КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННОГО СТРОЕНИЯ И РЕАКЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ ДОНАКСИНА, ВЫДЕЛЕННОГО ИЗ РАСТЕНИЯ Arundo Donax L.

АННОТАЦИЯ

Проведен квантово-химический расчет Донаксина современным квантово-химическим методом B3LYP. Определены точная геометрия и электронная структура молекулы, которые имеют хорошие корреляции с литературными данными.

ABSTRACT

A quantum-chemical calculation of the Donaxin was carried out using the modern B3LYP method. The exact geometry and electronic structure have been determined, which have good correlation with literature data.

Ключевые слова: растение Arundo Donax L., Донаксин, квантово-химический расчет, геометрия молекулы, электронная структура.

Keywords: the plant Arundo Donax L., Donaxin, quantum-chemical calculation, molecular geometry, electronic structure.

Метод выделения вещества. Донаксин: Сумма алкалоидов надземной части Аrundo donax (Чиракчинский район Кашкадарьинской области) получили экстрацией хлороформом. Эфирную часть суммы алкалоидов обработали ацетоном и выдалили кристаллы с т.пл. 134-135^oС, R_f= 0,7 (Al₂O₃ система: хлороформ-метанол 9:1) которые идентифицировали с известным образцом донаксина по значению R_f по ТСХ и т.пл. смешанной пробы. [1] В качестве модельного соединения нами изучен ЯМР ¹³С спектр донаксина, в котором наблюдаются 11 сигналы атомов углерода.

Исследование ЯМР. По величине химических сдвигов и в соответствии с характером замещения сигналы в спектре можно сгруппировать следующим образом: в ароматической части спектра проявляются три сигнала четвертичных углеродов при ∂  111.58, 127.79, 136.16, м.д., пять сигналов третичных углеродов при ∂  111.14, 118.76, 119.20, 121.52, 124.36, м.д. В алифатической области спектра наблюдается один сигнал при ∂  44.81 м.д соответствующий двум симметричным первичным углеродам N-диметильной группы и один сигнал вторичного углерода ∂  59.76 м.д.

Квантово-химическое исследование. Продолжая наши системные исследования донаксина, в настоящей статье мы проводили квантово-химический расчет по определению точной геометрии и электронного строения этого вещества. Расчеты проводили по программе Gaussian98 методом B3LYP с базисным набором 3-21G. Этот метод был удачно применен нами для определения электронной структуры и реакционной способности ароматических соединений [2-5]. В процессе расчетов все геометрические параметры были полностью оптимизированы. Согласно табличным данным, межатомные длины связей, валентные углы ароматической и экзоциклических групп соответствуют их приведенным литературным значениям [6].

Рисунок 1. Распределение электронных зарядов на атомах молекулы

Полученные результаты, величины электронных зарядов на атомах, длина валентных связей и валентные углы приведены ниже в таблице и схематическом виде.

Электронная структура молекулы. В ароматическом ряду наблюдается перераспределение электронных зарядов, относительно молекулы индола: на атоме азота наблюдается высокое скопление электронного заряда равный q=-0.814e. При этом соседние углеродные атомы C2 и C8 заряжены положительно, соответственно равные q=+0.371e q=+0.088e.

Таблица 1.

Атомные заряды и геометрические параметры молекулы Донаксин

Полная энергия системы и дипольный момент соответственно равны Еполн= -335183.41 кКал/моль и µ=1,63Дб. (Далее в тексте электронные заряды приведены в тысячных долях единицы электрона, для удобности сопоставления данных и их обсуждения).

ВЗМО (-0.193 эВ)                                         НСМО (Енсмо=0,001эВ)

Рисунок 2. Вид и величины ГО молекулы Донаксин

Энергия НСМО почти нулевая, а энергетическая щель между ГО молекулы равна к dE=0.195 эВ. Согласно Рис. 2., на ВЗМО плотность распределения соответствует на атом азота экзоциклической аминогруппы. При этом можно предположить, что именно электрофильные реагенты должным образом атаковать в первую очередь именно атом азота (механизм орбитального контроля). Примером может служить проведенные ранее реакции электрофильного замещения молекулы [7]. В случае зарядового контроля максимальный отрицательный заряд в молекуле сосредоточен у пиррольного атома азота (q_N=-0.814e), который наибольшей вероятностью подвергается атаке электрофильными реагентами.

Список литературы:

1. Хужаев В.У., Арипова С.Ф. Алкалоиды Arundo Donax // Химия природн.соедин.- 1998. - №1. – С. 134-135.
2. Frisch M.J.F. and etc. / Gaussian 98. Revision A.5, Gaussian Inc.- Pittsburg (PA), 1998.
3. Аскаров И.Р., Киргизов Ш.М., Мамарахмонов М.Х., Алимбоев С.А. Синтез и квантово-химическое изучение реакции ацетилферроцена с изомерами аминобензойной кислоты. // Universum: Химия и биология: электрон. научн. журн. 2020. № 1(67). Стр 42-44.
4. Мамарахмонов М.Х., Беленький Л.И., Джураев А.М., Чувылкин Н.Д., Аскаров И.Р. Квантово-химическое изучение производных ферроцена. Сообщение 1. Реакции арилирования с аминобензойными кислотами // Изв. АН. Сер. хим. – Москва, 2017. - №4. С. 721-723.
5. Мамарахмонов М.Х., Беленький Л.И., Чувылкин Н.Д., Аскаров И.Р. Квантово-химическое изучение производных ферроцена. Сообщение 2. Реакции арилирования с аминофенолами // Изв. АН. Сер. хим. – Москва, 2017. - №4. С. 724-726.
6. Нейланд О.Я. Органическая химия. / М.: ВШ. - 1990. - 751 с.
7. Жалолов И.Ж., Хужаев В.У., Левкович М.Г., Арипова С.Ф. Алкалоиды A.donax L., VIII. 3-алкилпроизводные индола в A.donax L. // Химия природ.соедин. 2000. - №5. – С.419-420.