Квантово-химический расчет молекул 1-изопропилинден-3а,4,7,7а-тетрагидроиндена и бензилиндена методом AM1

УДК 544.18

В. А. Бабкин, А. В. Игнатов, А. И. Авраменко,

Е. В. Эльде, Г. Е. Заиков

КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ МОЛЕКУЛ

1-ИЗОПРОПИЛИНДЕН-3А,4,7,7А-ТЕТРАГИДРОИНДЕНА И БЕНЗИЛИНДЕНА МЕТОДОМ AM1

Ключевые слова: квантово-химический расчет, метод AM1, 1-изопропилинден-3а,4,7,7а-тетрагидроинден, бензилинден, кислотная сила.

Впервые выполнен квантово-химический расчет молекул 1-изопропилинден-3а,4,7,7а-тетрагидроиндена и бен-зилиндена методом AM1 с оптимизацией геометрии по всем параметрам стандартным градиентным методом. Получено оптимизированное геометрическое и электронное строение этих соединений. Теоретически оценена их кислотная сила. Установлено, что молекулы 1-изопропилинден-3а,4,7,7а-тетрагидроиндена ибен-зилиндена относятся к классу очень слабых кислот (pKa>14) .

Keywords: quantum chemical calculation, method AM1, 1-izopropylinden-3a,4,7,7a-tetrahydroindene, benzylindene, acid strength.

For the first time it is executed quantum chemical calculation of the molecules of1-izopropylinden-3a,4,7,7a-tetrahydroindene and benzylindene by AM1 method with optimization of geometry on all parameters. The optimized geometrical and electronic structures of these connections are received. Acid forces of 1-izopropylinden-3a,4,7,7a-tetrahydroindene and benzylindene are theoretically appreciated. It is established, than it to relate to a class of very weak H-acids.

Введение

В 1970 г. Ческа и сотрудники синтезировали мономер 1-изопропилинден-3а,4,7,7а-

тетрагидроинден и исследовали его полимеризацию [1-3]. А бензилинден полимеризовали ещё раньше в 1928 году, в присутствии 8ЪС15 в хлороформе при комнатной температуре [2-3]. Несмотря на это, механизмы элементарных актов полимеризации этих мономеров на электронном уровне не изучены. В связи с этим, целью настоящей работы является квантово-химический расчет молекул 1-

изопропилинден-3а,4,7,7а-тетрагидроиндена и бен-зилиндена методом АМ1 с оптимизацией геометрии по всем параметрам стандартным градиентным методом, встроенным в РС вАМБ88[4], в приближении изолированной молекулы в газовой фазе и теоретическая оценка его кислотной силы как первого шага в изучении механизма полимеризации на электронном уровне. Для визуального представления моделей молекул использовалась известная программа МасМоІРИ [5].

Результаты расчетов

Оптимизированное геометрическое и электронное строение, общая энергия и электронная энергия молекул 1-изопропилинден-3а,4,7,7а-тетрагидроиндена и бензилиндена получены методом АМ1 и показаны на рис.1-2 и в табл.1-3. Применяя формулу рКа=47.74-154.949 [6]

(=+0,14 и +0,06- максимальные заряды на атомах водорода, рКа- универсальный показатель кислотности см. табл.1-2), находим значения кислотной силы равные рКа =26 и 33.

Таким образом, нами впервые выполнен квантово-химический расчет молекул 1-

изопропилинден-3а,4,7,7а-тетрагидроиндена и бен-зилиндена методом АМ1. Получено оптимизированное геометрическое и электронное строение этих

соединений. Теоретически оценены их кислотные силы рКа=26 (это совпадает с известными данными [7]) и 33, соответственно для изучаемых мономеров.

Установлено, что 1-изопропилинден-

3а,4,7,7а-тетрагидроинден и бензилинден относятся к классу очень слабых Н-кислот (рКа>14).

Таблица 1- Оптимизированные длины связей, валентные углы и заряды на атомах молекулы 1-изопропилинден-3а,4,7,7а-тетрагидроиндена

Длины связей R,A Валентные углы Град

C(2)-C(1) 1.49 C(3)-C(2)-C(1) 124

C(3)-C(2) 1.34 C(4)-C(3)-C(2) 124

C(4)-C(3) 1.49 C(5)-C(1)-C(2) 108

C(5)-C(1) 1.51 C(6)-C(4)-C(3) 109

C^)-C(4) 1.51 C(7)-C(5)-C(1) 122

C(7)-C(5) 1.50 C(8)-C(6)-C(4) 123

CW-C^) 1.51 C(9)-C(7)-C(5) 110

C(9)-C(7) 1.35 C(10)-C(8)-C(6) 128

C(10)-C(8) 1.34 C(11)-C(10)-C(8) 122

C(11)-C(10) 1.48 C(12)-C(10)-C(8) 123

C(12)-C(10) 1.48 C(1)-C(2)-H(13) 115

H(13)-C(2) 1.10 C(2)-C(1)-H(14) 110

H(14)-C(1) 1.12 C(2)-C(1)-H(15) 110

H(15)-C(1) 1.12 C(2)-C(3)-H(16) 121

H(16)-C(3) 1.10 C(3)-C(4)-H(17) 110

H(17)-C(4) 1.12 C(3)-C(4)-H(18) 109

H(18)-C(4) 1.12 C(1)-C(5)-H(19) 108

H(19)-C(5) 1.13 C(4)-C(6)-H(20) 107

H(20)-C(6) 1.13 C(5)-C(7)-H(21) 122

H(21)-C(7) 1.09 C(7)-C(9)-H(22) 127

H(22)-C(9) 1.09 C(10)-C(11)-H(23) 111

H(23)-C(11) 1.12 C(10)-C(11)-H(24) 111

H(24)-C(11) 1.12 C(10)-C(11)-H(25) 110

H(25)-C(11) 1.12 C(10)-C(12)-H(26) 112

H(26)-C(12) 1.12 C(10)-C(12)-H(27) 110

H(27)-C(12) 1.12 C(10)-C(12)-H(28) 110

H(28)-C(12) 1.12

Рис. 1 - Геометрическое и электронное строение молекулы 1-изопропилинден-3а,4,7,7а-

тетрагидроиндена

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

Длины связей R,A Валентные углы Град

C(2)-C(1) 1.39 C(3)-C(2)-C(1) 121

Є(3)-С(2) 1.39 C(4)-C(1)-C(2) 121

Є(3)-С(б) 1.39 C(6)-C(3)-C(2) 118

Є(4)-С(1) 1.40 C(6)-C(5)-C(7) 107

Є(5)-С(4) 1.38 C(7)-C(9)-C(8) 109

C(6)-C(5) 1.46 C(8)-C(27)-C(10) 108

C(8)-C(6) 1.44 C(13)-C(11)-C(10) 109

C(6)-C(3) 1.39 C(14)-C(12)-C(10) 113

C(11)-C(10) 1.52 C(15)-C(13)-C(11) 120

C(12)-C(10) 1.52 H(18)-C(3)-C(2) 120

043)^(11) 1.47 H(17)-C(2)-C(1) 119

Q44)-C(12) 1.45 H(19)-C(4)-C(1) 120

Q45)-C(14) 1.39 H(20)-C(7)-C(5) 123

Q45)-C(13) 1.37 H(21)-C(9)-C(7) 127

Q40)-C(30) 1.53 H(22)-C(11)-C(10) 119

H(16)-C(1) 1.09 H(23)-C(12)-C(10) 119

H(17)-C(2) 1.09 H(24)-C(13)-C(10) 119

H(18)-C(3) 1.09 H(25)-C(14)-C(12) 119

H(19)-C(4) 1.09 H(26)-C(15)-C(14) 120

H(20)-C(7) 1.08 H(28)-C(27)-C(10) 114

H(21)-C(9) 1.08 H(28)-C(27)-C(8) 119

H(22)-C(12) 1.10

H(23)-C(11) 1.12

H(24)-C(13) 1.09

H(25)-C(14) 1.10

H(26)-C(15) 1.09

H(28)-C(27) 1.06

HS6

Рис. 2 - Геометрическое и электронное строение

молекулы бензилинден (Е0= -139474 кДж/моль,

Еэл= -709881 кДж/моль)

Литература

1. Cesca S., Roggero A. Palladino N., DeChirico A., Ma-kromol. Chem., 136, 23 (1970).

2. Whitby G.S., Katz M., J. Am. Chem. Soc., 50, 1160 (1928).

3. Дж. Кеннеди. Катионная полимеризация олефинов / Дж. Кеннеди. - М., 1978.-431 с.

4. M.W.Shmidt, K.K.Baldrosge, J.A. Elbert, M.S. Gordon, J.H. Enseh, S.Koseki, N.Matsvnaga., K.A. Nguyen, S. J. SU, andanothers. J. Comput. Chem.14, 1347-1363, (1993).

5. B.M. Bode and M.S. Gordon J. Mol. Graphics Mod., 16, 1998, 133-138.

6. Бабкин В. А., Андреев Д. С., Фомичев В. Т., Заиков Г. Е., Мухамедзянова Э. Р. / О корреляционной зависимости универсального показателя кислотности с максимальным зарядом на атоме водорода Н-кислот. Метод АМ1. г. Казань. Вестник Казанского технологического университета. 2012г., №10, с. 15-19

7. Р. Белл / Протон в химии. - М., изд. «Мир», 1977 г., с 381.

Таблица 3 - Общая энергия (Е0), электронная энергия (Еэл), максимальный заряд на атоме водорода ^тахН+) и универсальный показатель кислотности (рКа) молекул

Мономер -Ее (кДж/ моль) -Еэл (кДж/ моль) a H+ max pKa

1-изопропил инден 3a,4,7,7a- тетрагидро инден -169387 -1022416 +0,14 2б

бензилинден -139474 -709881 +0,0б 33

© В. А. Бабкин - д-р хим. наук, проф. нач. научн. отдела Себряковского филиала Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета, Babkin_v.a@mail.ru; А. В. Игнатов - студ. того же вуза, bartsimpson35@yandex.ru; А. И. Авраменко - студ. того же вуза; Е. В. Эльде - студ. того же вуза; Г. Е. Заиков - д.х.н., проф. каф. ТПМ КНИТУ, chembio@sky.chph.ras.ru.

1б