Квантово-химические расчеты органических молекул - ustu012
.pdf
4.Согласно данным зарядового распределения в моно-замещенных бензолах определить класс заместителя. Ориентантом какого рода он является?
5.По принципу согласованной ориентации определить места последующей электрофильной атаки. Согласуются ли данные расчетов (в частности выводы сделанные на основании зарядового распределения ) с теоретически предсказанными предположениями?
21
Практическая работа №5 «Изучение механизма электроциклических процессов
на примере 1,3-бутадиена. Конротаторный и дисротаторный тип электроциклизации»
Цель работы. Используя данные квантово-химических расчетов ( вид уравнений, описывающих ВЗМО и НСМО) изучить возможность двух типов электроциклизации 1,3-бутадиена.
Вопросы к допуску.
1.В чем суть приближения МО ЛКАО?
2.Какой класс реакций был назван перициклическими реакциями? Какие типы перициклических реакций вы знаете?
3.Нарисуйте четыре вида молекулярных орбит 1,3- бутадиена в виде. Расположите их в ряд по возрастанию энергии. Укажите, какая из предложенных вами молекулярных орбиталей является ВЗМО, а какая НСМО?
4.Какие два возможных механизма циклизации бутадиена были предложены ранее? В каких случаях они реализуются и почему? Доказать с использованием орбитальных диаграмм.
Ход работы.
1.Оптимизируйте s-цис-конформацию 1,3-бутадиена в рамках полуэмпирических методов (метод оптимизации указывается преподавателем). При этом следует использовать дополнительные ключевые слова BONDS VECTORS, которые позволяют запускать расчет собственных векторов.
2.Используя данные Z-матрицы в выходном файле пронумеровать атомы в молекуле. Отобразить схематически нумерацию атомов.
22
3.Из данных *.out файла определить, сколько электронов присутствует в молекуле и какое число дважды занятых слоев содержится в системе.
4.Определить номера ВЗМО и НСМО и их энергии согласно следующим данным:
23
5.Определить и выписать энергии ВЗМО и НСМО. По разнице энергий ВЗМО и НСМО определить, какое количество энергии требуется для того, чтобы перевести молекулу 1,3-бутадиена из основного невозбужденного состояния в первое возбужденное?
6.По собственным значениям собственных векторов определить знаки лопастей р-орбиталей, с которыми АО участвуют в образовании МО. Построить уравнения, описывающие ВЗМО и НСМО. Изобразить ВЗМО и НСМО графически. Пример построения ВЗМО для некоторой молекулы приведен ниже:
ЕВЗМО=-9.356 eV
ψвзмо=0.5634 Pz(C1)+0.4272 Pz(C2)-0.4272 Pz(C3)-0.5634 Pz(C4)
Z
2
3
1 |
4 |
=1
7.Согласно диаграмме построенных МО показать каким способом (конротаторным или дисротаторным) будет осуществляться циклизация 1,3- бутадиена в циклобутен из невозбужденного состояния и возбужденного состояния. Согласуется ли ваш вывод с предположением о типе циклизации, основанном на количестве участвующих электронов π-системы и характера условий протекания реакции?
24
Практическая работа №6 «Изучение стабильности
различых состояний аминокислот в газовой фазе»
Цель работы. Изучить свойства аминокислот в газовой фазе.
Вопросы к допуску.
1.Что такое цвиттер-ион?
2.Назовите наиболее важные аминокислоты. Нарисуйте структурную формулу следующих аминокислот:
1.asn (аспарагин)
2.ala (аланин)
3.gly (глицин)
4.his (гистидин)
5.gln (глутамин)
6.ser (серин)
7.trp (триптофан)
8.lys (лизин)
9.val (валин)
10.leu (лейцин)
11.ile (изолейцин)
3.Что вам известно о структуре аминокислот? Какое состояние является для аминокислот основным в газовой фазе и в растворах? Объясните почему?
Ход работы.
1.Оптимизировать предложенную молекулу аминокислоты в нейтральной форме методами АМ1 и РМ3 с использованием дополнительного ключевого слова BONDS.
2.Изучить зарядовое распределение в нейтрально заряженной молекуле аминокислоты на основе данных *.out файла.
25
3. Изучить порядки связи между атомами, отобразить схематически.
Выписать из «*.out» файла энергетические характеристики молекулы.
4.Повторить пункты 1-3 для цвиттер-ионной структуры аминокислоты.
5.Сравнить два различных состояния по энергии и сделать вывод о
предпочтительности того или иного состояния в газовой фазе для аминокислот.
Сравнить два различных состояния по электронному строению и зарядовому распределению.
26
ЛИТЕРАТУРА для подготовки к практическим занятиям
1.Мелёшина, А.М. Курс квантовой механики для химиков: Учеб. пособие. 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1980. – 215 с.
2.Соколов, А.А., Тернов, И.М., Жуковский В.Ч. Квантовая механика. –
М.: Наука, 1979.
3.Фларри, Р. Квантовая химия. – М.: Мир, 1985. – 472 с.
4.Заградник, Р., Полак, Р. Основы квантовой химии. М.: Мир, 1979. 504 с.
5.Мелёшина, А.М. Курс квантовой химии: Учеб. пособие. – Воронеж: Изд-во Воронеж. ун-та, 1981. – 198 с.
6.Яцимирский, К.Б., Яцимирский, В.К. Химическая связь. – Киев: Вища шк., 1975. – 304 с.
7.Минкин, В.И., Симкин, Б.Я., Миняев, Р.М. Теория строения молекул. –
М.: Высш. шк., 1979. – 407 с.
8.Абаренков, И.В., Братцев, В.Ф., Тулуб, А.В. Начала квантовой химии. Учебное пособие. – М.: Высш. шк., 1989. – 303 с.
9.Балашов, В.В., Долинов, В.К. Курс квантовой механики. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1982. – 280 с.
10.Кларк, Т. Компьютерная химия. – М.: Мир, 1990. – 381 с.
11.Краснов, К.С. Молекулы и химическая связь: Учеб. пособие. 2-е изд. –
М.: Высш. шк., 1984. – 275 с.
12.Минкин, В.И., Симкин, Б.Я., Миняев, Р.М. Квантовая химия органических соединений. Механизмы реакций. – М.: Химия. 1986. – 248 с.
13.Пирсон, Р. Правила симметрии в химических реакциях. – М.: Мир, 1979. – 592 с.
14.Фларри, Р. Группы симметрии. Теория и химические приложения – М.: Мир, 1983. – 396 с.
15.Терней, А., Современная органическая химия. – Москва: Мир, 1981, в 2 т.
16.Гордон, А., Форд, Р. Спутник Химика. – М.: Мир, 1976. – 511с.
27
Учебное электронное текстовое издание
Бакулев В.А. Морженин Ю.Ю. Субботина Ю.О.
КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ОРГАНИЧЕСКИХ МОЛЕКУЛ
Редактор |
Е.В. Денисюк |
Компьютерная верстка |
П.В. Володин |
Рекомендовано РИС ГОУ ВПО УГТУ-УПИ Разрешен к публикации 10.12.05.
Электронный формат – PDF Формат 60х90 1/8
Издательство ГОУ-ВПО УГТУ-УПИ 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19 e-mail: sh@uchdep.ustu.ru
Информационный портал ГОУ ВПО УГТУ-УПИ http://www.ustu.ru
28