КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕАГЕНТОВ СИНТЕЗА 2-ФЕНИЛ-2-(м-ТОЛИЛАМИНО) АЦЕТОНИТРИЛА

Изменение заряда на других атомах незначительны, всего около Δq=-0.01е, нежели у атома С4 на котором электронный заряд изменился от q=+0.03е до q=-0.01е.

Рисунок 2. Молекулярные анионы 1а и 2а и процесс их образования

В случае образования молекулярного аниона 2→2а на основном реакционном центре, естественно, наблюдается передача заряда по сопряженным связям, от периферии к атомам цикла. Так, на атоме N11 отрицательный заряд убывает от q=-0,83e до q=-0,75e. При этом на атомах С13, С15 и С16 отрицательный заряд увеличивается соответственно на Δq=-0.03е, -0.05е и -0.02е. Длина связей. Естественно, что после процесса дегидратации 1→1а, в геометрии заряженных молекул наблюдаются некоторые изменения в длинах связей, и величине валентных углов. Например, длина связей C2-C3, C3-C4, ацетильной группы намного укорочены на Δd = 0,07Å, 0,14Å соответственно. Тем самым в процессе дегидрирования 2→2а длины связей N11-C12, C12-C13 и С17-С12 укорочены соответственно на Δd=0.05Å, 0.08Å и 0.03Å. При этом наблюдается удлинение длин связей С13-С14, С15-С16, С16-С17, соответственно на Δd = 0.07Å, 0.02Å, 0.02Å.

Таблица 2.

Величины энергий реагентов 1, 2 и их ионов 1а, 2а, продукта 3

Согласно табличным данным, на атомах O10 сосредоточен высокий отрицательный электронный заряд равный q=-0.52е, при этом атом C3 несет отрицательный заряд равной q=-0.09e. Однако, это и случай ослабления межатомной связи С3-О10, который упрощает вероятность ухода гидроксильной группы. Обычно в таких случаях атом кислорода гидроксильной группы выражает более высокую активность в отношении электрофильных частиц, а именно протонам. Атом азота N11 аминогруппы у реагента 2 носит заряд q=-0.834е, на атоме углерода С18 метильной группы сосредоточен отрицательный заряд равный q=-0.834е. С переходом в заряженный катион 2а заряды на атомах N11 и С18 убывают и становятся равными q=-0.75е и q=-0.59е соответственно.

Граничные молекулярные орбитали реагентов. По виду и энергии ГО реагентов можно судить о возможности орбитальной картины реакционной способности, согласно парциальным вкладам отдельных атомов в образовании этих орбиталей. На рисунке 3, приводимом ниже, представлены вид и энергия ГО анионных форм реагентов. Согласно расчетным данным, разница энергии между ГО равна ΔЕ_{взмо-нсмо}=0,41эВ. Как наглядно видно из рисунка, атом С3 является электрофильным реакционным центром катиона 1а, и атом азота иминной группы у аниона 2а является нуклеофильным реакционным центром. Поэтому по орбитальному механизму оба центра легко реагируют между собой образуя продукт реакции 3.

1а                                                              2а

Рисунок 3. Объемный вид ГО реагентов и их энергии (в эВ)

После реагирования ионов 1а и 2а сумма их полной энергии равна ∑Е_1а+2а=-430087,55кКал/моль. Энергетический эффект реакции составляет ΔЕ₃-Е_1а+2а =-430303,08-(-430087,55)=-215,53кКал/моль, что показывает правильность нашего суждения.

Заключение. Авторами данной статьи расчитаны современным квантово-химическим методом структуры реагентов и модельные структуры их ионных форм. Согласно расчетным данным анализированы перераспределение электронных зарядов на атомах реагентов 1, 2, 1а, 2а, а также на атомах продукта реакции 3. Наблюдается сильное изменение электронных зарядов на реакционных центрах С3 и N11 при переходе из нейтрального состояния к ионам 1а и 2а. соответственно анализу перераспределения электронных зарядов, а также по анализу данных ГО [1; 4], атомы С3 и N11 являются потенциальными реакционными центрами в этапе образования продукта реакции конденсации 3.

Список литературы:

1. Дьюар М. Теория молекулярных орбиталей в органической химии. – М.: Мир, 1972. – 591 с.
2. Мамарахмонов М.Х. [и др.]. Квантово-химическое исследование электронного строения и реакционной способности 2-фенил-2-(α-толил-амино) ацетонитрила. // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. – 2024. – № 12(129). [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/ 18928. (дата обращения: 09.09.2025).
3. Справочник химика: Химизация сельского хозяйства [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki. (дата обращения: 05.06. 2019).
4. Abu-Bakr AM El-Adasy. Synthesis, characterization, antioxidant and quantum chemical calculations of some new thiophene, diazepine and pyrimidine derivatives containing sulfamoyl moiety // International Journal of Chemical Studies. – 2017. – Vol. 5(3). – Pp. 872–886.
5.  Agrawal K., Tarun M. Patel,  Thakur Sh., Patel K. Quantum chemical modelling, molecular docking, synthesis and experimental anti-microbial activity of 1,4-diazepan linked piperidine derivative // Future Journal of Pharmaceutical Sciences. – 2024. https://doi.org/10.1186/s43094-024-00652-y. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.researchgate.net/publication/381627212_Quantum_chemical_modelling_molecular_docking_synthesis_and_experimental_anti-microbial_activity_of_14-diazepan_linked_piperidine_derivative (дата обращения: 09.09.2025).
6. Akkoc S., Çağlar Yavuz S., Türkmenoğlu B., Tuğrul Zeyrek C., Ilhan I. O., Alhag S. K., Daha Fazla Quantum Chemical Calculation, Molecular Docking, and Biological Activity Properties of Imidazole, Pyrimidine, and Diazepine Based Compounds // Chemistry Europe. – 2025.  – Vol. 10. – Is. 11. doie202404956.
7. Frisch M.J., Trucks G.W.  et. all. Gaussian 98, Revision A. 5. – Gaussian Inc., Pittsburgh (PA), 1998.
8. Senem Akkoc, Sevtap Çağlar-Yavuz, Burçin Türkmenoğlu, Celal Tuğrul Zeyrek, Ilhan Ozer Ilhan, Sadeq K. Alhag, Laila A. Al-Shuraym Quantum Chemical Calculation, Molecular Docking, and Biological Activity Properties of Imidazole, Pyrimidine, and Diazepine Based Compounds // Chemistry Europe. – 2025. – Vol. 10. – Is. 11. – Pp.  e202404956. https://doi.org/10.1002/slct.202404956.
9. Suhaila T. Hamdi. Quantum chemical investigation of the molecular structure of some 2,3-dihydro-1,4-diazepines and related molecules // Journal of Saudi Chemical Society. – 2014.  – Vol. 18. –  Is. 5.– Pр. 404–410.