CC BY
62
УДК 547.022:544.183.26
В. А. Бабкин, Д. С. Андреев, О. В. Стоянов,
Г. Е. Заиков
КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ МОЛЕКУЛЫ БУТАДИЕНА-1,3 И 2-МЕТИЛБУТАДИЕНА-1,3 МЕТОДОМ MNDO
Ключевые слова: квантово-химический расчет, метод MNDO, бутадиен-1,3 и 2-метилбутадиена-1,3, кислотная сила.
Впервые выполнен квантово-химический расчет молекулы бутадиена-1,3 и 2-метилбутадиена-1,3 методом MNDO с оптимизацией геометрии по всем параметрам стандартным градиентным методом. Получено оптимизированное геометрическое и электронное строение этого соединения. Теоретически оценена его кислотная сила (рКа = 35). Установлено, что молекула бутадиена-1,3 и 2-метилбутадиена-1,3 относится к классу очень слабых кислот (pKa>14).
Keywords: quantum chemical calculation, method MNDO, butadien-1,3 and 2-methylbutadien-1,3, acid strength.
For the first time it is executed quantum chemical calculation of a molecule of butadien-1,3 and 2-methylbutadien-1,3 method MNDO with optimization of geometry on all parameters. The optimized geometrical and electronic structure of this connection is received. Acid force of butadien-1,3 and 2-methylbutadien-1,3 is theoretically appreciated. It is established, that it to relate to a class of very weak H-acids (pKa=+35, where pKa-universal index of acidity).
Введение
Целью настоящей работы является квантово-химический расчет молекулы бутадиена-
1,3 и 2-метилбутадиена-1,3 методом MNDO с оптимизацией геометрии по всем параметрам стандартным градиентным методом, встроенным в PC GAMES S [1], в приближении изолированной молекулы в газовой фазе и теоретическая оценка его кислотной силы. Для визуального представления модели молекулы использовалась известная программа MacMolPlt [2].
Результаты расчетов
Оптимизированное геометрическое и электронное строение, общая энергия и электронная энергия молекулы бутадиена-1,3 и 2-метилбутадиена-1,3 получена методом MNDO и показаны на рис.1-2 и в табл.1-3. Используя
известную формулу[3] рКа = 42,11 - 147,18 q^ (q^
= +0.05 - максимальный заряд на атоме водорода, рКа - универсальный показатель кислотности см. табл.1-3), которая с успехом используется, например, в работах [4-13], находим значение кислотной силы равное рКа = 35.
Рис. 1 - Геометрическое и электронное строение молекулы бутадиена-1,3 (Е0= -57342 кДж/моль, Еэл= -181636 кДж/моль)
Таким образом, нами впервые выполнен квантово-химический расчет молекулы бутадиена-
1.3 и 2-метилбутадиена-1,3 методом МХЭО.
Получено оптимизированное геометрическое и электронное строение этого соединения.
Теоретически оценена его кислотная сила рКа = 35. Установлено, что бутадиен-1,3 и 2-метилбутадиена-
1.3 относится к классу очень слабых Н-кислот (рКа>14).
Таблица 1 - Оптимизированные длины связей, валентные углы и заряды на атомах молекулы бутадиена-1,3
Длины связей R,A Валентные углы Град
C(2)-C(1) 1,34 C(1)-C(2)-C(3) 126
C(3)-C(2) 1,47 C(2)-C(3)-C(4) 126
C(4)-C(3) 1,34 C(2)-C(1)-H(5) 122
H(5)-C(1) 1,09 C(2)-C(1)-H(6) 124
H(6)-C(1) 1,09 C(1)-C(2)-H(7) 119
H(7)-C(2) 1,10 C(2)-C(3)-H(8) 116
H(8)-C(3) 1,10 C(3)-C(4)-H(9) 124
H(9)-C(4) 1,09 C(3)-C(4)-H(10) 122
H(10)-C(4) 1,09
Рис. 2 - Геометрическое и электронное строение молекулы 2-метилбутадиена-1,3 (Е0= -72420
кДж/моль, Еэл= -267286 кДж/моль)
Таблица 2 - Оптимизированные длины связей, валентные углы и заряды на атомах молекулы 2-метилбутадиена-1,3
Длины связей R,A Валентные углы Град
C(2)-C(1) 1,35 C(1)-C(2)-C(3) 121
C(3)-C(2) 1,48 C(2)-C(3)-C(4) 126
C(4)-C(3) 1,34 C(2)-C(1)-H(5) 124
H(5)-C(1) 1,09 C(2)-C(1)-H(6) 123
H(6)-C(1) 1,09 C(2)-C(3)-H(7) 114
H(7)-C(3) 1,10 C(3)-C(4)-H(8) 124
H(8)-C(4) 1,09 C(3)-C(4)-H(9) 122
H(9)-C(4) 1,09 C(1)-C(2)-C(10) 123
C(10)-C(2) 1,51 C(2)-C(10)-H(11) 111
H(11)-C(10) 1,11 C(2)-C(10)-H(12) 111
H(12)-C(10) 1,11 C(2)-C(10)-H(13) 112
H(13)-C(10) 1,11
Таблица 3 - Общая энергия (Е0 , кДж/моль),
, Н+ ч
максимальный заряд на атоме водорода (цптх),
универсальный показатель кислотности (рКа) мономеров
№ Мономер -Е0 H+ qmsx рКа
1 бутадиена-1,3 57342 +0,05 35
2 2-метилбутадиена- 1,3 72420 +0,05 35
Литература
1. 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
2. B.M. Bode and M.S. Gordon. MacMolPlt: A Graphical User Interface for GAMESS. J. Molec. Graphics. №16. Р. 133-138, 1998.
3. V.A. Babkin, R.G. Fedunov, K.S. Minsker. and anothers. Oxidation communication, 2002,№1, 25, 21-47.
4. В. А. Бабкин, В. В. Трифонов, Г. Е. Заиков, С. Ю.
Софьина. Квантово-химический расчет молекулы о-аллилоксистирола методом MNDO. Вестн. Казан.
технол. ун-та. Т. 15, №13, с. 166-167, 2012.
5. В.А. Бабкин, В.В. Трифонов, С.Н. Русанова, Г.Е. Заиков. Квантово-химический расчет молекулы н-аллилоксистирола методом MNDO. Вестн. Казан.
технол. ун-та. Т. 15, №13, с. 168, 2012.
6. В.А. Бабкин, В.В. Трифонов, Г.А. Заиков, Л.Е.
Кузнецова. Квантово-химический расчет молекулы
транс-изосафрола методом MNDO. Вестн. Казан.
технол. ун-та. Т. 15, №13, с. 169-170, 2012.
7. В.А. Бабкин, Д.С. Андреев, Е.С. Титова, И.Ю. Каменева, А.И. Рахимов, Г.Е. Заиков, Л.Е. Кузнецова. Оценка кислотной силы некоторых фторсодержащих пиримидинов методом MNDO. Вестн. Казан. технол. ун-та. Т. 15, №14, с. 16-18, 2012.
8. В.А. Бабкин, И.А. Короткова, Е.С. Титова, Г.Е. Заиков,
О.В. Стоянов, Д.С. Андреев. Теоретическая оценка кислотной силы некоторых пиримидинов методом
MNDO. Вестн. Казан. технол. ун-та. Т. 15, №20, с. 1721, 2012.
9. В.А. Бабкин, И.А. Короткова, Е.С. Титова, Г.Е. Заиков, О.В. Стоянов, Д.С. Андреев. Квантовохимический расчет некоторых пиримидинов методом MNDO. Вестн. Казан. технол. ун-та. Т. 15, №21, с. 7-10, 2012.
10. 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. Вестн. Казан. технол. ун-та. Т. 16, №2, с. 15-17, 2013.
11. В.А. Бабкин, Д.С. Андреев, А.В. Игнатов, О.В. Стоянов, Г.Е. Заиков. Квантово-химическое изучение механизма протонирования 4-метилпентена-1 методом MNDO. Вестн. Казан. технол. ун-та. Т. 16, №3, с.11-16, 2013.
12. В.А. Бабкин, Д.С. Андреев, А.В. Игнатов, О.В. Стоянов, Г.Е. Заиков. Квантово-химическое изучение механизма протонирования 4-метилгексена-1 методом MNDO. Вестн. Казан. технол. ун-та. Т. 16, №3, с.16-19, 2013.
13. В.А. Бабкин, Д.С. Андреев, А.В. Игнатов, О.В.
Стоянов, Г.Е. Заиков. Квантово-химическое изучение механизма протонирования 4,4-диметилпентена-1
методом MNDO. Вестн. Казан. технол. ун-та. Т. 16, №4, с.23-25, 2013.
© В. А. Бабкин - д-р хим. наук, проф. нач. научн. отдела Себряковского филиала Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета, [email protected]; Д. С. Андреев - студ. Себряковского филиала Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета, [email protected]; О. В. Стоянов - д-р техн. наук, проф., зав. каф. технологии пластических масс КНИТУ; Г. Е. Заиков - д-р хим. наук, проф. Института
биохимической физики РАН, [email protected].
