Синтез и исследование методами ИК- спектроскопии и квантовой химии кротонилиденимин-о-бензойной кислоты

Synthesis and investigation by IR-of spetroscopy and quantum chemistry crotonylene-o-benzoic acid (CBA)
Цитировать:
Синтез и исследование методами ИК- спектроскопии и квантовой химии кротонилиденимин-о-бензойной кислоты // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Назаров Н.И. [и др.]. 2020. 11(80). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/10978 (дата обращения: 22.06.2021).
Прочитать статью:

 

АННОТАЦИЯ

В статье описан синтез кротонилиденимин-о-бензойной кислоты (КБК). Синтезированное соединение исследовано с применением методов элементного анализа, ИК-спектроскопии и квантово-химических расчетов, произведенных в программах Avogadro, Gaussian и ChemCraft 1.8.

ABSTRACT

This article describes the synthesis of crotonylidenimine-o-benzoic acid (CBA). The synthesized compound was studied using the methods of elemental analysis, IR spectroscopy, and quantum-chemical calculations performed in the Avogadro, Gaussian and ChemCraft 1.8 programs.

 

Ключевые слова: кротонилиденимин-о-бензойная кислота, квантово-химический расчет, ИК-спектроскопия, основание Шиффа.

Keywords: crotonylene-о-benzoic acid, quantum-chemical calculations, IR spectroscopy, Schiff base.

 

Введение. Поливинилхлорид (ПВХ) является одним из наиболее важных термопластичных полимеров, используемых в нашей повседневной жизни, поскольку он имеет большое техническое и экономическое значение. Но у него все еще есть некоторые проблемы из-за его плохой термостабильности, приводящей к его деструкции в результате реакции дегидрохлорирования [1].

В этом исследовании изучено основания Шиффа полученные по реакции конденсации о-аминобензойной кислоты и кротонового альдегида, а также комплексы ионов металлов Mn(II), Co(II), Ni(II) и Cu(II) на их основе и охарактеризованы комплексные соединения. Кроме того, основания Шиффа и его комплексы были исследованы как термостабилизаторы и совместные стабилизаторы для ПВХ. Комплексы обладают более высокойтермостабильностью, чем у свободного основания Шиффа.

Нами синтезирован кротонилиденимин-о-бензойной кислоты (КБК), который был исследован методом ИК-спектроскопии. Экспериментальные данные сравнены квантово-химическими расчетами, которые произведены в программах Аvogadro и Gaussian.

Программа Avogadro предлагает семантический химический конструктор и платформу для визуализации и анализа.

Для разработчиков его можно легко расширить с помощью мощного механизма плагинов для поддержки новых функций в органической химии, неорганических комплексов, лекарств, материалов, биомолекул и симуляции [2].

Для построения начальной геометрии и визуализации рассчитанных структур в работе использовался молекулярный редактор Avogadro. Это расширенный молекулярный редактор, разработанный для использования на нескольких платформах, в частности на ОС Windows, применяемый в вычислительной химии, молекулярном моделировании. Avogadro – бесплатная 43 система проектирования и моделирования, которая подходит как для небольших молекул, так и для биомолекул, содержащих в структуре несколько тысяч атомов. Химический редактор Avogadro снабжён комплектами заготовок сложных формул и рисунков, наиболее часто употребляемых в работе (аминокислоты, пептиды, углеводы, стереоизомеры, нуклеотиды, лабораторное оборудование и прочее). Avogadro позволяет выполнять следующие функции:

- создавать на экране химические структурные формулы, схемы реакций, лабораторные установки;

- рассчитывать энергетические и пространственные параметры системы (распределение электронной плотности, энергию и длину связей, валентные углы);

- рассчитывать энергию молекулы в стационарном и возбуждённых состояниях на основе классической механической модели атомов;

- рассчитывать другие молекулярные характеристики и вероятность пути прохождения химических реакций [3, 4].

Квантово-химические параметры производной кротонового альдегида изучены на примере синтезированного кротонилиденимин-о-бензойной кислоты (КБК).

Для вычислений использовали программное обеспечение Gaussian и Avogadro [6,7,8].

Экспериментальная часть

Кротонилиденимин-о-бензойной кислоты (КБК) синтезирован из 2-бутеналя и о-аминобензойной кислоты. Основание Шиффа получали путем добавления по каплям 2-бутеналя (10 ммоль) в 40 мл этанола при непрерывном перемешивании к раствору о-аминобензойной кислоте в этаноле (10 ммоль). Смесь перемешивали при комнатной температуре в течение 30 минут, а затем получали желтое твердое вещество, т.пл. = 210 ° С, выход 95%, и KБК собирали фильтрованием, промывали этанолом и перекристаллизовывали из ДМФА.

Найдено, %: С 69,84; Н 5,82; N 7,41; O 16,93. Для C11H11NO2 вычислено, %: С 69,78; Н 5,80; N 7,37; O 16,9  [9].

Результаты исследования

ИК-спектроскопическое исследование проводили в Ташкентском научно-исследовательском институте химической технологии. Инфракрасные спектры с IRAffinity-1S преобразованием для высушенных веществ были записаны с помощью ИК-спектрофотометра Shimadzu  в диапазоне от (4000–400 см-1) [2-4]. Подготовленные основания Шиффа (КБК), и их структуры характеризуются с помощью ИК-спектроскопии.

В ИК-спектре кротонилиденимин-о-бензойной кислоты (КБК) показал пик в 1575,84 см-1, которое можно отнести к растяжению азометиновой группы C=N. Сдвиг в этой полосе к более низкому волновому числу (1543–1554 см-1) указывает на то, что азометиновая группа основания Шиффа (КБК) координирована с ионами металлов во всех комплексах.

Основание Шиффа (КБК) содержит бензойного ядро, пик при 1654,92 см-1 можно отнести к C=N растяжению бензольного кольца [10]. Никаких существенных изменений в инфракрасных спектрах комплексов не наблюдается, это указывает на то, что C=N бензольного кольца не участвует в хелатировании.

В ИК-спектре кротонилиденимин-о-бензойной кислоты (КБК) (рис.1-4) колебательная частота n(C=N) (1575,84 см-1) по сравнению с ИК-спектром расчета в программном пакете Avogadro (полоса поглощения n(C=N) (10 см-1) смещена в область низких частот на 6,08 см-1 [11].

На ИК спектре кротонилиденимин-о-бензойной кислоты (КБК) нет полос, отвечающих валентным колебаниям NH (рис. 2). Данная структура определяется, исходя из молекулярной формулы и наличия в спектре полос ароматического амина и группы С=N. Характерным также является наличие валентных колебаний С=N групп в интервале 3350 см-1, а также деформационных колебаний С=N групп, выраженных при 1575, 1602 и 1654 см-1; эти пик можно доказать обменом С=О группы на С=N группу, обмен доказывается исчезновением в интервале 1725 см-1 и 1000 см-1 соответствующих валентных и деформационных колебаний альдегидной группы и появлением новой полосы при 1654 см-1, соответствующей С=N группе.  В области 1435 см-1 и 1454 см-1 выраженные полосы в виде дублета относятся к деформационным колебаниям =С–СH3 метильных групп кротонового альдегида. Полосы в области 1207–1232 см-1 обусловлены асимметричными валентными колебаниями –СOOH групп аминокарбоновых соединений.

 

Рисунок 1. ИК-спектр кротонилиденимин-о-бензойной кислоты (КБК), полученный с помощью ИК-спектрофотометра.

 

Рисунок 2. ИК-спектр кротонилиденимин-о-бензойной кислоты (КБК), рассчитанный с помощью программы CHEMCRAFT 1.8

 

Рисунок 3. ИК-спектр кротонилиденимин-о-бензойной кислоты (КБК), рассчитанный с помощью программы AVOGADRO

 

Рисунок 4. ИК-спектр кротонилиденимин-о-бензойной кислоты (КБК), рассчитанный с помощью программы GAUSSIAN

 

Заключение. Интерпретация экспериментальных спектров проводилась по сравнению с нормальными частотами и ИК интенсивности, рассчитанные на уровне DFT(B3LYP)/3-21G .Формы теоретически предсказанных нормальных колебаний были представлены с точки зрения распределения потенциальной энергии. Из исследований (квантово-химические расчет, элементный анализ и ИК-спектры) можно сделать следующие выводы о относительно хелатирующих свойств основания Шиффа, а также стереохимии его соответствующих комплексов металлов. Основания Шиффа ведут себя как мононегативные бидентатные лиганды NO, координация происходит через азометиновый азот и депротонированные карбоксильные атомы кислорода в основания Шиффа.

 

Список литературы:

  1. Braun D, Iva´n B, Kelen T, Tu¨do¨s F. Structural defects in poly(vinyl chloride). IV. Thermal degradation of vinyl chloride/acetylene copolymers. EurPolym J. 1986;22:1–4.
  2. Hanwell M. D. Avogadro: An advanced semantic chemical editor, visualization, and analysis platform / M. D. Hanwell, D. E. Curtis, D. C. Lonie, T. Vandermeersch, E. Zurek, G. R. Hutchison // J. Cheminform.– 2012. – Vol. 4 (1). –Р. 17.
  3. Артюшенко П.В. Атомная и электронная структуры феромонов в основном и возбуждённом состояниях: Дис…..канд. физ-мат. наук. – Красноярск: ФИЦ КНЦ СО РАН, 2019. – 100 с.
  4. Соловьев, М.Е. Компьютерная химия / М.Е. Соловьев, М.М. Соловьев. – М.: Солон-Пресс, 2005. – 536 с.
  5. 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/
  6. M.J. Frisch, G.W. Trucks, H.B. Schlegel, G.E. Scuseria, M.A. Robb, et.al., GAUSSIAN 98, Revision A.11, Gaussian, Inc., Pittsburgh, PA, 2001.
  7. N. Sundaraganesan, S. Ilakiamani, P. Subramanian, B.D. Joshua, Spectrochim. Acta 2007, 67A., 628-635
  8. Zhurko, G. A., and D. A. Zhurko. "ChemCraft version 1.6 (build 312)." (2013). C. Lee, W. Yang, R. G. Parr, Phys. Rev. B 1988, 37, 785.
  9. Назаров Н.И., Бекназаров Ҳ.С., Мирзаева Г.А. Синтез некоторых комплексов переходных металлов в качестве термостабилизаторов поливинилхлорида и их характеристика // Материалы международной научной конференции «Инновационные решения инженерно-технологических проблем современного производства». 1 ТОМ. 14-16 ноябр. Бухара, -2019. - С. 83-85.
  10. Hawkins WL. Polymer stabilization. New York: Wiley Interscience;1972. p. 132.
  11. Ganiyev B., Ostonov F., Kholikova G., Salimv F. Calculations of quantum chemical parameters of the compound of isocyanuric acid with semicarbazide // International Independent Scientific Journal. Vol.2. №. 16. P. 3-9.
Информация об авторах

преподаватель Бухарского государственного университета, Узбекистан, г. Бухара

Teacher of Bukhara state University, Uzbekistan, Bukhara

д-р техн. наук, ведущий науч. сотр., Ташкентский научно-исследовательский институт химической технологии, Республика Узбекистан, г. Ташкент

Dr. Tech. Sciences, Leading Researcher Tashkent Research Institute of Chemical Technology, Republic of Uzbekistan, Tashkent

канд. техн. наук, доц. Бухарского государственного университета, Узбекистан, г. Бухара

Candidate of technical Sciences, associate Professor of Bukhara state University, Uzbekistan, Bukhara

канд. техн. наук, доцент, Бухарский государственный университет, Узбекистан, г. Бухара

candidate of technical sciences, associate professor, Bukhara state University Uzbekistan, Bukhara

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-54434 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ахметов Сайранбек Махсутович.
Top