Квантово-химический расчет молекулы мирцена и трансгексатриена-1,3,5

УДК 547.022:544.183.26

В. А. Бабкин, Д. С. Андреев, О. В. Стоянов,

Г. Е. Заиков

КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ МОЛЕКУЛЫ МИРЦЕНА И ТРАНСГЕКСАТРИЕНА-1,3,5

Ключевые слова: квантово-химический расчет, метод MNDO, мирцен и трансгексатриена-1,3,5, кислотная сила.

Впервые выполнен квантово-химический расчет молекулы мирцена и трансгексатриена-1,3,5 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 мирцена и трансгексатриена-1,3,5 относится к классу очень слабых кислот (pKa>14).

Keywords: quantum chemical calculation, method MNDO, mirtsen and transhexatriene-1,3,5, acid strength.

For the first time it is executed quantum chemical calculation of a molecule of mirtsen and transhexatriene-1,3,5 method MNDO with optimization of geometry on all parameters. The optimized geometrical and electronic structure of this connection is received. Acid force of mirtsen and transhexatriene-1,3,5 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 квантовохимический расчет молекулы мирцена и трансгексатриена-1,3,5 [1] методом MNDO с

оптимизацией геометрии по всем параметрам стандартным градиентным методом, встроенным в PC GAMES S [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 мируена и трансгексатриена-1,3,5 получена методом MNDO и показаны на рис.1-2 и в табл.1-3. Используя известную формулу [4]

рКа=42,11 - 147,18 = +0,05 - максимальный

А у у max х max у

заряд на атоме водорода, рКа- универсальный показатель кислотности см. табл.1), которая с успехом используется, например, в работах [5-14], находим значение кислотной силы равное рКа = 35.

Рис. 1 - Геометрическое и электронное строение молекулы мирцена

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

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(1)-C(2)-C(5) 122

C(5)-C(2) 1,52 C(2)-C(5)-C(6) 114

C(6)-C(5) 1,55 C(5)-C(6)-C(7) 113

C(7)-C(6) 1,51 C(6)-C(7)-C(8) 129

C(8)-C(7) 1,36 C(7)-C(8)-C(9) 120

C(9)-C(8) 1,51 C(7)-C(8)-C(10) 124

C(10)-C(8) 1,51 C(2)-C(1)-H(11) 124

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

H(12)-C(1) 1,09 C(2)-C(3)-H(13) 114

H(13)-C(3) 1,10 C(3)-C(4)-H(14) 122

H(14)-C(4) 1,09 C(3)-C(4)-H(15) 124

H(15)-C(4) 1,09 C(2)-C(5)-H(16) 109

H(16)-C(5) 1,12 C(2)-C(5)-H(17) 109

H(17)-C(5) 1,11 C(5)-C(6)-H(18) 109

H(18)-C(6) 1,11 C(5)-C(6)-H(19) 109

H(19)-C(6) 1,12 C(6)-C(7)-H(20) 112

H(20)-C(7) 1,10 C(8)-C(9)-H(21) 111

H(21)-C(9) 1,11 C(8)-C(9)-H(22) 111

H(22)-C(9) 1,11 C(8)-C(9)-H(23) 113

H(23)-C(9) 1,11 C(8)-C(10)-H(24) 111

H(24)-C(10) 1,11 C(8)-C(10)-H(25) 111

H(25)-C(10) 1,11 C(8)-C(10)-H(26) 112

H(26)-C(10) 1,11

Таким образом, нами впервые выполнен квантово-химический расчет молекулы мирцена и трансгексатриена-1,3,5 методом ММЭО. Получено оптимизированное геометрическое и электронное строение этого соединения. Теоретически оценена его кислотная сила рКа = 35. Установлено, что

мирцен и трансгексатриена-1,3,5 относится к классу очень слабых Н-кислот ( рКа>14).

Рис. 2 - Геометрическое и электронное строение молекулы трансгексатриена-1,3,5

Таблица 2 - Оптимизированные длины связей, валентные углы и заряды на атомах молекулы трансгексатриена-1,3,5

Длины связей R,A Валентные углы Град

C(2)-C(1) 1,35 C(1)-C(2)-C(3) 126

C(3)-C(2) 1,46 C(2)-C(3)-C(4) 125

C(4)-C(3) 1,36 C(3)-C(4)-C(5) 125

C(5)-C(4) 1,46 C(4)-C(5)-C(6) 126

C(6)-C(5) 1,35 C(2)-C(1)-H(7) 124

H(7)-C(1) 1,09 C(2)-C(1)-H(8) 122

H(8)-C(1) 1,09 C(1)-C(2)-H(9) 118

H(9)-C(2) 1,10 C(2)-C(3)-H(10) 115

H(10)-C(3) 1,10 C(3)-C(4)-H(11) 120

H(11)-C(4) 1,10 C(4)-C(5)-H(12) 116

H(12)-C(5) 1,10 C(5)-C(6)-H(13) 124

H(13)-C(6) 1,09 C(5)-C(6)-H(14) 122

H(14)-C(6) 1,09

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

, н+ .

максимальный заряд на атоме водорода (дтвх),

универсальный показатель кислотности (рКа) мономеров

№ Мономер -Е0 H+ Qmax рКа

1 мирцен 144931 +0,05 35

2 трансгексатрие н-1,3,5 84654 +0,05 35

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, 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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, Babkin_v.a@mail.ru; Д. С. Андреев - студ. Себряковского филиала Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета, power_words@mail.ru; 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, chembio@sky.chph.ras.ru.