Електронна структура і магнітне екранування ядер молекул епоксидів та олефінів аліциклічного ряду
Розподіл густини електронів у молекулах аліциклічних епоксидів та олефінів, вивчення можливостей квантових наближень для розрахунку хімічних зсувів ядер. Особливості анізотропного впливу епоксидного циклу на магнітне екранування протонів алкенів і дієнів.
Рубрика | Химия |
Вид | автореферат |
Язык | украинский |
Дата добавления | 09.08.2014 |
Размер файла | 30,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://allbest.ru
ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМ. В.Н. КАРАЗІНА
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук
02. 00. 04 - фізична хімія
Електронна структура і магнітне екранування ядер молекул епоксидів та олефінів аліциклічного ряду
Виконала Святенко Людмила Костянтинівна
Харків - 2005
АНОТАЦІЯ
Святенко Л.К. Електронна структура і магнітне екранування ядер молекул епоксидів та олефінів аліциклічного ряду. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 02.00.04 - фізична хімія. - Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна, Харків, 2004.
Розглянуто розподіл густини електронів у молекулах аліциклічних епоксидів і олефінів у рамках теорії “атоми в молекулі”. Розроблено фізично адаптовані для розрахунку магнітних властивостей набори базисних функцій. Досліджено можливість різних квантово-хімічних наближень для розрахунку значень хімічних зсувів ядер 17О, 13С і 1Н в епоксидах і олефінах. Вивчено магнітно-анізотропний вплив епоксидного циклу на магнітне екранування протонів шляхом використання моделі “оксиран - метан”. Установлено стереохімічні особливості реакцій епоксидування етилиденнорборнену та тетрагідроіндену пероксикислотами. Установлені критерії для віднесення стереоізомерних 5-амінобіцикло[2.2.1]гепт-2-єнів і 5-аміноалкілбіцикло [2.2.1] гепт-2-єнів до рядів екзо- і ендо-ізомерів.
епоксид олефін електрон магнітний
1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність дослідження. Удосконалення квантово-хімічних методів розрахунку магнітних властивостей молекул, що пов'язані зі спектрами ЯМР, зберігає своє значення як наслідок принципових труднощів сучасної теорії магнітного екранування ядер. Тож створення нових схем обчислення хімічних зсувів та споріднених характеристик є актуальною проблемою теоретичної фізичної хімії.
До хімічних систем, що потребують застосування нових методів розрахунку, належать аліциклічні олефіни та епоксиди, які визначаються особливістю їх електронної будови та структурної хімії. Подібні системи є перспективними синтонами у виробництві ліків, полімерних матеріалів тощо. Зазначені вище проблеми досліджено у даній дисертації.
Мета та задачі дослідження. Мета роботи - отримання нових даних про структуру, розподіл густини електронів, магнітні властивості епоксидів та олефінів аліциклічного ряду за допомогою теоретичних методів.
Задачі дослідження - вивчення розподілу густини електронів у молекулах аліциклічних епоксидів та олефінів, розробка фізично адаптованих для розрахунку магнітних властивостей наборів базисних функцій, вивчення можливостей різних квантово-хімічних наближень для розрахунку хімічних зсувів ядер 17О, 13С і 1Н у молекулах епоксидів та олефінів, вивчення магнітно-анізотропного впливу епоксидного циклу на магнітне екранування протонів, віднесення сигналів у спектрах ЯМР складних органічних сполук до відповідних ядер, встановлення стереохімічного складу продуктів реакцій епоксидування аліциклічних алкенів та дієнів, встановлення критеріїв для віднесення стереоізомерних біциклічних амінів до рядів екзо- і ендо-ізомерів.
Об'єкт дослідження - епоксиди та олефіни аліциклічного ряду.
Предмет дослідження - структура, розподіл густини електронів, хімічні зсуви ядер молекул епоксидів та олефінів аліциклічного ряду.
Методи дослідження - для розрахунку хвильової функції використані наближення Хартрі-Фока (HF), Мюллера-Плессета другого порядку (MP2) і метод функціонала густини (функціонали PBE1PBE і B3LYP); величини хімічних зсувів розраховані методами “градієнтно-інваріантних атомних орбіталей” (GIAO) і “безперервного ряду трансформацій початку відліку” (CSGT); вплив розчинника врахований методом континуума, що поляризується (PCM).
Наукова новизна одержаних результатів. Розроблено та апробовано для розрахунку величин хімічних зсувів ядер 17О, 13С і 1Н аліциклічних ненасичених і епоксидних сполук фізично адаптовані для розрахунку магнітних властивостей набори базисних функцій 6-31G (I) і 6-31G (II). Проведено неемпіричне дослідження розподілу густини електронів і магнітних властивостей ряду алі- і ациклічних епоксидів та олефінів. Уперше виконано систематичне дослідження магнітно-анізотропного впливу епоксидного циклу на магнітне екранування протонів із використанням модельної схеми “оксиран - метан”.
Практичне значення отриманих результатів. Запропоновано ефективний метод розрахунку значень хімічних зсувів ядер 17О, 13С і 1Н у спектрах ЯМР. Нова змістовна модель магнітно-анізотропного впливу епоксидного циклу на магнітне екранування ядер 1Н створює перспективи для інтерпретації спектрів ЯМР 1Н епоксидних сполук без їх безпосереднього неемпіричного розрахунку. Показано ефективність використаного в роботі підходу з комплексного дослідження експериментальних та розрахункових спектрів моно- і диепоксидів, що дозволило встановити стереохімічні особливості й ідентифікувати структуру продуктів реакцій епоксидування циклічних дієнів пероксикислотами. Установлено критерії для віднесення стереоізомерних 5-амінобіцикло[2.2.1]гепт-2-єнів і 5-аміноалкілбіцикло[2.2.1]гепт-2-єнів до рядів екзо- і ендо-ізомерів.
Особистий внесок здобувача полягає у самостійному виконанні квантово-хімічних розрахунків і аналізі отриманих результатів. Планування роботи, інтерпретація й узагальнення розрахункових даних, а також формулювання основних теоретичних положень роботи виконано спільно з науковим керівником - доц., к.х.н. С.І. Оковитим. Обговорення результатів ряду теоретичних досліджень виконано спільно з проф., д.х.н. Л.І. Кас'ян, розробка базисного набору - з проф., д.ф.-м.н. В.В. Россіхіним і к.ф.-м.н. Є.О. Воронковим. У роботі брали участь також студенти О.К. Ісаєв і О.В. Лобанов.
2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Структура, розподіл густини електронів і хімічні зсуви ядер 17О, 13С і 1Н у молекулах аліциклічних епоксидів і олефінів
В якості об'єктів дослідження нами вибрані аліциклічні епоксиди (1-7) і спіроепоксиди (8, 9), а також аліциклічні олефіни (10-14) і метиленциклоалкани (15, 16). Для порівняння розраховані ациклічні епоксиди (17-22) та олефіни (23-25), для яких є дані спектрів ЯМР.
Якість розрахунку магнітних властивостей молекул значною мірою залежить від того, наскільки правильно задана геометрія сполук. Зіставлення розрахованих різними методами геометричних параметрів епоксидів і олефінів із відповідними експериментальними даними засвідчило, що найкраще описує геометрію молекули метод Мюллера-Плессета другого порядку.
На основі аналізу структури й зв'язків у молекулах епоксидів і олефінів у рамках теорії “атоми у молекулі” показано, що міцність зв'язку С-С епоксидного кільця зростає в ряду епоксидів 7136425, міцність зв'язку С-О - в ряду сполук 5<6<2<7<4<3<1, міцність зв'язку С=С збільшується в ряду циклоалкенів 13<14<10<12<11. Спостерігається кореляція між величинами електронної густини й довжиною зв'язку для С-О (R=0.977) і С-С (R=0.962) зв'язків. Згідно з розрахунком, у епоксидних сполуках густина заряду сконцентрована над поверхнею циклу, вона в будь-якому напрямку, паралельному поверхні циклу, більш низька ніж густина заряду в перпендикулярному напрямку. Збільшення поверхневої делокалізації (-ароматичності) відбувається в ряду сполук 7<4<5<3<6<2<1. Установлена залежність між величиною індексу електронної поверхневої делокалізації і числом атомів карбону в аліциклічних епоксидах (1-4). У ряду алкенів 14<13<11<12<10 збільшується еліптичність зв'язку С=С, і, відповідно, зростає здатність подвійного зв'язку до утворення -комплексів.
В якості розрахункових параметрів, що відображають електронно-донорні властивості (основність) епоксидів, нами вивчено енергії зайнятих молекулярних орбіталей і спорідненість до протона. Зіставлення розрахованих енергій зайнятих молекулярних орбіталей з величинами потенціалів іонізації показало, що метод Хартрі-Фока найкращим чином відтворює дані фотоелектронних спектрів (коефіцієнт кореляції складає 0.985, середньоквадратичне відхилення дорівнює 1.15). Між величинами спорідненості до протона, розрахованими методами Хартрі-Фока й теорії функціонала густини (функціонали В3LYP і PBE1PBE), й експериментально знайденими значеннями показників констант основності не спостерігається кореляція, що свідчить про неможливість використання цих методів для оцінки основності епоксидних сполук. Показано, що із зменшенням енергії напруги аліциклічних епоксидів зростає їх основність.
З метою підвищення точності та ефективності розрахунку значень хімічних зсувів ядер у спектрах ЯМР нами розроблені фізично адаптовані для розрахунку магнітних властивостей набори базисних функцій, засновані на розширенні стандартного набору 6-31G за рахунок функцій, отриманих шляхом розв'язку рівняння Шредингера для моделі “одноелектронний атом в однорідному зовнішньому магнітному полі”.
Початковий базисний набір 6-31G містить такі функції: 6s(1), 3s(2), 3p(2), 1s(3), 1p(3) для атомів другого та третього рядів періодичної системи і 3s(1), 1s(2) для атома гідрогену. За допомогою оператора збурення ми визначили функції відгуку з початкових базисних функцій. З аналітичного вигляду функцій відгуку одержали додаткові функції до початкового базису.
Базисний набір 6-31G(I) одержаний шляхом додавання атомних орбіталей, експоненти яких збігаються з експонентами в поправках, з яких ці атомні орбіталі взяті.
s(1) () p(0) () ,
p(1)() s(0) () + d(0)( ).
Додаткові функції для атомів другого та третього рядів періодичної системи - 6p(1), 3d (2), 1d (3), для атома гідрогену - 3р(1), 1р(2).
Базисний набір 6-31G(II) одержаний шляхом додавання базисних функцій, які взяті з аналітичного вигляду функцій відгуку і є рішеннями рівняння Шредингера для даного значення ефективного заряду Z*=n.
s(1)() p(0)(/2),
p(1)() s(0)(2) + d(0)(2/3).
Додаткові функції для атомів другого та третього рядів періодичної системи - 6p(1/2), 3s(22), 3p(2/2), 1s(23), 1p(3/2), 3d(22/3), 1d(23/3), для атома гідрогену - 3р(1/2), 1р(2/2).
Описаний метод побудови фізично адаптованих базисних наборів дозволив нам точно визначити кількість і функціональну форму необхідних поляризаційних і дифузних функцій та уникнути довільного вибору орбітальних експонент. Таким чином, на відміну від традиційного способу розширення базису збільшенням числа початкових АО, запропонований метод урахування залежності мінімального базису гаусових АО від параметра збурення призводить до фізично виправданої його адаптації у відповідній збуренню області конфігураційного простору при значному скороченні витрат часу для здійснення розрахунків.
У зв'язку з тим, що для опису хімічних зсувів ядер 17О, 13С і 1Н епоксидних сполук і ядер 13С і 1Н олефінів оптимальними можуть виявитися різні неемпіричні методи, ми дослідили можливість різних теоретичних наближень для розрахунку хімічних зсувів названих ядер епоксидів (2-6, 8, 9, 17-22) і олефінів (10-16, 23-25).
Розрахунки проведені для стану молекул як у газовій фазі, так і з урахуванням впливу розчинника, у наближеннях HF і pbe1pbe з використанням методів GIAO і CSGT, а також різних наборів базисних функцій (табл. 1-3).
Таблиця 1. Значення коефіцієнтів кореляції і середньоквадратичних відхилень (м.ч.), розрахованих різними методами значень (17О) у спектрах ЯМР епоксидів (2-5, 8, 9, 17-22) від експериментальних даних
Газова фаза |
Хлороформ |
|||||||||||
6-311 ++G |
cc-pVTZ |
Huzinaga III |
6-31 G (I) |
6-311 ++ G(3d,2p) |
6-31G (II) |
6-311++ G(3d,2p) |
6-31 G(II) |
|||||
HF |
HF |
HF |
HF |
HF |
pbe1pbe |
HF |
pbe1pbe |
HF |
pbe1pbe |
HF |
pbe1pbe |
|
0.979 |
0.990 |
0.990 |
0.988 |
0.990 |
0.991 |
0.986 |
0.989 |
0.911 |
0.903 |
0.977 |
0.983 |
|
5.79 |
4.53 |
4.04 |
7.73 |
3.94 |
39.89 |
5.91 |
37.60 |
40.85 |
75.40 |
5.19 |
45.77 |
|
0.991 |
0.935 |
0.993 |
0.983 |
0.990 |
0.991 |
0.989 |
0.990 |
0.990 |
0.991 |
0.989 |
0.990 |
|
6.83 |
12.64 |
3.82 |
4.23 |
4.34 |
37.97 |
3.32 |
42.00 |
4.14 |
38.67 |
3.51 |
41.10 |
Отримані результати (див. табл. 1-3) свідчать про те, що врахування ефектів кореляції електронів покращує точність розрахунку хімічних зсувів протонів, тоді як для ядер карбону й оксигену більш точні результати одержані у наближенні HF; методи GIAO і CSGT, як правило, призводять до подібних результатів; урахування ефектів розчинника дещо покращує результати розрахунку методом CSGT. Значення хімічних зсувів, розраховані за допомогою розроблених нами базисних наборів, не поступаються, а в деяких випадках перевершують за точністю результати, одержані при використанні більших за розміром стандартних наборів базисних функцій.
Таблиця 2. Значення коефіцієнтів кореляції і середньоквадратичних відхилень (м.ч.), розрахованих різними методами значень (13С) і (1Н) у спектрах ЯМР епоксидів (2-6, 8, 9, 17-22) від експериментальних даних
Параметр |
Газова фаза |
Хлороформ |
|||||||
6-311 ++G (3d,2p) |
6-31G(II) |
6-311 ++G (3d,2p) |
6-31G(II) |
||||||
HF |
pbe1pbe |
HF |
pbe1pbe |
HF |
pbe1pbe |
HF |
pbe1pbe |
||
R |
0.998 |
0.997 |
0.998 |
0.997 |
0.971 |
0.981 |
0.998 |
0.997 |
|
СКВ |
2.34 |
5.10 |
2.35 |
6.13 |
3.64 |
5.21 |
2.06 |
6.33 |
|
R |
0.998 |
0.997 |
0.998 |
0.997 |
0.998 |
0.997 |
0.998 |
0.997 |
|
СКВ |
2.42 |
5.26 |
2.54 |
6.72 |
2.27 |
5.38 |
2.50 |
6.85 |
|
R |
0.987 |
0.987 |
0.985 |
0.988 |
0.965 |
0.961 |
0.894 |
0.925 |
|
СКВ |
0.15 |
0.19 |
0.17 |
0.14 |
0.28 |
0.35 |
0.39 |
0.30 |
|
R |
0.988 |
0.990 |
0.981 |
0.990 |
0.989 |
0.993 |
0.985 |
0.993 |
|
СКВ |
0.14 |
0.13 |
0.25 |
0.14 |
0.18 |
0.28 |
0.15 |
0.10 |
Таблиця 3. Значення коефіцієнтів кореляції і середньоквадратичних відхилень (м.ч.), розрахованих різними методами значень (13С) і (1Н) у спектрах ЯМР олефінів (10-16, 23-25) від експериментальних даних
Газова фаза |
Хлороформ |
|||||||||
6-311++G(3d,2p) |
6-31G(I) |
6-31G(II) |
6-311++G(3d,2p) |
6-31G(II) |
||||||
HF |
pbe1pbe |
HF |
pbe1pbe |
HF |
pbe1pbe |
HF |
pbe1pbe |
HF |
pbe1pbe |
|
0.998 |
0.998 |
0.998 |
0.998 |
0.998 |
0.998 |
0.997 |
0.997 |
0.998 |
0.998 |
|
7.94 |
7.72 |
9.77 |
11.02 |
8.94 |
10.26 |
9.23 |
8.61 |
9.10 |
10.36 |
|
0.998 |
0.998 |
0.998 |
0.998 |
0.998 |
0.998 |
0.998 |
0.998 |
0.998 |
0.998 |
|
7.81 |
7.87 |
9.72 |
11.06 |
8.77 |
10.22 |
8.10 |
8.17 |
9.05 |
10.51 |
|
0.998 |
0.999 |
0.998 |
0.999 |
0.997 |
0.999 |
0.994 |
0.996 |
0.995 |
0.996 |
|
0.42 |
0.50 |
0.39 |
0.48 |
0.40 |
0.46 |
0.52 |
0.58 |
0.56 |
0.60 |
|
0.998 |
0.999 |
0.998 |
0.998 |
0.997 |
0.999 |
0.998 |
0.999 |
0.997 |
0.999 |
Дослідження впливу епоксидного циклу на магнітне екранування ядер 1Н. Для структурного аналізу оксиранів у більшості випадків використовується спектроскопія ЯМР на ядрах 1Н, в основному для співвіднесення конфігурації епоксидного циклу з хімічними зсувами протонів, розташованих на відстані більше 2.0 A від циклу. На цих відстанях основну роль у (де)екрануванні ядер відіграють ефекти магнітної анізотропії епоксидного циклу. Оскільки традиційні моделі групової анізотропії та анізотропії зв'язків не можуть пояснити наявні експериментальні та розрахункові дані, ми дослідили магнітно-анізотропний вплив епоксидного циклу на величину хімічного зсуву ядра 1Н, розташованого на відстані від 2.0 до 3.5 A від оксиранового кільця.
Нами виконано розрахунки модельної системи “оксиран - метан”, у якій молекулу метану послідовно переміщували в площинах, паралельних і перпендикулярних площині СОС епоксидного циклу. Це дозволило побудувати відповідні поверхні магнітного екранування ядра 1Н у молекулі метану. На основі отриманих результатів запропонована нова, відмінна від традиційної, графічна модель для розрахунку величини хімічного зсуву протона в залежності від його положення відносно епоксидного циклу.
У площині СОС оксирану та на близьких відстанях від площини оксирану ( 2.0 Е) відбувається деекранування протона, усередині цієї області деекранування максимальне біля атомів оксигену і карбону. Ми припускаємо, що у площині оксирану виділяються два конуси деекранування: один направлений за бісектрисою кута СОС, другий - за зв'язком С-С. В області від 2.0 до 3.5 A над площиною молекули оксирану спостерігається конус екранування, вісь якого проходить приблизно через центр епоксидного циклу, а також три конуси деекранування з центрами біля атомів оксигену і карбону. Зі збільшенням відстані від площини СОС деекрануючий вплив епоксидного циклу зменшується. Запропонована нами модель дозволяє оцінити величини магнітного екранування ядер 1Н, виходячи лише з геометрії молекули, без їх прямого неемпіричного розрахунку, що, безумовно, викликає зацікавленість під час інтерпретації спектрів ЯМР 1Н епоксидних сполук, особливо великих молекул, до яких відносяться такі природні сполуки, як терпени й кортикостероїди.
Стереохімічні особливості реакції епоксидування етилиденнорборнену. Квантово-хімічне дослідження структури і магнітних властивостей стереоізомерних диепоксидів етилиденнорборнену та зіставлення розрахункових і експериментальних значень хімічних зсувів ядер 1Н епоксидів дозволило встановити, що епоксидування суміші Z- і E-ізомерів етилиденнорборнену надлишком пероксиоцтової кислоти призводить до утворення суміші чотирьох стереоізомерів із перевагою диепоксидів з екзо-орієнтацією позациклічного епоксидного фрагмента.
Ідентифікація стереоізомерних диепоксидів тетрагідроіндену. У результаті епоксидування тетрагідроіндену монопероксифталевою кислотою після хроматографічного розділення виділено три продукти, ідентифікація яких виконана нами за допомогою квантово-хімічних розрахунків.
Аналіз поверхні потенційної енергії тетрагідроіндену показав наявність чотирьох локальних мінімумів, які характеризуються близькими значеннями енергій. Кожному конформеру біциклічного дієну формально відповідають чотири стереоізомерні диепоксиди, які можуть утворитися у реакції епоксидування і які відповідають ендо-ендо-, ендо-екзо-, екзо-ендо- і екзо-екзо-орієнтації епоксидних циклів відносно біциклічного карбонового каркаса. Серед локальних мінімумів диепоксидів тетрагідроіндену ми вибрали найбільш стабільні конформери для кожного ізомеру, і ці структури були використані для подальшого дослідження величин хімічних зсувів протонів і ядер карбону, а також дипольних моментів.
Детальне порівняння теоретичних і експериментальних спектрів ЯМР дозволило нам віднести продукти даної реакції до сполук. Розраховані значення дипольних моментів цих диепоксидів знаходяться у відповідності з експериментальними значеннями коефіцієнта Rf.
У зв'язку з тим, що сполучені циклопентанове й циклогексанове кільця, входять до складу структур молекул кортикостероїдів, досліджені нами залежності величин хімічних зсувів ядер 1Н і 13С в ізомерах як від орієнтації епоксидного циклу, так і від конформації шестичленного циклу є подальшим кроком в області вивчення структури стероїдів і подібних їм сполук.
Структура тетрациклічних нітрилів. Проведені нами розрахунки величин хімічних зсувів ядер 1Н тетрациклічного нітрилу і епоксинітрилу дозволили вперше здійснити віднесення сигналів експериментальних спектрів ЯМР 1Н цих сполук до відповідних ядер. Аналіз спектрів виявив незвичну й значну різницю значень () хімічних зсувів протонів метиленового містка біля атома карбону С12 (для сполук відповідно 2.1 і 1.4 м.ч.), що потребувало пояснення. Для обговорення цієї різниці нами були розраховані хімічні зсуви протонів у спектрах ЯМР насиченого аналога тетрациклічного нітрилу, нітрилів, які не містять метиленовий місток С1С11С8
Аналіз розрахованих величин хімічних зсувів протонів сполук (36-44) дозволив зробити висновок про те, що високе значення хімічного зсуву протонів H12s сполук зумовлене деекрануючим магнітно-анізотропним впливом метиленового містка (0.5 м.ч.), цианогрупи (0.2 м.ч.), подвійного зв'язку (0.7 м.ч.) і епоксидного циклу (0.3 м.ч.) відповідно. Сигнали протонів Н12а розташовані в самому сильному полі у спектрах нітрилів завдяки екрануючому магнітно-анізотропному впливу метиленового містка (1.6 м.ч.) і подвійного зв'язку (0.4 м.ч.). Таким чином, велика різниця хімічних зсувів (H12s,H12a) для сполук є наслідком сумісного магнітно-анізотропного впливу цианогрупи, подвійного зв'язку, епоксидного циклу і, головним чином, метиленового містка С1С11С8, що деекранує протон H12s і екранує протон Н12а.
Параметри спектрів ЯМР 1Н стереоізомерних амінів ряду норборнена. Aміни ряду норборнена завдяки жорсткій структурі і “закріпленим” у просторі ендо- і екзо-замісникам, як і їх похідні, є перспективними моделями для дослідження зв'язку біологічної активності зі структурою сполуки. Установлення співвідношення стереоізомерних амінів у сумішах є важливою хімічною задачею. Ми провели розрахунок величин хімічних зсувів ядер 1Н у спектрах ЯМР стереоізомерних амінів ряду норборнена, які відрізняються як орієнтацією замісників (екзо- і ендо-) у норборненовому каркасі, так і ступенем віддаленості аміногрупи від біциклічного фрагмента. Хімічні зсуви ядер 1Н сполук обчислені з урахуванням внеску найбільш стабільних конформерів даних сполук.
Установлені закономірності залежності величин хімічних зсувів протонів біциклічної системи від природи й стереохімії замісника, а також від кількості в ньому атомів карбону придатні для вирішення стереохімічних задач. Для екзо-стереоізомерів характерні підвищені порівняно з ендо-стереоізомерами значення різниці хімічних зсувів протонів Н1, Н4 і знижені значення протонів Н6х і Н6n. Співвідношення різниці хімічних зсувів протонів Н7s і Н7а у стереоізомерних 5-амінобіцикло[2.2.1]гепт-2-єнах і 5-аміноалкілбіцикло[2.2.1]гепт-2-єнах має прямо протилежний характер. Дана різниця більш суттєва для екзо-аміну, ендо-амінів порівняно з відповідними стереоізомерами. Різниця (Н2,Н3) залежить від кількості атомів карбону в заміснику, вона більш суттєва для екзо-амінів і ендо-амінів порівняно з відповідними стереоізомерами.
ВИСНОВКИ
У ряду алі- і ациклічних епоксидів і олефінів установлені закономірності зміни величин хімічних зсувів у залежності від структури молекули в результаті неемпіричного розрахунку величин хімічних зсувів ядер 17О, 13С і 1Н у спектрах ЯМР.
При вивченні структури й розподілу густини електронів у молекулах епоксидів і олефінів показано, що для правильного опису геометрії молекули необхідно використовувати метод МР2, а для відтворення параметрів фотоелектронних спектрів - метод HF.
Проведено детальне вивчення впливу якості базисного набору, використаного наближення, ефектів розчинника на точність розрахунку хімічних зсувів в епоксидах і олефінах. Показано, що врахування ефектів кореляції покращує точність розрахунку хімічних зсувів протонів, тоді як для ядер карбону й оксигену більш точні результати отримані у наближенні HF; методи GIAO і CSGT, як правило, призводять до подібних результатів; урахування ефектів розчинника дещо покращує результати розрахунку методом CSGT.
Розроблені фізично адаптовані для розрахунку магнітних властивостей набори базисних функцій 6-31G(I) і 6-31G(II). Хімічні зсуви, розраховані за допомогою запропонованих нами базисних наборів, не поступаються, а в деяких випадках перевершують за точністю результати, отримані з використанням більших за розміром стандартних базисних наборів.
Модельний розрахунок магнітно-анізотропного впливу епоксидного циклу на магнітне екранування протона в моделі “оксиран - метан” продемонстрував екранування в області 2.5-3.5 A над площиною оксирану, тоді як у площині молекули та на відстані до 2.0 A над площиною оксирану спостерігався деекрануючий вплив тричленного циклу.
На підставі порівняння експериментальних і розрахованих величин хімічних зсувів ядер 13С і 1Н у спектрах ЯМР проведено віднесення сигналів до відповідних ядер ендо-4-цианотетрацикло[6.2.1.13,6.02,7]додец-9-єна і його епоксида, а також ідентифікована структура сполук, утворених під час епоксидування тетрагідроіндену монопероксифталевою й етилиденнорборнену пероксиоцтовою кислотами.
Установлено критерії для віднесення стереоізомерних 5-амінобіцикло[2.2.1]гепт-2-єнів і 5-аміноалкілбіцикло[2.2.1]гепт-2-єнів до рядів екзо- і ендо-ізомерів.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ ВИКЛАДЕНО У НАСТУПНИХ ПУБЛІКАЦІЯХ
Оковитый С.И., Исаев А.К., Умрыхина Л.К. Квантовохимическое исследование параметров спектров ЯМР 1Н и 13С стереоизомерных эпоксинорборнанов // Вісн. Дніпропетровського ун-ту. Хімія. - 2001. - Вип. 6. - С.50-54.
An Investigation of the 17O NMR Chemical Shifts in Oxiranes Using Magnetically Corrected Basis Sets / Rossikhin V.V., Okovytyy S.I., Kasyan L.I., Voronkov E.O., Umrikhina L.K., Leszczynski J. // J. Phys. Chem. A. - 2002. - Vol.106, N 16. - P.4176-4180.
Квантово-химическое исследование параметров спектров ЯМР 1Н стереоизомерных аминов ряда норборнена / С.И. Оковитый, Л.К. Умрыхина, В.В. Россихин, Л.И. Касьян // Вопр. химии и хим. технологии. - 2003. - N 6.- С.51-55.
Оковитый С.И., Умрыхина Л.К., Касьян Л.И. Квантово-химическое исследование стереохимии эпоксидных производных этилиденнорборнена // Вісн. Дніпропетровського ун-ту. Хімія. - 2003. - Вип. 9. - С. 31-34.
Оковитый С.И., Большаков Влад.И., Воронков Е.О., Россихин В.В., Умрыхина Л.К. Современные тенденции развития квантово-химических методов ab initio расчета магнитного экранирования ядер в спектрах ЯМР // Новини науки Придніпров'я. - 2003. - N 5. - С. 22-36.
Исаев А.К., Умрыхина Л.К., Оковитый С.И. Квантово-химическое исследование спектров ЯМР каркасних аминов // ІІІ Регіональна конференція молодих вчених та студентів з актуальних питань хімії. - Дніпропетровськ. - 2001. - С. 22.
Okovytyy S.I., Isayev A.К., Kasyan L.I., Umrikhina L.K., Rossikhin V.V. Quantum chemical investigation of NMR chemical shifts in bicyclic Amines // X Conference on Current Trends in Computational Chemistry. - Jackson (USA). - 2001. - P.114.
Авраменко В.І., Оковитий С.I., Кас'ян Л.І., Умрихіна Л.К., Ісаєв О.К., Россіхін В.В. Квантово-хімічне дослідження параметрів спектрів ЯМР амінів біциклічного ряду // XIX Українська конференція з органічної хімії. - Львів. - 2001. - С.152.
Okovytyy S.I., Rossikhin V.V., Kasyan L.I., Voronkov E.O., Umrikhina L.K., Isayev A.K., Leszczynskі J. An investigation of the 1H NMR chemical shifts in amines of norbornene row using magnetically corrected basis sets // Second School on Computational Chemistry. - Orange Beach, (USA). - 2002. - P. 52.
Okovytyy S.I., Seferova M.F., Umrikhina L.K., Kasjan L.I. Quantum-chemical and NMR spectral investigation of the epoxidic derivatives of tetrahydroindene stereochemistry // XI Conference on Current Trends in Computational Chemistry. - Jackson (USA). - 2002. - P.107.
Okovytyy S.I., Kasyan L.I., Rossikhin V.V., Umrikhina L.K., Leszczynski J. An Investigation of the 1H and 13C NMR Chemical Shifts in Oxiranes Using Magnetically Corrected Basis Sets // Third School on Computational Chemistry. - Orange Beach (USA). - 2003. - P.48.
Умрыхина Л.К., Лобанов А.В., Оковитый С.И. Квантово-химическое исследование стереохимии эпоксидных производных этилиденнорборнена // V Регіональна конференція молодих вчених та студентів з актуальних питань хімії. - Дніпропетровськ. - 2003. - С.47.
Okovytyу S.I., Umrikhina L.K., Leszczуnskі J. Modeling through-space proton magnetic shielding over oxirane ring // XII Conference on Current Trends in Computational Chemistry. - Jackson (USA). - 2003. - P.128.
Okovytyу S.I., Svjatenko L.K., Leszczynski J. AIM Electron Density Analysis of the Structure and Bonding in Alicyclic Epoxides // Fourth School on Computational Chemistry. - Orange Beach (USA). - 2004. - P.72-74.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Полярний і неполярний типи молекул з ковалентним зв'язком. Опис терміну поляризації як зміщення електронів, атомів та орієнтація молекул у зовнішньому полі. Причини виникнення дипольних моментів у молекулах. Визначення поняття електровід'ємності атома.
реферат [365,0 K], добавлен 19.12.2010Изучение строение гетероциклов с конденсированной системой ядер: индол, скатол, пурин и пуриновые основания. Особенности структуры нуклеозидов и нуклеотидов. Строение АТФ и нуклеиновых кислот. Биологическая роль ДНК и РНК, их химическая структура.
реферат [45,6 K], добавлен 22.06.2010Основные положения теории пространственного строения. Схема образования связывающей и разрыхляющей молекулярных орбиталей. Колебание молекул - один из основных видов внутримолекулярного движения, при котором происходит периодическое изменение ядер атомов.
курсовая работа [554,4 K], добавлен 23.08.2011Дослідження параметрів, що характеризують стан термодинамічної системи. Вивчення закону фотохімічної еквівалентності, методу прискорення хімічних реакцій за допомогою каталізатора. Характеристика впливу величини енергії активації на швидкість реакції.
курс лекций [443,7 K], добавлен 12.12.2011Хімічні дефекти кристалічної решітки-це відхилення від правильної форми кристала, пов'язані із впливом домішок. Типи хімічних дефектів: змішані кристали; центри фарбування в йонних кристалах; електронна провідність у напівпровідникових з'єднаннях.
практическая работа [672,0 K], добавлен 17.10.2008Залежність магнітної сприйнятливості різних речовин від температури. Ядерний магнітний момент. Додатні значення магнітної сприйнятливості парамагнітних матеріалів. Магнітні властивості електронів, ядер, атомів. Природа діа-, пара- і феромагнетизму.
реферат [420,2 K], добавлен 19.12.2010Характеристика схильності сполук до хімічних перетворень та залежність їх реакційної здатності від атомного складу й електронної будови речовини. Двоїста природа електрона, поняття квантових чисел, валентності, кінетики та енергетики хімічних реакцій.
контрольная работа [32,1 K], добавлен 30.03.2011Вращательные движения определяют важнейшие черты стационарных состояний электронных оболочек и ядер, aтомов и молекул. Гибридизация – смешение состояний с различными значениями момента импульса. Совместные измерения динамических переменных и коммутация.
реферат [78,8 K], добавлен 29.01.2009Основні положення атомно-молекулярного вчення. Періодичний закон і система хімічних елементів Менделєєва. Електронна теорія будови атомів. Характеристика ковалентного, водневого і металічного зв'язку. Класифікація хімічних реакцій і поняття електролізу.
курс лекций [65,9 K], добавлен 21.12.2011Предмет біоорганічної хімії. Класифікація та номенклатура органічних сполук. Способи зображення органічних молекул. Хімічний зв'язок у біоорганічних молекулах. Електронні ефекти, взаємний вплив атомів в молекулі. Класифікація хімічних реакцій і реагентів.
презентация [2,9 M], добавлен 19.10.2013