О вкладе структурных параметров молекул фосфоновых кислот в их дипольный момент
Раскрытие соотношения "структура-свойство" путем применения коэффициентов корреляции по Пирсону. Расчет величин квантово-химических параметров серии молекул. Вклад величины парциальных эффективных зарядов фосфорильных атомов кислорода в дипольный момент.
| Рубрика | Химия |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 31.07.2018 |
| Размер файла | 210,6 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://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
|
№ 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:
Табл. 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):
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
...Подобные документы
История развития квантово-химических методов анализа "структура вещества – проявляемая физиологическая активность". Вычисление геометрии органических соединений. Физические свойства, механизм действия и синтез сульфаниламидов, параметры их молекул.
дипломная работа [2,1 M], добавлен 25.03.2011Геометрія молекул як напрям в просторі їх валентних зв'язків. Положення теорії направлених валентностей, що витікає з квантово-механічного методу валентних зв'язків. Залежність конфігурації молекул від числа зв'язаних та неподілених електронних пар.
реферат [1,2 M], добавлен 19.12.2010Понятие рефракции как меры электронной поляризуемости атомов, молекул, ионов. Оценка показателя преломления для идентификации органических соединений, минералов и лекарственных веществ, их химических параметров, количественного и структурного анализа.
курсовая работа [564,9 K], добавлен 05.06.2011Возникновение неклассических представлений в физике. Эксперимент Дэвиссона и Джермера. Особенности квантово-механического описания микромира. Главные задачи квантовой химии. Электронное строение атомов и молекул. Атомные орбитали Зенера-Слейтера.
лекция [198,0 K], добавлен 15.10.2013Физические свойства воды, дипольный момент молекулы. Механизм образования растворов. Влияние давления, температуры и электролитов на растворимость веществ. Тепловая теорема Нернста. Главные способы выражения состава растворов. Понятие о мольной доле.
реферат [741,2 K], добавлен 23.03.2013Карбоновые кислоты — более сильные кислоты, чем спирты. Ковалентный характер молекул и равновесие диссоциации. Формулы карбоновых кислот. Реакции с металлами, их основными гидроксидами и спиртами. Краткая характеристика физических свойств кислот.
презентация [525,6 K], добавлен 06.05.2011Химический элемент - совокупность атомов одного вида. Открытие химических элементов. Размеры атомов и молекул. Формы существования химических элементов. Некоторые сведения о молекулярном и немолекулярном строении веществ. Атомно-молекулярное учение.
презентация [33,3 K], добавлен 15.04.2012Химия и получение гидразина. Восстановление соединений, содержащих связь азот-азот. Получение из азотоводородной кислоты и азидов. Разложение аммиака. Синтез Рашига. Строение молекулы и дипольный момент. Монозамещенные и дизамещенные гидразины.
курсовая работа [196,9 K], добавлен 04.10.2008Спектроскопия молекул в инфракрасном диапазоне. Особенности исследования щелочно-галоидных кристаллов и молекул в матричной изоляции. Специфический характер взаимодействия заряженных молекул между собой и с окружающими их ионами кристалла; спектр газа.
практическая работа [348,7 K], добавлен 10.01.2016Сущность и состав кислот, их классификация по наличию кислорода и по числу атомов водорода. Определение валентности кислотных остатков. Виды и структурные формулы кислот, их физические и химические свойства. Результаты реакции кислот с другими веществами.
презентация [1,7 M], добавлен 17.12.2011Особенности молекулярного, конвективного и турбулентного механизмов переноса молекул, массы и энергии. Расчет средней квадратичной скорости молекул и описание характера их движения, понятие масштаба турбулентности. Процедуры осреднения скорости молекул.
реферат [4,6 M], добавлен 15.05.2011Диссоциирование кислот на катион водорода (протон) и анион кислотного остатка в водных растворах. Классификация кислот по различным признакам. Характеристика основных химических свойств кислот. Распространение органических и неорганических кислот.
презентация [442,5 K], добавлен 23.11.2010Расчет параметров молекулы, состоящей из катиона имидазолия и аниона тетрафторобората с помощью программного обеспечения. Получение структуры молекул, распределение электронной плотности по их поверхности. Расположение критических точек связей.
контрольная работа [2,8 M], добавлен 24.11.2013Структура и функция нуклеотидов. Физико-химические показатели и оптические характеристики нуклеиновых кислот. Азотистые основания. Моносахариды: рибоза и дезоксирибоза. Молекулярная масса, содержание и локализация в клетке ДНК и РНК. Правила Чаргаффа.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 11.12.2014Современные представления о механизме активации простых молекул комплексами переходных металлов. Механизмы активации молекул различного типа кислотными катализаторами. Сущность активации. Реакционная способность. Расщепление субстрата на фрагменты.
реферат [2,8 M], добавлен 26.01.2009Правило октета, структуры Льюиса. Особенности геометрии молекул. Адиабатическое приближение, электронные состояния молекул. Анализ метода валентных связей, гибридизация. Метод молекулярных орбиталей. Характеристики химической связи: длина и энергия.
лекция [705,2 K], добавлен 18.10.2013Твёрдые кристаллы: структура, рост, свойства. "Наличие порядка" пространственной ориентации молекул как свойство жидких кристаллов. Линейно поляризованный свет. Нематические, смектические и холестерические кристаллы. Общее понятие о сегнетоэлектриках.
курсовая работа [55,4 K], добавлен 17.11.2012Вращательные 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 29.01.2009Полярний 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 19.12.2010Элементы теории групп симметрии молекул. Классы смежности и классы сопряженных элементов. Групповые постулаты и факторизация групп. Векторные (линейные), эвклидовы и унитарные пространства, матрицы. Теория, характер представлений групп симметрии молекул.
дипломная работа [519,5 K], добавлен 27.07.2010
