1.409
N3 -0,282 N3-C4 1.485
C4 0,206 C4-C4' 1.491
C5 -0,019 C4'-C5 1.457
C6 -0,107 C5-C6 1.381
S7 0,289 C6-S7 1.773
H2 0,099 S7-C1' 1.762
H3 0,221 C2-H2 1.106
O8 -0,220 N3-H3 1.047
C9 -0,232 C4-O8 1.257
C10 -0,227 C5-C9 1.534
H9 0,078 C6-C10 1.528
H10 0,09 C9-H9 1.102
C10-H10 1.100
Валентный угол, Градус, о Торсионный угол Градус, о
N1-C2-N3 126.451 N1-C2-N3-C4 0.003
C2-N3-C4 124.605 C2-N3-C4-C4' -0.005
C4-C4'-C1' 109.051 C4-C4'C5-C6 -179.994
C4'C1'-C1 120.948 C4'-C5-C6-S7 -0.003
C4-C4'-C5 127.884 C5-C6-S7-C1' 0.003
C4'-C5-C6 111.723 C4-N3-C2-H2 -179.997
C5-C6-S7 112.898 N1-C2-N3-H3 179.998
C6-S7-C1' 90.787 C2-N3-C4-08 179.994
N3-C2-H2 114.852 C4-C4'-C5-C9 0.007
C2-N3-H3 118.247 C4'C5-C6-C10 -179.984
N3-C4-O8 120.948 C4'-C5-C9-H9 -0.026
C4'C5-C9 121.600 C5-C6-C10-H10 -0.322
C5-C6-C10 127.439
C5-C9-H9 107.972
C6-C10-H10 109.849
Атомы водорода метильных групп у атома С9 более поляризованы, чем у метильной группы С10, причиной чего является относительно близкое расположение к первым, электроотицательного атома кислорода 08 карбонильной группы у пиримидинового кольца.
Ранее в работе [6], нами на основе расчетных данных, была изложена мысль о влиянии удобного,
пространственно близкого расположения карбонильной группы к атомам водорода метильной группы у атома С9, к результатам прохождения реакций ипсо-замещения в схожых системах.
Является перспективным, согласно современной орбитальной теории [10, 11], проведение квантово-химических расчетов ряд условных, модельных структур (см. рис. 2).
Л/Г^
О
О
О
Me
NH
Me
Me
Рисунок 2. Производные тиенопиримидинона
При этом структуры несколько различаются друг от друга группами заместителей у пиримиди-нового кольца. В дальнейшем данные расчета этих структур могут дополнить наши знания о реакционной способности рассматриваемых систем.
структуры молекулы дают нам дополнительную информацию для оценки центров электрофильной атаки. Например, из литературы известно [5], что атомы субстрата, носящие максимальные отрицательные электронные заряды при мягких условиях, подвергаются интенсивной атаке электрофильными реагентами; в противном случае, центры электро-фильной атаки могут совсем не совпадать с указанными нами выше, с учетом внешних условий.
Заключение. В целом, результаты наших теоретических квантово-химических исследований по определению точной геометрии и электронной
Список литературы:
1. Беленький Л.И., Субботин А.Н., Чувылкин Н.Д. Квантово-химические исследования азолов. Сообщение 5. Эффект базиса на расчетные термодинамические параметры электрофильного замещения в тетразоле и 1,2,4-триазоле по схеме отщепления-присоединения без предварительного образования ^протонированных азо-лиевых солей // Известия Академии наук. - 2015. - № 11. С. 2610.
2. Волков А.И. Метод молекулярных орбиталей. - М.: Новое знание. - 2006. - 136 с.
3. Дьюар М. Теория молекулярных орбиталей в органической химии. М.: Мир. - 1972. - 592 с.
4. Захидов К.А. Синтез 2-оксо-, тиоксо-, селеноксо-, аминопиримидинонов-4 и алкилирование их полидентных анионов.: дисс. канд. хим. наук. - Ташкент. - 1993.
5. Клопман Г. Реакционная способность и пути реакций: пер. с англ. -М.: Мир. - 1977. - 384 с.
6. Мамарахмонов М.Х., Беленький Л.И., Чувылкин Н.Д., Аскаров И.Р. // Квантово-химические исследования пиримидин-4-онов. Сообщение 6. Об особенностях реакций с нитрующими агентами некоторых карбоновых кислот ряда тиено[2,3^]пиримидин-4-она и их сложных эфиров // Известия Академии наук. - 2016. - № 3. -
7. Реутов О.А., Курц А.Л., Бутин К.П. Часть 2 // Органическая химия. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004. - С. 328-367.
8. Шахидоятов Х.М. Хинозолоны-4 и их биологическая активность. -Ташкент.: Фан. - 1988. - 137 с.
9. Шахидоятов Х.М., Хаджаниязов Х.У. Функционально-замещенные пиримидины. - Ташкент.: Фан. - 2017. -
10. Ewa D. Raczynska, Mariusz Sapula, Katarzyna Zientara-Rytter, Katarzyna Kolczynska, Tomasz M. St^pniewski, Malgorzata Hallmann DFT studies on the favored and rare tautomers of neutral and redox cytosine // Structural chemistry. - 2016 - Vol. 27. - P. 133-143.
11. Frisch M.J.F. Gaussian 98. Revision A.5. - Gaussian Inc. - Pittsburg (PA), 1998.
12. Saracoglu Murat, et. al. "Synthesis and DFT Quantum Chemical Calculations of Novel Pyrazolo[1,5-c]pyrimidin-7(1H)-one Derivatives." // Journal of the Chemical Society of Pakistan. - Vol. 41. - No. 3. - 30 June 2019. - P. 479.
С. 654-657.
308 с.
