ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА КИСЛОТНОЙ СИЛЫ И КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ МОЛЕКУЛ 2-МЕТИЛБИЦИКЛО[2,2,1]ГЕПТАНА И β-ПИНЕНА МЕТОДОМ AB INITIO Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

УДК 547.64:544.183.25

В. А. Бабкин, Д. С. Андреев, И. А. Короткова,

О. В. Стоянов, Г. Е. Заиков

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА КИСЛОТНОЙ СИЛЫ И КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ МОЛЕКУЛ 2-МЕТИЛБИЦИКЛО[2,2,1]ГЕПТАНА И 0-ПИНЕНА МЕТОДОМ AB INITIO

Ключевые слова: квантово-химический расчет, метод AB INITIO, 2-метилбицикло[2,2,1]гептан и в-пинена, кислотная сила.

Впервые выполнен квантово-химический расчет молекулы 2-метилбицикло[2,2,1]гептана и в-пинена методом AB INITIO в базисе 6-311G** с оптимизацией геометрии по всем параметрам стандартным градиентным методом. Получено оптимизированное геометрическое и электронное строение этого соединения. Теоретически оценена его кислотная сила (рКа = 33). Установлено, что молекула 2-метилбицикло[2,2,1]гептана и впинена относится к классу очень слабых кислот (pKa>14).

Keywords: quantum chemical calculation, method AB INITIO, 2-methylbicyclo[2,2,1]geptan and в-pinen, acid strength.

For the first time it is executed quantum chemical calculation of a molecule of 2-methylbicyclo[2,2,1]geptan and в-pinen method AB INITIO with optimization of geometry on all parameters. The optimized geometrical and electronic structure of this connection is received. Acid force of 2-methylbicyclo[2,2,1]geptan and в-pinen is theoretically appreciated. It is established, than it to relate to a class of very weakH-acids (pKa=+33, where pKa-universal index of acidity).

Введение

Целью настоящей работы является квантово-химический расчет молекул бициклических оле-финов 2-метилбицикло [2,2,1]гептана [1] и р-пинена[1] методом AB INITIO в базисе 6-311G** с оптимизацией геометрии по всем параметрам стандартным градиентным методом, встроенным в PC GAMESS [2], в приближении изолированной молекулы в газовой фазе и теоретическая оценка его кислотной силы. Для визуального представления модели молекулы использовалась известная программа MacMolPlt [3].

Результаты расчетов

Оптимизированное геометрическое и электронное строение, общая энергия и электронная энергия молекулы 2-метилбицикло [2,2,1]гептана и Р-пинена получена методом AB INITIO в базисе 6311G** и показаны на рис. 1-2 и в табл. 1-2.

Рис. 2 - Геометрическое и электронное строение молекулы р-пинена

(Е0= -1016993 кДж/моль, Еэл= -2512632 кДж/моль)

Таблица 1 - Оптимизированные длины связей, валентные углы и заряды на атомах молекулы 2-метилбицикло[2,2,1]гептана

Рис. 1 - Геометрическое и электронное строение

молекулы 2-метилбицикло[2,2,1]гептана

(Е0= -812409 кДж/моль, Еэл= -1826171 кДж/моль)

Используя известную формулу рКа=49,04-

134,61 д^ [4] (дЦх = +0,12- максимальный заряд

на атоме водорода, рКа- универсальный показатель кислотности см. табл.1-3), которая с успехом используется, например, в работах [5-9], находим значение кислотной силы равное рКа = 33.

Длины связей R,A Валентные углы Град

C(2)-C(1) 1,53 C(2)-C(1)-C(3) 106

C(3)-C(1) 1,52 C(4)-C(7)-C(3) 94

C(3)-C(7) 1,54 C(1)-C(2)-C(4) 102

C(4)-C(2) 1,54 C(2)-C(4)-C(5) 109

C(5)-C(4) 1,54 C(3)-C(6)-C(5) 103

C(5)-C(6) 1,56 C(1)-C(3)-C(6) 108

C(6)-C(3) 1,55 C(2)-C(4)-C(7) 101

C(7)-C(4) 1,54 C(2)-C(1)-C(8) 127

C(8)-C(1) 1,32 C(1)-C(2)-H(9) 113

H(9)-C(2) 1,09 C(1)-C(3)-H(10) 114

H(10)-C(3) 1,08 C(2)-C(4)-H(11) 114

H(11)-C(4) 1,08 C(4)-C(5)-H(12) 112

H(12)-C(5) 1,09 C(4)-C(5)-H(13) 111

H(13)-C(5) 1,09 C(3)-C(6)-H(14) 110

H(14)-C(6) 1,09 C(3)-C(6)-H(15) 112

H(15)-C(6) 1,08 C(4)-C(7)-H(16) 113

H(16)-C(7) 1,09 C(4)-C(7)-H(17) 113

H(17)-C(7) 1,09 C(1)-C(2)-H(18) 110

H(18)-C(2) 1,09 C(1)-C(8)-H(19) 122

H(19)-C(8) 1,08 C(1)-C(8)-H(20) 122

H(20)-C(8) 1,08

Таблица 2 - Оптимизированные длины связей, валентные углы и заряды на атомах молекулы 0-пинена

Длины связей R,A Валентные углы Град

C(2)-C(1) 1,53 C(1)-C(2)-C(3) 113

C(3)-C(2) 1,55 C(2)-C(3)-C(4) 112

C(4)-C(3) 1,53 C(3)-C(4)-C(5) 109

C(5)-C(4) 1,55 CW-C^-C^) 109

ОД-ОД 1,55 C^-C^-C^) 114

ОД-Ca) 1,51 C(4)-C(7)-C(6) 85

ОД-ОД 1,57 C(3)-C(4)-C(7) 111

C(7)-C(4) 1,5б C(4)-C(7)-C(8) 112

C(8)-C(7) 1,53 C(4)-C(7)-C(9) 119

C(9)-C(7) 1,53 C(2)-C(1)-C(10) 123

C(10)-C(1) 1,32 C(1)-C(2)-H(11) 107

H(11)-C(2) 1,09 C(1)-C(2)-H(12) 110

H(12)-C(2) 1,08 C(2)-C(3)-H(13) 111

H(13)-C(3) 1,09 C(2)-C(3)-H(14) 109

H(14)-C(3) 1,09 C(3)-C(4)-H(15) 111

H(15)-C(4) 1,09 C(4)-C(5)-H(16) 118

H^^C^) 1,08 C(4)-C(5)-H(17) 113

H(17)-C(5) 1,08 C(1)-C(6)-H(18) 112

Щ^-О^б) 1,08 C(7)-C(8)-H(19) 113

H(19)-C(8) 1,08 C(7)-C(8)-H(20) 110

H(20)-C(8) 1,09 C(7)-C(8)-H(21) 110

H(21)-C(8) 1,09 C(7)-C(9)-H(22) 110

H(22)-C(9) 1,09 C(7)-C(9)-H(23) 110

H(23)-C(9) 1,09 C(7)-C(9)-H(24) 114

H(24)-C(9) 1,08 C(1)-C(10)-H(25) 121

H(25)-C(10) 1,08 C(1)-C(1Q)-H(26) 122

H^^QIO) 1,08

Таблица 3 - Общая энергия (Е0 , кДж/моль), мак/ н+ \

симальный заряд на атоме водорода (дтах), универсальный показатель кислотности (рКа) мономеров

№ Мономер -Ео H+ qmsx рКа

1 2- метилбицик- ло[2,2,1]гептана 812409 +0,12 33

2 Р-пинена 101б993 +0,12 33

Таким образом, нами впервые выполнен квантово-химический расчет молекулы 2-метилбицикло[2,2,1]гептана и р-пинена методом AB INITIO в базисе б-31Ш**. Получено оптимизированное геометрическое и электронное строение этого соединения. Теоретически оценена его кислотная сила рКа = 33. Установлено, что 2-метилбицикло[2,2,1]гептан и р-пинена относится к классу очень слабых Н-кислот (pKa>14).

Литература

1. Дж Кеннеди. Катионная полимеризация олефинов. Изд-во «Мир»- М., 1978. - 431 с.

2. 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. 1347-13б3, 1993

3. B.M. Bode and M.S. Gordon. MacMolPlt: A Graphical User Interface for GAMESS. J. Molec. Graphics. №1б. Р. 133-138, 1998.

4. V.A. Babkin, R.G. Fedunov, K.S. Minsker. and anothers. Oxidation communication, 2002,№1, 25, 21-47.

5. В. А. Бабкин, Д. С. Андреев, О. В. Савченко, С. H. Русанова, Г. Е. Заиков. Квантово-химический расчет молекулы бицикло[3, 1, 0]гексана методом AB INITIO. Вестн. Казан. технол. ун-та. Т. 15, №13, с. 109-110, 2О12

6. В. А. Бабкин, Д. С. Андреев, О. В. Савченко, С. H. Русанова, Г. Е. Заиков Квантово-химический расчет молекулы бицикло[4, 1, О]гептана методом AB INITIO. Вестн. Казан. технол. ун-та. Т. 15, №13, с. 111-112, 2О12

7. В. А. Бабкин, Д. С. Андреев, С. Е. Карпушова, С. H.

Русанова, Г. Е. Заиков. Квантово-химический расчет молекулы бицикло[5, 1, 0]октана методом AB INITIO. Вестн. Казан. технол. ун-та. Т. 15, №13, с. 113-114, 2О12

8. В. А. Бабкин, Д. С. Андреев, В. Ю. Дмитриев, H. Е. Темникова, Г. Е. Заиков. Квантово-химический расчет молекулы бицикло[б, 1, 0]нонана методом AB INITIO. Вестн. Казан. технол. ун-та. Т. 15, №13, с. 115-11б, 2О12

9. В. А. Бабкин, Д. С. Андреев, В. Ю. Дмитриев, Л. Е. Кузнецова, Г. Е. Заиков. Квантово-химический расчет молекулы бицикло[10, 1, 0]тридекана методом AB INITIO. Вестн. Казан. технол. ун-та. Т. 15, №13, с. 117118, 2012

© В. А. Бабкин - д-р хим. наук, проф. нач. научн. отдела Себряковского филиала Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета, [email protected]; Д. С. Андреев - ст. гр. ПСК-51д Себряковского филиала Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета, [email protected]; И. А. Короткова - студ. гр. С-21д Себряковского филиала Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета; О. В. Стоянов - д-р хим. наук, проф., зав. каф. технологии пластических масс КНИТУ; Г. Е. Заиков - д-р хим. наук, проф. Института биохимической физики РАН, [email protected].