Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số tham số lượng tử đến tính axit của dãy Benzoic thế

Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số tham số lượng tử đến tính axit của dãy Benzoic thế.

k CấU TRúC LUậN VĂNChương 1. Tổng quanChương 2. Đối tượng và phương pháp nghiên cứuChương 3. Kết quả và thảo luậnKết luậnMở đầu i. lí do chọn đề tài Trong húa hc ph thụng cú nhiu khỏi nim tru tng ca lớ thuyt v cu to cht v quy tc phn ng m hc sinh phi hc tp mt cỏch cng ộp, cụng nhn, nht l trong húa hc hu c nh quy tc cng Maccopnhicop, quy tc tỏch Zaixep, quy lut th vo nhõn benzen khi cú sn nhúm th . Vic s dng cỏc phng phỏp tớnh húa lng t kho sỏt, kim chng mt cỏch nh lng quy tc trờn ó v ang c nhiu giỏo viờn húa hc quan tõm nh: Lun ỏn tin s khoa hc Húa hc trng HSPHN ca Phan Quang Thỏi (1996), Nghiờn cu cu trỳc phõn t ca mt s hp cht hu c cú cha d t v mt s tớnh cht húa lớ ca chỳng bng phng phỏp húa hc lng t; Chu Nht H (2009), S dng AM1 kim chng tớnh axit ca cỏc axit benzoic th vi mt s nhúm th v trớ para v meta, Phỏt trin tip hng nghiờn cu ú chỳng tụi tin hnh: Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số tham số lượng tử đến tính axit của dãy benzoic thế II. Mục đích nghiên cứu S bin i tớnh cht axit bazo ca cỏc hp cht hu c thng c d oỏn mt cỏch nh tớnh bng cỏc hiu ng electron, hiu ng khụng gian hoc trong mt s trng hp thỡ cú th nh hng bỏn thc nghim bng phng trỡnh Hammet thụng qua cỏc thụng s v hng s Hammet Th nhng i vi cỏc cht axit hoc bazo thm khi cú nhúm th v trớ octo thỡ do nh hng ca hiu ng octo, (l t hp ca nhiu yu t nh hiu ng khụng gian loi 1, hiu ng khụng gian loi 2, hiu ng cm ng, hiu ng trng, liờn kt hidro ni phõn t) phng trỡnh Hammet khụng ỏp dng c, nờn vic d oỏn trc s bin i tớnh cht axit bazo ca chỳng gp khú khn. Nh vy, cho n nay vn cha cú mt phng trỡnh nh lng no v hiu ng octo ny. ú cng l mt nguyờn nhõn thỳc gic chỳng tụi thc hin lun vn ny vi mc ớch chớnh l: xõy dng cỏc phng trỡnh nh lng bỏn kinh nghim xỏc nh pKa ca cỏc axit benzoic cha cỏc nhúm th khỏc nhau cỏv v trớ octo, meta, para da vo cu trỳc lp th v mt s tớnh cht lng t phõn t khỏc., , .+ Iii. NhiÖm vô nghiªn cøuÁp dụng phương pháp lượng tử gần đúng để khảo sát đối tượng nghiên cứu, chúng tôi sẽ giải quyết các vấn đề sau: Tiến hành nghiên cứu một số tham số lượng tử của một số chất thuộc dãy benzoic thế bằng phần mềm Gaussian. Khảo sát ảnh hưởng của các tham số lượng tử tới tính axit của dãy này Sử dụng phần mềm phân tích dữ liệu (data analysis) có trong Microsoft Exel, nhằm xây dựng phương trình bán thực nghiệm để tính pKa cho các phân tử thuộc dãy benzoic thế dựa trực tiếp vào các tham số lượng tử tính được. Tính toán lí thuyết pKa của một số chất khác trong dãy benzoic thế mà chưa có số liệu thực nghiệm, nhất là đối với các chất thuộc dãy octo mà phương trình Hammet không nghiệm đúng. CHƯƠNG 1: TỔNG QUANHóa học lượng tử tìm cách giải phương trình Schrodinger ở trạng thái dừng:Trên thực tế phương trình Schrodinger đối với hệ nhiều hạt rất phức tạp, không thể giải được một cách chính xác mà phải sử dụng các phương pháp gần đúng.Các phương pháp tính gần đúng hiện nay bao gồm các phương pháp tính không kinh nghiệm Ab initio (tính toán các tham số trên mô hình ước lượng) và các phương pháp bán kinh nghiệm sử dụng các tham số thực nghiệm: CNDO, NĐO, AM1, PM3, MINDO, ZINDO,…^i i iH Eψ = ψ CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨUI. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨUĐối tượng nghiên cứu của luận văn này là nghiên cứu cấu trúc lập thể của 80 chất thuộc dãy các axit benzoic có chứa nhóm thế ở vị trí octo, meta, para có dạng tổng quát như sau:X là các nhóm thế.Các nhóm thế X nghiên cứu được trình bày ở bảng sau: - CF3- NH2- OH- NO2- COOC2H5- C6H5- CN- COOCH3- C(CH3)3- I- COOH- C4H9- Br- OC6H5- CH(CH3)2- Cl- OC4H9- C3H7- F- OC3H7- C2H5- N(CH3)2- OC2H5- CH3- NHCH3- OCH3- H II.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨUDo hệ chất nghiên cứu gồm nhiều phân tử, các phân tử lại chứa nhiều nguyên tử, nhiều electron nên sẽ thích hợp với phương pháp bán kinh nghiệm. Chúng tôi đã tiến hành tính toán lý thuyết với các phân tử nêu trên bằng phần mềm Gaussian 03 với sự hỗ trợ của phần mềm GaussView 3.09 trong việc xây dựng cấu trúc các phân tử trước khi đưa vào phần mềm Gaussian 03 để tính toán. Để nghiên cứu tính axit của các axit benzoic thế, ngoài việc xác định các tính chất lượng tử của phân tử như:-Sự phân bố điện tích - Moomen lưỡng cực-Năng lượng toàn phần - Năng lượng chuyển dời elCòn xác định những thông tin về cấu trúc phân tử như:- Độ dài liên kết - Góc liên kết - Góc vặn [...]... thng Do vy mụ hỡnh hi quy ny tng i phự hp cho quan h cu trỳc tớnh axit ca dóy axit benzoic cú nhúm th v trớ octo - Theo bng 8 ta thy: khụng phi mi nhúm th v trớ octo u lm gim hay tng tớnh axit ca axit benzoic Khi nhúm th cng knh v cú hiu ng +I ln thỡ s lm gim tớnh axit ca axit benzoic Do hiu ng khụng gian lm cn tr kh nng nhng proton ca axit nh cỏc nhúm th cú khụng gian tng i ln nh nhúm C3H7-, C4H9-,... liờn kt hidro ni phõn t m lm cho tớnh axit ca cỏc hp cht trong dóy axit benzoic cú nhúm v trớ octo bin i tng i phc tp 3.5 Cỏc phõn t benzoic cha nhúm th v trớ meta v para Tin hnh hon ton tng t nh dóy axit benzoic cú nhúm th v trớ octo, vi dóy axit benzoic cú cha nhúm th cỏc v trớ meta v para, chỳng tụi thu c cỏc kt qu sau 1 Phng trỡnh hi quy tớnh pKa ca dóy axit benzoic cú nhúm th v trớ meta theo... cỏc yu t nh hng n tớnh axit ca cỏc axit benzoic th Thiờt lõp phng trinh hụi quy tuyờn tinh mụ ta s phu thuục cua tinh axit (pKa) vao cac chi sụ ma hoa cõu truc phõn t va cac tinh chõt lng t cua phõn t CHNG 3: KT QU V THO LUN 3.1 Kho sỏt cu trỳc phõn t axit benzoic Hỡnh 1: Phõn t benzoic sau khi chy mụ phng ng lc hc bng Gaussian Theo Hỡnh 1 ta thy tt c cỏc nguyờn t ca phõn t axit benzoic u nm trờn cựng... tớnh cỏc giỏ tr pKa ca mt s axit benzoic cú cha nhúm th trong h nghiờn cu 2 Phng trỡnh hi quy tớnh pKa ca dóy axit benzoic cú nhúm th v trớ para theo cỏc tớnh cht lng t (4) Nhỡn vỏo phng trỡnh hi quy ta cú th ỏnh giỏ nh lng s tng quan gia cỏc tớnh cht lng t vi pKa nh sau: h s hi quy ca qO2 ,qH, dOH, dCC, dCO1, dCO2, l rt ln nờn cú th suy ra tớnh axit ca cỏc phõn t axit benzoic cú nhúm th v trớ para... rờt ờn tinh axit cua cac axit benzoic thờ Di anh hng cua cac hiờu ng nhom thờ thng lam thay ụi cac thụng sụ cõu truc nh khoang cach gia cac nguyờn t, iờn tich cua cac nguyờn t c biờt la cac nguyờn t gõn nguyờn t C cua nhom thờ COOH Ma tinh axit lai phu thuục chu yờu vao cac thụng sụ trờn nờn tinh axit se thay ụi theo 4 a xõy dng c 3 phng trỡnh kinh nghiờm biờu diờn mụi quan hờ gia hng sụ axit ( thờ... ra, trong axit benzoic cỏc nguyờn t O1 v C6 cú mt s lai húa tng hũa gia sp3 v sp2 3.2 Kho sỏt cu trỳc anion benzoat Hỡnh 2: Anion benzoat Sau khi tớnh toỏn bng phn mm Gaussian, ta thu c mụ hỡnh biu din anion benzoat nh hỡnh 2 Qua ú chỳng tụi xỏc nh c tng nng lng ca ion, t ú ly tng nng lng ca phõn t axit benzoic tr i tng nng lng ca ion ta s thu c nng lng ion húa Nu nng lng ion húa nh thỡ tớnh axit s ln,... cỏc thụng s lng t v tớnh axit xõy dng phng trỡnh hi quy tỡm hng s axit hay pKa ca cỏc benzoic th, trc ht chỳng tụi d oỏn cỏc yu t nh hng v xỏc nh chỳng bng phn mm Gaussian 03 vi s h tr ca phn mm GaussView nh trờn Bc th hai chỳng tụi s tin hnh phõn tớch tng quan vi mc ớch l kho sỏt khuynh hng v mc ca s nh hng ca cỏc yu t ú vi tớnh axit, th hin qua pKa (pKa cng nh thỡ tớnh axit cng ln v ngc li) S phõn... l 0,2427 (100R2 : l % ca bin i trờn pKa c gii thớch bi cỏc nhõn t tỏc ng ang xột) p dng phng trỡnh (1) ta tớnh c pKa ca mt s axit benzoic cha nhúm th v trớ octo trong h nghiờn cu v kt qu thu c c trỡnh by trờn bng 8 Bng 7: Cỏc yu t nh hng chớnh n tớnh axit ca cỏc phõn t axit benzoic cha nhúm th v Cn c vo cỏc h s tng quan, chỳng tụi s chn ra cỏc yu t tng quan nht vi pKa lp phng trỡnh hi quy vi mc... tỏc ng ang xột) p dng phng trỡnh (1) ta tớnh c pKa ca mt s axit benzoic cha nhúm th v trớ octo trong h nghiờn cu v kt qu thu c c trỡnh by trờn bng 8 Bng 8: Giỏ tr pKa ca mt s axit benzoic cú cha nhúm th v trớ octo (X C6H4 COOH ) S tuyn tớnh ca phng trỡnh hi quy (1) cú th c trỡnh by trờn biu (Hỡnh 4) Dóy octo 5.5 Nhn xột: pKa(LT) Tớnh axit cng ln thỡ liờn kt O H cng phõn cc tc c th hin qua chờnh... hp v phn ỏnh tng i tt mi quan h cu trỳc tớnh axit ca dóy axit benzoic cú cỏc nhúm th v trớ meta v para 7.5 KấT LUN Sau mụt thi gian nghiờn cu ờ thc hiờn luõn vn nay, chung tụi ó thu c cac kờt qua chinh nh sau: 1 Hoc tõp c vờ c s húa hc lng t, c s húa hc hu c va cac phng phỏp tinh lng t trong húa hc 2 Tiờn hanh xac inh cõu truc cua hn 100 ion va phõn t axit bezoic vi cac nhom thờ khac nhau, cac vi . pháp lượng tử gần đúng để khảo sát đối tượng nghiên cứu, chúng tôi sẽ giải quyết các vấn đề sau: Tiến hành nghiên cứu một số tham số lượng tử của một số. Gaussian 03 để tính toán. Để nghiên cứu tính axit của các axit benzoic thế, ngoài việc xác định các tính chất lượng tử của phân tử như: -Sự phân bố điện