Квантово-химический расчет молекулы фенилциклопропана методом MNDO

УДК 577.175.522

В. А. Бабкин, Д. В. Сивоволов, С. Н. Русанова, Г. Е. Заиков КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ МОЛЕКУЛЫ ФЕНИЛЦИКЛОПРОПАНА МЕТОДОМ MNDO

Ключевые слова: квантово-химический расчет, метод MNDO, фенилциклопропан, кислотная сила.

Впервые выполнен квантово-химический расчет молекулы фенилциклопропана 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 = 33). Установлено, что молекула фенилциклопропана относится к классу очень слабых кислот (pKa>14).

Keywords: quantum chemical calculation, method MNDO, phenylcyclopropane, acid strength.

For the first time it is executed quantum chemical calculation of a molecule of phenylcyclopropane method MNDO with optimization of geometry on all parameters. The optimized geometrical and electronic structure of this connection is received. Acid force of phenylcyclopropane is theoretically appreciated. It is established, than it to relate to a class of very weak H-acids (pKa=+33, where pKa-universal index of acidity).

Целью настоящей работы является квантовохимический расчет молекулы фенилциклопропана [1] методом ММЭО с оптимизацией геометрии по всем параметрам стандартным градиентным методом, встроенным в РС вЛМБ88 [2], в приближении изолированной молекулы в газовой фазе и теоретическая оценка его кислотной силы. Для визуального представления модели молекулы использовалась известная программа МасМо1РИ [3].

Результаты расчетов

Оптимизированное геометрическое и электронное строение, общая энергия и электронная энергия молекулы фенилциклопропана получена методом ММЭО и показаны на рис.1 и в табл.1. Используя известную формулу рКа=42.11-

147.^тахн+[4, 5] (^тахН+ = + 006- максимальный заряд на атоме водорода, рКа- универсальный показатель кислотности см. табл.1) с успехом используемая, например, в работах [6-15] находим значение кислотной силы равное рКа = 33.

Таким образом, нами впервые выполнен квантовохимический расчет молекулы фенилциклопропана методом ММЭО. Получено оптимизированное геометрическое и электронное строение этого соединения. Теоретически оценена его кислотная сила рКа = 33. Установлено, что фенилциклопропан относится к классу очень слабых Н-кислот

(рКа>14). ’

Рис. 1 - Геометрическое и электронное строение

молекулы фенилциклопропана

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

Длины связей R,A Валентные углы Град Атом Заряды на атомах молекулы

C(2)-C(1) 1.42 C(1)-C(2)-C(3) 121 C(1) -0.05

C(3)-C(2) 1.41 C(2)-C(3)-C(4) 120 C(2) -0.04

C(4)-C(3) 1.41 C(3)-C(4)-C(5) 120 C(3) -0.07

C(5)-C(4) 1.41 C(4)-C(5)-C(6) 120 C(4) -0.05

C(6)-C(5) 1.41 C(2)-C(1)-C(7) 121 C(5) -0.07

C(7)-C(1) 1.49 C(8)-C(9)-C(7) 240 C(6) -0.04

C(7)-C(9) 1.54 C(1)-C(7)-C(8) 124 C(7) -0.07

C(8)-C(7) 1.54 C(7)-C(8)-C(9) 240 C(8) -0.06

C(9)-C(8) 1.52 C(4)-C(5)-H(10) 120 C(9) -0.06

H(10)-C(5) 1.09 C(5)-C(6)-H(11) 119 H(10) +0.06

H(11)-C(6) 1.09 C(3)-C(4)-H(12) 120 H(11) +0.06

H(12)-C(4) 1.09 C(2)-C(3)-H(13) 120 H(12) +0.06

H(13)-C(3) 1.09 C(1)-C(2)-H(14) 120 H(13) +0.06

H(14)-C(2) 1.09 C(1)-C(7)-H(15) 110 H(14) +0.06

H(15)-C(7) 1.11 C(8)-C(9)-H(16) 120 H(15) +0.05

H(16)-C(9) 1.10 C(8)-C(9)-H(17) 119 H(16) +0.04

H(17)-C(9) 1.10 C(7)-C(8)-H(18) 119 H(17) +0.04

H(18)-C(8) 1.10 C(7)-C(8)-H(19) 120 H(18) +0.04

H(19)-C(8) 1.10 H(19) +0.04

Литература

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

2. 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, and anothers. J. Comput. Chem.14, 1347-1363, (1993).

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

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

5. V.A. Babkin and others/ Oxidation communication, 21, №4, 1998, pp 454-460.

6.В.А. Бабкин, В.Ю. Дмитриев, Г.Е. Заиков. Квантовохимический расчет молекулы мономера катионной по-

лимеризации гексен-1 методом МЫБО. В сборнике научных статей: Квантово-химический расчет уникальных молекулярных систем. Т.1 -Волгоград: изд-во ВолГУ, 2010 г., с 93-95.

7.В.А. Бабкин, В.Ю. Дмитриев, Г.Е. Заиков. Квантовохимический расчет молекулы мономера катионной полимеризации гептен-1 методом М№ЭО. В сборнике научных статей: Квантово-химический расчет уникальных молекулярных систем. Т.1 -Волгоград: изд-во ВолГУ, 2010 г., с 95-97.

8.В.А. Бабкин, В.Ю. Дмитриев, Г.Е. Заиков. Квантовохимический расчет молекулы мономера катионной полимеризации декен-1 методом МЫБО. В сборнике научных статей: Квантово-химический расчет уникальных молекулярных систем. Т.1 -Волгоград: изд-во ВолГУ, 2010 г.,с 97-99.

9.В.А. Бабкин, В.Ю. Дмитриев, Г.Е. Заиков. Квантовохимический расчет молекулы мономера катионной полимеризации нонен-1 методом М№ЭО. В сборнике научных статей: Квантово-химический расчет уникальных молекулярных систем. Т.1 -Волгоград: изд-во ВолГУ, 2010 г., с 99-102.

10. В.А. Бабкин, В.Ю. Дмитриев, Г.Е. Заиков. Квантовохимический расчет молекулы мономера катионной полимеризации октен-1 методом М№ЭО. В сборнике научных статей: Квантово-химический расчет уникаль-

ных молекулярных систем. Т.1 -Волгоград: изд-во ВолГУ, 2010 г., с 103-104.

11. В.А. Бабкин, Д.С. Андреев. Квантово-химический расчет молекулы изобутилена методом МЫБО. В сборнике научных статей: Квантово-химический расчет уникальных молекулярных систем. Т.1 -Волгоград: изд-во ВолГУ, 2010 г., с 176-177.

12. В.А. Бабкин, Д.С. Андреев. Квантово-химический расчет молекулы 2-метилбутена-1 методом М№ЭО. В сборнике научных статей: Квантово-химический расчет уникальных молекулярных систем. Т.1 -Волгоград: изд-во ВолГУ, 2010 г., с 177-179.

13. В.А. Бабкин, Д.С. Андреев. Квантово-химический

расчет молекулы 2-метилбутена-2 методом М№ЭО.

сборнике научных статей: Квантово-химический расчет уникальных молекулярных систем. Т.1 -Волгоград: изд-во ВолГУ, 2010 г., с 179-180.

14. В.А. Бабкин, Д.С. Андреев. Квантово-химический

расчет молекулы 2-метилпентена-1 методом М№ЭО. В сборнике научных статей: Квантово-химический расчет уникальных молекулярных систем. Т.1 -Волгоград: изд-во ВолГУ, 2010 г., с 181-182.

15. В.А. Бабкин, Д.С. Андреев. Квантово-химический

расчет молекулы 2-этилбутена-1 методом М№ЭО. В сборнике научных статей: Квантово-химический расчет уникальных молекулярных систем. Т.1 -Волгоград: изд-во ВолГУ, 2010 г., с 183-185.

© В. А. Бабкин - д-р хим. наук, проф., нач. науч. отдела Себряковского филиала Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета, sfvo1ggasu@yandex.ru; Д. В. Сивоволов - студ. СФ ВолгГАСУ; С. Н. Русанова - канд. техн. наук, доц. каф. технологии полимерных материалов КНИТУ; Г. Е. Заиков - д-р хим. наук, проф. Института биохимической физики РАН, chembio@sky.chph.ras.ru.