Nghiên cứu độ bền và khả năng phản ứng của một số hợp chất hữu cơ đơn vòng bằng phương pháp hóa học lượng tử

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - NGUYỄN THỊ HẢI HÕA NGHIÊN CỨU ĐỘ BỀN VÀ KHẢ NĂNG PHẢN ỨNG CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT HỮU CƠ ĐƠN VÕNG BẰNG PHƢƠNG PHÁP HÓA HỌC LƢỢNG TỬ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2013 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - NGUYỄN THỊ HẢI HÕA NGHIÊN CỨU ĐỘ BỀN VÀ KHẢ NĂNG PHẢN ỨNG CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT HỮU CƠ ĐƠN VÕNG BẰNG PHƢƠNG PHÁP HĨA HỌC LƢỢNG TỬ Chun ngành: Hóa lý Hóa lý thuyết Mã số: 604431 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS PHẠM VĂN NHIÊU TS NGUYỄN HỌA MI Hà Nội - Năm 2013 LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin trân trọng cảm ơn Phó giáo sƣ, Tiến sĩ Phạm Văn Nhiêu, ngƣời thầy tận tình hƣớng dẫn, động viên giúp đỡ em trình học tập, nghiên cứu hồn thành luận văn Em xin trân trọng cảm ơn thầy cô giáo Bộ mơn Hóa lý Hóa lý thuyết, thầy khoa Hóa học, trƣờng Đại học Khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội, đặc biệt Tiến sĩ Nguyễn Họa Mi - Cán Trung tâm Ứng dụng Tin học Hóa học, Khoa Hoá học, trƣờng Đại học Khoa học tự nhiên, ngƣời nhiệt tình bảo, tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt trình thực khóa luận Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, đồng nghiệp bạn bè, ngƣời ln bên ủng hộ, khích lệ động viên, giúp em vƣợt qua thử thách suốt q trình học tập thực khóa luận Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 02 tháng 12 năm 2013 Học viên Nguyễn Thị Hải Hòa MỤC LỤC MỞ ĐẦU .1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN .3 1.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT HÓA HỌC LƢỢNG TỬ…………………………… 1.1.1 Phƣơng trình Schrodinger……………………………………………………3 1.1.2 Sự gần Born – Oppenheirmer (Bon-Openhemơ) ………………………4 1.1.3 Phƣơng pháp biến phân…………………………………………………… 1.1.4 Thuyết trƣờng tự hợp Hartree-Fork……………………………………… 1.1.5 Phƣơng trình Roothaan…………………………………………………… 1.2 CƠ SỞ CỦA CÁC PHƢƠNG PHÁP TÍNH GẦN ĐÚNG LƢỢNG TỬ 10 1.2.1 Giới thiệu phƣơng pháp tính gần đúng……………………………….…10 1.2.2 Tƣơng quan electron ……………………………………………… 11 1.2.3 Bộ hàm sở…………………………………………… 12 1.2.4 Phƣơng pháp phiếm hàm mật độ (DFT) ……………………………………15 1.2.5 Phần mềm Gaussian 09 ……………………………………………… .20 1.3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT HÓA HỌC HỮU CƠ……………………………….…22 1.3.1 Hiệu ứng cảm ứng ………………………………………………………….22 1.3.2 Hiệu ứng liên hợp……………………………………………… 23 1.3.3 Hiệu ứng siêu liên hợp: ……………………………………………… 24 1.3.4 Hiệu ứng không gian……………………………………………… .24 1.3.5 Hiệu ứng ortho……………………………………………… 24 1.3.6 Quy luật bán định lƣợng ảnh hƣởng qua lại phân tử - phƣơng trình Hammet……………………………………………… 25 1.3.7 Phản ứng nhân thơm …………………………………………….… 26 CHƢƠNG 2: .28 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28 2.1 ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU …………………………………………….…28 2.1.1 Benzen, toluen dẫn xuất halogen chúng………………………….….28 2.1.2 Phenol dẫn xuất halogen phenol………………………………….….28 2.1.3 Anilin dẫn xuất halogen anilin………………………………………28 2.1.4 Nitrobenzen dẫn xuất halogen nitrobenzen………………………….29 2.1.5 Axit benzoic dẫn xuất halogen axit benzoic…………………………29 2.2 GIỚI THIỆU VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU………………………………………30 2.2.1 Benzen dãy đồng đẳng benzen (Aren) …………………………… 30 2.2.2 Dẫn xuất halogen CxHyXz ( z ³ 1) ……………………………………….…36 2.2.3 Phenol…………………………………………………………………….….37 2.2.4 Anilin……………………………………………………………………… 38 2.2.5 Nitrobenzen 40 2.2.6 Axit benzoic …………………………………… 42 2.3 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU…….………………………………… .44 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 47 3.1 LỰA CHỌN BỘ HÀM VÀ PHƢƠNG PHÁP TÍNH……………………… 47 3.2 KẾT QUẢ TÍNH TỐN…………………………………………………… 48 3.2.1 Quy tắc Huckel tính thơm.………………………………………… .48 3.2.2 Benzen dẫn xuất halogen benzen…………………………….….… 50 3.2.3 Benzen dẫn xuất nhóm loại 1……………………………….… … 51 3.2.4 Benzen dẫn xuất nhóm loại ……………………………….…… 52 3.2.5 Toluen dẫn xuất halogen toluen…… ……………………….…… 53 3.2.6 Phenol dẫn xuất halogen Phenol………………………………… 57 3.2.7 Anilin dẫn xuất halogen Anilin………………………………… 65 3.2.8 Axit benzoic dẫn xuất halogen axit benzoic………………… …….69 3.2.9 Nitrobenzen dẫn xuất halogen Nitrobenzen………………………….73 3.3 TỔNG HỢP KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.………………………………….77 3.3.1 Benzen dẫn xuất halogen benzen…………………………… ….77 3.3.2 Toluen dẫn xuất halogen toluen………………………………….… 79 3.3.3 Phenol dẫn xuất halogen phenol 82 3.3.4 Anilin dẫn xuất halogen Anilin ………………………………… …84 3.3.5 Axit benzoic dẫn xuất halogen Axit benzoic……………………… 86 3.3.6 Nitrobenzen dẫn xuất halogen Nitrobenzen…………………………88 3.3.7 Quy tắc vòng benzen………………………………………………… 90 3.4 MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA ĐỀ TÀI VÀO GIẢNG DẠY HOÁ HỌC Ở TRƢỜNG PHỔ THÔNG 91 3.4.1 Ứng dụng tin học giảng dạy hoá học………………………………….91 3.4.2 Một số dự kiến ứng dụng đề tài…………………………………………92 KẾT LUẬN .93 PHỤ LỤC 98 DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Định hƣớng đồng phân, mức độ định hƣớng khả hoạt hóa nhóm .34 Bảng 3.1 Kết tính lƣợng (Kcal/mol) phần tính với việc lựa chọn hàm phƣơng pháp tính khác phần mềm Gaussian 09W phân tử C6H5COOH 46 Bảng 3.2 Mật độ điện tích Mulliken nguyên tử C benzen dẫn xuất halogen benzen 50 Bảng 3.3 Năng lƣợng phân tử - Mật độ điện tích Mulliken nguyên tử C (C-X), nguyên tử X, độ dài liên kết C-X benzen dẫn xuất halogen benzen 51 Bảng 3.4 Năng lƣợng - Mật độ điện tích Mulliken nguyên tử C benzen dẫn xuất chứa nhóm loại benzen 52 Bảng 3.5 Năng lƣợng - Mật độ điện tích Mulliken nguyên tử C benzen dẫn xuất chứa nhóm loại benzen 53 Bảng 3.6 : Năng lƣợng, Mật độ điện tích Mulliken nguyên tử C, X, độ dài liên kết C-X toluen dẫn xuất Flo toluen .54 Bảng 3.7 : Năng lƣợng, Mật độ điện tích Mulliken nguyên tử C, X, độ dài liên kết C-X toluen dẫn xuất Clo toluen 55 Bảng 3.8 : Năng lƣợng, Mật độ điện tích Mulliken nguyên tử C, X, độ dài liên kết C-X toluen dẫn xuất Brom toluen 56 Bảng 3.9 : Năng lƣợng, Mật độ điện tích Mulliken nguyên tử C, X, độ dài liên kết C-X toluen dẫn xuất iot toluen 57 Bảng 3.10 : Năng lƣợng, Mật độ điện tích Mulliken nguyên tử C liên kết C-X, mật độ điện tích nguyên tử C liên kết C-O, độ dài liên kết C-X, độ dài liên kết C-O phenol phenol có chứa nhóm Flo 57 Bảng 3.11 : Năng lƣợng, Mật độ điện tích Mulliken nguyên tử C liên kết C-X, mật độ điện tích nguyên tử C liên kết C-O, độ dài liên kết C-X, độ dài liên kết C-O phenol phenol có chứa nhóm clo 60 Bảng 3.12 : Năng lƣợng, Mật độ điện tích Mulliken nguyên tử C liên kết C-X, mật độ điện tích nguyên tử C liên kết C-O, độ dài liên kết C-X, độ dài liên kết C-O phenol phenol có chứa nhóm Brom .62 Bảng 3.13 : Năng lƣợng, Mật độ điện tích Mulliken nguyên tử C liên kết C-X, mật độ điện tích nguyên tử C liên kết C-O, độ dài liên kết C-X, độ dài liên kết C-O phenol phenol có chứa nhóm Iot 64 Bảng 3.14 : Năng lƣợng , mật độ điện tích Mulliken nguyên tử C liên kết CX, Mật độ điện tích Mulliken nguyên tử X, độ dài liên kết C – X anilin dẫn xuất Flo anilin 65 Bảng 3.15: Năng lƣợng , Mật độ điện tích Mulliken nguyên tử C liên kết CX, Mật độ điện tích Mulliken nguyên tử X, độ dài liên kết C – X anilin dẫn xuất Clo anilin 66 Bảng 3.16: Năng lƣợng , mật độ điện tích Mulliken nguyên tử C liên kết C-X, mật độ điện tích Mulliken nguyên tử X, độ dài liên kết C – X anilin dẫn xuất Brom anilin 67 Bảng 3.17: Năng lƣợng , mật độ điện tích Mulliken nguyên tử C liên kết C-X, mật độ điện tích Mulliken nguyên tử X, độ dài liên kết C – X anilin dẫn xuất Iot anilin 68 Bảng 3.18: Năng lƣợng, mật độ điện tích Mulliken nguyên tử C COOH, mật độ điện tích Mulliken O liên kết O-H, Mật độ điện tích mulliken C liên kết C-X, độ dài liên kết C-X, O-H axit benzoic axit benzoic có chứa nhóm Flo 69 Bảng 3.19: Năng lƣợng, mật độ điện tích Mulliken nguyên tử C COOH, ật độ điện tích Mulliken O liên kết O-H, mật độ điện tích Mulliken C liên kết C-X, độ dài liên kết C-X, O-H axit benzoic axit benzoic có chứa nhóm Clo 70 Bảng 3.20: Năng lƣợng, mật độ điện tích nguyên tử C COOH, mật độ điện tích Mulliken O liên kết O-H, mật độ điện tích Mulliken C liên kết C- X, độ dài liên kết C-X, O-H axit benzoic axit benzoic có chứa nhóm Brom .71 Bảng 3.21: Năng lƣợng, mật độ điện tích Mulliken nguyên tử C COOH, mật độ điện tích Mulliken O liên kết O-H, mật độ điện tích Mulliken C liên kết C-X, độ dài liên kết C-X, O-H axit benzoic axit benzoic có chứa nhóm Iot .72 Bảng 3.22: Năng lƣợng, mật độ điện tích Mulliken nguyên tử X, mật độ điện tích Mulliken nguyên tử C liên kết C-X, độ dài liên kết C-X Nitrobenzen Nitrobenzen có chứa nhóm Flo 73 Bảng 3.23: Năng lƣợng, mật độ điện tích Mulliken nguyên tử C liên kết C-X, mật độ điện tích Mulliken nguyên tử X, độ dài liên kết C-X Nitrobenzen Nitrobenzen có chứa nhóm Clo 74 Bảng 3.24: Năng lƣợng, mật độ điện tích Mulliken nguyên tử X, mật độ điện tích Mulliken C liên kết C-X, độ dài liên kết C-X Nitrobenzen Nitrobenzen có chứa nhóm Brom 75 Bảng 3.25: Năng lƣợng, mật độ điện tích Mulliken nguyên tử X, Mật độ điện tích Mulliken nguyên tử C liên kết C-X, độ dài liên kết C-X Nitrobenzen Nitrobenzen có chứa nhóm Iot 76 Bảng 3.26 : Năng lƣợng , mật độ điện tích Mulliken nguyên tử C liên kết C-X, mật độ điện tích Mulliken nguyên tử X, độ dài liên kết C – X, toluen……………………………………………………………………….………90 Bảng 3.27 : Năng lƣợng , mật độ điện tích Mulliken nguyên tử C liên kết C-X, mật độ điện tích Mulliken nguyên tử X, độ dài liên kết C – X, phenol dẫn xuất halogen phenol .83 Bảng 3.28 : Năng lƣợng , mật độ điện tích Mulliken nguyên tử C liên kết CX, nguyên tử C liên kết C-N, mật độđiện tích Mulliken nguyên tử X, độ dài liên kết C – X, Anilin dẫn xuất halogen Anilin 85 Bảng 3.29 : Năng lƣợng , mật độ điện tích Mulliken nguyên tử C liên kết C-X, mật độ điện tích Mulliken nguyên tử X, độ dài liên kết C – X, toluene dẫn xuất halogen axit benzoic 87 Bảng 3.30 : Năng lƣợng , mật độ điện tích Mulliken nguyên tử C liên kết C-X, mật độ điện tích Mulliken nguyên tử X, độ dài liên kết C – X, nitrobenzen dẫn xuất halogen nitrobenzen 89 Luận văn thạc sĩ khoa học Nhận xét: - Năng lƣợng phân tử âm giảm dần theo thứ tự: C6H5COOH> F-C6H4COOH > Cl-C6H4COOH > Br-C6H4COOH > I-C6H4COOH Do phân tử bền độ bền tăng dần tử C6H5COOH đến I-C6H4COOH - Mật độ điện tích nguyên tử Cacbon liên kết với halogen dƣơng so với nguyên tử Cacbon tƣơng ứng vị trí phân tử axit benzoic Mật độ điện tích nguyên tử halogen âm dần từ I đến F Nhƣ nhóm halogen làm giảm mật độ điện tích vịng, làm tăng độ phân cực liên kết C-X Tính ion liên kết tăng, liên kết bền Do phản ứng xảy khó khăn - Độ dài liên kết C-X tăng từ I đến F Vì thế, độ bền liên kết C-X giảm dần theo dãy: C-I < C-Br < C – Cl < C-F Do đó, khả tăng dần theo thứ tự: F < Cl < Br < I - Trong phân tử C6H5COOH phân tử axit benzoic chứa nhóm halogen, mật độ điện tích nguyên tử cacbon vị trí m- nhỏ mật độ điện tích nguyên tử cacbon vị trí o- p- Vì tác nhân cation phân tử trung hòa thiếu hụt electron dễ dàng công vào nhân benzen phân tử vị trí m- Những kết luận phù hợp với thực nghiệm Nguyên nhân nhóm – COOH nhóm loại 2, phản hoạt hóa nhân định hƣớng nhóm sau vào vị trí m- Ví dụ: Fe  + Br2  + HBr Nguyễn Thị Hải Hòa 87 Luận văn thạc sĩ khoa học 3.3.6 Nitrobenzen dẫn xuất halogen Nitrobenzen Bảng 3.30 : Năng lượng , mật độ điện tích Mulliken nguyên tử C liên kết C-X, mật độ điện tích Mulliken nguyên tử X, độ dài liên kết C – X, nitrobenzen dẫn xuất halogen nitrobenzen o-IC6H4NO2 p-BrC6H4NO2 m-BrC6H4NO2 o-BrC6H4NO2 p-ClC6H4NO2 m-ClC6H4NO2 o-ClC6H4NO2 p-FC6H4NO2 m-FC6H4NO2 o-FC6H4NO2 -4592668,593 -4592648,710 -1887429,397 -1887429,178 -1887428,999 -562453,395 -562453,012 -562447,909 -336325,271 -336324,811 -336320,423 -274054,329 Năng lƣợng (kcal/mol) -0,451144 -0,484149 -0,451652 -0,052664 -0,083599 -0,074974 0,096101 0,066000 0,065996 0,398584 0,380225 0,400039 o-: 0,117669 m-: -0,143025 p-: -0,112626 Mật độ điện tích C liên kết C – H C - X 0,337927 0,335454 0,406496 0,000253 0,004875 0,040856 -0,048058 -0,100073 -0,072943 -0,287351 -0,273241 -0,286541 o- :0,266299 m-:0,214629 p- :0,216387 Mật độ điện tích H X 2,010792 2,037210 2,079760 1,906959 1,906437 1,906442 1,753481 1,752702 1,746325 1,345304 1,344666 1,342393 1,085224 Độ dài liên kết Co– X (A ) Chất m-IC6H4NO2 -4592669,081 F-C6H4NO2 Cl-C6H4NO2 Br-C6H4NO2 I-C6H4NO2 88 C6H5NO2 p-IC6H4NO2 Nguyễn Thị Hải Hòa Luận văn thạc sĩ khoa học Nhận xét: - Năng lƣợng phân tử âm giảm dần theo thứ tự: C6H5NO2> F-C6H4NO2 > Cl-C6H4NO2> Br-C6H4NO2 > I-C6H4NO2 Do phân tử bền độ bền tăng dần theo thứ tự - Mật độ điện tích nguyên tử Cacbon liên kết với halogen dƣơng so với nguyên tử Cacbon tƣơng ứng vị trí phân tử nitrobenzen Mật độ điện tích nguyên tử halogen âm dần từ I đến F Nhƣ nhóm halogen làm giảm mật độ điện tích vịng, làm tăng độ phân cực liên kết C-X Tính ion liên kết tăng, liên kết bền Do phản ứng xảy khó khăn - Độ dài liên kết C-X tăng từ F đến I Vì thế, độ bền liên kết C-X giảm dần theo dãy: C-I >C-Br > C – Cl > C-F Do đó, khả tăng dần theo thứ tự: F < Cl < Br < I - Trong phân tử C6H5NO2 phân tử nitrobenzen chứa nhóm halogen, mật độ điện tích nguyên tử cacbon vị trí m- nhỏ mật độ điện tích nguyên tử cacbon vị trí o- p- Vì tác nhân cation phân tử trung hòa thiếu hụt electron dễ dàng công vào nhân benzen phân tử vị trí m- Những kết luận phù hợp với thực nghiệm Nguyên nhân nhóm –NO2 nhóm loại 2, phản hoạt hóa nhân định hƣớng nhóm sau vào vị trí m- Ví dụ: Nitrobenzen 3-Bromnitrobenzen Nguyễn Thị Hải Hòa 89 Luận văn thạc sĩ khoa học 3.3.7 Quy tắc vòng benzen Bảng 3.4 Năng lượng - Mật độ điện tích Mulliken nguyên tử C benzen dẫn xuất chứa nhóm loại benzen Chất C6H6 C6H5NH2 C6H5OH C6H5CH3 Năng lƣợng (Kcal/mol)) -145736,4766 -180470,9698 -192934,4570 -170408,2405 Mật độ điện Mật độ điện Độ dài liên tích H kết C-X (Ao) -0,000032 0,128071 1,086977 o-:-0,172708 o-:0,114000 m-:-0,134654 m-:0,124235 p- :-0,138989 p- :0,120019 o- : -0,194577 o- :0,11660 m- : -0,133232 m- :0,13003 p- : -0,135261 p- :0,125777 o- : -0,176124 o-: 0.120295 m- : -0.127518 m-:0.126525 p- : -0.125595 p- : 0.126101 tích C (Ở liên kết C-H) 1,087222 1,08687 1,087897 Năng lƣợng phân tử âm bền theo thứ tự: - C6H5OH < C6H5NH2 < C6H5CH3 < C6H6, - Mật độ nguyên tử C vị trí o- p- âm nhất, ƣu tiên phản ứng xảy vị trí o- p-, điều hợp với lý thuyết nhóm –NH2, -OH, -CH3 nhóm đẩy electron (nhóm loại 1) Nguyễn Thị Hải Hòa 90 Luận văn thạc sĩ khoa học Bảng 3.5 Năng lượng - Mật độ điện tích Mulliken nguyên tử C benzen dẫn xuất chứa nhóm loại benzen Năng lƣợng Chất C6H6 (kcal/mol) -145736,4766 Mật độ điện tích C (C-X) -0,000032 Mật độ điện tích H Độ dài liên kết C-X (Ao) 0,128071 1,086977 0,214629 1,099600 0,163058 1,085230 o- : -0,155425 C6H5COOH -264063,4111 m- :-0,222056 p- : -0,173808 o-: 0,117669 C6H5NO2 -274055,1916 m-: -0,143025 p-: -0,112626 - Năng lƣợng phân tử âm bền theo thứ tự sau lƣợng tăng dần độ bền giảm dần: C6H5NO2 < C6H5COOH < C6H6 - Mật độ nguyên tử C vị trí m- âm nhất, ƣu tiên phản ứng xảy vị trí mêta, điều hợp với lý thuyết nhóm –NO2, -COOH nhóm hút electron (nhóm loại 2) 3.4 MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA ĐỀ TÀI VÀO GIẢNG DẠY HOÁ HỌC Ở TRƢỜNG PHỔ THÔNG 3.4.1 Ứng dụng tin học giảng dạy hố học Cơng nghệ thơng tin (CNTT) động lực quan trọng phát triển, với số ngành công nghệ cao khác làm biến đổi sâu sắc đời sống kinh tế, văn hóa xã hội tồn cầu Ngày nay, CNTT cập nhật vào lĩnh vực đời sống Ngành giáo dục đào tạo hƣớng tới việc ứng dụng tin học sâu rộng giảng dạy nghiên cứu khoa học Nguyễn Thị Hải Hòa 91 Luận văn thạc sĩ khoa học Đối với việc giảng dạy hóa học, việc ứng dụng CNTT mang lại kết hữu ích sau: Là phƣơng tiện để khai thác thông tin, khám phá tri thức hỗ trợ cho việc nghiên cứu, giảng dạy học tập Phục vụ tốt cho nhiệm vụ đổi phƣơng pháp dạy học trƣờng phổ thông – mục tiêu đƣợc triển khai rộng rãi toàn ngành giáo dục Thiết kế đƣợc giảng sinh động, hấp dẫn ngƣời học nhằm nâng cao chất lƣợng dạy học Là công cụ đắc lực để giải tốn khó, thí nghiệm khơng thể thực nhà trƣờng 3.4.2 Một số dự kiến ứng dụng đề tài Trang bị cho học sinh sở lý thuyết hóa học cần thiết trƣớc vào tìm hiểu hợp chất hữu Đƣa số phần mềm tính HHLT vào lớp chuyên, trƣờng điểm bậc phổ thông Giáo viên hƣớng dẫn học sinh sử dụng phần mềm giúp em hiểu đƣợc cấu trúc hình học phân tử, có số liệu cụ thể để đánh giá chiều hƣớng phản ứng, khẳng định chế phản ứng…giúp học sinh có hứng thú với mơn học Dựa vào phần mềm tính HHLT để xây dựng mơ hình phân tử, tối ƣu hóa cấu trúc, sở tạo giáo cụ trực quan hữu hiệu, giúp học sinh có nhìn thật hợp chất Sử dụng kết tính HHLT nhƣ: mật độ điện tích, lƣợng giảng dạy bậc phổ thong, góp phần đổi phƣơng pháp dạy học theo hƣớng : “ dạy chất, quy luật có định lƣợng ” Nguyễn Thị Hải Hòa 92 Luận văn thạc sĩ khoa học KẾT LUẬN Chúng sử dụng phƣơng pháp DFT(B3LYP) với hàm sở 6-31G để tính thơng số lƣợng tử (năng lƣợng phân tử, mật độ điện tích nguyên tử Cacbon, nguyên tử halogen, độ dài liên kết C-X (X: nguyên tử halogen) khoảng 60 chất Kết cho thấy: Tất phân tử có lƣợng âm, phân tử bền Trong phân tử có chứa nhóm loại (-OH, -NH2, halogen) mật độ electron nguyên tử Cacbon vị trí o- p- cao vị trí m- Các hạt mang điện dƣơng (NO2+, Br+ ) hƣớng vào phản ứng Kết hoàn toàn phù hợp với thực nghiệm Các phân tử có chứa nhóm loại (-COOH, -NO2, ) có mật độ electron nguyên tử Cacbon vị trí m- cao vị trí o- p- Các hạt mang điện dƣơng (NO2+, Br+ ) hƣớng vào vị trí m- để phản ứng Kết hoàn toàn phù hợp với thực nghiệm Trong dẫn xuất halogen, lƣợng mật độ điện tích dẫn đến khả phản ứng nêu trên, độ dài liên kết tăng theo dãy: C-F < C-Cl < C-Br< C-I Khả phản ứng tăng dần, liên kết dài dễ đứt Kết tính tốn lƣợng hợp chất đơn vòng cho thấy, hệ electron π mạch vòng với (4N+2) electron π (N=0,1,2, ) hệ bền, electron π đƣợc phân bố MO tạo liên kết, làm cho lƣợng phân tử nhỏ (rất âm) Kết tính tốn hồn tồn phù hợp với quy tắc Huckel tính thơm Nguyễn Thị Hải Hịa 93 Luận văn thạc sĩ khoa học TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Thị Lan Anh (2011), Luận văn thạc sĩ khoa học hóa học, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN Nguyễn Đình Huề, Nguyễn Đức Chuy (1986), Thuyết lượng tử nguyên tử phân tử, Tập I, Nhà xuất Giáo dục Nguyễn Đình Huề, Nguyễn Đức Chuy (1986), Thuyết lượng tử nguyên tử phân tử, Tập II, Nhà xuất Giáo dục Trần Thành Huế (2000), Hóa học đại cương, Tập I; Nhà xuất Giáo dục Trần Thành Huế; Bài giảng dành cho học viên Cao học; Trƣờng ĐHSP Hà Nội, 2002 Lê Thị Thu Hƣơng, Nguyễn Thị Minh Huệ, Trần Thành Huế; Khảo sát số khả xảy phản ứng CH2 + N2O phương pháp hố học lượng tử; Tuyển tập báo cáo tồn hội nghị đề tài nghiên cứu đề tài khoa học lĩnh vực Hoá lý Hóa lý thuyết, Hà Nội 1/2002 Nguyễn Thị Bích Loan; Luận văn thạc sĩ khoa học hóa học; trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội, 2003 Nguyễn Hà My (2013), Luận văn thạc sĩ khoa học hóa học, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN Hồng Nhâm (1994), Hóa học vơ cơ, Tập II, Nhà xuất Giáo dục 10.Đỗ Đình Rãng, Đặng Đình Bạch, Lê Thị Anh Đào, Nguyễn Mạnh Hà, Nguyễn Thị Thanh Phong (2006), Hóa học hữu 1, NXB Giáo dục 11.Đỗ Đình Rãng, Đặng Đình Bạch, Lê Thị Anh Đào, Nguyễn Mạnh Hà, Nguyễn Thị Thanh Phong (2006), Hóa học hữu 2, NXB Giáo dục Nguyễn Thị Hải Hòa 94 Luận văn thạc sĩ khoa học 12.Đỗ Đình Rãng, Đặng Đình Bạch, Lê Thị Anh Đào, Nguyễn Mạnh Hà, Nguyễn Thị Thanh Phong (2006), Hóa học hữu 3, NXB Giáo dục 13 Phan Tống Sơn, Trần Quốc Sơn, Đặng Nhƣ Tại (1976), Cơ sở Hóa học hữu cơ, tập I, Nhà xuất Đại học trung học chuyên nghiệp, Hà Nội 14 Phan Tống Sơn, Trần Quốc Sơn, Đặng Nhƣ Tại (1980), Cơ sở Hóa học hữu cơ, Tập II, Nhà xuất Đại học trung học chuyên nghiệp, Hà Nội 15.Trần Quốc Sơn (1989), Giáo trình sở lý thuyết Hóa học hữu cơ, Nhà xuất giáo dục 16.Trần Quốc Sơn (1979),Cơ sở lý thuyết hóa hữu cơ, Tập I, Nhà xuất giáo dục 17.Trần Quốc Sơn, Đặng Văn Liễu (1999),Cơ sở hóa hữu cơ, Tập I, Nhà xuất giáo dục 18.Lâm Ngọc Thiềm - Trần Hiệp Hải - Nguyễn Thị Thu (2003), Bài tập hóa lý sở; Nhà xuất khoa học kỹ thuật 19 Lâm Ngọc Thiềm, Phạm Văn Nhiêu, Lê Kim Long (2008), Cơ sở hóa học lượng tử, NXB Khoa học Kĩ thuật 20.Nguyễn Minh Thảo, Phạm Văn Phong; xác định cấu thành Ơgienyl axetat sản phẩm chuyển vị Fries phương pháp tính Hố lượng tử; Tạp chí Hố học, số năm 2002 21.Nguyễn Thị Thảo, Phạm Văn Phong; Xác định cấu thành Xeton ,- không no (từ o-axetylơgienol fomylindol) sản phẩm chuyển hoá phương pháp Hố học lượng tử;Tạp chí Hoá học, số năm 2002 22.Nguyễn Trọng Thọ (2002), ứng dụng tin học giảng dạy hóa học, Nhà xuất giáo dục Nguyễn Thị Hải Hòa 95 Luận văn thạc sĩ khoa học 23.Đào Đình Thức (1980), Cấu tạo nguyên tử liên kết hóa học, NXB ĐH THCN 24.Thái Dỗn Tĩnh (2002), Giáo trình sở lý thuyết hóa hữu cơ, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật 25.Thái Dỗn Tĩnh (2001), Cơ sở hóa học hữu cơ, Tập I, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật 26.Thái Dỗn Tĩnh (2003), Cơ sở hóa học hữu cơ,Tập II, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật 27.Đặng Ứng Vận (2001), Phương pháp Hóa tin lượng tử nghiên cứu phản ứng hóa học, Hà Nội 28 Đặng Ứng Vận (1998), Tin học ứng dụng hóa học, NXB Giáo dục Tiếng Anh 29.Foresman J.B Frisek E (1993), Exploring Chemistry with electronic structure methods, second edition, Gaussian, Inc Pitburgh, PA 30 Ramachandran K.I., Deepa G., Namboori K (2008) Computational chemistry and molecular modeling: principle and application, SringerVerlag Berlin Heidelberg 31 Pople J A Beveridge D L (1970) Approximate Molecular Orbital Theory, Mc Graw Hill book company 32 Levine I N (2000) Quantum chemistry (1th Edition) Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey 07458 33 Jensen F (2007) Introduction Computationnal Chemistry, Second edition, John Willey & Sons Ltd Nguyễn Thị Hải Hòa 96 Luận văn thạc sĩ khoa học 34 Lewars E G (2003) Computationnal Chemistry introduction to the theory and applications of the molecular and quantum mechanics, second printing (2004) Trang Web Phƣơng pháp trƣờng tự hợp Hatree – Fock áp dụng cho hệ nhiều điện tử: www.voer.edu.vn http://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=107-92-6 http://www.hoahocngaynay.com/vi/nghien-cuu-giang-day/hoa-hoc-nha-truong http://thiendongduc.violet.vn/present/same/entry_id/587904 http://giaoan.violet.vn/present/show?entry_id=3105849 http://vi.wikipedia.org/wiki/Anilin http://www.moon.vn/baigiang/LyThuyet.aspx?ChuyenDe http://daitudien.net/hoa-hoc/hoa-hoc-ve-nitrobenzen.html http://en.wikipedia.org/wiki/Nitrobenzene Nguyễn Thị Hải Hòa 97 Luận văn thạc sĩ khoa học PHỤ LỤC C6H6 SCF Done: E(RB3LYP) = -232.248254780 A.U after 11 cycles Mulliken atomic charges: 1 C -0.128573 C -0.128594 C -0.128638 C -0.128632 C -0.128586 C -0.128580 H 0.128604 H 0.128601 H 0.128596 10 H 0.128599 11 H 0.128602 12 H 0.128602 Sum of Mulliken atomic charges = 0.00000 C6H5CH3 SCF Done: E(RB3LYP) = -271.565618768 Mulliken atomic charges: 1 C -0.529292 C 0.176937 C -0.177090 C -0.180950 C -0.127241 C -0.126057 C -0.133019 Nguyễn Thị Hải Hòa 98 A.U after 14 cycles Luận văn thạc sĩ khoa học H 0.164451 H 0.154616 10 H 0.158086 11 H 0.120073 12 H 0.120092 13 H 0.126704 14 H 0.126588 15 H 0.126102 C6H5OH SCF Done: E(RB3LYP) = -307.463800168 A.U after 14 cycles Mulliken atomic charges: 1 O -0.642672 C 0.350014 C -0.158285 C -0.194577 C -0.134277 C -0.133232 C -0.135261 H 0.406330 H 0.138787 10 H 0.116600 11 H 0.130766 12 H 0.130030 13 H 0.125777 Sum of Mulliken atomic charges = 0.00000 C6H5NH2 SCF Done: E(RB3LYP) = -287.601764178 Mulliken atomic charges: Nguyễn Thị Hải Hòa 99 A.U after 13 cycles Luận văn thạc sĩ khoa học 1 C -0.134654 C -0.172708 C -0.138989 H 0.124235 C 0.307961 H 0.114000 C -0.172843 N -0.786850 C -0.134596 10 H 0.113993 11 H 0.124221 12 H 0.120019 13 H 0.318107 14 H 0.318104 Sum of Mulliken atomic charges = 0.00000 C6H5COOH SCF Done: E(RB3LYP) = -420.816173228 Mulliken atomic charges: Mulliken atomic charges: 1 C -0.173808 C -0.222056 C -0.155425 C -0.150771 C -0.156144 C -0.223447 H 0.216387 Nguyễn Thị Hải Hòa 100 A.U after 15 cycles Luận văn thạc sĩ khoa học H 0.214629 H 0.266299 10 H 0.257360 11 H 0.215603 12 C 0.783047 13 O -0.576071 14 O -0.743278 15 H 0.447675 Sum of Mulliken atomic charges = 0.00000 C6H5NO2 SCF Done: E(RB3LYP) = -436.741999571 Mulliken atomic charges: 1 O -0.367217 N 0.350161 O -0.367212 C 0.248039 C -0.117623 C -0.117669 C -0.143051 C -0.112626 C -0.143025 10 H 0.163039 11 H 0.163058 12 H 0.149570 13 H 0.144993 14 H 0.149563 Sum of Mulliken atomic charges = 0.00000 Nguyễn Thị Hải Hòa 101 A.U after 15 cycles