О вкладе структурных параметров молекул фосфоновых кислот в их дипольный момент

Размещено на http://www.allbest.ru/

Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта

О вкладе структурных параметров молекул фосфоновых кислот в их дипольный момент

Сикачина Андрей Анатольевич, аспирант

Исходя из понятия известного соотношения «структура-свойство», было показано, с какой силой и линейностью заряды на гетероатомах, энергии граничных орбиталей, и молярный объем (приведенные в ходе повествования) обуславливают дипольный момент различных производных фосфоновых кислот. Соотношение «структура-свойство» («квантовохимические дескрипторы-дипольный момент») было раскрыто путем применения коэффициентов корреляции по Пирсону.

Методика исследования: Были исследованы следующие соединения (ОС), показанные кратко с имеющими значение пронумерованными атомами на рис. 1:

Рис. 1 Представление обсуждаемых структурных формул

Задача структуры и входного файла формата.inp была проведена автором при помощи пакета программ ChemBioOffice 2012 (соответственно программами ChemBioDraw Ultra 13.0 и ChemBio3D Ultra 13.0).

Квантовохимический расчет исследуемых молекул был произведен программным комплексом Gaussian-09 c предварительной оптимизацией структуры молекулы вначале методом молекулярной механики ММ+, затем в базисе 3-21ГФ. Собственно расчет был сгенерирован методом гибридного функционала электронной плотности DFT/B3-LYP, применяя базисный набор D95* на всех атомах.

Выходной файл.out был прочитан программными комплексами Facio 18.51 и GaussView 5/6/.

Статистические корреляционные данные (по Пирсону) вида «структура-свойствo» (в рамках поставленной задачи «квантовохимические дескрипторы-дипольный момент») были сгенерированы программным комплексом STATISTICA 7/7/.

Результаты и их обсуждение: Исследуемые ОС объединены в общеструктурную серию, представленную в таблице 1:

Табл. 1

Величины квантово-химических параметров серии молекул

Вычисленные программным комплексом STATISTICA 7 коэффициенты корреляции по Пирсону (ККП) представлены для серии в таблице 2:

Табл. 2

Величины корреляций (Pirson) по серии молекул

Распределение коэффициенты корреляции в таблице проще всего обсудить исходя из обычно применяемой шкалы Чеддока /3, 5/, которая формируется из показателя тесноты связи и ее силы.

Согласно правилу о матрице корреляций, в рамках предъявленной задачи [+] значит, что, если каким-либо образом увеличатся значения примененных дескрипторов, то µ должен также вырасти и наоборот. [-] значит, что, если каким-либо образом увеличатся значения примененных дескрипторов, то µ должен уменьшиться и наоборот /1, 2/.

Более подробно эти сущности можно отобразить графиками «квантовохимические дескрипторы-дипольный момент» с заданными компьютером линейными линиями тренда.

Значение плана «высокая» показывает заряд на фосфорильных атомах кислорода, причем О-1 будет определять более полно дипольный момент (соответствующая линия идет круче) (рис. 2):

Рис. 2 Подробная иллюстрация вклада величины парциальных эффективных зарядов фосфорильных атомов кислорода в дипольный момент

дипольный момент атом молекула

Значение плана «умеренная» показывает заряд на атоме Р-2 (расположенная выше на рис. 3, а) и Е (НСМО) - рис. 3, б, но у последнего вклад в дипольный момент обратен. Значение плана «слабая» показывает заряд на Р-1 (расположенная ниже на рис. 3, а ):

Рис. 3. А Подробная иллюстрация вклада величин парциальных эффективных зарядов атомов фосфора в дипольный момент. Б - Подробная иллюстрация вклада величины энергии низшей свободной молекулярной орбитали в дипольный момент

Вклад остальных дескрипторов несущественен: рис. 4 (а и б):

Рис. 4. А Подробная иллюстрация вклада величин парциальных эффективных зарядов атомов азота в дипольный ментом. Б - Подробная иллюстрация вклада величины энергии высшей заполненной молекулярной орбитали в дипольный момент

Молярный объем не может обуславливать величину µ: рис. 5:

Рис. 5 Подробная иллюстрация вклада величины молярного объема в дипольный момент

Вывод

Наиболее существенную связь с дипольным моментом, как с наиболее труднопредставимой программными средствами величиной/4/ осуществляют заряды на атомах. При их росте дипольный момент будет расти (исключая заряд на атоме азота). С ростом энергии НСМО дипольный момент будет падать, т.е. с ростом сродства к электрону. В ходе исследования было также выявлена (из сравнения рис. 4а и 5) прямо пропорциональная зависимость между энергией высшей заполненной молекулярной орбитали и молярным объемом, что показано ниже:

т.е. с ростом энергии ионизации происходит увеличение плотности вещества в эквивалентных соотношениях, поскольку "рисунок" точек на рис. 4а и 5 аналогичный.

Список литературы

1. Боровиков В.П. STATISTICA. Исскуство анализа данных на компьютере: для профессионалов (2-е издание). СПб., 2003. 688 с.

2. Боровиков В.П., Боровиков И.П. STATISTICA - Статистический анализ и обработка данных в среде Windows. М.: 1998, 592 с.

3. Немухин А.В. Компьютерное моделирование в химии // Соросовский образовательный журнал. 1998. №6. С. 43-57.

4. Белоглазов Г.С. Квантово-химический расчет ингибиторов коррозии с биоцидной активностью на СРБ // Коррозия и защита металлов - межвузовский тематический сборник научных трудов: Вып. 7. Калининград, 1988.

5. Габлер Е.В., Генкин А.А. Применение непараметрических критериев статистики в медико-биологических исследованиях. Л.: Медицина, 1973.

6. Сикачина А.А., Белоглазов С.М. Анализ строения фосфоразоторганических соединений по результатам полуэмпирических квантовохимических расчетов в сравнении с неэмпирическим // Современные научные исследования и инновации. 2013. № 10.

7. Сикачина А.А., Белоглазов С.М. Исследование зависимостей между защитным эффектом от коррозии и квантовохимическим дескриптором молекулярной структуры органических молекул класса комплексонов, использующихся как ингибиторы в средах микробиологической коррозии с участием сульфатредуцирующих бактерий // Современные научные исследования и инновации. 2013. № 11.

Размещено на Allbest.ru