Khảo sát một số tính chất hoá lí và cấu trúc của dãy dẫn suất axit meta benzoic bằng phương pháp tính gần đúng lượng tử

Khoá luận tốt nghiệp Đại học Mục lục Mở đầu PhÇn 1: Tỉng quan 1.1 Các phơng pháp hoá lợng tử 1.2 Cơ sở lý thuyết lợng tử 1.2.1 Phơng trình Schroedinger .3 1.2.2 Lý thuyÕt trêng tù hỵp Hartree – Fock (Hartree – Fock SCF) 1.2.2.1 Sù gÇn ®óng Hartree – Fock 1.2.2.2 Cách giải phơng trình Hartree Fock 1.2.3 Phơng trình Roothan 1.3 Giới thiệu phơng pháp tính gần 11 1.3.1 Phơng pháp Ab initio .12 1.3.2 Các phơng ph¸p b¸n kinh nghiƯm 12 1.3.2.1 Phơng pháp AM1 (Austin Model 1) 13 1.3.2.2 Phơng pháp PM3 (Parametric Model 3) .13 1.3.2.3 Phơng pháp ZINDO (Zerners INDO) 14 1.4 Đối tợng nghiên cứu đề tài 15 1.4.1 Đặc điểm cấu trúc hợp chất khảo sát 16 1.4.1.1.Vòng benzen vị trí meta .16 1.4.1.2 Nhãm cacboxyl vµ sù chuyển electron mạch liên hợp 19 PhÇn 2: Thùc nghiƯm xử lý kết 20 2.1 Giới thiệu phần mềm Hyperchem phiên 6.5 20 2.2 Lựa chọn phơng pháp khảo sát .22 2.2.1 Chọn phơng pháp tèi u h×nh häc 22 2.2.2 Chọn phơng pháp tính 25 Chuyên ngành Hoá vô Khoá luận tốt nghiệp Đại học 2.3 Các bớc tiến hành 26 2.4 ¶nh hëng nhóm lên tính chất lợng tử ph©n tư 27 2.4.1 ảnh hởng nhóm lên lợng 27 2.4.2 ảnh hởng nhóm lên độ dài liên kết 29 2.4.3 ¶nh hëng cđa nhãm thÕ lªn momen lìng cùc .31 2.4.4 ảnh hởng nhóm lên điện tích nguyên tử 33 2.4.5 ảnh hởng nhóm lên dao động phân tử .35 Phần 3: Kết luËn chung 37 Chuyên ngành Hoá vô Khoá luận tốt nghiệp Đại học Mở đầu Nếu trớc ngời ta quan niệm hoá học lợng tử phơng pháp trang trí xa vời thực tế ngày đà trở thành ngời bạn đồng hành hầu hết trình thực nghiệm hoá học Để ghi nhận đóng góp hoá lợng tử giải thởng Nobel năm 1998 hoá học đà dành cho hai tác giả J.Pople W.Koln Việc áp dụng phơng pháp lợng tử vào việc nghiên cứu cấu trúc tÝnh chÊt cđa c¸c chÊt cã ý nghÜa rÊt lín lý thuyết lẫn thực tiễn Những năm gần đây, từ năm đầu thập kỷ cuối cïng cđa thÕ kû XX, cïng víi sù ph¸t triĨn nhanh tin học đà làm cho khả ứng dụng hoá học lợng tử trở nên phổ cập, làm hoàn thiện thêm phơng pháp tính toán cho phép giải toán lợng tử lớn mở nhiều triển vọng cho lĩnh vực hoá lợng tử nghiên cứu cấu trúc phân tử Bằng phơng pháp lợng tử gần đúng, ngời ta đà xác định tơng đối xác tham số cấu trúc, mật độ elctron, bậc liên kết, độ dài liên kết góc vặn, số hoá trị tự do, mô men lỡng cực tham số nhiệt động động học H, S, số tốc độ phản ứng đại lợng khác liên quan đến phổ nh tần số dao động đặc trng, độ chuyển dịch hoá học Ngoài cho phép dự đoán tính chất phân tử Các hợp chất dÃy axit m X – C6H4 – COOH cã nhiỊu øng dơng đời sống công nghiệp Vì chọn hợp chất làm đối tợng nghiên cứu để vừa ứng dụng đợc phơng pháp lợng tử vừa khảo sát số tính chất hoá lý vµ cÊu tróc cđa chóng NhiƯm vơ chÝnh cđa chóng luận văn sử dụng phơng pháp lợng tử gần để khảo sát đối tợng nghiên cứu nhằm giải vấn đề sau: Chuyên ngành Hoá vô Khoá luận tốt nghiệp Đại học - Xác định thông số lợng tử phơng pháp gần khác - Trên sở kết thu đợc có so sánh với liệu thực nghiệm, xem xét mối tơng quan cấu trúc tính chất phân tử Đa nhận xét ảnh hởng nhóm đến tính chất Chuyên ngành Hoá vô Khoá luận tốt nghiệp Đại học phần i: tổng quan 1.1 Các phơng pháp hoá lợng tử: Trong hoá học lợng tử kết việc giải phơng trình Schroerdinger cho ta thông tin lợng tử cần thiết Nhng việc giải vấn đề khó khăn tính phức tạp hệ nhiều electron Vì mà ngời ta phải sử dụng phơng pháp gần dựa tảng vật lý toán học Phơng pháp VB (Valence Bond theory) hai phơng pháp gần đợc xây dựng hai nhà bác học W.Heiter F.London đợc phát triển Pauling Phơng pháp áp dụng có hiệu hệ đơn giản: H2, He, H2+ Vì để khắc phục khó khăn mà Hund, Muliken, Huckel, Hergberg, Lennard, John, Coulson đà sáng lập phơng pháp MO (Molecular orbital theory) Sự đời phơng pháp làm tảng t tởng để xây dựng phơng pháp lợng tử gần khác Trong phơng pháp MO ngời ta chia thành phơng pháp không kinh nghiệm (phơng pháp ab initio) phơng pháp bán thực nghiệm: Trong phần trình bày sở lý thuyết lợng tử nội dung phơng pháp 1.2 Cơ sở lý thuyết lợng tử: 1.2.1 Phơng trình Schroedinger: Hàm sóng (q,t) mô tả trạng thái hệ lợng tử biến đổi theo thời gian Nên ta có phơng trình Schroedinger tổng quát sau: i ∂ Ψ ˆ = HΨ ∂ t (1-1) Trong ®ã: H = H (p, q,t) - ψ gäi lµ hàm sóng Phơng trình chứa , t biết dạng cụ thể H trị thời điểm đầu, cho phép xác định thời gian tiếp, theo nguyên lý nhân Chuyên ngành Hoá vô Khoá luận tốt nghiệp Đại học Nghiệm cđa nã cã thĨ ë d¹ng ψ1, ψ2 cịng cã thể dạng tổ hợp chung (nguyên lý chồng) = C11+ C22 + + Cnn (1-2) Để giảm bớt khó khăn việc giải phơng trình (1-1) tÝnh nhiỊu electron cđa hƯ ngêi ta ®· ®a quan điểm lý thuyết gần áp đặt lên hệ Khi xét hệ lợng tử kín chuyển động trờng không đổi toán tử Hamilton hệ không chứa thời gian Khi ta có: ψ (q,t) = ψ (q) T(t) (1-3) ψ (q): Hµm sóng phụ thuộc vào không gian T(t): Hàm sóng phụ thuộc vào thời gian Do phơng trình Schroedinger trở thành: H(q) = E(q) (1-4) gọi hàm sóng trạng thái dừng tơng ứng với lợng E lợng trạng thái dừng Xét phơng trình toán tử Hamilton hệ gồm N hạt nhân n electron có dạng: N N 1 n ∇2 − ∑∇i2 − ∑ s i =1 s =1 M s s =i H total = −∑ n n N Zs Z Z +∑ +∑ s t ∑ r i < j r s