Электронная структура и квантово-химические расчёты виниловых эфиров фенолов

АННОТАЦИЯ

В статьи приводится оценки геометрии молекул, расчёта устойчивости промежуточных продуктов и переходных состояний. Экспериментальна прододится расчёты результатов для большинства реакций наряду с многоступенчатым процессом присущи затруднения, связанные с появлением промежуточных этапов и наличием в крайне малом времени промежуточных продуктов реакций.

ABSTRACT

The article provides estimates of the geometry of molecules, calculation of the stability of intermediate products and transition states. Calculation of the results for the majority of reactions is carried out experimentally. Along with a multi-stage process, difficulties are inherent in the appearance of intermediate stages and the presence of intermediate reaction products in an extremely short time.

Ключевые слова: полуэмпирических методов, RM3 и AM1, 3D-структура, гидрохинон, резорцин, моно виниловых эфири.

Keywords: semiempirical methods, RM3 and AM1, 3D structure, hydroquinone, resorcinol, mono-vinyl ethers.

Как известно, физико-химические свойства и реакционная способность молекул связана с их электронной структурой и энергетическими особенностями [1]. Быстрое развитие способов квантово-химических расчётов и появление мощных компьютерных средств позволило определить множество свойств сложных органических веществ. В связи с этим, в квантово-химических и молекулярно-динамических исследованиях при получении информации необходимых для создания некоторых закономерностей и механизмов синтеза органических соединений эти способы физико-химических исследований имеют особую важность [2].

Квантовая химия позволяет объяснить экспериментальные данные по реакционной активности органических соединений и предсказать возможные реакции. Основой современной квантовой химии является уравнение Шредингера, которое обычно для стационарных состояний решается в адиабатическом процессе [3]. Используя методы квантовой химии, можно получить данные об электронной плотности, распределении электронной плотности, потенциальных областях реакции и различных спектроскопических расчетах. В настоящее время методы квантовой химии являются самыми дешевыми, простыми и универсальными методами изучения электронной структуры молекул. Тем не менее, невозможно полностью отказаться от традиционных экспериментальных методов изучения веществ. Так как в традиционных методах учитываются все внешние факторы. Из-за сложной природы веществ необходимо учитывать влияние температуры, природы растворителя, катализаторов и т.д. [4].

Нами была изучена электронная структура использованных в исследовании виниловых эфиров фенолов, а также проведены квантово-химические расчеты. Результаты, полученные для пространственной геометрии и электронной структуры молекул фенола с использованием полуэмпирических методов RM3 и AM1, были обобщены и проиллюстрированы на примере резорцина, гидрохинона и их виниловых эфиров (рис. 1).

Рисунок 1. 3D-структура молекулы резорцина и гидрохинона

Распределение зарядов в атомах в изученных молекулах показывает, что атом кислорода в гидроксильной группе молекул исходных веществ имеет высокое отрицательное значение заряда. Следовательно, реакция винилирования в условиях реакции, изученной в гидроксифенолах, происходит за счет их гидроксильной группы (рис. 2-3).

Рисунок 2. Распределение зарядов в атомах в молекуле резорцина и гидрохинона

Рисунок 3. Распределение электронной плотности в молекуле резорцина гидрохинона

Этот факт указывает на то, что гидроксильная группа в составе исходных веществ из-за высокой электроотрицательности кислорода гидроксильной группы распределение электронного облака является относительно плотным и является реакционным центром, где электрофильный реагент может быть присоединен, вследствие реакция винилирования протекает в этих центрах. Для более подробного описания веществ и их использования в качестве базы данных были также проведены квантово-химические расчеты синтезированных виниловых соединений (рис. 4-6).

Рисунок 4. Распределение электронных плотностей в молекуле моновинилового эфира резорцина

Рисунок 5. Распределение электронных плотностей в молекуле дивинилового эфира резорцина

Рисунок 6. Распределение электронных плотностей в молекуле моновинилового эфира гидрохинона

Были изучены квантово-химические расчеты выбранных для процесса винилирования веществ, и полученные результаты были представлены в таблице 1. Электронная структура и энергетические свойства выбранных молекул (общая энергия, энергия образования, теплота образования, энергия электрона, энергия ядра, дипольный момент, заряд атома кислорода) позволяют проанализировать молекулы ароматического фенола и предварительно определить их реакционный центр.

Заключение

Проведение квантово-химических расчетов исходных химических веществ, выполнение математического моделирования полученных результатов является важным при планировании химических реакций, особенно при определении технологических параметров реакций и разработке технологий.

Проведены квантово-химические расчеты использованных исходных веществ и образованных соединений: определены пространственная 3D-структура молекулы, распределение зарядов и электронная плотность в атомах молекулы, общая энергия молекулы, энергия образования, теплота образования, энергия электрона, энергия ядра, дипольный момент и являющийся важным заряд атома кислорода. На основании анализа результатов выведена научная гипотеза, что протекание винилового процесса обусловлено кислородом гидроксильной группы, что было подтверждено результатами экспериментов и на основе спектрального анализа. Полученные результаты представлены в виде иконограммы, схемы и таблицы.

Список литературы:
1. Парманов А.Б., Нурмонов С.Э., Колесинска Б., Мавлоний М.И., Хандамов Б.Н. Винилацетат асосида ароматик карбон кислоталарнинг винил эфирлари синтези // Ўзб. Кимё Журн. Тошкент, -2019. № 4. 42-47 б.
2. Парманов А.Б., Нурмонов С.Э., Беата Колесинско, Хандамов Б.Н. Синтез виниловых эфиров карбоновых кислот с участием 2-хлор-4,6-диметокси-1,3,5-триазина // Молодежь-как движущая сила развития науки. Меж. конф. Чимкент, Казахстан-2019. 3-мая. С. 183-185.
3. Нурманов С.Э., Солиев М.И., Мирхамитова Д.Х. Электронная структура ароматических ацетиленовых спиртов и моделирование их винилирования // журн. Современные научные исследования и инновации. -Москва. -2015. -№3, p. 43329-43385.
4. Мирхамитова Д.Х., Уразов Ш.М., Закирова Ш., Замонавий ахборот технологиялари асосида органик моддаларнинг квант-кимёвий ҳисоблашлари // Муҳандислик коммуникацияларини лойиҳалаш, қуриш ва фойдаланишда инновацион технологиялар Республика илмий ва илмий-техник анжумани, Фарғона, -2019, 29-30 март, Б. 274-276.