CC BY
21
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ И КВАНТОВАЯ ХИМИЯ
DOI - 10.32743/UniChem.2021.84.6.11876
РАСЧЕТЫ КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СОЕДИНЕНИЯ АНТРАНИЛОВОЙ КИСЛОТЫ С КРОТОНАЛЬДЕГИДОМ
Назаров Нурулло Ибодуллоевич
ст. преп.,
Бухарский государственный университет, Республика Узбекистан, г. Бухара E-mail: nazarov. nurullo@list. ru
Бекназаров Хасан Сойибназарович
д-р техн. наук,
Ташкентский научно-исследовательский институт химической технологии,
Республика Узбекистан, г. Ташкент
Ортиков Шерзод Шароф угли
преподаватель, Бухарский государственный университет, Республика Узбекистан, г. Бухара
Мирзаева Гулрух Ахтамовна
преподаватель, академический лицей при Бухарском инженерно-технологическом институте, Республика Узбекистан, г. Бухара
THE CALCULATION OF QUANTUM CHEMICAL PARAMETERS OF COMPOUNDS OF ANTHRANILIC ACID WITH CROTONALDEHYDE
Nurullo Nazarov
Senior teacher, Bukhara state University, Bukhara, Uzbekistan
Khasan Beknazarov
Doctor of technical Sciences, Tashkent research Institute of chemical technology,
Uzbekistan, Tashkent
Sherzod Ortiqov
Teacher, Bukhara state University, Bukhara, Uzbekistan
Gulrukh Mirzayeva
Teacher,
Academic Lyceum at Bukhara Engineering Technological Institute,
Bukhara, Uzbekistan
АННОТАЦИЯ
На примере молекулы кротонилиденимин-о-бензойной кислоты с использованием программы Chem3D Pro предлагаются алгоритмы и результаты расчетов некоторые эмпирических и полуэмпирических орбитальных свойств молекулы. Определены длина и угловые соотношения связей, оптимизированы и вычислены энергии молекулы, осуществлены кванто-химические расчеты изучаемой молекулы методом MM2.
ABSTRACT
Some empirical and semi-empirical orbital properties of the crotonylidenimine-o-benzoic acid molecule were calculated using the Chem3D Pro program. The length and angular relations of bonds, optimization and calculation of the energy of the molecule, and quantum-chemical calculations of the studied molecule by the MM2 method are shown.
Библиографическое описание: Расчеты квантово-химических параметров соединения антраниловой кислоты с кротональдегидом // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. Назаров Н.И. [и др.]. 2021. 6(84). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/11876
Д • 7universum.com
A UNIVERSUM:
№ 6 (84) ЛАД химия И БИОЛОГИЯ июнь, 2021 г.
Ключевые слова: антраниловая кислота, кротоновый альдегид, соединение, молекула, заряд, структура, квантово-химические параметры, квантово-химический расчет.
Keywords: anthranilic acid, croton aldehyde, compound, molecule, charge, structure, quantum chemical parameters, quantum chemical calculation.
Метод квантовой химии традиционно используется для изучения фотофизических свойств линейных и угловых аминов с сопряженными внешними карбонильными соединениями. Основой применения теоретического подхода являются концепции и методы квантовой химии и теория безизлучательных переходов в многоатомных органических молекулах.
Эмпирические и полуэмпирические орбитальные свойства синтезированного кротонилиденимин-о-бензойной кислоты (КБК) изучили с помощью созданного нами алгоритма.
На первом этапе алгоритма исследований создаётся молекулярная структура в химическом редакторе ChemDraw Ultra 12.0. При активировании пункта «Convert Structure to Name» главного меню «Structure» программа выдает химическое название: 2-(((E)-but-2-en-1-ylidene)amino)benzoic acid [1].
Молекулярные модели 2-(((E)-бутен-2-1-илиден)амино)бензойной кислоты, полученные с помощью программ ChemDraw Ultra 12.0 и Chem3D Pro 12.0, представлены на рис. 1. Этот этап у нас будет вторым алгоритмом [2, 3].
D
Рисунок 1. 2-(((Е)-бутен-2-1-илиден)амино)-бензойная кислота:
а - исходная формула; Ь - шаростержневая; с - пространственно заполненная; й - прозрачная с границей ван-дер-ваальсоварадиуса.
Квантово-химические расчеты позволяют делать некоторую оценку, которая зачастую отражает реальное положение вещей.
ChemNMR lH Estimation
СН3 2.05
8.04
7.S8
Estimation quality is indicated by color: good, medium, rough
На третьем этапе алгоритма выполнено построение молекулы в ChemDraw Ultra 12.0 и оценен его спектр протонного магнитного резонанса (рис. 2.).
ChemNMR 13С Estimation
166.5
116.3
128.2
124
149.7
N=C—С=С—СН3 13.0 H H H
163.7 125.2 137.4
135.2
Estimation quality is indicated by color: good, medium, rough
14
12
10
PPM
Protocol of the H-l NMR Prediction (Lib=SU Solvent=DMSO 300 MHz):
Comment (ppm rel. to TMS)
Node Shift
OH 12,75
Base
CH 8,15
carboxylic acid 1 —C*R
general corrections 1-benzene 1 —N=C 1 -C(=0)0
general corrections 1-benzene 1 —N=C 1 -C(=0)0
general corrections 1-benzene 1 —N=C 1 -C(=0)0
general corrections 1-benzene 1 —N=C 1 -C(=0)0
general corrections aldimine
1 -1 :C*C*C*C*C*C*1 methyl
1 alpha -C=C general corrections 1-ethylene
1 unknown substituent(s)
1 -C cis
general corrections 1-ethylene ? 1 unknown substituent(s)
0,45 1 -C gem
0,06 general corrections
1H NMR Coupling Constant Prediction
shift atom index coupling partner constant and vector
CH 8,50 CH3 2,05
11,00 1, 00 0, 75 7,26 -0, 10 0,21 0,28 7,26
0, 00 0, 87 0, 02 7,26
0, 00
0, 34 0,28
7,26 -0, 05 0,21 0, 62 7, 50
1, 00 0,86
0, 85 0, 34 5,25
-0, 22 0,06 5,25
8, 15
7, 88
8, 04
8,50 2, 05
5,09 5,76
7, 5 1, 5
7, 5 7, 5 1, 5
7, 5 7, 5 1, 5
H-C*C-H H-C*C-H H-C*CH*C-H
H-C*C-H H-C*C-H H-C*CH*C-H
180 160 140 120 100 80 60 40 20 I PPM
Protocol of the C-13 NMR Prediction: (Lib=S)
Node Shift Base + Inc. Comment (ppm rel. to TMS)
C 149,7 128,5 1-benzene
20,5 1 -N=C
1,6 1 -C(=0)-0
-0,9 general corrections
128,5 1-benzene
-6,5 1 -N=C
2.1 1 -C(=0)-0 -7,8 general corrections
128,5 1-benzene
-6,5 1 -N=C
-0,1 1 -C(=0)-0
4,6 general corrections
128,5 1-benzene
1,3 1 -N=C
1,6 1 -C(=0)-0
-3,2 general corrections
128,5 1-benzene
1,3 1 -N=C
5.2 1 -C(=0)-0 0,2 general corrections
128,5 1-benzene
-1,5 1 -N=C
-0,1 1 -C(=0)-0
-2,8 general corrections
166,0 1-carboxyl
6,0 1 -1:C*C*C*C*C*C*1
-5,5 general corrections
162,8 1-imine
1 -C=C
1 -C*R from N-imine 1-ethylene
1 unknown substituent(s) 1 -C
general corrections 1-ethylene
1 unknown substituent(s) 1 -C
С 116,3
CH 126,5
CH 128,2
CH 135,2
CH 124,1
С 166,5
CH 163,7
CH 125,2
CH 137,4
0,9 0,0
■7,4
9,3
9, 4
16 6, ■ 4 Н-СН2-С(sp2)-H 4, . 7 general corrections
8 6, . 2 Н-С(sp2)-С-Н СНЗ 13,0 -2,3 aliphatic
16 15, . 1 Н>С=С>Н 19, ■ 5 1 alpha -C=C
15 15, . 1 Н>С=С>Н -2, . 4 1 gamma -C=N
11 6, . 4 Н-С ( sp2) -СН2-Н -1, .8 general corrections
Рисунок 2. Оценка ЯМР спектра молекулы 2-(((Е)-бутен-2-1-илиден)амино)-бензойной кислоты
А
7universum.com
№ 6 (84)
UNIVERSUM:
, ХИМИЯ И БИОЛОГИЯ
июнь, 2021 г.
В программе Chem3D Pro 12.0 с использованием расширенной и модифицированной версии силового поля ММ2 методом молекулярной механики произведены оптимизация геометрии и конформационный анализ КБК [5,12].
Для расчетов методом молекулярной механики и молекулярной динамики в Chem3D Pro 12.0 в меню строки Calculations существует пункт ММ2, в котором имеются соответствующие пункты Minimize Energy для оптимизации геометрии молекулярной системы и Molecular Dynamics для запуска алгоритма молекулярной динамики.
Теоретические расчеты длин связей, валентных и торсионных углов, а также конформацию молекулы и минимум энергии определяли в следующем четвертом алгоритме. Для этого выбираем из строки меню Calculations в пункте меню ММ2 пункт Molecular Dynamics и запускаем Run (Calculations ^ MM2 ^ Molecular Dynamics ^ Run). В закладке Dynamics все опции открывшейся формы, принятые по умолчанию, оставляли без изменения: Step
Результаты анализа
interval (Размер шага интегрирования) - 2 fs (фемтосекунды); Frame interval (Интервал снятия данных) - 10 fs; Terminate After 10000 steps (Остановить после 10000 шагов); Heating/Cooling Rate - 1.000 feal/atom/ps (Скорость нагревания/охлаждения, ккал/атом/пс); Target Temperature (Целевая тем пература) - 300 К. В закладке Job Type отключаем пункт Record Every Iteration с тем, чтобы не сохранялась молекулярно-динамическая траектория. По результатам алгоритма видно, что при увеличении температуры от 64.848±1.26 до 273.2± 3.51 К кинетическая энергия молекулы уменьшается от 67.297 до 29.5555 кДж/моль [6, 7,11].
Далее проводили оптимизацию геометрии молекулы и расчет геометрических параметров эмпирическим методом молекулярной механики, выбрав «Minimize Energy» в пункте ММ2 или последовательно используя программу молекулярной механики (Calculations ^ MM2 ^ Minimize Energy ^Run).
Результаты вычислений пятого алгоритма оформляем в виде таблицы 1.
Таблица 1.
Minimize Energy
English language Russian language Properties
Stretch: Растянуть: 1.5417
Bend: Изгиб: 10.6441
Stretch-Bend: Стретч-Бенд: 0.1547
Torsion: Торсион: 0.1156
Non-1,4 VDW: Non-1,4 VDW: 3.4133
1,4 VDW: 1,4 VDW: 12.0694
Dipole/Dipole: Диполь / Диполь: 1.6167
Total Energy: Общая энергия: 29.5555 kcal/moll
Нами проведен расчет геометрических параметров (длины связей, валентные и торсионные углы) и конформационный анализ для КБК в специализированном приложении Chem3D Pro 12.0 программного комплекса ChemOffice Ultra [4] с использованием расширенной и модифицированной версии силового поля ММ2 методом молекулярной механики.
Структурную формулу копировали в буфер обмена, а затем вставляли в окно визуализации
Результаты анализа
Chem3D Pro 12.0. Молекула автоматически преобразует ее в трехмерный вид. Программа допускает различные способы визуализации трехмерной модели. Для того чтобы присвоить всем длинам связей и валентным углам стандартные для соответствующих элементов значения (табл.2), необходимо выделить в программе соединение и активировать функцию «Clean Up Structure» [8,9].
Таблица 2.
Internal Coordinates
Atom Bond Atom Bond Length (0A) Angle Atom Angle (о) 2nd Angle Atom 2nd Angle (о) 2nd Angle Type
C(1)
C(2) C( 1) 1.340
C(3) C(2) 1.336 C( 1) 119.038
C(4) C(3) 1.339 C(2) 118.660 C( 1) 3.542 Dihedral
C(5) C(4) 1.354 C(3) 123.151 C(2) -0.135 Dihedral
C(6) C(1) 1.354 C(2) 123.106 C(3) -1.693 Dihedral
N(7) C(5) 1.273 C(4) 109.141 C(6) 132.884 Pro-S
C(12) C(6) 1.374 C(1) 116.193 C(5) 125.984 Pro-S
C(8) N(7) 1.264 C(5) 128.567 C(4) -153.434 Dihedral
Atom Bond Atom Bond Length (°A) Angle Atom Angle (°) 2nd Angle Atom 2nd Angle (°) 2nd Angle Type
Lp(26) N(7) 0.600 C(5) 108.051 C(8) 108.051 Pro-S
C(9) C(8) 1.344 N(7) 122.785 C(5) -179.375 Dihedral
C(10) C(9) 1.343 C(8) 123.265 N(7) -177.593 Dihedral
C(11) C(10) 1.506 C(9) 123.717 C(8) -179.786 Dihedral
O(14) C(12) 1.355 C(6) 125.458 C(1) -169.476 Dihedral
O(13) C(12) 1.215 C(6) 122.777 O(14) 111.626 Pro-S
Lp(27) O(13) 0.600 C(12) 120.000 C(6) 180.000 Dihedral
Lp(28) O(13) 0.597 C(12) 119.547 C(6) 2.437 Dihedral
Lp(29) O(14) 0.593 C(12) 110.259 C(6) -78.639 Dihedral
Lp(30) O(14) 0.600 C(12) 110.614 C(6) 51.023 Dihedral
Необходимые исправления в структуре сделаны автоматически. Для удобства в окне модели указывали порядковые номера атомов. Нами методом молекулярной механики рассчитаны длины связей,
валентные и торсионные углы, а также конформация и минимум энергии, которая для молекулы КБК составляет 29.5555 кса1/то1.
Список литературы:
1. Kuznetsov An.M. Ab initio quantum chemical studies of halogen atoms and halogenide ions chemisorbed on a Cu(111) surface// Electrochim. Acta. 1995. V. 40. P.2483-2485.
2. Пучков С.В. Компьютерные технологии в науке, технике, образовании. Расчеты физико - химических и термодинамических характеристик органических соединений: методические указания к лабораторным работам и самостоятельной работе. - Кемерово: КузГТУ, 2013. - С. 23
3. Ganiyev B., Ostonov F., Kholikova G., Salimov F. Calculations of quantum chemical parameters of the compound of isocyanuric acid with semicarbazide // International independent scientific journal. -2020. -№16. -С.3-8.
4. ChemOffice // CambridgeSoft [Electronic resource]. -Mode of access : http://www.cambridgesoft.com/software/de-tails/?ds=1. - Date of access : 22.11.2010.
5. Назаров Н.И. и др. Синтез и исследование методами ИК-спектроскопии и квантовой химии кротонилиденимин-о-бензойной кислоты // Universum: технические науки. - 2020. - №. 11-3. - С. 93-97.
6. Соловьев М.Е. Компьютерная химия / М.Е. Соловьев, М.М.Соловьев. - М. : Солон-Пресс, 2005. - 536 с.
7. Цирельсон В.Г. Квантовая химия: молекулы, молекулярные системы и твердые тела: учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по хим.-технолог. направлениям и специальностям. - М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010. - 496 с. Режим доступа : http://www.biblioclub.ru/book/95498/
8. Литвак М.М. Расчет геометрических параметров и конформационный анализ 1,2-О-цианэтилиденовых производных углеводов методом молекулярной механики // Научные ведомости Белгородского государственного университета. Серия: Естественные науки. -2012. - Т.21. - №.21 (140)
9. Литвак М.М. Компьютер как инструмент исследования при изучении химии и смежных дисциплин // Научные ведомости Белгородского государственного университета. Серия: Гумантарные науки. -2014. -Т.21. - №.6 (177)
10. Shibayama A., Kajiki R. ,Kobayashi M., Mitsunari, T., Nagamatsu A. 6-Acyl-1,2,4-triazine-3,5-dione derivative and herbicides. Patent WO 2012002096; Chem. Abstr. 2012, 156, 122559.
11. Расчеты квантово-химических параметров соединения изоциануровой кислоты с семикарбазидом // International independent scientific journal. 2020. - №16 .-С.3-7.
12. Назаров Н.И., Бекназаров С.Х,. Синтез основания шиффа на основе кротонового альдегида и о-аминобензойной кислоты и их комлексные соединения // Научный вестник НамГУ.- 2020. -№ 9.-С.46-49.
