CC BY
37
УДК 544.183.26
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
Ключевые слова: квантово-химический расчет, метод MNDO, 1,3-ди(алюмоксандиол)триборатол-5, 1-(алюмоксандиол),3-
силоксандиолтриборатол-5, кислотная сила.
Впервые выполнен квантово-химический расчет молекул 1,3-ди(алюмоксандиол)триборатола-5 и 1-
(алюмоксандиол),3-силоксандиолтриборатола-5 методом MNDO с оптимизацией геометрии по всем параметрам стандартным градиентным методом. Получено оптимизированное геометрическое и электронное строение этих соединений. Теоретически оценена их кислотная сила. Установлено, что молекулы 1,3-ди(алюмоксандиол)триборатола-5 и 1-(алюмоксандиол),3-силоксандиол триборатола-5
относятся к классу слабых кислот (9<pKa<11) .
Keywords: quantum chemical calculation, method MNDO, 1,3-di(alumoxandiol)triboratol-5, 1-(alumoxandiol),3-siloxanol triboratol-
5, acid strength.
For the first time it is executed quantum chemical calculation of the molecules of 1,3-di(alumoxandiol)triboratol-5 and 1-(alumoxandiol),3-siloxanol triboratol-5 method MNDO with optimization of geometry on all parameters. The optimized geometrical and electronic structures of these connections are received. Acid forces of 1,3-di(alumoxandiol)triboratol-5 and 1-(alumoxandiol),3-siloxanol triboratol-5 are theoretically appreciated. It is established, than it to relate to a class of weak H-acids.
Введение
Молекулы триборатолов могут являться фрагментами моделей таких оптических стекол, как например, «Легкий крон» [1]. До настоящего
времени квантовохимические расчеты триборатолов в рамках полимерных моделей оптических стекол практически не выполнялись. В связи с этим, целью настоящей работы является квантово-химический расчет молекул 1,3-ди(алюмоксандиол)
триборатола-5 и 1-(алюмоксандиол),3-
силоксандиол триборатола-5 методом MNDO с оптимизацией геометрии по всем параметрам стандартным градиентным методом, встроенным в PC GAMESS[2], в приближении изолированной молекулы в газовой фазе и теоретическая оценка его кислотной силы. Для визуального представления моделей молекул использовалась известная
программа MacMolPlt[3].
Результаты расчетов
Оптимизированное геометрическое и электронное строение, общая энергия и электронная энергия молекул 1,3-ди(алюмоксан-
диол)триборатола-5 и 1-(алюмоксандиол),3-
силоксандиол триборатола-5 получены методом
MNDO и показаны на рис.1-2 и в табл.1-2. Применяя
известную формулу рКа=42,11-147,18 q нт+ах [4]
(q Чах = +0,21 - максимальный заряд на атоме
водорода, рКа- универсальный показатель кислотности), которая с успехом используется, например, в работах [5-15], находим значение кислотной силы равное рКа = 11.
Таким образом, нами впервые выполнен квантово-химический расчет молекул 1,3-ди(алюмоксандиол)триборатола-5 и 1-(алюмоксан-диол), 3-силоксандиол триборатола-5методом
MNDO. Получено оптимизированное
геометрическое и электронное строение
этоихсоединений. Теоретически оценена их кислотная сила рКа = 11.
Установлено, что 1,3-ди(алюмоксан-диол)триборатол-5 и 1-(алюмоксандиол),3-
силоксандиол триборатол-5 обладают одинаковой кислотной силой, и относятся к классу слабых Н-кислот (9<рКа<11).
Рис. 1 - Геометрическое и электронное строение молекулы 1,3-ди(алюмоксандиол)триборатола-5. (Е0= -349089 кДж/моль, Еэл= -1424361 кДж/моль)
Рис. 2 - Геометрическое и электронное строение молекулы 1-(алюмоксандиол),3-силоксандиол
триборатола-5.
(Е0= -320217 кДж/моль, Еэл= -1291975 кДж/моль)
Таблица 1- Оптимизированные длины связей, валентные углы и заряды на атомах молекулы 1,3-ди(алюмоксандиол)триборатола-5
Длины связей R, A Валентные углы Град
O(5)-B(1) 1,39 B(2)-O(5)-B(1) 121
O(4)-B(2) 1,40 B(3)-O(4)-B(2) 120
O(6)-B(3) 1,38 B(1)-O(6)-B(3) 120
B(3) -O(4) 1,39 O(6)-B(3) -O(4) 121
B(2)-O(5) 1,39 O(4)-B(2)-O(5) 119
B(1)-O(6) 1,40 O(5)-B(1)-O(6) 120
B(1)-O(7) 1,31 O(5)-B(1)-O(7) 120
B(2)-O(8) 1,31 O(4)-B(2)-O(8) 120
B(3)-O(9) 1,36 O(4)-B(3)-O(9) 121
Al(14)-O(10) 1,67 O(7)-Al(14)-O(10) 118
Al(14)-O(11) 1,67 O(7)-Al(14)-O(11) 118
Al(15)-O(12) 1,67 O(8)-Al(15)-O(12) 120
Al(15)-O(13) 1,66 O(8)-Al(15)-O(13) 120
O(7)-AL(14) 1,64 B(1)-O(7)-Al(14) 174
O(8)-AL(15) 1,65 B(2)-O(8)-Al(15) 167
O(9)-H(16) 0,95 B(3)-O(9)-H(16) 116
O(10)-H(17) 0,93 Al(14)-O(10)-H(17) 126
O(11)-H(18) 0,93 Al(14)-O(11)-H(18) 126
O(12)-H(19) 0,93 Al(15)-O(12)-H(19) 125
O(13)-H(20) 0,93 Al(15)-O(13)-H(20) 124
Таблица 2 - Оптимизированные длины связей, валентные углы и заряды на атомах молекулы 1-(алюмоксандиол), 3-силоксандиол триборатола-5
Длины связей R, A Валентные углы Град
B(1)-O(5) 1,39 B(2)-O(5)-B(1) 121
B(2)-O(4) 1,39 B(3)-O(4)-B(2) 120
B(3)-O(6) 1,38 B(1)-O(6)-B(3) 120
O(4)-B(3) 1,36 O(5)-B(2)-O(4) 119
O(5)-B(2) 1,39 O(6)-B(1)-O(5) 119
O(6)-B(1) 1,40 O(4)-B(3)-O(6) 121
O(7)-B(1) 1,31 O(5)-B(1)-O(7) 121
O(8)-B(2) 1,32 O(4)-B(2)-O(8) 120
O(9)-B(3) 1,36 O(4)-B(3)-O(9) 121
O(10)-Al(12) 1,66 O(7)-Al(12)-O(10) 118
O(11)-Al(12) 1,67 O(7)-Al(12)-O(11) 120
Al(12)-O(7) 1,65 B(1)-O(7)-Al(12) 164
H(13)-O(6) 0,95 B(3)-O(9)-H(13) 116
H(14)-O(10) 0,93 Al(12)-O(10)-H(14) 126
H(15)-O(11) 0,93 Al(12)-O(10)-H(15) 126
Si(16)-O(8) 1,63 B(2)-O(8)-Si(16) 158
O(17)-Si(16) 1,63 O(8)-Si(16)-O(17) 99
H(18)-O(17) 0,93 Si(16)-O(17)-H(18) 127
Литература
1. Химическая энциклопедия, 1995, Т.4, с. 423.
2. 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
3. B.M. Bode and M.S. Gordon. MacMolPlt: A Graphical User Interface for GAMESS. J. Molec. Graphics. №16. Р. 133-138, 1998.
4. V. А. Babkin, R. G. Fedunov, O. A. Ponomarev, Ju. A. Sangalov, E. Ju. Sangalov, K. S. Minsker, S. K. Minsker, G. E. Zaikov. Quantum -Chemical calculation of parameters of acidic strength of reactive fuels by MNDO method. Oxidation Communications, V. 21, № 4, pp. 454-460,1998
5. V.A. Babkin, R.G. Fedunov, K.S. Minsker and anothers. Oxidation communication, №1, 25, с. 21-47, 2002
6. В.А. Бабкин, К.С. Медведева, С.П. Белоусов, Л.Ф. Стоянова, Г.Е. Заиков, Х.Э. Харлампиди, О.В. Стоянов. Квантово-химический расчет методом MNDO и оценка кислотной силы некоторых стиролов. Вестн. Казан. технол. ун-та. Т. 15, №5, с. 7-12, 2012.
7. В.А. Бабкин, С.А. Белозеров, Г.Е. Заиков, О.В. Стоянов, С.Ю. Софьина. Квантово-химический расчёт некоторых молекул производных индена методом MNDO. Вестн. Казан. технол. ун-та. Т. 15, №5, с. 15-17, 2012.
8. В.А. Бабкин, Д.С. Андреев, А.Н. Игнатьев, С.П. Белоусов, Г.Е. Заиков, Р.Я. Дебердеев, О.В. Стоянов. Геометрическое и электронное строение некоторых силоксандиолов. Вестн. Казан. технол. ун-та. Т. 15, №6, с. 15-20, 2012.
9. В.А. Бабкин, А.А. Пристансков, Г.Е. Заиков, А.Ф. Яруллин. Теоретическая оценка кислотной силы некоторых алициклических олефинов. Вестн. Казан. технол. ун-та. Т. 15, №8, с. 115-122, 2012.
10. В.А. Бабкин, Д.С. Андреев, Г.Е. Заиков, А.Ф. Яруллин. Квантово-химический расчёт некоторых молекул жидких кристаллов методом MNDO и AB INITIO. Вестн. Казан. технол. ун-та. Т. 15, №8, с. 103-115, 2012.
11. В.А. Бабкин, Д.В. Сивоволов, А.Ф. Яруллин, Г.Е. Заиков. Квантово-химический расчет молекулы 1,1-дихлор-2,2,3-триметил-циклопропана методом MNDO. Вестн. Казан. технол. ун-та. Т. 15, №10, с. 106-108, 2012.
12. В.А. Бабкин, Д.В. Сивоволов, С.Н. Русанова, Г.Е. Заиков. Квантово-химический расчет молекулы фенилциклопропана методом MNDO. Вестн. Казан. технол. ун-та. Т. 15, №11, с. 22-24, 2012.
13. В.А. Бабкин, В.А. Белозеров, А.Ф. Яруллин, Г.Е. Заиков. Квантово-химический расчет молекулы 13,13-дибромбицикло [10,1,0] тридекана методом MNDO. Вестн. Казан. технол. ун-та. Т. 15, №13, с. 105-106, 2012.
14. В.А. Бабкин, А.С. Серебрякова, Г.Е. Заиков, А.Ф. Яруллин. Квантово-химический расчет молекулы D-лимонена методом MNDO. Вестн. Казан. технол. ун-та. Т. 15, №13, с. 107-108, 2012.
15. В.А. Бабкин, Д.Е. Забазнов, Г.Е. Заиков, С.Ю. Софьина. Квантово-химический расчет молекулы изопропилциклобутана методом MNDO. Вестн. Казан. технол. ун-та. Т. 15, №13, с. 119-120, 2012.
© В. А. Бабкин - д-р хим. наук, проф. нач. научн. отдела Себряковского филиала Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета, Babkin_v.a@mail.ru; А. В. Игнатов - студ. Себряковского филиала Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета, А. Н. Игнатов - Лыткаринский завод оптического стекла, Московская область, referent@lzos.ru; М. Н. Гулюкин - Лыткаринский завод оптического стекла, Московская область; В. Ю. Дмитриев - асп. Волгоградского госуд. архитектурно-строительного университета, dmitriev1987@mail.ru; О. В. Стоянов - д-р техн. наук, проф., зав. каф. технологии пластических масс КНИТУ, ov_stoyanov@mail.ru; Г. Е. Заиков - д-р хим. наук, проф., Институт биохимической физики, РАН, Москва, chembio@sky.chph.ras.ru.
