Квантово-химический расчет молекулы изопропилциклобутана методом MNDO

УДК 577.175.522

B. А. Бабкин, Д. Е. Забазнов, Г. Е. Заиков,

C. Ю. Софьина

КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ МОЛЕКУЛЫ ИЗОПРОПИЛЦИКЛОБУТАНА

МЕТОДОМ MNDO

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

Впервые выполнен квантово-химический расчет молекулы изопропилциклобутана 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 = 39). Установлено, что молекула изопропилциклобутана относится к классу очень слабых кислот (pKa>14).

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

For the first time it is executed quantum chemical calculation of a molecule of izopropylcyclobutane method MNDO with optimization of geometry on all parameters. The optimized geometrical and electronic structure of this connection is received. Acid force of izopropylcyclobutane is theoretically appreciated. It is established, than it to relate to a class of very weak H-acids (pKa=+39, where pKa-universal index of acidity).

Целью настоящей работы является квантовохимический расчет молекулы изопропилциклобутана [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 изопропилциклобутана получена методом ММЭО и показаны на рис.1 и в табл.1. Используя известную формулу рКа=42.11-147.^тахн+[4, 5] ^тахн+ = +0.02- максимальный заряд на атоме водорода, рКа- универсальный показатель кислотности см. табл.1) с успехом используемая, например, в работах [6-18] находим значение кислотной силы равное рКа = 39.

Таким образом, нами впервые выполнен квантово-химический расчет молекулы изопропил-циклобутана методом ММЭО. Получено оптимизированное геометрическое и электронное строение этого соединения. Теоретически оценена его кислотная сила рКа = 39. Установлено, что изопро-пилциклобутан относится к классу очень слабых Н-кислот ( рКа>14).

Рис. 1 - Геометрическое и электронное строение молекулы изопропилциклобутана.

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

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

C(2)-C(1) 1.56 C(2)-C(1)-C(3) 269 C(1) -0.05

C(2)-C(4) 1.55 C(1)-C(3)-C(4) 90 C(2) -0.01

C(3)-C(1) 1.56 C(2)-C(1)-C(5) 122 C(3) -0.02

C(4)-C(3) 1.55 C(1)-C(5)-C(6) 111 C(4) -0.04

C(5)-C(1) 1.55 C(1)-C(5)-C(7) 116 C(5) -0.04

C(6)-C(5) 1.54 C(5)-C(7)-H(8) 112 C(6) +0.04

C(7)-C(5) 1.54 C(5)-C(7)-H(9) 113 C(7) +0.04

H(8)-C(7) 1.11 C(5)-C(7)-H(10) 110 H(8) -0.01

H(9)-C(7) 1.11 C(1)-C(5)-H(11) 105 H(9) -0.01

H(10)-C(7) 1.11 C(5)-C(6)-H(12) 111 H(10) -0.01

H(11)-C(5) 1.12 C(5)-C(6)-H(13) 111 H(11) +0.01

H(12)-C(6) 1.11 C(5)-C(6)-H(14) 112 H(12) -0.01

H(13)-C(6) 1.11 C(2)-C(1)-H(15) 110 H(13) -0.01

H(14)-C(6) 1.11 C(1)-C(3)-H(16) 114 H(14) 0.00

H(15)-C(1) 1.11 C(1)-C(3)-H(17) 117 H(15) +0.02

H(16)-C(3) 1.11 C(3)-C(4)-H(18) 115 H(16) +0.01

H(17)-C(3) 1.10 C(3)-C(4)-H(19) 115 H(17) +0.02

H(18)-C(4) 1.10 C(1)-C(2)-H(20) 114 H(18) +0.02

H(19)-C(4) 1.11 C(1)-C(2)-H(21) 116 H(19) +0.02

H(20)-C(2) 1.11 H(20) +0.01

H(21)-C(2) 1.10 H(21) +0.02

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 полимеризации гексен-1 методом MNDO. В сборнике научных статей: Квантово-химический расчет уникаль-

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

16. В.А. Бабкин, С.М. Шамин, Г.Е. Заиков, О.В. Стоянов, А.Ф. Яруллин. Квантово-химический расчет некоторых соединений с малыми циклами методом MNDO // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2012. - № 8. - с. 93-103.

17. В. А. Бабкин, Д. С. Андреев, Г. Е. Заиков, А. Ф. Яруллин. Квантово-химический расчёт некоторых молекул жидких кристаллов методом MNDO и AB INITIO // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2012. - № 8. - с. 103-115.

18. В.А. Бабкин, В.Ю. Дмитриев, Г.А. Савин, Г.Е. Заиков, А.Ф. Яруллин. Квантово-химическое исследование механизма синтеза 2,2-би- (о- ацетилоксиметил)- 1 - о -ацетилбутанола // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2012. -№ 8. - с. 115-128.

© В. А. Бабкин - д-р хим. наук, проф., зам. директора по научной работе Себряковского филиала Волгоградского госуд. архитектурно- строительного ун-та; Д. Е. Забазнов - студ. СФ ВолгГАСУ; Г. Е. Заиков - д-р хим. наук, проф. Института биохимической физики им. Н.М.Эммануэля; С. Ю. Софьина - канд. техн. наук, доц. каф. технологии пластических масс КНИТУ, ov_stoyanov@mai1.ru.