Методика исследования: Были исследованы следующие соединения (ОС), показанные кратко с имеющими значение пронумерованными атомами на рис. 1:
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:
№ 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:
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):
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):
Вклад остальных дескрипторов несущественен: рис. 5 (а и б):
Молярный объем не может обуславливать величину µ: рис. 6:
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:
