КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННОГО СТРОЕНИЯ ТРИМЕТИЛОЛТИОМОЧЕВИНЫ

АННОТАЦИЯ

Электронное строение синтезированного нами триметилолтиомочвины было изучо современным квантово-химическим методом DFT/B3LYP. Полученные результаты хорошо согласуются с экспериментальными данными.

ABSTRACT

The electronic structure of the trimethylolthiourea synthesized by us was studied by the modern quantum-chemical method DFT / B3LYP. The results obtained are in good agreement with experimental data.

Ключевые слова: синтез, тиомочевина, формальдегид, квантово-химический расчет, электронная структура.

Keywords: synthesis, thiourea, formaldehyde, quantum-chemical calculation, electronic structure.

Известно, что в молекуле тиомочевины все атомы водорода аминогрупп очень реакционноспособны в отношении электрофильных реагентов, например, с формальдегидом [1]. А также они могут легко замещаться на другие электрофильные частицы. При этом продукты реакций всегда зависят от молярных концентраций реагирующих систем.

Эксперименталная часть.

Синтез триметилолтиомочевины. В колбе оборудованной магнитной мешалкой, растворяли 228 г (3 моль) тиомочевины (Мт) в 228 мл воды. Водный раствор нагревали до 40 ^оС до полного растворения Мт. В другую колбу положили 243,35 мл 34 % ного формалина, 10 % ный раствор аммиака медленно добавляли до показателя рН 8,3. Оба раствора объединили в 3-горлую колбу, оборудованную магнитной мешалкой. При выдержке смеси при 10 °С в течение 4 часа выпадал белый осадок. Затем раствор встряхивали и выливали в кристаллизатор. Через 1 день был выделен белый осадок (Выход продукта 89,2%).

Продолжая систематические исследования, в настоящей статье нами изучен продукт реакции синтеза триметилолтиомочевины. Реакция проведена по методике, описанной в литературе [2]. Для точного установления геометрии, а также электронной структуры проведен квантово-химический расчет продукта. При этом все геометрические параметры молекулы подвергалась полной оптимизации. Данная реакция проходит согласно схеме ниже:

Рисунок 1. Схема синтеза триметилолтиомочевины

Квантово-химические расчеты электронного строения проведены по программе Gaussian98 [3], по методу функционала плотности DFT B3LYP с базисным набором 3-21G, который удачно применен нами ранее [4-6]. Длина межатомных связей и валентные углы в соответствующих группах одинаковы. Условная нумерация атомов и оптимизированная структура продукта представлена на рис. 2.

Рисунок 2. Нумерация атомов и электронная структура продукта

Таблица.

Заряды (q), длина связей (d) и валентные углы (φ) молекулы

По данным таблицы и рис. 2, электронные заряды на всех атомах кислорода гидроксильных групп почти одинаковы (q≈-288e), нежели различаются между собой только на ∆q=±0,001е. При этом максимальный отрицательный электронный заряд в молекуле несет атом N3 (q=-0,347е). Потому на дальнейших химических превращениях, согласно зарядовому контролю реакций, именно последний среди конкурирующих атомов является возможным центром электрофильной атаки.

Список литературы:

1. Азизов Т., Исаков Х., Брусков В. Квантово-химическое исследование строения и электронной структуры некоторых метиленовых производных тиокарбомида. // Узб. Хим. журн. -1996.- №5-6. - С. 7-11.
2. Набиев М.Н., Беглов Б.М., Садыков К.Г., Усманов С. Мочевино-фармальдегидние удобрения. -Т.: Фан, 1991. - 240 с.
3. M.J.F. Frisch and etc. / Gaussian 98. Revision A.5, Gaussian Inc.- Pittsburg (PA), 1998.
4. 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.
5. 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. – 2017. - №4. С. 721-723.
6. 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. – 2017. - №4. С. 724-726.