Квантово-химический расчет молекулы 1,1?-диинденила и бромбутилиндена методом MNDO

УДК 544.18

В. А. Бабкин, И. Н. Козлов, О. В. Стоянов,

Г. Е. Заиков

КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ МОЛЕКУЛЫ 1,1-ДИИНДЕНИЛА И БРОМБУТИЛИНДЕНА МЕТОДОМ МШО

Ключевые слова: квантово-химический расчет, метод ММОО, 1,1 '-диинденил и бромбутилиндена, кислотная сила.

Впервые выполнен квантово-химический расчет молекулы 1,1 '-диинденила и бромбутилиндена методом ММОО с оптимизацией геометрии по всем параметрам стандартным градиентным методом. Получено оптимизированное геометрическое и электронное строение этого соединения. Теоретически оценена его кислотная сила (рКа = 32). Установлено, что молекула 1,1 ’-диинденила и бромбутилиндена относится к классу очень слабых кислот (рКа>14).

Keywords: quantum chemical calculation, method MNDO, 1,1 '-diindenil and brombutilinden, acid strength.

For the first time it is executed quantum chemical calculation of a molecule of 1,1'-diindenil and brombutilinden method MNDO with optimization of geometry on all parameters. The optimized geometrical and electronic structure of this connection is received. Acid force of1,1'-diindenil and brombutilinden is theoretically appreciated. It is established, than it to relate to a class of very weak H-acids (pKa=+32, where pKa-universal index of acidity).

Введение

Целью настоящей работы является квантовохимический расчет молекулы 1,1'-диинденила и бромбутилиндена [1] методом MNDO с оптимизацией геометрии по всем параметрам стандартным градиентным методом, встроенным в PCGAMESS [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 1.1'-диинденила

ибромбутилиндена получена методом MNDO и показаны на рис.1-2 и в табл.1-3. Используя

известную формулу рКа=42,11-147,18 д^ [4] (днпах =

+0,07- максимальный заряд на атоме водорода, рКа-универсальный показатель кислотности см. табл.13), которая с успехом используется, например, в работах [5-14], находим значение кислотной силы равное рКа = 32.

Рис. 1 - Геометрическое и электронное строение молекулы 1.1'-диинденила

Таблица 1 - Оптимизированные длины связей, валентные углы и заряды на атомах молекулы 1,1'-диинденила____________________________

Длины связей R,A Валентные углы Град

C(2)-C(1) 1,41 C(2)-C(1)-C(3) 119

C(3)-C(1) 1,40 C(8)-C(9)-C(3) 110

C(3)-C(9) 1,47 C(1)-C(2)-C(4) 121

C(4)-C(2) 1,40 C(5)-C(6)-C(4) 119

C(4)-C(6) 1,41 C(1)-C(3)-C(5) 121

C(5)-C(3) 1,44 C(3)-C(5)-C(6) 120

C(6)-C(5) 1,40 C(3)-C(5)-C(7) 109

C(7)-C(5) 1,53 C(5)-C(7)-C(8) 102

C(8)-C(7) 1,53 C(7)-C(8)-C(9) 112

C(9)-C(8) 1,36 C(5)-C(7)-C(10) 117

C(10)-C(7) 1,55 C(7)-C(10)-C(11) 118

C(11)-C(10) 1,53 C(7)-C(10)-C(12) 113

C(12)-C(10) 1,53 C(10)-C(12)-C(13) 112

C(13)-C(12) 1,36 C(11)-C(14)-C(13) 108

C(13)-C(14) 1,47 C(10)-C(11)-C(14) 109

C(14)-C(11) 1,44 C(10)-C(11)-C(15) 131

C(15)-C(11) 1,40 C(11)-C(15)-C(16) 119

C(16)-C(15) 1,41 C(15)-C(16)-C(17) 121

C(17)-C(16) 1,40 C(14)-C(18)-C(17) 119

C(17)-C(18) 1,41 C(11)-C(14)-C(18) 121

C(18)-C(14) 1,40 C(8)-C(9)-H(19) 127

H(19)-C(9) 1,08 C(7)-C(8)-H(20) 122

H(20)-C(8) 1,08 C(2)-C(1)-H(21) 120

H(21)-C(1) 1,09 C(1)-C(2)-H(22) 119

H(22)-C(2) 1,09 C(2)-C(4)-H(23) 120

H(23)-C(4) 1,09 C(5)-C(6)-H(24) 122

H(24)-C(6) 1,09 C(11)-C(15)-H(25) 122

H(25)-C(15) 1,09 C(15)-C(16)-H(26) 119

H(26)-C(16) 1,09 C(16)-C(17)-H(27) 120

H(27)-C(17) 1,09 C(14)-C(18)-H(28) 121

H(28)-C(18) 1,09 C(12)-C(13)-H(29) 127

H(29)-C(13) 1,08 C(10)-C(12)-H(30) 121

H(30)-C(12) 1,08 C(7)-C(10)-H(31) 108

H(31)-C(10) 1,12 C(5)-C(7)-H(32) 107

H(32)-C(7) 1,12

N12 +0.07

Рис. 2 - Геометрическое и электронное строение молекулы бромбутилиндена

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

бромбутилиндена

Длины связей R,A Валентные углы Гра д

C(2)-C(1) 1,40 C(2)-C(1)-C(3) 119

C(3)-C(1) 1,41 C(1)-C(3)-C(4) 121

C(4)-C(3) 1,40 C(5)-C(6)-C(4) 119

C(4)-C(6) 1,41 C(1)-C(2)-C(5) 121

C(5)-C(2) 1,44 C(2)-C(5)-C(6) 120

C(6)-C(5) 1,40 C(1)-C(2)-C(7) 131

C(7)-C(2) 1,47 C(2)-C(5)-C(8) 109

C(8)-C(5) 1,53 C(7)-C(9)-C(8) 112

C(8)-C(9) 1,53 C(2)-C(7)-C(9) 110

C(9)-C(7) 1,36 C(1)-C(3)-H(10) 119

H(10)-C(3) 1,09 C(2)-C(1)-H(11) 121

H(11)-C(1) 1,09 C(2)-C(7)-H(12) 123

H(12)-C(7) 1,08 C(7)-C(9)-H(13) 126

H(13)-C(9) 1,08 C(5)-C(6)-H(14) 122

H(14)-C(6) 1,09 C(3)-C(4)-H(15) 120

H(15)-C(4) 1,09 C(5)-C(8)-C(16) 114

C(16)-C(8) 1,55 C(8)-C(16)-C(17) 117

C(17)-C(16) 1,54 C(16)-C(17)-C(18) 116

C(18)-C(17) 1,54 C(17)-C(18)-Br(19) 152

Br(19)-C(27) 1,89 C(8)-C(16)-H(20) 109

H(20)-C(16) 1,11 C(5)-C(8)-H(21) 108

H(21)-C(8) 1,12 C(8)-C(16)-H(22) 109

H(22)-C(16) 1,12 C(16)-C(17)-H(23) 110

H(23)-C(17) 1,11 C(16)-C(17)-H(24) 107

H(24)-C(17) 1,12 C(17)-C(18)-H(25) 110

H(25)-C(18) 1,11 C(17)-C(18)-H(26) 109

H(26)-C(18) 1,11 C(17)-C(18)-C(27) 113

C(27)-C(18) 1,53 C(18)-C(27)-H(28) 112

H(28)-C(27) 1,11 C(18)-C(27)-H(29) 112

H(29)-C(27) 1,11

Таблица 3 - Общая энергия (Е0 , кДж/моль),

максимальный заряд на атоме водорода

мономеров

№ Мономер -Е„ H+ qmax рКа

1 1,1'-диинденила 240467 +0,07 32

2 бромбутилиндена 214014 +0,07 32

Таким образом, нами впервые выполнен квантово-химический расчет молекулы 1,1'-

диинденила и бромбутилинденаметодом MNDO.

Получено оптимизированное геометрическое и

электронное строение этого соединения.

Теоретически оценена его кислотная сила рКа = 32.

Установлено, что 1,1'-диинденил и

бромбутилинденаотносится 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. 1347-1363, 1993

3. B.M. Bode and M.S. Gordon. MacMolPlt: A Graphical User Interface for GAMESS. J. Molec. Graphics. №16. 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, 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.

6. В.А. Бабкин, В.В. Трифонов, С.Н. Русанова, Г.Е. Заиков. Квантово-химический расчет молекулы п-аллилоксистирола методом MNDO. Вестн. Казан. технол. ун-та. Т. 15, №13, с. 168, 2012.

7. 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.

8. 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. Вестн. Казан. технол. ун-та. Т16, №8, с.21 -25, 2013.

9. В.А. Бабкин, Д.С. Андреев, О.В. Стоянов, Г.Е. Заиков. Квантово-химический расчет молекулы пентадиена-1,3 и транс,транс-гексадиена-2,4 методом MNDO. Вестн. Казан. технол. ун-та. Т16, №8, с.25 -27, 2013г.

10. В.А. Бабкин, Д.С. Андреев, О.В. Стоянов, Г.Е. Заиков.

квантово-химический расчет молекулы 2-

фенилбутадиена-1,3 и 1-фенил-4-метилбутадиена-1,3 методом MNDO. Вестн. Казан. технол. ун-та. Т16, №8, с.38-41, 2013.

11. В.А. Бабкин, Д.С. Андреев, О.В. Стоянов, Г.Е. Заиков.

Квантово-химический расчет молекулы 2,3-

диметилбутадиена-1,3, аллоцимена и хлоропрена

методом MNDO. Вестн. Казан. технол. ун-та. Т16, №8, с.41 -43, 2013.

12. В.А. Бабкин, Д.С. Андреев, О.В. Стоянов, Г.Е. Заиков Квантово-химический расчет молекулы мирцена и трансгексатриена-1,3,5 методом MNDO. Вестн. Казан. технол. ун-та. Т16, №8, с.43 -48, 2013.

13. В.А. Бабкин, Д.С. Андреев, О.В. Стоянов, Г.Е. Заиков. Квантово-химический расчет молекулы цис,транс-гексадиена-2,4 и цис,цис-гексадиена-2,4 методом MNDO. Вестн. Казан. технол. ун-та. Т16, №9, с.7-9, 2013.

14. В.А. Бабкин, Д.С. Андреев, О.В. Стоянов, Г.Е. Заиков.

Квантово-химический расчет молекулы транс-2-

метилпентадиена-1,3 и транс-3-метилпентадиена-1,3 методом MNDO. Вестн. Казан. технол. ун-та. Т16, №9, с.9-11, 2013.

© В. А. Бабкин - д-р хим. наук, проф. нач. научн. отдела Себряковского филиала Волгоградского госуд. архитектурностроительного ун-та, Babkin_v.a@mail.ru; И. Н. Козлов - студ. того же вуза; О. В. Стоянов - д-р техн. наук, проф., зав. каф. технологии пластических масс КНИТУ; Г. Е. Заиков - Институт биохимической физики РАН, chembio@sky.chph.ras.ru.