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

QUANTUM-CHEMICAL STUDY OF ELECTRONIC STRUCTURE AND REACTIVITY OF DONAXIN FROM PLANT Arundo Donax L.
Цитировать:
Мамарахмонов М.Х., Жалолов И.Ж., Усмонова А.А. КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННОГО СТРОЕНИЯ И РЕАКЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ ДОНАКСИНА, ВЫДЕЛЕННОГО ИЗ РАСТЕНИЯ Arundo Donax L. // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. 2021. 11(89). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/12515 (дата обращения: 15.08.2022).
Прочитать статью:

 

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. 134-135oС, Rf= 0,7 (Al2O3 система: хлороформ-метанол 9:1) которые идентифицировали с известным образцом донаксина по значению Rf 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

Атом

Заряд, (е)

Связь

Длина, d (Å)

Валентный угол

φ, (град.)

1

C1

-0.191

C1-C2

1.39787

C1-C2-C3

121.56608

2

C2

0.371

C2-C3

1.43040

C2-C3-C4

119.15385

3

C3

-0.016

C3-C4

1.40429

C3-C4-C5

119.09379

4

C4

-0.234

C4-C5

1.39004

C4-C5-C6

121.02153

5

C5

-0.188

C5-C6

1.41065

C5-C6-C7

121.15123

6

C6

-0.192

C6-C1

1.39082

C2-N7-C8

109.23666

7

N7

-0.814

C2-N7

1.38586

N7-C8-C9

109.53322

8

C8

0.088

N7-C8

1.39767

C8-C9-C3

107.06640

9

C9

-0.010

C8-C9

1.37315

C9-C10-N11

110.89740

10

C10

-0.274

C9-C3

1.44712

C10-N11-C12

111.56408

11

N11

-0.493

C9-C10

1.50415

C10-N11-C13

112.19177

12

C12

-0.384

C10-N11

1.48712

C6-C1-H1

120.77359

13

C13

-0.393

N11-C12

1.48058

C3-C4-H4

120.37923

14

H1

0.172

N11-C13

1.47807

C4-C5-H5

119.77079

15

H4

0.175

C1-H

1.08397

C5-C6-H6

119.41143

16

H5

0.176

C4-H

1.08415

C9-C9-H9

110.11888

17

H6

0.178

C5-H

1.08386

C9-C9-H9’

109.76328

18

H7

0.219

C6-H

1.08385

N11-C12-H12

108.84017

19

H8

0.210

N7-H

1.01069

N11-C12-H12’

112.54462

20

H10

0.195

C8-H

1.07588

N11-C12-H12’’

109.19042

21

H10’

0.171

C10-H

1.10746

N11-C13-H13

113.29697

22

H12

0.195

C10-H’

1.09844

N11-C13-H13’

108.87668

23

H12’

0.161

C12-H

1.09230

N11-C13-H13’’

109.29668

24

H12’’

0.193

C12-H’

1.10679

N11-C12-H12

108.84017

25

H13

0.159

C12-H’’

1.09501

N11-C13-H13

109.29668

26

H13’

0.189

C13-H

1.10694

 

 

27

H13’’

0.215

C13-H’

1.09506

 

 

28

 

 

C13-H’’

1.09471

 

 

 

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 (qN=-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.
Информация об авторах

PhD, старший преподаватель кафедры химии, Андижанского госуниверситета, Узбекистан, г. Андижан

PhD, the senior lecturer of the department of chemistry, Andijan State University, Uzbekistan, Andijan

канд. хим. наук, ст. преп. кафедры химии, Ферганский государственный университет, Республика Узбекистан, г. Фергана

Candidate of Chemical Sciences, Senior Lecturer of the Department of Chemistry of the Fergana State University, Republic of Uzbekistan, Fergana

магистрант кафедры химии, Ферганского госуниверситета, Республика Узбекистан, г. Фергана

Master department chemistry, Fergana St. University, Republic of Uzbekistan, Fergana

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