Расчёт ИК-спектра поглощения ментола Текст научной статьи по специальности «Физика»

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2013, том 56, №2_

ФИЗИКА

УДК 539.199

Х.Ш.Абдулов, Т.Шукуров

РАСЧЁТ ИК-СПЕКТРА ПОГЛОЩЕНИЯ МЕНТОЛА

Физико-технический институт им. С.У.Умарова АН Республики Таджикистан

(Представлено академиком АН Республики Таджикистан Р.Маруповым 19.12.2012 г.)

Проведён расчёт частот нормальных колебаний, вычислены интенсивности полос поглощения и построен ИК-спектр поглощения ментола. Рассчитанные частоты нормальных колебаний и построенный ИК-спектр удовлетворительно описывают экспериментальные частоты и ИК-спектр.

Ключевые слова: интенсивность полосы поглощения - ментол - расчёт ИК-спектра - частота нормального колебания.

Ментол (3-п-ментанол) широко применяется в промышленности, в частности для получения лекарственных препаратов (например, валидола) [1], поэтому расчёт частот нормальных колебаний ментола и интенсивностей полос поглощения в его ИК-спектре поглощения представляет большой практический интерес.

Расчёт частот нормальных колебаний, интенсивности полос поглощения и построение спектральной кривой ИК поглощения ментола проведены по известной методике [2], с использованием программного комплекса LEV-100, созданного под руководством Л.А.Грибова [3], который предназначен для расчёта колебательных спектров молекул, решения квантовых, обратных механических и электрооптических задач, с возможностью использования библиотеки молекулярных фрагментов.

Расчёт колебательного спектра ментола проводился фрагментарным методом. В качестве библиотечных фрагментов были выбраны три модели молекул: 1,4-транс диметилциклогексан, пропан и серная кислота.

В качестве модели для расчёта была принята плоская конформация молекулы ментола, которая показана на рис.1.

Силовые постоянные и электрооптические параметры ментола, которые в фрагментарном методе составляются автоматически из соответствующих библиотечных фрагментов, скорректированы таким образом, чтобы лучше воспроизвести экспериментальные частоты.

Результаты вычисления частот нормальных колебаний и их отнесения приведены в таблице, где они сравнены с соответствующими экспериментальными частотами. Отметим, что экспериментальный ИК-спектр ментола нами был записан на спектрофотометре «8РЕСОКО-75 ТЯ».

Адрес для корреспонденции: Абдулов Хоким Ширинович. 734063, Республика Таджикистан, г.Душанбе, ул.Айни, 299/1, Физико-технический институт АНРТ. E-mail: [email protected]

О

О - н

О-с

Рис.1. Геометрическая модель молекулы ментола.

Молекула ментола является довольно большой молекулой и соответственно имеет большее количество нормальных колебаний, чем можно предвидеть из его экспериментального ИК-спектра. Как видно из таблицы, каждой экспериментальной частоте, кроме частот 3370, 1714, 1206, 1117, 559 и 500 см-1, соответствует только одна рассчитанная частота, которые относятся соответственно к валентному колебанию О-Н связи, смешанному деформационному колебанию угла С-О-Н и валентному колебанию С-О связи; деформационным колебаниям С-С-Н и деформационным колебаниям углов С-С-С в цикогексановом кольце соответствует от двух до шести рассчитанных частот. Несмотря на это, отнесение экспериментальной частоты облегчает то, что рассчитанные частоты, соответствующие этой частоте, во-первых, лежат в её окрестности, и во-вторых, соответствуют колебаниям связи или углов определённых химических групп. Например, рассчитанные частоты 2957, 2956(1), 2956(2), 2955(1), 2955(2) и 2954 см-1, соответствующие экспериментальной частоте 2958 см-1, относятся к валентным колебаниям С-Н связи в метиловой и пентиловой группах ментола. Частоты 2956 и 2955 см-1 указывались дважды, потому что они соответствуют разным нормальным колебаниям, которые имеют одинаковые частоты, но разные формы колебания. Рассчитанные частоты 2937, 2931, 2928, 2923 и 2922 см-1, соответствующие экспериментальной частоте 2937 см-1, относятся к валентным колебаниям С-Н связи в циклогексановом кольце ментола. Аналогично проводится отнесение других экспериментальных частот. Из таблицы видно, что экспериментальные и рассчитанные частоты нормальных колебаний находятся в удовлетворительном согласии.

Таблица

Отнесение частот нормальных колебаний ментола

Частоты, см-1 Отнесение

Эксперимент Расчёт

3370 3369 Яон

2958 2957 Уснъ (пентиловая группа)

2956 Уснъ (метиловая группа)

2956 Усщ (пентиловая группа)

2955 Усщ метиловая группа

2955 Усщ (пентиловая группа)

2954 Усщ (пентиловая группа)

2937 2937 ^снг (циклогексановое кольцо)

2931 ^снг (циклогексановое кольцо)

2928 ^снг (циклогексановое кольцо)

2923 ^снг (циклогексановое кольцо)

2922 Чсщ (циклогексановое кольцо)

2879 2894 Чсн

2882 ^снз (пентиловая группа)

2882 ^снз (пентиловая группа)

2882 ^снз (пентиловая группа)

2871 Чсн

2858 2858 ^снг (циклогексановое кольцо)

2857 ^снг (циклогексановое кольцо)

2857 ^снг (циклогексановое кольцо)

1714 1690 Рс-о-н Ос-о Рс-с-н

1658(плечо)

1466 1470 X снз ( пентиловая группа)

1464 X снз ( метиловая группа)

1462 X снз ( пентиловая группа)

1460 х Р снз, ис-с-н ( пентиловая группа)

1460 X снз ( метиловая группа)

1455 X снз ( пентиловая группа)

1444 х<сн2 (циклогексановое кольцо)

1443 х<сн2 (циклогексановое кольцо)

1440 х<сн2 (циклогексановое кольцо)

Частоты, см-1 Отнесение

Эксперимент Расчёт

1421 Рс-о-н Рс-с-и

1389 1393 аснъ'Рс-с-н ( метиловая группа)

1381 аснз,Рс-с-н ( пентиловая группа)

1381 аснъ,Рс-с-н ( метиловая группа)

1377 Рс-с-н , ^сщ (циклогексановое кольцо)

1371 а Р снз'ис-с-н ( метиловая группа)

1342 Рс-с-н

1334 асщ Рс-о-н Рс-с-н

1320 Рс-с- н (циклогексановое кольцо)

1300 1311 Рс-с-н

1293 Рс-с-н

1285 Рс-с-н

1267 1277 Рс-с-н

1260 Р ^ О Л Р^ С1 Л с о н , с с н (циклогексановое кольцо)

1228 1244 Рс-с-н (циклогексановое кольцо)

1231 ^ С) тг РР1 с тг , (циклогексановое кольцо)

1206 1185 Рс-с-н

1161 1177 Рс-с-н 0с-с

1161 Рс-с-н Ус-с-с

1144 Рс-с-н

1117 1117 Рс-с-н

1100 1103 ^Р^ о тг ^ с тг , (циклогексановое кольцо)

1097 ^ С) тг РР1 с тг , (циклогексановое кольцо)

1087 1073 0с-с Рс-с-н

1055 Рс-с-н Рс-о-н 0с-с

1017 1019 Рс-о-н Рс-с-н

997 Рс-с-н 0с-с

967 982 Рс-с-н Рс-о-н 0с-с

969 Рс-с-н

953 Рс-с-н асщ

917 919 Рс-с-н 0с-с ус-с-с

913 Рс-с-н ус-с-с

Частоты, см-1 Отнесение

Эксперимент Расчёт

913 рс-с-и

871 рс-с-и

845 рс-с-и ус-с-с

819 рс-с-и

768 рс-с-и

559 582 Ус-с-с (циклогексановое кольцо)

500 522 У У с , с (циклогексановое кольцо)

485 ус-с-с

445 ус-с-с

417 437 (циклогексановое кольцо)

415 У с-с-с (циклогексановое кольцо)

Примечание. Р - валентные колебания С-Н и О-Н; р - валентные колебания, С-С, С-С, а- деформационные колебания углов Н - С - Н , р - деформационные колебания углов С - С - Н, С-О-Н, у - деформационные колебания углов С - С - С и С-С - О.

На рис.2 приведены теоретический и экспериментальный ИК-спектры ментола в области частот 4000-400 см-1. Из данных рисунка видно, что теоретический спектр в целом качественно хорошо совпадает с экспериментальным спектром ментола во всей области частот. Особенно хорошо экспериментальный ИК-спектр совпадает с теоретическим в высокочастотной области частот.

*'/Л ум и** чьм

Рис.2. ИК-спектр ментола: а) экспериментальный спектр, б) теоретический спектр.

Проведённый расчёт частот нормальных колебаний ментола показывает, что большинство колебаний приблизительно локализовано в тех и иных химических группах ментола. Это позволяет методом ИК-спектроскопии определить, чем обусловлены изменения в ИК-спектре ментола при различных внешних воздействиях и выяснить молекулярный механизм этих воздействий.

Поступило 20.12.2012 г.

ЛИТЕРАТУРА

1. Краткая химическая энциклопедия, т.3. - М.: Советская энциклопедия, 1967, 639 с.

2. Грибов Л.А., Дементьев В.А. Методы и алгоритмы вычислений в теории колебательных спектров молекул. - М.: Наука, 1981, 356 с.

3. Грибов Л.А., Дементьев В.А. Моделирование колебательных спектров сложных соединений на ЭВМ. - М.: Наука, 1989, 160 с.

^.Ш.Абдулов, Т.Шукуров

МУ^ОСИБАИ ТАЙФИ ИНФРАСУРХИ ФУРУБУРДИ МЕНТОЛ

Институти физикаю техникаи ба номи С.У. Умарови Академияи илм^ои Цум^урии Тоцикистон

Басомадхои лаппишхои нормалй ва интенсивнокии порчахои фурубурди ментол хисоб карда шуда, тайфи инфрасурхи он сохта шудааст. Басомадхои хисобкардашудаи лаппишхои нормалй ва тайфи инфрасурхи сохташуда басомадхо ва тайфи инфрасурхи тачрибавиро ба таври каноатбахш тавсиф мекунанд.

Калима^ои калиди: басомади лаппиши нормали-интенсивнокии порчаи фурубурд-ментол-мууосибаи тайфи инфрасурх.

Kh.Sh.Abdulov, T.Shukurov CALCULATION OF THE IR SPECTRUM OF ABSORPTION OF MENTHOL

S.U. Umarov Physico-Technical Institute, Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan

The frequencies of the normal vibrations and intensities of the infra-red absorption bands of menthol are calculated and its IR spectrum are building. The calculated frequencies of the normal vibrations and the building IR spectrum satisfactorly described experimental frequencies and IR spectrum. Key words: calculation of IR spectrum - intensity of the absorptoin band - frequency of the normal vibration - menthol.