Расчеты квантово-химических параметров соединения антраниловой кислоты с кротональдегидом

The calculation of quantum chemical parameters of compounds of anthranilic acid with crotonaldehyde
Цитировать:
Расчеты квантово-химических параметров соединения антраниловой кислоты с кротональдегидом // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. Назаров Н.И. [и др.]. 2021. 6(84). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/11876 (дата обращения: 08.02.2023).
Прочитать статью:
DOI - 10.32743/UniChem.2021.84.6.11876

 

АННОТАЦИЯ

На примере молекулы кротонилиденимин-о-бензойной кислоты с использованием программы Chem3D Pro предлагаются алгоритмы и результаты расчетов некоторые эмпирических и полуэмпирических орбитальных свойств молекулы. Определены длина и угловые соотношения связей, оптимизированы и вычислены энергии молекулы, осуществлены кванто-химические расчеты изучаемой молекулы методом MM2.

ABSTRACT

Some empirical and semi-empirical orbital properties of the crotonylidenimine-o-benzoic acid molecule were calculated using the Chem3D Pro program. The length and angular relations of bonds, optimization and calculation of the energy of the molecule, and quantum-chemical calculations of the studied molecule by the MM2 method are shown.

 

Ключевые слова: антраниловая кислота, кротоновый альдегид, соединение, молекула, заряд, структура, квантово-химические параметры, квантово-химический расчет.

Keywords: anthranilic acid, croton aldehyde, compound, molecule, charge, structure, quantum chemical parameters, quantum chemical calculation.

 

Метод квантовой химии традиционно используется для изучения фотофизических свойств линейных и угловых аминов с сопряженными внешними карбонильными соединениями. Основой применения теоретического подхода являются концепции и методы квантовой химии и теория безизлучательных переходов в многоатомных органических молекулах.

Эмпирические и полуэмпирические орбитальные свойства синтезированного кротонилиденимин-о-бензойной кислоты (КБК) изучили с помощью созданного нами алгоритма.

На первом этапе алгоритма исследований создаётся молекулярная структура в химическом редакторе ChemDraw Ultra 12.0. При активировании пункта «Convert Structure to Name» главного меню «Structure» программа выдает химическое название: 2-(((E)-but-2-en-1-ylidene)amino)benzoic acid [1].

Молекулярные модели 2-(((E)-бутен-2-1-илиден)амино)бензойной кислоты, полученные с помощью программ ChemDraw Ultra 12.0 и Chem3D Pro 12.0, представлены на рис. 1. Этот этап у нас будет вторым алгоритмом [2, 3].

A

B

C

D

D

Рисунок 1. 2-(((E)-бутен-2-1-илиден)амино)-бензойная кислота:
a - исходная формула; b - шаростержневая; c - пространственно заполненная; d - прозрачная с границей ван-дер-ваальсова радиуса.

 

Квантово-химические расчеты позволяют делать некоторую оценку, которая зачастую отражает реальное положение вещей.

На третьем этапе алгоритма выполнено построение молекулы в ChemDraw Ultra 12.0 и оценен его спектр протонного магнитного резонанса (рис. 2.).

 

Рисунок 2. Оценка ЯМР спектра молекулы 2-(((E)-бутен-2-1-илиден)амино)-бензойной кислоты

 

В программе Chem3D Pro 12.0 с использованием расширенной и модифицированной версии силового поля ММ2 методом молекулярной механики произведены оптимизация геометрии и конформационный анализ КБК [5,12].

Для расчетов методом молекулярной механики и молекуляр­ной динамики в Chem3D Pro 12.0 в меню строки Calculations существует пункт ММ2, в котором имеются соответствующие пункты Minimize Energy для оптимизации геометрии молекулярной системы и Molecular Dynamics для запуска алгоритма молекулярной динамики.

Теоретические расчеты длин связей, валентных и торсионных углов, а также конформацию молекулы и минимум энергии определяли в следующем четвертом алгоритме. Для этого выбираем из строки меню Calculations в пункте меню ММ2 пункт Molecular Dynamics и запускаем Run (CalculationsMM2 → Molecular Dynamics Run). В закладке Dynamics все опции открывшейся формы, принятые по умолчанию, оставляли без изменения: Step interval (Размер шага интегрирования) – 2 fs (фемтосекунды); Frame interval (Интервал снятия данных) – 10 fs; Terminate After 10000 steps (Остановить после 10000 шагов); Heating/Cooling Rate – 1.000 Kсal/atom/ps (Скорость нагрева­ния/охлаждения, ккал/атом/пс); Target Temperature (Целевая тем­ пература) – 300 К. В закладке Job Type отключаем пункт Record Every Iteration с тем, чтобы не сохранялась молекулярно-динамическая траектория. По результатам алгоритма видно, что при увеличении температуры от 64.848±1.26 до 273.2± 3.51 К кинетическая энергия молекулы уменьшается от 67.297 до 29.5555 кДж/моль [6, 7,11].

Далее проводили оптимизацию геометрии молекулы и расчет геометрических параметров эмпирическим методом молекулярной механики, выбрав «Minimize Energy» в пункте ММ2 или последовательно используя программу молекулярной механики (CalculationsMM2 → Minimize Energy →Run).

Результаты вычислений пятого алгоритма оформляем в виде таблицы 1.

Таблица 1.

Результаты анализа Minimize Energy

 

Нами проведен расчет геометрических параметров (длины связей, валентные и торсионные углы) и конформационный анализ для КБК в специализированном приложении Chem3D Pro 12.0 программного комплекса ChemOffice Ultra [4] с использованием расширенной и модифицированной версии силового поля ММ2 методом молекулярной механики.

Структурную формулу копировали в буфер обмена, а затем вставляли в окно визуализации Chem3D Pro 12.0. Молекула автоматически преобразует ее в трехмерный вид. Программа допускает различные способы визуализации трехмерной модели. Для того чтобы присвоить всем длинам связей и валентным углам стандартные для соответствующих элементов значения (табл.2), необходимо выделить в программе соединение и активировать функцию «Clean Up Structure»[8,9].

Таблица 2.

Результаты анализа Internal Coordinates

Atom

Bond Atom

Bond Length (°A)

Angle Atom

Angle (°)

2nd Angle Atom

2nd Angle (°)

2nd Angle Type

C(1)

 

 

 

 

 

 

 

C(2)

C(1)

1.340

 

 

 

 

 

C(3)

C(2)

1.336

C(1)

119.038

 

 

 

C(4)

C(3)

1.339

C(2)

118.660

C(1)

3.542

Dihedral

C(5)

C(4)

1.354

C(3)

123.151

C(2)

-0.135

Dihedral

C(6)

C(1)

1.354

C(2)

123.106

C(3)

-1.693

Dihedral

N(7)

C(5)

1.273

C(4)

109.141

C(6)

132.884

Pro-S

C(12)

C(6)

1.374

C(1)

116.193

C(5)

125.984

Pro-S

C(8)

N(7)

1.264

C(5)

128.567

C(4)

-153.434

Dihedral

Lp(26)

N(7)

0.600

C(5)

108.051

C(8)

108.051

Pro-S

C(9)

C(8)

1.344

N(7)

122.785

C(5)

-179.375

Dihedral

C(10)

C(9)

1.343

C(8)

123.265

N(7)

-177.593

Dihedral

C(11)

C(10)

1.506

C(9)

123.717

C(8)

-179.786

Dihedral

O(14)

C(12)

1.355

C(6)

125.458

C(1)

-169.476

Dihedral

O(13)

C(12)

1.215

C(6)

122.777

O(14)

111.626

Pro-S

Lp(27)

O(13)

0.600

C(12)

120.000

C(6)

180.000

Dihedral

Lp(28)

O(13)

0.597

C(12)

119.547

C(6)

2.437

Dihedral

Lp(29)

O(14)

0.593

C(12)

110.259

C(6)

-78.639

Dihedral

Lp(30)

O(14)

0.600

C(12)

110.614

C(6)

51.023

Dihedral

 

Необходимые исправления в структуре сделаны автоматически. Для удобства в окне модели указывали порядковые номера атомов. Нами методом молекулярной механики рассчитаны длины связей, валентные и торсионные углы, а также конформация и минимум энергии, которая для молекулы КБК составляет 29.5555 kcal/mol.

 

Список литературы:

  1. Kuznetsov An.M. Ab initio quantum chemical studies of halogen atoms and halogenide ions chemisorbed on a Cu(111) surface// Electrochim. Acta. 1995. V. 40. P.2483-2485.
  2. Пучков С. В. Компьютерные технологии в науке, технике, образовании. Расчеты физико-химических и термодинамических характеристик органических соединений: методические указания к лабораторным работам и самостоятельной работе. – Кемерово: КузГТУ, 2013. – С. 23
  3. Ganiyev B., Ostonov F., Kholikova G., Salimov F. Calculations of quantum chemical parameters of the compound of isocyanuric acid with semicarbazide // International independent scientific journal. -2020. -№16. –С.3-8.
  4. ChemOffice // CambridgeSoft [Electronic resource]. –Mode of access : http://www.cambridgesoft.com/software/details/?ds=1. – Date of access : 22.11.2010.
  5. Назаров Н. И. и др. Синтез и исследование методами ИК-спектроскопии и квантовой химии кротонилиденимин-о-бензойной кислоты // Universum: технические науки. – 2020. – №. 11-3. – С. 93-97.
  6. Соловьев М.Е. Компьютерная химия / М. Е. Соловьев, М. М.Соловьев. – М. : Солон-Пресс, 2005. – 536 с.
  7. Цирельсон В. Г. Квантовая химия: молекулы, молекулярные системы и твердые тела: учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по хим.-технолог. направлениям и специальностям. – М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010. – 496 с. Режим доступа : http://www.biblioclub.ru/book/95498/
  8. Литвак М.М. Расчет геометрических параметров и конформационный анализ 1,2-О-цианэтилиденовых производных углеводов методом молекулярной механики // Научные ведомости Белгородского государственного университета. Серия: Естественные науки. -2012. – Т.21. - №.21 (140)
  9. Литвак М.М. Компьютер как инструмент исследования при изучении химии и смежных дисциплин // Научные ведомости Белгородского государственного университета. Серия: Гумантарные науки. -2014. – Т.21. - №.6 (177)
  10. Shibayama A., Kajiki R. ,Kobayashi M., Mitsunari, T., Nagamatsu A. 6-Acyl-1,2,4-triazine-3,5-dione derivative and herbicides. Patent WO 2012002096; Chem. Abstr. 2012, 156, 122559.
  11. Расчеты квантово-химических параметров соединения изоциануровой кислоты с семикарбазидом // International independent scientific journal. 2020. - №16 .-С.3-7.
  12. Назаров Н.И., Бекназаров С.Ҳ. Синтез основания шиффа на основе кротонового альдегида и о-аминобензойной кислоты и их комлексные соединения // Научный вестник НамГУ.- 2020. -№ 9.-С.46-49.
Информация об авторах

ст. преп., Бухарский государственный университет, Узбекистан, г. Бухара

Senior teacher, Bukhara state University, Bukhara, Uzbekistan

д-р техн. наук, профессор Ташкентского научно-исследовательского института химической технологии, Республика Узбекистан, Ташкентская область, Ташкентский р-н, п/о Шуро-базар

Doctor of Technical Sciences Leading Researcher, Tashkent Research Institute of Chemical Technology, Republic of Uzbekistan, Tashkent region, Tashkent district, p/o Shuro Bazaar

преподаватель, Бухарский государственный университет, Узбекистан, г. Бухара

Teacher, Bukhara state University, Bukhara, Uzbekistan

преподаватель, академический лицей при Бухарском инженерно-технологическом институте, Узбекистан, г. Бухара

Teacher, Academic Lyceum at Bukhara Engineering Technological Institute, Bukhara, Uzbekistan

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