CC BY
29
СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДАМИ ИК- СПЕКТРОСКОПИИ И КВАНТОВОЙ ХИМИИ -6-((2,4-ДИНИТРОФЕНИЛ) ГИДРАЗОН-1,3,5-ТРИАЗИНАН-2,4-ДИОНА
Ганиев Бахтиёр Шукуруллаевич
преподаватель, Бухарский государственный университет,
Узбекистан, г. Бухара E-mail: b. ganiyev1990@gmail. com
Холикова Гуляйра Кулдошевна
магистрант, Бухарский государственный университет,
Узбекистан, г. Бухара E-mail: xoliqovagulyayra@gmail. com
Салимов Фуркат Гайрат угли
студент, Бухарский государственный университет,
Узбекистан, г. Бухара
SYNTHESIS AND INVESTIGATION BY IR SPECTROSCOPY AND QUANTUM CHEMICAL METHODS 6 - ((2,4-DINITROPHENYL) HYDRAZONE-1,3,5-TRIAZINANE-2,4-DIONE
Bakhtiyor Ganiyev
Teacher of Bukhara State University, Uzbekistan, Bukhara
Gulyayra Kholikova
Masters of Bukhara State University Uzbekistan, Bukhara
Furqat Salimov
Student of Bukhara State University Uzbekistan, Bukhara
АННОТАЦИЯ
В представленной статье описан синтез 6-((2,4-динитрофенил) гидразон-1,3,5-триазинан-2,4-диона (H2L). Синтезированное соединение исследовано с применением методов элементного анализа, ИК-спектроскопии и квантово-химических расчетов, произведенных в программах Avogadro и Gaussian.
ABSTRACT
This article describes the synthesis of 6 - ((2,4-dinitrophenyl) hydrazone) -1,3,5-triazinan-2,4-dione (H2L). The synthesized compound was studied using the methods of elemental analysis, IR spectroscopy, and quantum chemical calculation using the Avogadro and Gaussian programs.
Ключевые слова: изоциануровая кислота, гидразон, квантово-химические параметры, квантово-химический расчет.
Keywords: isocyanuric acid, compound, molecule, structure, quantum-chemical parameters, quantum-chemical calculation.
Введение
Отмечено, что изоциануровая кислота (2,4,6-триоксо-1,3,5-триазинид) является выдающимся случаем нековалентного синтеза для различных структур. Как выдающийся случай, водородно-связанный комплекс 1:1 между циануровой кислотой
и меламином был изучен многими группами, потому что он важен не только для понимания принципов молекулярной самосборки, но также и для удержания значительного потенциала для развития молекулярные устройства и наноразмерные структуры.
Библиографическое описание: Ганиев Б.Ш., Холикова Г.К., Салимов Ф.Г. Синтез и исследование методами ИК-спетроскопии и квантовой химии -6-((2,4-динитрофенил) гидразон-1,3,5-триазинан-2,4-диона // Universum: Химия и биология : электрон. научн. журн. 2020. № 6(72). URL: http://7universum. com/ru/nature/archive/item/9514
Циануровая кислота состоит из двух таутомерных форм: лактамной (изоциануровая кислота, триазинот-рион, формула I) и лактимной (собственно циануровая кислота, формула II):
Н
НО,
JNL ЮН
N
ОН II
N
В статье исследовано синтез и ИК-спектроскопия 6-((2,4-динитрофенил) гидразон-1,3,5-триазинан-2,4-диона (H2L), и сравнение экспериментальным данные на квантово-химических расчетов которые рассчитаны произведенных в программах Avogadro и Gaussian.
Программа Avogadro предлагает семантический химический конструктор и платформу для визуализации и анализа.
Для разработчиков его можно легко расширить с помощью мощного механизма плагинов для поддержки новых функций в органической химии, неорганических комплексов, дизайне лекарств, материалов, биомолекул и симуляции [1].
Для построения начальной геометрии и визуализации рассчитанных структур в работе использовался молекулярный редактор Avogadro. Это расширенный молекулярный редактор, разработанный для использования на нескольких платформах, в частности на ОС Windows, применяемый в вычислительной химии, молекулярном моделировании. Avogadro - бесплатная 43 система проектирования и моделирования, которая подходит как для небольших молекул, так и для биомолекул, содержащих в структуре несколько тысяч атомов. Химический редактор Avogadro снабжён комплектами заготовок сложных формул и рисунков, наиболее часто употребляемых в работе (аминокислоты, пептиды, углеводы, стерео-изомеры, нуклеотиды, лабораторное оборудование и прочее). Avogadro позволяет выполнять следующие функции:
• создавать на экране химические структурные формулы, схемы реакций, лабораторные установки;
• рассчитывать энергетические и пространственные параметры системы (распределение электронной плотности, энергию и длину связей, валентные углы);
• рассчитывать энергию молекулы в стационарном и возбуждённых состояниях на основе классической механической модели атомов;
• рассчитывать другие молекулярные характеристики и вероятность пути прохождения химических реакций [2,10].
Нами впервые были синтезированы и изучены квантово-химические параметры производной изо-циануровой кислоты на примере конкретного соединения, 6-((2,4-динитрофенил)гидразон)-1,3,5-триази-нан-2,4-дион (H2L):
N0,
.N. .N-NH
N0,
HN NH
т
о
Для вычислений использовали программное обеспечение Gaussian и Avogadro[11,12].
Экспериментальная часть Синтез 6-((2,4-динитрофенил) гидразон)-1,3,5-триазинан-2,4-ди она.
К 0,792 г (0,004 моля) 2,4-динитро-фенил-гидра-зина в 50 мл бензоле прибавляли при перемешивании по каплям 0,516 г (0,004 моля) изоциануровую кислоты в 100 мл бензоле. Реакционную смесь оставляли в течении 3 сутки при комнатной температуре. Выпавший поликристаллический осадок 1,02 г (78 %) 6-(2-(2,4-ди-нитрофенил) гидразон)-1,3,5-триазинан-2,4-диона (H2L1) с т. плав. 212-215 оС, который отфильтровывали, промывали небольшим количеством бензола и гексана. Перекристаллизацией H2L1 из смеси бензола и этанола в соотношении 1:1,5 получены моноклинные кристаллы коричневого цвета. Найдено, %: С 34,96; Н 2,28; N 31,71; O 31,05. Для C9H7N7O6 вычислено, %: С 34,21; Н 2,24; N 31,04; O 30,38 [9,15].
Результаты исследования
ИК - спектроскопическое исследование проводили на базе института биоорганический химии Академии Наук Республики Узбекистана (ИБОХ АН РУз). Инфракрасные спектры с Фурье преобразованием (БТЩ) для высушенных веществ были записаны с помощью ИК-спектрофотометра Shimadzu (модель 8300) в диапазоне от 400 до 4000 см-1 в виде таблеток КВг [3-5].
В ИК-спектре гидразона изоциануровой кислоты H2L (рис.1,3, табл. 1) колебательная частота (1600,92 см"1) по сравнению с ИК-спектром расчета в программном пакете Avogadro (полоса поглощения (1594.53см"1) смещена в область низких частот на 6,39 см"1 [6-8,16].
Рисунок 1. ИК-спектр органического соединения 6-((2,4-динитрофенил) гидразон) -1,3,5-триазинан-2,4-диона (H2Ll, полученный с помощью прибора ИК-спектрофотометра
Таблица 1.
Сравнение ИК - параметров, полученных квантово-химическим методом (программа Avogadro) с экспериментальными данными ИК-спектроскопии
Частоты Интен-
сив- Экпериментальные данные спектра
ность
621.76 43,72 626,87
653.39 50,67 653,87
691.37 180,08 694,37 С=О
742.03 51,26 742,59
Вырожденный C = С в плоскости изгиб
840.94 10,34 844,82 N - Н изгиба плоскости
931.44 42,46 923,90
970.69 18,47 966,34
1044.29 192,03 1060,85 Вырожденное плоскостное кольцо
1093.79 11,83 1105,21
1128.31 13,40 1124,50
1156.03 16,60 1149,57
1213.99 20,67 1215,15
1260.32 199,17 1253,73
1332.58 598,29 1327,03
1393.33 348,07 1406,11 Вырождение N-9 изгиба в плоскости
1468.00 152,25 1481,33
1528.10 795,62 1510,26
1574.64 40,74 1573,91
1594.53 214,53 1600,92
1636.68 206,41 1645,28
1873.02 1158,58 1842,02
1986.49 372,72 1988,61
Рисунок 2. ИК-спектр органического соединения 6-((2,4-динитрофенил) гидразон) -1,3,5-триазинан-2,4-диона (H2L1), рассчитанный с помощью программы GAUSSIAN
Рисунок 3. ИК-спектр органического соединения 6-( (2,4-динитрофенил) гидразон) -1,3,5-триазинан-2,4-диона (H2L1), рассчитанный с помощью программы A VOGADRO
Изучение спектров С-Ы: частота растяжения С-Ы является довольно сложной задачей, так как наблюдается смешивание несколько полос в этой области. Сундараганесан и соавт. [13] назначил группу в 1689 см-1 до C=N и С-Ы, соответственно, валентная вибрация для соединения бензимидазола.
Прбаватий и соавт. (Prabavathi е! а1.) [14] сообщили, что полоса при 1575 см-1 в спектре FTIR и 1540 см-1 как в FTIR, так и в рамановском спектре до С=Ы валентных колебаний.
Растяжение С-Ы обычно лежит в области 14001200 см-1. В настоящем исследовании были обнаружены очень сильные С-Ы растягивающие колебания
гидразона изоциануровой кислоты между 1778, 1752 и 1463 см-1 в ИК-диапазоне и очень сильной полосой в 1727 см- 1, очень слабой полосой на 1469 см-1 и 1418 см-1 в спектре FT-IR.
Если произвести сравнение ИК-спектров, полученных экспериментальным путем, с данными теоретических расчетов, произведенных в программе Gaussian, то можно отметить, что некоторые спектры имеют одинаковые или близкие параметры, другие же - сильно разняться. (рис. 1.2, табл. 2.):
Таблица 2.
Сравнение ИК - параметров квантово-химических расчетов по программе Gaussian с
экспериментальными данными
Экпериментальные данные спектра (частота (cm-1)) X-Ось: Частота (cm-1) Y-Ось: Ипсилон DY/DX
626,87 629.3292600000 42.3950847186 -6.3799728857
653,87 653.3722200000 186.3711042535 0.7199073969
694,3 693.4438200000 497.9626951719 -100.0521427508
742,59 741.5297400000 221.3840047304 17.0045012023
806,25 805.6443000000 43.9058417649 -4.7709936589
844,82 845.7159000000 18.6004764982 -3.6934012819
923,90 925.8591000000 99.4286774001 8.1806346046
966,34 965.9307000000 40.4866740587 6.7734587158
1060,85 1062.1025400000 55.8268012358 -2.2167067001
1105,21 1102.1741400000 17.3941809798 -1.5775908544
1124,50 1126.2171000000 44.2568293591 7.4708529547
1149,57 1150.2600600000 28.5851315200 4.5372067390
1215,15 1214.3746200000 84.4356439202 -2.9591756019
1253,73 1254.4462200000 277.6520676016 59.7039622820
1327,03 1326.5751000000 669.0095711987 148.0252053755
1375,25 1374.6610200000 153.8629883591 10.6842490235
1406,11 1406.7183000000 155.1606318985 -15.3312455210
1481,33 1486.8615000000 57.7223583060 -1.0840051995
1510,26 1510.9044600000 156.3373994682 15.5795396631
1573,91 1575.0190200000 240.3052939066 -10.4219948828
1600,92 1599.0619800000 354.8174727109 -80.8248705842
1645,28 1647.1479000000 124.0003162958 -13.5854672655
1842,02 1839.4915800000 70.6332195916 3.0253393853
1988,61 1983.7493400000 1260.8888640077 145.0017076554
2355,08 2352.4080600000 0.0000000000 0.0000000000
2924,09 2921.4247800000 0.0000000000 0.0000000000
3101,54 3105.7541400000 0.0000000000 0.0000000000
3238,48 3233.9832600000 0.0000000000 0.0000000000
3317,56 3314.1264600000 0.1149100892 0.0016326807
3361,93 3362.2123800000 0.2670444252 0.0058946559
Заключение
Благодаря высокой симметрии D3h молекул изо-циануровую кислоту и его производного гидразона, их ИК-спектры были очень просто и легко анализируемы. Интерпретация экспериментальных спектров проводилась по сравнению с нормальными частотами и ИК интенсивности, рассчитанные на уровне DFT(B3LYP)/6-311++G(d,p). Формы теоретически предсказанных нормальных колебаний были представлены с точки зрения распределения потенциальной энергии.
Таким образом, проведенные квантово-химиче-ские расчеты 6-((2,4-динитрофенил)гидразон)-1,3,5-
триазинан-2,4-диона показывают активность структуры молекулы и возможность получения веществ, обладающих антибактериальной и противогрибковой активностью. Также, полученное вещество является весьма перспективным для их применения в синтезе новых комплексных соединений.
Благодарность
Авторы выражают благодарность профессору Бухарского государственного университета Умаров Бако Бафаевичу и доценту Самаркандского государственного университета Узбекистана Абдулла Кува-тову, а также сотрудникам Института биоорганической химии Академии наук Узбекистана за их практическую помощь в подготовке статьи.
Список литературы:
1. Hanwell M. D. Avogadro: An advanced semantic chemical editor, visualization, and analysis platform / M. D. Hanwell, D. E. Curtis, D. C. Lonie, T.
2. Vandermeersch, E. Zurek, G. R. Hutchison // J. Cheminform. - 2012. - Vol. 4 (1). -Р. 17.
3. Артюшенко П.В. Атомная и электронная структуры феромонов в основном и возбуждённом состояниях: Дис.....канд. физ-мат. наук. - Красноярск: ФИЦ КНЦ СО РАН, 2019. - 100 с.
4. Seifer G. B. Cyanuric acid and cyanurates //Russian Journal of Coordination Chemistry. - 2002. - Т. 28. - №. 5. -С. 301-324.
5. Newman R., Badger R. M. Infrared spectra of cyanuric acid and deutero cyanuric acid1 //Journal of the American Chemical Society. - 1952. - Т. 74. - №. 14. - С. 3545-3548.
6. Wiebenga E. H. Crystal structure of cyanuric acid //Journal of the American Chemical Society. - 1952. - Т. 74. -№. 23. - С. 6156-6157.
7. Ito M. The Raman spectrum of cyanuric acid //Bulletin of the Chemical Society of Japan. - 1953. - Т. 26. - №. 6. -С. 339-341.
8. Rostkowska H., Lapinski L., Nowak M. J. Analysis of the normal modes of molecules with D3h symmetry: infrared spectra of monomeric s-triazine and cyanuric acid //Vibrational Spectroscopy. - 2009. - Т. 49. - №. 1. - С. 43-51.
9. Choi I. S. et al. Self-Assembly of Hydrogen-Bonded Polymeric Rods Based on the Cyanuric Acid О Melamine Lattice //Chemistry of materials. - 1999. - Т. 11. - №. 3. - С. 684-690.
10. Ганиев Б.Ш., Холикова Г.К., Салимов Ф.Г. Использование циануровой кислоты в качестве дезинфицирующих средств для окружающей среды. Материалы международной научной конференции «Инновационные решения инженерно-технологических проблем современного производства». 2 ТОМ. 14 -16 ноябр. Бухара, -2019. - С. 21-23.
11. Соловьев, М.Е. Компьютерная химия / М. Е. Соловьев, М. М. Соловьев. - М. : Солон-Пресс, 2005. - 536 с.
№ 6 (72)
UNIVERSUM:
ХИМИЯ И БИОЛОГИЯ
• 7universum.com
июнь, 2020 г.
12. 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/
13. M.J. Frisch, G.W. Trucks, H.B. Schlegel, G.E. Scuseria, M.A. Robb, et.al., GAUSSIAN 98, Revision A.11, Gaussian, Inc., Pittsburgh, PA, 2001.
14. N. Sundaraganesan, S. Ilakiamani, P. Subramanian, B.D. Joshua, Spectrochim. Acta 2007, 67A., 628-635
15. Prabavathi N, Nilufer A, Krishnakumar V. Quantum mechanical study of the structure and spectroscopic (FT-IR, FT-Raman, 13C, 1H and UV), NBO and HOMO-LUMO analysis of 2-quinoxaline carboxylic acid. Spectrochimica acta. Part A, Molecular and Biomolecular Spectroscopy. 2012 Jun;92:325-335. DOI: 10.1016/j.saa.2012.02.105.
16. Михеева Л.А., Брынских Г.Т., Шроль О.Ю. Лабораторно-практические работы по органической химии: Пособие для студентов II курса факультета последипломного медицинского и фармацевтического образования специальности «ФАРМАЦИЯ»-- Ульяновск: УлГУ, 2016. - 64 с.
17. Ахмедов В.Н., Олимов Б.Б., Назаров Ш.К. Электронная структура и квантово -химические расчёты виниловых эфиров фенолов // Universum: Химия и биология : электрон. научн. журн. 2020. № 4(70). - С. 53-56. URL: http://7universum.com/ru/nature/archive/item/9189
