Ứng dụng hóa tính toán khảo sát tính thơm của một số hợp chất hữu cơ thường gặp trong hóa học

fgf fgxx fgfg45 fg fsdf gr fgf gfg fgf rt d gdf gdfg dh dff gdf dfddfg 54545 f df ddf d dfdf df dfd fd dfd ddgdgdd dd d d fdfd 454 dhfg fgfgf B ộ G I Á O DỤC VÀ ĐÀO TẠO T R Ư Ờ N G Đ Ạ I H Ọ C s P H Ạ M T H À N H PHỐ H Ị C H Í M I N H KHOA HĨA HỌC *.ca^ K H Ó A LUẬN T Ố T NGHIỆP C Ử NHÂN HÓA H Ọ C Chuyên ngành: Hóa Ít Đề tài; ỨNG DỤNG HĨA TÍNH TỐN K H Ả O gfsdsd sd sdsd dsd sd454 4545 4545xfdf def dtrrtrrtrt 454 454 545gd luan van an khoa luan tot nghiep fdfd 454 dhfg fgfgf SÁT T Í N H T H Ơ M C Ủ A M Ộ T SỐ H Ợ P C H Á T H Ữ U C T H Ư Ờ N G GẶP T R O N G HÓA HỌC THƯ VIỆN Trường Đai-Học s'ư-Pham TP H Ố-CH i-MIN H • Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Thanh Thúy • Giáo viền hướng dẫn: ThS Nguyền Hoàng Vù THÀNH P H Ĩ H Ị C H Í M I N H - 2015 fgf fgxx fgfg45 fg fsdf gr fgf gfg fgf rt d gdf gdfg dh dff gdf dfddfg 54545 f df ddf d dfdf df dfd fd dfd ddgdgdd dd d d fdfd 454 dhfg fgfgf LỜI C Ả M ƠN Đề tài khóa luận thục mơn Hỏa Lí, khoa Hóa, trường Đại Học Sư Phạm Thành Phố Hồ Chí Minh Trong suốt trinh học tập hoàn thành luận văn này, em nhận hướng dẫn, giúp đờ quý báu cha raẹ tbầy cỏ vả bạn bè Con xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến ba mẹ tồn thể gia đình ln bên thời gian qua, ủng hộ động viên trình thực luận văn Em xin chân thành cám ơn Ban Giám Hiệu trường Đại Học Sư Phạm thành phố Hồ Chí Minh tạo điều kiện thuận lợi để em học tập hồn thành tốt khóa học Em xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô khoa Hóa Học trường Đại Học Sư Phạm thành phố Hồ Chí Minh truyền đạt kiến thức bán để em có đủ sở để thực đề tài luận văn Em xin chân thành cảm om thầy Nguyền Hoàng Vũ, thầy trực tiếp hướng dần em thực luận văn, giúp em nhũng kiến thức chuyên môn kiến thức thực tể trình thực khóa luận Em xin cảm ơn đến thầy cô phản biện dành thời gian đọc đóng góp ý kiến cho bải luận văn hoàn thảnh tốt gfsdsd sd sdsd dsd sd454 4545 4545xfdf def dtrrtrrtrt 454 454 545gd luan van an khoa luan tot nghiep fdfd 454 dhfg fgfgf Cảm ơn tất cá bạn bè quan tâm, chia sẻ, động viên, giúp dờ tơi q trình học tập làm luận văn Mặc dù cổ gắng nhiều trình làm luận văn chắn khơng tránh khỏi thiếu sót, kính mong q thầy tận tình bảo E m xin chân thành cảm em q thầy Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 18 tháng 05 năm 2015 Nguyền Thị Thanh Thúy Trang i fgf fgxx fgfg45 fg fsdf gr fgf gfg fgf rt d gdf gdfg dh dff gdf dfddfg 54545 f df ddf d dfdf df dfd fd dfd ddgdgdd dd d d fdfd 454 dhfg fgfgf TÓM TẮT Hiện này, khái niệm tỉnh thơm chưa thống không thề quan sát đo đạc trực tiếp việc xác định tính thơm chất hữu chưa trọng, quan tâm Cụ thể nước, theo tài liệu tham khảo [2, 5], nghiên cứu có hệ thống tính thơm chưa thấy, đa số đề cập rải rác số giáo trình hóa hữu cách sơ lược Trong đỏ số chất thơm lại có vai trò quan trọng với sống cùa người có nhiều ứng dụng thực tế sán xuất Trong đề tài đà tiến hành tính tốn lượng cùa phản ứng đồng phân, từ két luận tính thơm, phản thơm hay khơng thơm chất, đồng thời khảo sát tính đắn quy tắc xác định tính thơm qua ảnh hường sở, dị tổ, vị trí nhóm Sau số công việc thực hiện: + Xây dựng cấu trúc toluen; 2-metyl naphtalen; metyl xidobuta-l,3-dien; 1metyl xicloocta-l,3.5,7-tetraen; 3-nietyl xiclohepta-2,4,6-trien-l-yliuni; 3-metyl xiclohepta-2 4,6-trien-1 -ùa; 4-metyl pyridin; naphtalen-2-amin; 3-metyl pyridin; 2-metyl pyridin; 4-metyỉ pyrịdazin; 4-methyl pyrimidin; o-toluidin; mtoluidin; p-toluidin bàng phần mềm GaussVievv 5.0, tối ưu hỏa dạng hình học phương pháp A M Ì tính lượng cực tiều phương pháp Hartree-Fock, sử dụng phần mềm Gaussian 09 + D ự a vào lượng phán ứng đồng phân hóa để kết luận tính thơm, phản thơm hay không thơm chất khảo sát + Thay đổi sờ (3-21G, 3-21G*, 6-31G, 6-31G*) từ đỏ kết luận ảnh hưởng việc lựa chọn sở đến kết q tính tốn + Khảo sát tính đắn quy tác xác định tính thơm qua ảnh hưởng dị tố, vị trí nhỏm gfsdsd sd sdsd dsd sd454 4545 4545xfdf def dtrrtrrtrt 454 454 545gd luan van an khoa luan tot nghiep fdfd 454 dhfg fgfgf Trang í ì fgf fgxx fgfg45 fg fsdf gr fgf gfg fgf rt d gdf gdfg dh dff gdf dfddfg 54545 f df ddf d dfdf df dfd fd dfd ddgdgdd dd d d fdfd 454 dhfg fgfgf MỤC L Ụ C LỜI CÁM ƠN i TÓM TÁT - _ ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC BẢNG V DANH MỤC CÁC HỈNH vi ĐẶT VÁN ĐÊ ix Chương I : TÒNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 Cơ học lượng tử phương trình sóng Schrõdinger I I Ì I I Sự hỉnh thành học lượng tử I 1.1.2 Phương trinh Schrốdinger I Ì 2.1 Phương trinh Schrốdinger tổng quát Ì Ì 2.2 Phương trình Schrõdinger cho trạng thái dừng 1.2 Quy tácHiickel 1.2.1 Nội dung 1.2.2 Hạn chế gfsdsd sd sdsd dsd sd454 4545 4545xfdf def dtrrtrrtrt 454 454 545gd luan van an khoa luan tot nghiep fdfd 454 dhfg fgfgf ị Tính thơm hợp chất thơm 1.3.1 Hợp chất thơm 1,3.1.1 Khái niệm tính thơm vả hợp chất thơm A 6 Ì Ì Tính thơm loại hợp chất vịng anulen Ì Ì Tính thơm vịng chứa điện tích Ì 3.1.4 Tính thơm cùa hợp chắt dị vỏng lo Ì.3 ì Tính thơm hợp chắt đa vịng lo Ì Ì Các điều kiện đề kết luận tính thơm chất 12 1-3-2 Hợp chất phản thơm 12 1.3.3 Hợp chất vịng khơng thơm 13 Ì A Phản ứng đồng phàn hoả 13 1.5 Phương pháp hóa học tính tốn 14 1.5.1 Giới thiệu vẻ phương pháp hóa học tính tốn 14 1.5.2 Các loại phương pháp tính tốn 14 1.5.3 Mơ hình hỏa học để tính tốn (model chemistry) 15 1.5.3.1 Phương pháp lý thuyết 15 Trang iii fgf fgxx fgfg45 fg fsdf gr fgf gfg fgf rt d gdf gdfg dh dff gdf dfddfg 54545 f df ddf d dfdf df dfd fd dfd ddgdgdd dd d d fdfd 454 dhfg fgfgf 1.5.3.2 Bộ hảm sở 15 Chương 2: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN 18 ì Phương pháp trường tự hợp (Hartree Fock) 18 2.2 Nội dung phương pháp nghiên cứu 19 2.2.1 Nội dung 19 2.2.2 Phương pháp tính tốn 20 2.2.3 Xây dựng cấu trúc phàn từ GaussView 5.0 20 2.2.3.1 Khởi động chương trình 21 2.2.3.2 Xây dựng phân tử 22 2.2.3.3 Lưu mơ hình phân từ 27 2.2.4 Các bước cằn làm để thực tính tốn Gaussian 27 2.2.4 Ì Khởi động chương trinh 27 2.2.4.2 Nạp nhập liệu 28 2.2.4.3 Thực việc tính toán 30 2.2.4.4 Xem xét diễn giải liệu xuất 31 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33 3.1 Cấu trúc hình học thu từ phương pháp AM i 33 3.2 Két q tính tốn AE phản ứng đồng phân 37 gfsdsd sd sdsd dsd sd454 4545 4545xfdf def dtrrtrrtrt 454 454 545gd luan van an khoa luan tot nghiep fdfd 454 dhfg fgfgf 3.3 Các yểu tổ ảnh hưởng đến quy tấc sử dụng phản ứng đồng phân ương việc xác định lính thơm 40 3.3 Ì Ảnh hưởng sở 40 3.3.2 Ảnh hưởng dị tố vòng 42 3.3.3 Ảnh hưởng vị trí nhóm Chương 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT .43 45 4.1 Kết luận 45 4.2 Đề xuất 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 PHỤ LỤC 47 Trang iv fgf fgxx fgfg45 fg fsdf gr fgf gfg fgf rt d gdf gdfg dh dff gdf dfddfg 54545 f df ddf d dfdf df dfd fd dfd ddgdgdd dd d d fdfd 454 dhfg fgfgf DANH M Ụ C CÁC BẢNG Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng sát Bảng Bảng sát Trang 2.1 Công dụng cửa biểu tượng hộp thoại Job Entry 30 2.2 Cơng đụng biểu tượng kiểm sối phép tốn Gaussian 31 3.1 Dạng hình học cấu trúc xác định phương pháp AM Ì 32 3.2 ÂE tinh theo RHF/3~21G*//AMỉi L .„ „• 57 3.3 Kết luận tính thơm, phàn thơm khơng thơm hợp chất khảo ì 39 3.4 Sự chênh Ịệch AEgiữa phương pháp 41 ì Kết luận tính thơm, phản thơm không thơm hợp chất khảo Ì r 45 gfsdsd sd sdsd dsd sd454 4545 4545xfdf def dtrrtrrtrt 454 454 545gd luan van an khoa luan tot nghiep fdfd 454 dhfg fgfgf Trang V fgf fgxx fgfg45 fg fsdf gr fgf gfg fgf rt d gdf gdfg dh dff gdf dfddfg 54545 f df ddf d dfdf df dfd fd dfd ddgdgdd dd d d fdfd 454 dhfg fgfgf DANH M Ụ C C Á C HÌNH Trang Hin* / Cis-€Ìs~trans-€Ỉs-trans(Z~Z~E~Z~E) xiciodecapetítaen Hình Xỉclotetrữdecữheptaen Hinh ĩ (a) Biphenyt, (b) Stybeh (c) Túỉan, (đ) Binaphtyl Hình Perìlen Hình Các dạng công thức cộng hưởng Pyren ố Hình Koronen ố Hình Vồng Frost cửa xiciopropan, xicỉobutadien • Hình Phản ứng dimer hóa xicỉobutữdien Hình Giản đồ mức itrợng (a) Gốc xiclopropenyt, (b) Anion xicỉopropenyU (c) Cữtìon xicỉopropenyĩ Hình 10 Đicatìon xictobutadien Hình ĨL Phản ứng tạo dianion xicỉoociaietraen gfsdsd sd sdsd dsd sd454 4545 4545xfdf def dtrrtrrtrt 454 454 545gd luan van an khoa luan tot nghiep fdfd 454 dhfg fgfgf Hình /2 (a) cấu trúc orbitaỉ pyrídin, (b) cấu trúc obitaỉ imidazoL lữ Hình / i (a) QuinoUn (b) isoqtiinoiin •• Hình 14 Cấu trúc orbitaỉ pyroi • lỡ 10 Hình 15 Cấu trúc orbitaỉ cùa furan lo Hình /6 Cẩu trúc cộng hưởng naphíalen ĨO Hình /7 Cộng hưởng Azuien // Hình 18, (a) Benioxỉcỉobutadien, (b) Puỉven // Hình 19 Heptaýuĩven 12 Hình 20 Liên hợp (2Z 4Z 6Z)-€ycỉooctữ-2,4 6-trỉen-ỉ-yỉium Í2 Hình 2L Buta-U-đien 12 Hình 22 Xictobadien Ì2 ỷ ỳ Hình 23 (a) Gốc xiciữpentữdien (b) /uỉven 13 Hình 24 Phản ứng đồng phân hóa toluen 13 Trang vi fgf fgxx fgfg45 fg fsdf gr fgf gfg fgf rt d gdf gdfg dh dff gdf dfddfg 54545 f df ddf d dfdf df dfd fd dfd ddgdgdd dd d d fdfd 454 dhfg fgfgf Hình 25 Phản ứng đồng phân hóa 2-metyl tmpầỀÊÌen 13 Hình 26 Phản ứng đồng phản hóa 20 Hình 27 Biểu tượng GữỉissView 5.0 ••• 21 Hình 28 Giao diện G aussView 5.0 21 Hình 29 Các bảng cơng cụ G aussView 5.0 21 Hỉnh 30 Bảng hệ thẳng tuần hồn 22 Hình 31 Bảng chửa vịng hữu 22 Hình 32 Bảng chửa nhóm chức mảnh phan từ hữu ." 22 Hình 33 Lựa chọn amino axỉt nucỉeotìt 23 Hình 34 Hộp thoại Bond Semichem SmartSỉide 23 Hình 35 Các kiểu thay đổi độ dài Hên kết 23 Hình 36 Hộp thoại Angle Semichem SmartSUde 24 Hình 37 Các kiểu thay đồi góc tiên kết 24 * Hình 38 Hộp thoại Dihedrai Semichem SmartSỉide 25 Hình 39 Hộp thoại Ređundant Cữúrdinate Editor* 26 Hình 40 Hộp thoại Atom ListEditor 26 Hình 4L Biểu tượng Gaussian 09 27 Hình 42 Cửa sỗ chỉnh chương trình 27 Hình 43 Hộp thoại Job Entry 28 gfsdsd sd sdsd dsd sd454 4545 4545xfdf def dtrrtrrtrt 454 454 545gd luan van an khoa luan tot nghiep fdfd 454 dhfg fgfgf Hình 44 Mơ thông tin hộp thoại Job Entry Toluen— 30 Hình 45 Địng xuất lượng Gaussian 9.0 - 31 Hình 46 Tọa độ nguyên tử Toluen 31 Hình 47 Điện tích Muỉỉiken ngun tử Toỉuen 32 Hìn/ĩ 48 Địng thơng báo thời gian thực công việc G aussian 32 Hình 49 Anh hưởng sở đến AE phản ứng 40 Hình SO Anh hưởng cửa dị tó đến AE phàn ứng 42 Trang vii fgf fgxx fgfg45 fg fsdf gr fgf gfg fgf rt d gdf gdfg dh dff gdf dfddfg 54545 f df ddf d dfdf df dfd fd dfd ddgdgdd dd d d fdfd 454 dhfg fgfgf SI Ảnh hưởng vị trí nhóm đến AE phản ứng 44 gfsdsd sd sdsd dsd sd454 4545 4545xfdf def dtrrtrrtrt 454 454 545gd luan van an khoa luan tot nghiep fdfd 454 dhfg fgfgf Trang viii fgf fgxx fgfg45 fg fsdf gr fgf gfg fgf rt d gdf gdfg dh dff gdf dfddfg 54545 f df ddf d dfdf df dfd fd dfd ddgdgdd dd d d fdfd 454 dhfg fgfgf ĐÁT VẨN ĐÈ • Các hợp chắt thơm đóng vai trị quan trọng trons smh hóa tất sinh vật sổng Chẳng hạn như, ba axit amin thơm histidine, phenylalanin, tryptophan 20 axit amin cấu tạo nên protein [3] Chai diệp lục, heme có hệ thống tương tự chất thơm Ngồi ra, nucleotit (adenme thymine, cytosine, guanine, uracil) tạo nên chuồi di truyền AD N vả ARN củng hợp chất thơm Như hợp chất thơm có ý nghĩa quan trọng sinh tồn phát triển tất sinh vật Tuy nhiên, nay, khái niệm tính thơm cịn mơ hồ quan sát đo đạc trực tiếp vả việc xác định tính thơm chất hữu vần chưa trọng, quan tâm Cho đen nay, việc xác định tính thơm chi dựa vào quy tắc (4n+2) electron TI Híickel Tuy vậy, có trường hợp ngoại lệ quy tắc Huckel khơng giải thích như: hợp chất chứa nhan thơm hợp kiểu vòng trường hợp hợp chất có n>4 D o đó, không cỏ tiêu chuẩn chấp nhận nhắt chung việc xác định tính thơm Điều đà gây nhiều khó khăn cho việc học tập, nghiên cứu, thống kê ứng dụng hợp chất cỏ tính thơm vào đời sống, sản xuất Một trường hợp gây tranh cãi đáng ý đề thi Cao Đẳng 2010 đa đưa câu hỏi tính thơm cùa ben2ylamin Tuy nhiên, cỏ nhiều ý kiến trái chiều cho benzỵlamin khơng có tính thơm Vì khơng có sở để kết luận xác nên cuối Bộ Giáo Dục Đảo Tạo định không chấm câu hỏi đáp án củâ câu náy Do vậy, yêu cầu đặt cần có phương pháp để đánh giá tính thơm cách có hệ thống có sở khoa học xác để xây dựng liệu, chứng cho việc nghiên cửu, học tập sau ứng dụng chủng vào thực tiền sống Từ chúng tơi đề xuất thực đề tài ỬNG DỤNG HĨA TÍNH TỐN KHẢO SÁT TÍNH THƠM CÙA MỘT SỐ HỢP CHÁT HỮU c THƯỜNG GẶP TRONG HÓA HỌC" gfsdsd sd sdsd dsd sd454 4545 4545xfdf def dtrrtrrtrt 454 454 545gd luan van an khoa luan tot nghiep fdfd 454 dhfg fgfgf 44 Trang ix fgf fgxx fgfg45 fg fsdf gr fgf gfg fgf rt d gdf gdfg dh dff gdf dfddfg 54545 f df ddf d dfdf df dfd fd dfd ddgdgdd dd d d fdfd 454 dhfg fgfgf gfsdsd sd sdsd dsd sd454 4545 4545xfdf def dtrrtrrtrt 454 454 545gd luan van an khoa luan tot nghiep fdfd 454 dhfg fgfgf Trang 48 fgf fgxx fgfg45 fg fsdf gr fgf gfg fgf rt d gdf gdfg dh dff gdf dfddfg 54545 f df ddf d dfdf df dfd fd dfd ddgdgdd dd d d fdfd 454 dhfg fgfgf } I4b c \ NH 15 35,0 32,5 37,0 37,9 34,0 c Ha CH3 V NH 33,8 IH 2 TỌA Đ ộ CỦA CÁC NGUYÊN TỬ TRONG PH  N TỬ toiuen 15 c c c 1.89480900 -0.00021400 0.00081900 1.19729200 1.20806600 0.00081900 -0.19742000 1.20835000 0.00081900 c c H H H H H -0 19783900 1.19729800 2.99441900 1.74748900 -0.74727900 -0.74752800 1.74689200 H H H -2.79244200 -0.00215600 1.00744500 -2.79161900 0.87478700 -0.50385900 -2.79170400 -0.87251200 -0.50766200 c c -0.89525600 -0.00005400 -0.00038000 -1.20800600 -1.20811600 -0.00021900 2.16018200 2.16069000 -2.16053700 -2.16052200 -0.00085900 0.00013700 0.00126900 0.00213400 0.00145300 -0.00181200 -0.00004300 gfsdsd sd sdsd dsd sd454 4545 4545xfdf def dtrrtrrtrt 454 454 545gd luan van an khoa luan tot nghiep fdfd 454 dhfg fgfgf i T ^ L l^k •* J -2.43525600 0.00002200 -0,00117500 , 5-metyliden xiclohexa-l,3-