Возможности использования методов квантово-химического расчета для подтверждения химической структуры соединений двойного назначения

全文:

Обоснование. Установление химической структуры синтезированных соединений, особенно малоизученных, является одной из самых сложных задач органической химии. Интерпретация полученных данных разными методами позволяет подтвердить истинную структуру химического соединения, а также выявить природу примесей. Однако достоверность сведений во многом зависит от квалификации химика и не исключает ошибок при проведении исследований.

В настоящее время на кафедре «Химия и технологии органических соединений азота» синтезирован ряд химических соединений, имеющих большой потенциал как энергонасыщенные соединения, так и перспективные биологически активные вещества. Применение методов квантово-химического расчета позволяет ускорить процесс подтверждения предполагаемой структуры малоизученного соединения по принципу цифровых двойников. Это становится возможным за счет сравнения спектров соединения реального и виртуального.

Цель — применение методов квантово-химических расчетов для подтверждения структур соединений и поиск наиболее подходящих настроек пакетов программ квантово-химических расчетов.

Методы. В ходе работы ИК-спектры соединений записываются на Фурье спектрометре «ThermoNicolet iS5» с математическим обеспечением «OMNIC», испытуемые образцы готовятся в виде суспензии в вазелиновом масле [1].

В данной работе для дополнительного подтверждения структур соединений нами было использовано сравнение ИК-спектров реально синтезированного вещества диэтиламида 5-бромникотиновой кислоты и ИК-спектр этого же соединения, но генерированного программой квантово-химических расчетов Orca.

Результаты. Реальный ИК-спектр диэтиламида 5-бромникотиновой кислоты показан на рисунке 1.

Рис. 1. Реальный ИК-спектр диэтиламида 5-бромникотиновой кислоты на вазелиновом масле

Интерпретация спектра:

• пики средней интенсивности 636,84; 690,30; 746,28; 803,63; 1030,48 говорят о наличии брома в структуре соединения;
• интенсивные пики 1457,49; 1585,25 соответствуют частотам пиридиновых соединений;
• интенсивный пик 1704,92 характеризует карбонильную группу в амидах;
• пик средней интенсивности 1295,20 и слабые пики 1121,45; 1177,89 могут говорить о наличии C-N функциональной группы;
• пики средней интенсивности 803,63; 1030,48; 1374,59, слабые пики 1121,45; 1177,89 свидетельствуют о присутствии алкильной группы.

Пример сгенерированного ИК-спектра изучаемого соединения указан на рисунке 2.

Рис. 2. ИК-спектр диэтиламида 5-бромникотиновой кислоты, смоделированный PW91/def2-SVP

Сравнение сгенерированных ИК-спектров с реальным спектром диэтиламида 5-бромникотиновой кислоты представлено в таблице 1.

Таблица 1. Сравнение сгенерированных ИК-спектров, полученных разными функционалами и базисными наборами, с реальным спектром диэтиламида 5-бромникотиновой кислоты

Как видно из представленных данных, все задействованные варианты базисных наборов и функционалов генерируют ИК-спектр изучаемого соединения, который имеет очень большое сходство с ИК-спектром реального вещества [2–4].

Выводы. Впервые были использованы квантово-химические методы для анализа структур амидов 5-бромникотиновой кислоты. С помощью квантово-химических расчетов сгенерированы ИК-спектры ранее синтезированных образцов, используя разные настройки пакетов программ. Проведенные исследования подтверждают сходства реальных спектров и сгенерированных аналогов, полученных с использованием различных функционалов и базисных наборов, что говорит об идентичности предполагаемой и реальной структуры вещества. По результатам сравнения выявлены оптимальные настройки для анализа амидов 5-бромникотиновой кислоты: BP86/def2-SVP; PW91/def2-SVP; OLYP/def2-SVP.

作者简介

编辑信件的主要联系方式.
Email: liana.androva@mail.ru

студентка, группа 112-М1, Инженерный химико-технологический институт

参考

补充文件

附件文件

动作

1. JATS XML

下载

2. Рис. 1. Реальный ИК-спектр диэтиламида 5-бромникотиновой кислоты на вазелиновом масле

下载 (94KB)

索引源数据

3. Рис. 2. ИК-спектр диэтиламида 5-бромникотиновой кислоты, смоделированный PW91/def2-SVP

下载 (38KB)

索引源数据