О вкладе структурных параметров молекул фосфоновых кислот в их дипольный момент

NovaInfo 29, скачать PDF
Опубликовано
Раздел: Химические науки
Просмотров за месяц: 0
CC BY-NC

Аннотация

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.

Ключевые слова

ДИПОЛЬНЫЙ МОМЕНТ, ЭНЕРГИЯ ГРАНИЧНЫХ ОРБИТАЛЕЙ, НСМО, ВЗМO, GAUSSIAN-09, БАЗИСНЫЙ НАБОР, МОЛЯРНЫЙ ОБЪЁМ, ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС STATISTICA 7, СТРУКТУРА-СВОЙСТВО

Текст научной работы

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

Представление обсуждаемых структурных формул
Рисунок 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:

Таблица 1. Величины квантово-химических параметров серии молекул

№ ОС

Дипольный

момент

Заряд

атома Р-2

Заряд

атома О-1

Заряд

атома О-2

Заряд

атома N

Заряд

атома Р-1

НСМО

ВЗМО

V (мол)

1

4,129

1,015

-0,61

-0,627

-0,007

1,059

0,029

-0,23

150,2

2

1,272

1,016

-0,631

-0,622

-0,291

1,007

0,03

-0,227

163,3

3

2,786

1,015

-0,614

-0,627

0

1,016

0,037

-0,213

197,8

4

1,861

0,981

-0,625

-0,626

-0,305

0,95

-0,013

-0,268

123,7

5

3,864

1,012

-0,621

-0,621

-0,011

1,011

0,011

-0,233

148

6

5,376

1,01

-0,613

-0,597

-0,012

0,993

-0,02

-0,217

180,1

7

6,484

1,007

-0,61

-0,61

-0,343

0,995

0,023

-0,243

169,6

8

5,47

1,038

-0,591

-0,612

-0,378

1,008

-0,022

-0,248

112,4

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

Таблица 2. Величины корреляций (Pirson) по серии молекул
 

Заряд

атома Р-2

Заряд

атома О-1

Заряд

атома О-2

Заряд

атома N

Заряд

атома Р-1

E(НСМО)

E(ВЗМО)

V (мол)

Дипольный

момент

0,37

0,75

0,70

-0,05

0,18

-0,30

0,04

0,00

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):

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

Значение плана «умеренная» показывает заряд на атоме Р-2 (расположенная выше на рис. 3) и Е (НСМО) — рис. 4, но у последнего вклад в дипольный момент обратен. Значение плана «слабая» показывает заряд на Р-1 (расположенная ниже на рис. 3):

Подробная иллюстрация вклада величин парциальных эффективных зарядов атомов фосфора в дипольный момент
Рисунок 3. Подробная иллюстрация вклада величин парциальных эффективных зарядов атомов фосфора в дипольный момент
Подробная иллюстрация вклада величины энергии низшей свободной молекулярной орбитали в дипольный момент
Рисунок 4. Подробная иллюстрация вклада величины энергии низшей свободной молекулярной орбитали в дипольный момент

Вклад остальных дескрипторов несущественен: рис. 5 (а и б):

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.
Рисунок 5. 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. 6:

Подробная иллюстрация вклада величины молярного объема в дипольный момент<strong>.</strong>
Рисунок 6. 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. 5а и 6) прямо пропорциональная зависимость между энергией высшей заполненной молекулярной орбитали и молярным объемом, что показано ниже:

С ростом энергии ионизации происходит увеличение плотности вещества в эквивалентных соотношениях
Рисунок 7. С ростом энергии ионизации происходит увеличение плотности вещества в эквивалентных соотношениях, т.е. с ростом энергии ионизации происходит увеличение плотности вещества в эквивалентных соотношениях, поскольку "рисунок" точек на рис. 5а и 6 аналогичный.

Читайте также

Список литературы

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

Цитировать

Сикачина, А.А. О вкладе структурных параметров молекул фосфоновых кислот в их дипольный момент / А.А. Сикачина. — Текст : электронный // NovaInfo, 2014. — № 29. — URL: https://novainfo.ru/article/2812 (дата обращения: 28.06.2022).

Поделиться