QUANTUM-CHEMICAL STUDY OF GEOMETRY AND ELECTRONIC STRUCTURE OF N,N1-HEXAMETHYLENE BIS-[(DIBENZYLAMINO)UREA]

АННОТАЦИЯ

Современным методом квантовой химии изучены геометрические параметры N,N¹-гексаметилен бис-[(дибензиламино) мочевины]. На основе полученных данных анализировано электронное строение соединения.

ABSTRACT

The geometrical parameters of N,N1-hexamethylene bis-[(dibenzylamino)urea] have been studied by modern quantum chemistry methods. Based on the data obtained, the electronic structure of the compound was analyzed.

Ключевые слова: N,N¹-гексаметилен бис-[(дибензиламино) мочевина], квантово-химический расчет, метод DFT-D3LYP, геометрия, электронное строение.

Keywords: N,N1-hexamethylene bis-[(dibenzylamino)urea], quantum chemical calculation, DFT-D3LYP method, geometry, electronic structure

Введение. N, N¹-гексаметилен бис-[(дибензиламино) мочевина] – является эффективным биостимулятором роста растений. Синтез и механизм образования молекулы из этого класса соединений исследован нами ранее [1] Нахождение в структуре пары молекул крайних ароматических фрагментов делает ее уникальной в отношении различных реагентов, которая требует проведения ряд теоретических исследований для установления ее реакционной способности.

Метод исследования. Для определения геометрических параметров и электронного строения объекта, нами проведен квантово-химический расчет геометрии N,N¹-гексаметилен бис-[(дибензиламино)мочевины] современным методом квантовой химии DFT-B3LYP базисным набором 3-21G по программе Gaussian [2]. Начальная матрица была подготовлена по программе GaussView.

Нумерация атомов выбраны нами условно, которая приводит к упрощению анализа рассчитанных данных (см. схему 1).

Схема 1. Условная нумерация атомов молекулы

Ниже на рисунке 1 и в таблице представлены вычисленные геометрические параметры и электронные заряды на атомах.

Рисунок. 1. Распределение электронного заряда на атомах молекулы

Анализ результатов. Согласно нами рассчитанных данных максимальные отрицательные заряды накоплены на гетероатомах, а именно, на атомах азота и кислорода, как показано ниже на Рис. 1. Например, на атомах N1, O5, N6, N13, O15, N16 величина электронных зарядов равны -0,55е, -0,47е, -0,61е, -0,50е, -0,56е, -0,24е соответственно.

Анализ геометрических параметров молекулы, а именно межатомные расстояния показывает, что длина всех связей у ароматического кольца лежат в пределах величин, приведенные в литературе и составляет в среднем d=1,40Å. Также длина связи карбонильных групп >C4=O5 и >C14=O15 равны соответственно 1,260 Å и 1,260 Å, которые согласуются литературным данным [3, 4].

Таблица 1

Геометрические параметры и электронное распределение на атомах

Анализ реакционной способности на основе граничных молекулярных орбиталей (ГМО) используют в научной литературе. [5, 6].

Рисунок 2 а. Объемный вид ВЗМО молекулы

Рисунок 2 б. Объемный вид НСМО молекулы

Выводы. Таким образом, согласно нами вычисленным данным, правая часть молекулы (Рис. 2 а.) - ароматический фрагмент и все гетероатомы соседствующие с ним, имеют высокий вклад в образовании высшей занятой молекулярной орбитали (ВЗМО). Поэтому, в реакциях реагентами кислотного характера именно эта часть молекулы должным образом может стать предпочтительным реакционным центром. А при взаимодействии с реагентами – основаниями, предпочтительным центром реакционной способности является левый ароматический фрагмент молекулы и только непосредственно связанная аминогруппа (Рис 2б). Производные аренов и изучение их различных свойств исследован методом ГМО [7].

Список литературы:

1. Холбоев Ю.Х., и др. Синтез и вероятный механизм образования N, N¹-гексаметилен бис-[(4,41-диметилдифенил)азо2,21-диамино)мочевин]// Universum: Химия и биология : электрон. научн. журн. Холбоев Ю.Х. [и др.]. 2021. 7(85). URL:https://7universum.com/ru/nature/item/12002 (дата обращения 15.07.2022).
2. M.J.F. Frisch and etc. / Gaussian 98. Revision A.5, Gaussian Inc.- Pittsburg (PA), 1998.
3. Нейланд О.Я. Органическая химия. Учебник. - М.: Высшая школа, 1990. – 751 с.
4. И.Р. Аскаров, Ш.М.Киргизов, Махсумов А.Г., Исаев Ю.Т. Органическая химия. Т.: Гафур Гулям, 2012. – 605 с.
5. Клопман Г. Реакционная способность и пути реакций. М.: Мир. 1977. - 341 C.
6. М.Х. Мамарахмонов, Л.И. Беленький, А.М. Джураев, Н.Д. Чувылкин, И.Р. Аскаров. Квантово-химическое изучение производных ферроцена. Реакции арилирования с аминобензойными кислотами // Изв. АН. Сер. хим. – Москва, 2017. - №4. С. 721-723.
7. Abu Abdou, Omran A. Omran, Ayman Nafady, Igor S. Antipin. Structural, spectroscopic, FMOs, and non-linear optical properties exploration of three thiacaix(4)arenes derivatives. // Arabian journal of chemistry. -Vol. 15.- Issue 3. March 2022. 103656.