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 25.03.2011

  • Геометрія 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 19.12.2010

  • Понятие 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 05.06.2011

  • Возникновение 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 15.10.2013

  • Физические 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 23.03.2013

  • Карбоновые 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 06.05.2011

  • Химический 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 15.04.2012

  • Химия 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 04.10.2008

  • Спектроскопия 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 10.01.2016

  • Сущность 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 17.12.2011

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.