Квантовохимическое обоснование строения координационного соединения солей кобальта (II) с салициламидом

АННОТАЦИЯ

В статье приводится квантовохимический расчет молекулы салициламида, определение зарядов на атомах и установление центров координации с солями кобальта (II). Рассмотрены координация салициламида через атомы кислорода карбоксильной группы и азота амидной группы, а также координация через атом кислорода карбоксильной и гидроксильной группы. На основании минимума теплоты образования установлено наиболее оптимальное строение комплекса салициламида с солями кобальта (II).

ABSTRACT

The article presents a quantum chemical calculation of the salicylamide molecule, the determination of charges on atoms and the establishment of coordination centers with cobalt (II) salts. The coordination of salicylamide through the oxygen atoms of the carboxyl group and nitrogen of the amide group, as well as the coordination through the oxygen atom of the carboxyl and hydroxyl groups are considered. Based on the minimum heat of formation, the most optimal structure of the complex of salicylamide with cobalt (II) salts was established.

Ключевые слова: координация, дентатность, амбидентность, квантовохимический расчет, теплота образования

Keywords: coordination, dentate, ambidentate, quantum chemical calculation, heat of formation

Кобальт (Со) – микроэлемент, известный главным образом тем, что присутствие его в живом организме необходимо для синтеза витамина В₁₂ (это сложное органическое соединение играет важнейшую роль в процессах кроветворения). В растениях кобальт необходим для фиксации молекулярного азота, он способствует образованию бактерий в клубеньках и листьях бобовых культур. Кобальт накапливается в пыльце и ускоряет ее прорастание, участвует в ауксиновом обмене, т.е. стимулирует процессы роста растений (в т.ч. способствует растяжению клеточных оболочек). Этот металл участвует в клеточной репродукции листьев (увеличение толщины и объема мезофилла, размеров и количества клеток столбчатой и губчатой паренхимы листа). Кроме того, кобальт повышает общее содержание воды в растениях, чем способствует увеличению засухоустойчивости культур. 

Установлено влияние кобальта на формирование и функционирование фотосинтетического аппарата растений путем концентрации хлоропластов и пигментов в листьях [1].

Салициловая кислота (от лат. salix «ива», из коры которой она была впервые выделена) — 2-гидроксибензойная или фенольная кислота, С6Н4(ОН)СООН; представляет собой бесцветные кристаллы, хорошо растворима в этаноле, диэтиловом эфире и других полярных органических растворителях, плохо растворима в воде. Выделена из ивовой коры итальянским химиком Рафаэлем Пириа и затем синтезирована им же. Это эндогенное соединение фенольной природы привлекает огромное внимание исследователей в связи с его способностью индуцировать системную приобретенную устойчивость растений к разнообразным по природе возбудителям болезней. К настоящему времени получены многочисленные результаты, убедительно свидетельствующие в пользу вовлечения салициловой кислоты в индукцию и развитие системной приобретенной устойчивости [2].

Такими же свойствами обладает и салициламид (C₆H₄(OH)CONH₂). Но проведенные нами исследования [3] по изучению биологической активности солей янтарной, стеариновой, пальмитиновой, олеиновой и др. кислот с биогенными металлами показали повышение биологической активности данных соединений по сравнению с исходными кислотами в 100-300 раз.

Исходя из вышесказанного нами предпринята попытка определения центров координации салициламида и прогнозирование строения координационного соединения кобальта (II) с салициламидом.

Как показали проведенные расчеты наибольшее скопление частично отрицательного заряда наблюдается у атомов кислорода карбоксильной и гидроксильной групп (-0,420 и -0,257, соответственно) (рис.1). Из этого можно предположить, что координация салициламида с кобальтом будет идти по атомам кислорода в карбоксильной и гидроксильной группам, но в то же время наличие атома электроотрицательного азота дает повод говорить о координации через атом азота амидной группы.

Рисунок 1. Распределение зарядов на атомах в молекуле салициламида

При этом заряд азота примерно равна нулю (0,023), что дает ему возможность участвовать в процессе координации.

Исходя из этого нами проведен квантовохимический расчет двух возможных координационных соединений солей кобальта (II) с салициламидом. При этом рассмотрены структуры с координацией через атом азота амидной и кислорода карбоксильной групп, а также координация через атомы кислорода карбоксильной и гидроксильной групп (рис.2).

а)  б) 

Рисунок 2. Координация салициламида с кобальтом (II): а) через атом азота и кислорода; б) через атомы кислорода

Как показывают результаты квантовохимического расчета, в обоих случаях происходит уменьшение отрицательного заряда в электронодонорах и приобретение атомом металла частично отрицательного заряда, примерно одинаковой величины, -0,115 и -0,128 соответственно (рис.3.).

а) 

б) 

Рисунок 3. Распределение зарядов на атомах комплекса салициламида с кобальтом (II): а) через атом азота и кислорода; б) через атомы кислорода

Расчет теплоты образования данных соединений показывает, что теплота образования соединения с координацией через атом азота амидной и кислорода карбоксильной группы меньше ( табл.1).

Таблица 1.

Энергетические параметры возможных структур координационного соединения салициламида с солями кобальта (II)

Таким образом, вопреки скоплению частично отрицательного заряда на атомах кислородов карбоксильной и гидроксильной групп, исходя из теплоты образования можно прогнозировать образование координационного соединения с центрами координации у атомов азота амидной и кислорода карбоксильной групп салициламида.

Список литературы:

1. ПОРТАЛ АГРОБИЗНЕСА [Электронный ресурс] – ссылка доступа https://agrostory.com/info-centre/agronomists/mikroelementy-kobalt/
2. Байбурина, Э. В. Влияние салициловой кислоты на растения (теоретические аспекты) / Э. В. Байбурина, А. И. Фазлутдинова // Молодой ученый. — 2015. — № 7 (87). — С. 233-235.
3. Абдуллаева Ф.А., Хасанов Ш.Б. Стимулятор роста хлопчатника на основе разнолигандных комплексов амидов/3-я Всероссийская Интернет конференция “Грани науки-2014”, Казань – с. 295-296