Scientific journal

Fundamental research

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

Органические соединения, содержащие в своей структуре амино- и циано- группы, широко используются на практике и имеют определенный научный интерес [1]. В связи с этим, важное значение имеют теоретические исследования, позволяющие прогнозировать их некоторые физико-химические свойства, как функции молекулярного строения.

В настоящей работе предлагается рассмотреть относительную плотность (d₄²⁰) соединений в рамках нового подхода к оценке молекулярной формы и объема органических соединений [2,3]. Для этого необходимо знание декартовых координат всех атомов, образующих молекулу. Определить их можно различными способами. К настоящему времени наибольшее распространение получил способ оптимизации геометрии в рамках квантовохимических приближений. Поэтому мы выбрали модель РМ3 [4], реализованную в программном комплексе "Hyper Chemistry". Далее каждому типу атомов в молекуле (химическому элементу) приписывается собственный атомный радиус (r⁰), являющийся параметром модели. В качестве r⁰ для атома водорода предлагается величина равная 0,3325 ангстрем, для атома углерода - 0,6500 ангстрем, для атома азота - 0,6775 ангстрем. Предполагается, что в результате атом-атомного взаимодействия в молекуле полученные сферические оболочки атомов деформируются. На первом этапе вычисляется величина ∆r⁰ для каждого из атомов. Для этого просматриваются все его соседи на валентных и невалентных расстояниях. Для атомов, находящихся на валентных расстояниях, ∆r⁰ вычисляется по формуле (1), где R _{i µ} евклидово расстояние между атомами i и μ; n - главное квантовое число атома μ. Для невалентных расстояний применяется формула (2).

Δr_i = r_µ⁰ exp (R_{i µ})/R_{i µ} ^n-1                                  (1)

Δr_i = - r⁰_μ exp (R_{μ j})/R_{μ j} ⁶ - r⁰_μ exp (R_{μ j})/R_{μ j} ¹²                         (2)

Таблица 1. Экспериментальные d₄²⁰(эксп.) [5] и вычисленные d₄²⁰(расч.) относительные плотности органических соединений.

Механизм трансформации исходной сферической атомной оболочки может быть различным. В частности, для каждой рассматриваемой атомной пары сферическая форма атома преобразуется в эллиптическую, где полуосями эллипсоида выступают r⁰, r⁰ и (r⁰ + ∆r⁰). Затем формируется их суперпозиция из числа имеющих место взаимодействий. В результате получается новая форма молекулы, где атомы, ее образующие, не имеют сферической симметрии. Молекулярный объем находится для полученной фигуры численно в результате вписывания ее в параллелепипед, «нарезки» его на N частей по всем осям и оценки полученных «элементарных» объемов на принадлежность к молекуле. Их сумма и определяет искомую величину, а задание N - точность оценки объема. При расчете относительной плотности вещества использовался коэффициент упаковки, равный 0.6022.

В таблице приведены экспериментальные и вычисленные относительные плотности ряда соединений. Анализ полученных результатов показывает удовлетворительное согласие опытных и расчетных данных. Среднее отклонение относительной плотности составляет 0,0073.

Таким образом, предложенная модель позволяет получить новую пространственную форму молекулы и достоверно оценить относительную плотность вещества.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Общая органическая химия /Под ред. Д.Бартона., У.Д.Оллиса. М.: Химия. Т.3. Азотсодержащие соединения. 1982. 736с.
2. Рукавишников В.В., Белик А.В. Вестн. Челяб. ун-та. Сер. 4. Химия. 2004. №1. С. 44-45.
3. Рукавишников В.В., Белик А.В. Моделирование пространственной формы органических соединений //Современные наукоемкие технологии. -М.: «Академия естествознания». 2005. № 9. С.103-105.
4. Stewart, J.J.P. Optimization of Parameters for Semiempirical Methods. I. //J.Comput.Chem.1989.№ 10. P.209.
5. Свойства органических соединений. Справочник /Под ред. А. А. Потехина. Л.: Химия, 1984. 520 С.