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).
Δri = rµ0 exp (Ri µ)/Ri µ n-1 (1)
Δri = - r0μ exp (Rμ j)/Rμ j 6 - r0μ exp (Rμ j)/Rμ j 12 (2)
Таблица 1. Экспериментальные d420(эксп.) [5] и вычисленные d420(расч.) относительные плотности органических соединений.
Соединения |
d420(эксп.) |
d420(расч.) |
ацетонитрил |
0,7830 |
0,8343 |
бутиламин |
0,7420 |
0,7087 |
бутиронитрил |
0,7960 |
0,7751 |
валеронитрил |
0,8010 |
0,7631 |
гексиламин |
0,7630 |
0,7046 |
диметиламин |
0,6800 |
0,7067 |
диэтиламин |
0,7110 |
0,7039 |
изобутиронитрил |
0,7730 |
0,7753 |
метиламин |
0,7690 |
0,7082 |
пропиламин |
0,7140 |
0,7052 |
пропионитрил |
0,7830 |
0,7977 |
триметиламин |
0,6710 |
0,7069 |
этиламин |
0,7060 |
0,7079 |
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
- Общая органическая химия /Под ред. Д.Бартона., У.Д.Оллиса. М.: Химия. Т.3. Азотсодержащие соединения. 1982. 736с.
- Рукавишников В.В., Белик А.В. Вестн. Челяб. ун-та. Сер. 4. Химия. 2004. №1. С. 44-45.
- Рукавишников В.В., Белик А.В. Моделирование пространственной формы органических соединений //Современные наукоемкие технологии. -М.: «Академия естествознания». 2005. № 9. С.103-105.
- Stewart, J.J.P. Optimization of Parameters for Semiempirical Methods. I. //J.Comput.Chem.1989.№ 10. P.209.
- Свойства органических соединений. Справочник /Под ред. А. А. Потехина. Л.: Химия, 1984. 520 С.
Библиографическая ссылка
Рукавишников В.В., Белик А.В. ПРОГНОЗ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ПЛОТНОСТИ АМИНОВ И НИТРИЛОВ // Фундаментальные исследования. – 2006. – № 4. – С. 83-84;URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=4989 (дата обращения: 17.08.2024).