CC BY
9DOI: 10.24411/2181- 0761/2021-10028 РЕАКЦИОННЫЙ ЦЕНТР ПРИ ПОЛУЧЕНИИ ПРОИЗВОДНЫХ БИС МОЧЕВИН ПО РЕАКЦИИ НУКЛЕОФИЛЬНОГО ПРИСОЕДИНЕНИЯ
Холбоев Юсубжон Хакимович Абдурахманов Улугбек Курганбаевич Урмонов Асилдин Абдусаматович Убайдуллаев Комилжон Турсунович
Андижанский Государственный медицинский институт Махсумов Абдухамид Гофурович
Ташкентский химико-технологический институт
Изучены квантово-химические характеристики и молекулярно- динамические расчеты исследуемых соединений, используя методы компьютерной химии.
Ключевые слова: компьютерно-химические программы, квантово-химические расчеты, электронная плотность зарядов, 3Д структура, ароматические вторичные амины.
НУКЛЕОФИЛЬ БИРИКИШ РЕАКЦИЯСИ ОРКДЛИ БИС-МОЧЕВИНА Х,ОСИЛАЛАРИНИ
ОЛИШДА РЕАКЦИОН МАРКАЗ
Компьютер кимёси дастурларидан фойдаланиб, текширилаётган бирикмаларнинг квант-кимёвий тавсифномалари ва молекуляр динамик х,исоблари урганилган.
Калит сузлар: Компютер кимёвий дастурлар, квант-кимёвий х,исоблашлар.
REACTION CENTER FOR PREPARATION OF BIS UREAS BY THE NUCLEOPHILIC
ADDITION REACTION
Studied quantum-chemical characteristics and molecular dynamics calculations of the investigated compounds using the methods of computational chemistry.
Keywords: computer-chemical programs, quantum-chemical calculations, electron charge density, 3D structure, aromatic secondary amines.
В настоящее время в естественных науках, в том числе химии, с использованием различных компьютерно-химических программ по результатам квантово-химических и молекулярно-динамических расчетов можно всесторонне охарактеризовать молекулы. На основе таких результатов возможно заранее предположить особенности свойств, реакционной способности, и, самое главное, -
реакционных центров исследуемых молекул [1]. Надо отметить, что квантово-химические и особенно молекулярно-динамические расчеты еще не получили должного распространения в органической химии и химической технологии.
Полученные результаты с применением методов квантовой химии дают важную информацию о распределении электронной плотности
зарядов, общей энергии, энергии образования, теплоты образования, энергии электрона, энергии ядра и дипольного момента исследуемых молекул.
Кроме того метод квантовой химии является более дешевым, доступным и универсальным для исследования свойств молекулы [2-4]. Тем не менее необходимо указать, что мы не можем полностью отказаться от химических экспериментальных
методов исследования, так как проведение квантово-химических
исследований опирается на ключевые экспериментальные результаты.
Активность молекулы в химических реакциях в основном зависит от её состава, структуры и энергетических характеристик.
Предсказание о реакционных центрах органических молекул является важной и актуальной задачей. С применением
современных квантово-химических методов химики имеют возможность планирования экспериментальных исследований и проведения
целенаправленного синтеза важных химических продуктов.
Исходя из этих соображений, нами были исследованы 3Д структуры, распределение зарядов и электронной плотности исходных азотсодержащих соединений: из реагентов - гексан-1,6-диизоцианат, дифениламин, дибензил-амин, карбазол, изатин, 5-бромизатин и л-ферроцениламин, которые
использовались при синтезе
производных мочевин. Во всех исследованных реакциях гексан-1,6-диизоцианат является исходным соединением. На рис.1 приведены 3Д структуры, распределение зарядов и электронной плотности в молекуле гексан-1,6-диизоцианата (рис.1).
б
а
в
Рис. 1. Структура, распределение зарядов и электронной плотности исследуемого соединения: а) 3Д- структуры; б) распределение зарядов; в) распределение электронной плотности в молекуле гексан-1,6-диизоцианата
Анализ полученных результатов показал, что в молекуле гексан-1,6-диизоцианата наиболее отрицательный заряд наблюдается в атоме азота (рис. 1.б), значения которого равно -2,30 (заряд атома кислорода составляет -2,21). Надо отметить, что в данной молекуле оба атома азота имеют одинаковый отрицательный заряд. На
основе этих данных можно предполагать, что реакция с участием гексан-1,6-диизоцианата протекает за счет обоих атомов азота. Также были исследованы 3Д структуры,
распределение зарядов и электронной плотности исходных гетероцикличеких аминов.
а б в
Рис. 2. Структура, распределение зарядов и электронной плотности исследуемого соединения: а) 3Д структуры; б) распределение зарядов; в) распределение
электронной плотности.
Анализ результатов показал, что в молекуле 5-бромизатина атом азота имеет эр3 пирамидальное состояние и находится в одной плоскости с двумя фенильными кольцами (рис. 2. б). Распределение электронной плотности (рис. 2 в) показало, что наибольшее сгущение электронного облака собрано вокруг атома азота, который является реакционным центром молекулы 5-бромизатина.
Также были рассмотрены квантово-химические характеристики исследованных соединений. При этом изучена общая энергия, энергия образования, теплота образования, энергия электрона, энергия ядра, дипольный момент и заряд атома в молекулах исходных и целевых соединений. Полученные результаты приведены в табл. 1.
Таблица 1
Квантово-химические расчеты исследованных соединений
Природа соединения Общая энергия, ккал/моль Энергия образования, ккал/моль Теплота образования, ккал/моль Энергия электрона, эВ Энергия ядра, ккал/моль Дипольный момент (D) Заряд атома азота
Гексан-1,6-диизоцианат -47140,61 -2387,79 -50,328 -224669,01 177528,39 9,485 -0,230
Дифениламин -40235,48 -2503,60 233,201 -243565,9 203330,42 2,803 0,117
Дибензиламин -46848,58 -2780,61 506,37 -243113,26 196264,71 0 -0,088
Карбазол -39706,68 -2577,76 54,837 -229233,71 189527,04 1,411 0,236
Изатин -40905,01 -1897,25 -37,511 -191939,35 151034,35 4,585 0,040
5-бромизатин -48699,83 -1863,63 -29,253 -223294,96 174595,12 3,996 0,041
Ы.Ы'-гексаметилен бис- [(карбазолил) мочевина] -126500,2031 -7489,5273 113,1304 -1349161,125 1222660,875 6,216 -0,038
Н.Н'-динитрозо-Н.Н'-гексаметилен бис-[(карбазолил) мочевина] -146693,0938 -7670,8759 172,6961 -1602912,5 1456219,375 7,762 -0,140
Ы.^-гексаметилен бис- -129320 -7897,5126 121,961 -1422843,875 1293523,875 6,554 -0,041
(дифениламино)
мочевина]
N,N,-динитрозо-N,N,- -149517,75 -8083,7207 176,6671 -1675196,125 1525678,375 8,709 -0,139
гексаметилен бис-
[(дифениламино)
мочевина]
^^^хлоро-^^- -143279,0156 -7922,0664 51,18349 -1573909,625 1430630,625 5,426 -0,119
гексаметилен бис-
[(дифениламино)
мочевина]
^^^бромо^Х- -144996,25 -7916,8642 51,8859 -1573684 1428687,75 5,379 -0,104
гексаметилен бис-
[(дифениламино)
мочевина]
N,N,-диизопропил-N,N,- -150052,75 -9622,1025 47,9366 -1873370,62 1723317,87 1,117 -0,113
гексаметилен бис-
[(дифениламино)
мочевина]
N,N,-диамил-N,N,- -163846,4063 -10743,6484 26,7656 -2152937,75 1989091,25 1,042 -0,130
гексаметилен бис-
[(дифениламино)
мочевина]
N,N,-гексаметилен бис- -128787,1172 -6018,7973 38,1607 -1085994,37 957207,18 9,192 -0,097
[(изатинил) мочевина]
Данные по расчету квантово-химических характеристик исходных соединений используются для выяснения (прогнозирования)
характера и направления реакции. Например, гексан-1,6-диизоцианат является исходным реагентом во всех изученных реакциях с вторичными аминами. В его молекуле у атома азота имеется отрицательный заряд -0,230. Можно предполагать, что он является реакционным центром при реакции нуклеофильного присоединения
ароматических вторичных аминов к гексан-1,6-диизоцианату.
Надо отметить, что приведенные соображения по квантово-химическим и молекулярно-динамическим характеристикам использованных
соединений подтверждаются
полученными нами
экспериментальными данными.
Например, в реакции гексан-1,6-диизоцианата с 5-бромизатином образуется Ы,Ы1-гексаметилен бис-[(5-бромизатинило) мочевины], т.е. присоединение протекает за счет атома азота реагирующих веществ. Выход продукта с участием изатина более 90 %, чем при участии остальных аминов (рис.3).
Также исследованы квантово-
химические и молекулярно-
динамические характеристики
полученных соединений. При этом полученные данные могут быть использованы для дальнейших исследований с участием этих молекул, а также как справочные данные для работающих в области компьютерной химии.
Рис. 3. Структура, распределение зарядов и электронной плотности исследуемого
соединения: а) 3Д структуры; б) распределение зарядов; в) распределение электронной плотности в молекуле ^№-гексаметилен бис-[(5-бромизатинило)
мочевины]
б
а
в
Таким образом, изучены квантово-химические характеристики и молекулярно динамические расчеты исследованных соединений. На основе этих данных высказано предположение о направлении реакции с их участием и
реакционном центре, в котором протекает процесс нуклеофильного присоединения. Высказанные
соображения подтверждены
полученными экспериментальными результатами.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Холбоев Ю.Х., Абдурахманов У.К., Махсумов А.Г. Гексаметилен бис-[(гексилоил) карбамат] в качестве стимулятора роста // Universum: Технические науки : электрон. научн. журн. 2019. № 10(67). URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/7968
2. Холбоев Ю.Х., Абдурахманов У.К., Юсупов М.М., Махсумов А.Г.
Технология получения стимулятора роста для технических культур // Universum: Химия и биология: электрон. научн. журн. 2019. № 11(65). URL: http://7universum.com/ru/ nature/archive/item/8098
3. Синтез биостимулятора на основе производных бискарбамата // Universum: Химия и биология: электрон. научн. журн. Абдурахманов У.К. [и др.]. 2019. № 12(66). URL: http://7universum.com/ru/nature/archive/item/8306
4. Холбоев Ю.Х., Абдурахманов У.К., Махсумов А.Г., Абдурахманова М.У. Производные аллилового спирта в качестве ростстимулятора для овощных культур и хлопчатника //Теория и практика современной науки. - 2018. - № 1 (31), - С. 595-600.
