Исследование электронной структуры малоноилгидразон салицилового альдегида с помощью квантово-химических расчетов

Study of the electronic structure of malonoylhydrazone salicyl aldehyde using quantum-chemical calculations
Цитировать:
Исследование электронной структуры малоноилгидразон салицилового альдегида с помощью квантово-химических расчетов // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. Абдурахмонов С.Ф. [и др.]. 2020. 12(78). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/10999 (дата обращения: 19.06.2021).
Прочитать статью:

 

АННОТАЦИЯ

В статье представлены квантово-химические расчеты N'1,N'3-бис ((E)-2-гидроксибензилиден) малоноилгидразона, произведенных в программах ChemCraft 1.8 и Gaussian. Использованы композитные методы семейства Gaussian (G4), а также методы теории функционала плотности (DFT) (BLYP/6-311+G (d,p)).

ABSTRACT

This article presents quantum-chemical calculations of N'1,N'3-bis ((E) -2-hydroxybenzylidene) malonoylhydrazone produced in the ChemCraft 1.8 and Gaussian programs. Composite methods of the Gaussian family (G4) and density functional theory (DFT) methods (BLYP / 6-311 + G (d, p)) were used.

 

Ключевые слова: молекула, заряд, структура, квантово-химический расчет.

Keywords: molecule, charge, structure, quantum-chemical calculations.

 

Введение

Гидразоны играют важную роль в неорганической, органической, аналитической химии и медицине из-за их способности образовывать большое количество разнообразных стабильных соединений и комплексов при координации с различными ионами переходных металлов. Гидразоны, благодаря своему строению и потенциальной способностии, выполнять функции биядерных гексадентантных лигандов при комплексообразовании, а также высокой биологической активности, обусловливающая противовоспалительные, антиоксидантные, противоопухолевые и противовирусные свойства, привлекают в настоящее время все большее внимание [1,2].  При этом простота синтеза таких лигандов на основе дигидразонов различных карбонильных соединений, их характерное геометрическое строение, практическая универсальность, позволяет получать на их основе многие координационные соединения с переходными металлами, которые обладают многофункциональными, а порой, уникальными свойствами [3,10].

В настоящее время квантово-химические методы расчета являются наиболее важным и удобным способом изучения электронной структуры вещества. На основании квантово-химических расчетов возможно изучение электронной структуры сложных соединений. Это также позволяет прогнозировать конкурирующие донорные центры, в которых координируются полифункциональные лиганды [4-6,9].

Целью настоящего исследования является изучение электронной структуры малоноилгидразона салицилового альдегида с помощью квантово-химических расчетов. В частности, проведены расчеты зарядов Малликена, распределение потенциальной энергии (PED) в соответствии с теорией функционала плотности (DFT), разницы энергий между высокой занятой орбиталью (HOMO) и низкой незанятой (свободной) молекулярной орбиталью (LUMO). Результаты расчета HOMO-LUMO использовались для интерпретации информации о переносе заряда внутри молекулы.

Экспериментальная часть

N'1,N'3-бис ((E)-2-гидроксибензилиден) малоноилгидразон был синтезирован взаимодействием спиртового раствора дигидразида малоновой кислоты со спиртовыми растворам эквимолярным количеством соответствующего свежеперегнанного салицилового альдегида по [7,8].

Изучение электронной структуры лиганда N'1,N'3-бис ((E)-2-гидроксибензилиден) малоноилгидразона было выполнено квантово-химическим расчетом с применением программы Gaussian 09 методом теории функционала плотности с использованием гибридного функционала B3LYP и применением псевдопотенциального базиса LanL2DZ [1]. Квантово-химические исследования проводились в несколько этапов: разработка теоретической модели исследуемого вещества, оптимизация и расчет физико-химических параметров, обработка и визуализация полученных результатов [2].

Результаты исследования

Результаты квантово-химических расчетов N'1,N'3-бис ((E)-2-гидроксибензилиден) малоноилгидразона представлены в таблице.

Таблица 1.

Результаты квантово-химических расчетов

Вещество

Есис, Ha

μобщий, дебай

μx, дебай

μy, дебай

μz, дебай

Convg

H4L

-1177.22

4.966

4.3809

-2.3385

0.0577

0.658D-08

 

В ходе исследований было изучено распределение заряда по Мaлликену молекулы N'1,N'3-бис ((E)-2-гидроксибензилиден) малоноилгидразона.

Теоретические квантово-химические исследования выявили фронтальные (граничные) молекулярные орбитали в основном и возбужденном состоянии лиганда (рис.1.).

 

Рисунок 1. Диаграмма энергетических уровней МО (ВЗМО-НСМО) N'1,N'3-бис-((E)-2-гидроксибензилиден) малоноилгидразона

 

Атом кислорода гидроксильной группы лиганда имеет самый высокий отрицательный заряд (-0,566 эВ) в бензольном кольце. Кроме того, у атомов азота электронная плотность (N35=-0.562 эВ, N37=-0.554 эВ) тоже высока.

Из данных видно, что в N'1,N'3-бис ((E)-2-гидроксибензилиден) малоноилгидразона наблюдается сопряжение, осуществляемое за счет π-электронов в бензольном кольце и имидных (-NH), иминных (=N), гидроксо (=O) групп в гидразоне, которые имеют неподеленные электронные пары (положительный мезомерный эффект (-M)). В результате сопряжения наблюдается перераспределение электронной плотности.

Заключение

Из квантово-химических расчетов можно сделать вывод, что молекула N'1,N'3-бис((E)-2-гидроксибензилиден) малоноилгидразона будет координиро-ваться с атомами азота и кислорода при синтезе комплексных соединений. А также образовывать комплексные соединения с некоторыми 3d-металлами (Cu2+, Ni2+ и др.) в соотношении 2:1, координируясь гетероатомами NC=O, C=NNH и СО фенола, завершая координационное число металла-комплексообразователя до четырех молекулами аммиака или пиридина.

 

Список литературы:

  1. Lee C., Yang W., Parr R. G. Development of the Colle-Salvetti correlation-energy formula into a functional of the electron density //Physical review B. – 1988. – Т. 37. – №. 2. – С. 785.
  2. Ганиев Б.Ш., Холикова Г.К., Салимов Ф.Г. Синтез и исследование методами ИК- спетроскопии и квантовой химии -6-((2,4-динитрофенил) гидразон-1,3,5-триазинан-2,4-диона // Universum: Химия и биология : электрон. научн. журн. 2020. № 6(72). – С. 68-73.
  3. Ахмедов В.Н., Олимов Б.Б., Назаров Ш.К. Электронная структура и квантово-химические расчёты виниловых эфиров фенолов // Universum: Химия и биология : электрон. научн. журн. 2020. № 4(70). – С. 53-56.
  4. Абдурахмонов С.Ф., Худоярова Э.А., Умаров Б.Б. Гетеробиядерные комплексы меди(II) и никеля(II) на основе бис-5-оксипиразолинов // Universum: Химия и биология : электрон. научн. журн. 2019. № 10(64). С. 50-55
  5. Prabavathi N, Nilufer A, Krishnakumar V. Quantum mechanical study of the structure and spectroscopic (FT-IR, FT-Raman, 13C, 1H and UV), NBO and HOMO-LUMO analysis of 2-quinoxaline carboxylic acid. Spectrochimica acta. Part A, Molecular and Biomolecular Spectroscopy. 2012 Jun;92:325-335. DOI: 10.1016/j.saa.2012.02.105.
  6. Ганиев Б.Ш., Умаров Б.Б., Холикова Г.К., Салимов Ф.Г., Аслонова Ф.С. Синтез, строения, таутомрия и исследование некоторых квантово-химических параметров соединения 2-(4,6-диоксо-1,3,5-триазинан-2-илиден)гидразин-карбоксиамида. // Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) - 2020. .- №. 7(76). – С. 65-68
  7. Современные проблемы синтеза и исследования органических соединений. Под ред. Р.Р. Костикова. - Л.: Изд-во Ленинградского госуниверситета, 1990.- 156 с.
  8. Абдурахмонов С.Ф., Умаров Б.Б., Худоярова Э.А. Синтез и исследование методами ИК спектроскопии и квантовой химии малоноилгидразона салицилового альдегида //Universum: химия и биология. – 2020. – №. 10-2 (76). - С. 5-9.
  9. Худоярова Э.А., Абдурахмонов С.Ф. Двухядерные комплексы Ni(II) с продуктом конденсации бензоилацетона и дигидразида субериновой кислоты // Ученый XXI века.- 2016.- №. 2-1.- С. 15-19.
  10. Ganiyev B., Ostonov F., Kholikova G., Salimоv F. Calculations of quantum chemical parameters of the compound of isocyanuric acid with semicarbazide // International Independent Scientific Journal. 2020. Vol.2. №. 16. P. 3-9.
Информация об авторах

докторант, Бухарский государственный университет, Узбекистан, г. Бухара

Doctorant of Bukhara State University, Uzbekistan, Bukhara

доктор химических наук, профессор, Бухарский государственный университет, 200117, Узбекистан, г. Бухара, ул. М. Икбол, 11

Doctor of Chemical Sciences, professor of Bukhara state university, 200117, Uzbekistan, Bukhara, M. Ikbol St., 11

преподаватель, Бухарский государственный университет, Узбекистан, г. Бухара

Teacher of Bukhara State University, Uzbekistan, Bukhara

преподаватель, Бухарский государственный университет, Узбекистан, г. Бухара

Teacher of Bukhara State University, Uzbekistan, Bukhara

студент, Бухарский государственный университет, Узбекистан, г. Бухара

Student of Bukhara State University, Uzbekistan, Bukhara

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-55878 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ларионов Максим Викторович.
Top