Download Luận văn Kiểm chứng quy luật thế vào phân tử anilin và nitrobenzen bằng lý thuyết Hoá học lượng tử
Với mục đích của đề tài là khảo sát quy luật thế electrophin vào một số hợp chất có vòng benzen, thích hợp với phương pháp bán kinh nghiệm nên chúng tôi sử dụng phần mềm GAUSSIAN.
Để chọn được phương pháp tính thích hợp, chúng tôi sử dụng các phương pháp DFT, MP2, HF với các bộ hàm cơ sở khác nhau để tính thử cho một số hợp chất có nhân thơm. So sánh kết quả tính được về sự phân bố điện tích, năng lượng, hình học phân tử với số liệu thực nghiệm và cơ sở lý thuyết, chúng tôi lựa chọn và sử dụng phương pháp DFT (B3LYP) với bộ hàm cơ sở là 3-21G.
Để tiện theo dõi, chúng tôi đánh số thứ tự các nguyên tử theo quy ước: Đánh số nguyên tử cacbon bắt đầu từ nguyên tử cacbon gắn với nhóm thế có sẵn trong vòng benzen; đánh số nguyên tử nitơ cũng theo nguyên tắc như thế.
Để tải bản DOC Đầy Đủ xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ TÍNH VÀ THẢO LUẬN
3.1. PHƯƠNG PHÁP TÍNH:
Với mục đích của đề tài là khảo sát quy luật thế electrophin vào một số hợp chất có vòng benzen, thích hợp với phương pháp bán kinh nghiệm nên chúng tui sử dụng phần mềm GAUSSIAN.
Để chọn được phương pháp tính thích hợp, chúng tui sử dụng các phương pháp DFT, MP2, HF với các bộ hàm cơ sở khác nhau để tính thử cho một số hợp chất có nhân thơm. So sánh kết quả tính được về sự phân bố điện tích, năng lượng, hình học phân tử với số liệu thực nghiệm và cơ sở lý thuyết, chúng tui lựa chọn và sử dụng phương pháp DFT (B3LYP) với bộ hàm cơ sở là 3-21G.
Để tiện theo dõi, chúng tui đánh số thứ tự các nguyên tử theo quy ước: Đánh số nguyên tử cacbon bắt đầu từ nguyên tử cacbon gắn với nhóm thế có sẵn trong vòng benzen; đánh số nguyên tử nitơ cũng theo nguyên tắc như thế.
3.2. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN VỀ HƯỚNG THẾ NITRO, BROM VÀO PHÂN TỬ ANILIN VÀ NITRO BENZEN.
3.2.1. Kết quả tính và thảo luận về hướng thế nitro vào anilin.
3.2.1.1. Kết quả tính các tham số hoá học lượng tử của các chất tham gia, sản phẩm trung gian, sản phẩm tạo thành.
Bảng 3.1: Điện tích của một số nguyên tử trong C6H6; C6H5NH2 và C6H5NO2.
Hợp chất
C1
C2
C3
C4
C5
C6
N
C6H6
-0,186
-0,186
-0,186
-0,186
-0,186
-0,186
C6H5NH2
0,335
-0,198
-0,185
-0,204
-0,185
-0,198
-0,831
C6H5NO2
0,299
-0,173
-0,188
-0,169
-0,188
-0,173
0,08
Nhận xét bảng 3.1:
Trong phân tử C6H6 mật độ điện tích phân bố đều trên 6 nguyên tử cacbon.
Trong phân tử C6H5NH2, mật độ điện tích trên nguyên tử cacbon ở các vị trí octo và para âm hơn vị trí meta.
Trong phân tử C6H5NO2, mật độ điện tích trên nguyên tử cacbon tại vị trí meta âm hơn tại các vị trí octo và para
Như vậy :
Nhóm NH2 đẩy electron vào vòng benzen, làm mật độ electron trong vòng tăng, đặc biệt tại các vị trí octo và para.
Nhóm NO2 hút electron, làm giảm mật độ electron trong vòng benzen, đặc biệt tại vị trí meta.
Bảng 3.2: Điện tích của một số nguyên tử trong các sản phẩm trung gian sinh ra khi tác nhân NO2+ tấn công vào C6H6 và C6H5NH2.
Hợp chất
C1
C2
C3
C4
C5
C6
N
C6H6NO2
0,299
-0,149
-0,248
-0,156
-0,250
-0,152
0,127
o – NO2C6H5NH2
0,416
0,413
-0,150
-0,175
-0,147
-0,166
-0,812
m – NO2C6H5NH2
0,379
-0,216
0,325
-0,140
-0,175
-0,131
-0,818
p – NO2C6H5NH2
0,409
-0,170
-0,139
0,386
-0,146
-0,170
-0,788
2,6 – (NO2)2C6H4NH2
0,358
0,361
-0,097
-0,092
-0,097
0.361
-0,669
3,5 – (NO2)2C6H4NH2
0,405
-0,187
0,373
0,473
0,139
-0,141
-0,972
2,4 – (NO2)2C6H4NH2(o)
0,436
0,325
-0,139
0,321
-0,132
-0,168
-0,812
2,4 – (NO2)2C6H4NH2(p)
0,436
0,325
-0,125
0,387
-0,137
-0,159
-0,811
Nhận xét bảng 3.2:
Trong sản phẩm trung gian một lần thế : ở vị trí octo và para ( TOCTO và TPARA ) điện tích dương được giải toả tới nhóm NH2 nhiều hơn sản phẩm trung gian ở vị trí meta ( TMETA ).
Trong các sản phẩm trung gian 2 lần thế : 2,6-(NO2)2C6H4NH2 ( NO2+ tấn công vào vị trí octo ) điện tích dương được giải toả tới nhóm NH2 nhiều nhất, tiếp thao là 2,4-(NO2)2C6H4NH2 ( NO2+ tấn công vào vị trí para ) và cuối cùng là 3,5-(NO2)2C6H4NH2 ( NO2+ tấn công vào vị trí meta).
Các sản phẩm trung gian của C6H5NH2 điện tích dương được giải toả nhiều hơn sản phẩm trung gian của C6H6.
Như vậy:
Các sản phẩm trung gian 1,2 lần thế ở vị trí octo và vị trí para đều ổn định hơn ở vị trí meta.
Nhóm NH2 đẩy electron ổn định sản phẩm trung gian hơn so với benzen.
Bảng 3.3: Điện tích của một số nguyên tử trong các sản phẩm sinh ra khi nitro hoá C6H5NH2.
Hợp chất
C1
C2
C3
C4
C5
C6
N
o – NO2C6H4NH2
0,373
0,312
-0,170
-0,204
-0,171
-0,185
-0,852
m – NO2C6H4NH2
0,344
-0,192
0,298
-0,192
-0,188
-0,177
-0,832
p – NO2C6H4NH2
0,362
-0,197
-0,171
0,303
-0,171
-0,197
-0,826
2,6 – (NO2)2C6H3NH2
0,395
0,319
-0,153
-0,205
-0,153
0,319
-0,870
3,5 – (NO2)2C6H3NH2
0,352
-0,172
0,301
-0,186
0,302
-0,172
-0,834
2,4 –(NO2)2C6H3NH2
0,398
0,313
-0,158
0,306
-0,156
-0,185
-0,849
2,4,6 – (NO2)3C6H2NH2
0,419
0,320
-0,142
0,310
-0,142
0,320
-0,867
Nhận xét bảng 3.3: Trong các phân tử, mật độ điện tích ở các vị trí octo và para đối với nhóm NH2 là âm nhất.
Bảng 3.4: Năng lượng và nhiệt hình thành của C6H6; C6H5NH 2
Hợp chất
Năng lượng toàn phần
(a.u)
Nhiệt hình thành
( Kcal / mol)
C6H6
-230,9757
-213,680
C6H5NH2
-286,0241
-261,761
Nhận xét bảng 3.4: Năng lượng toàn phần và nhiệt hình thành của C6H5NH2 âm hơn của C6H6.
Bảng 3.5: Năng lượng toàn phần và nhiệt hình thành trong các sản phẩm trung gian sinh ra khi tác nhân NO2+ tấn công vào C6H 6 và C6H5NH2.
Hợp chất
Năng lượng toàn phần
a.u
Nhiệt hình thành
( kcal / mol)
C6H6NO2
-434,630
-562,695
o – NO2C6H5NH2
-489,731
-650,585
m – NO2C6H5NH2
-489,693
-628,235
p – NO2C6H5NH2
-489,738
-655,337
2,6-(NO2)2C6H4NH2
-696,059
-3055,463
3,5-(NO2)2C6H4NH2
-689,039
1362,125
2,4-(NO2)2C6H4NH2(o)
-693,052
-1161,141
2,4-(NO2)2C6H4NH2(p)
-693,067
-1170,449
Nhận xét bảng 3.5:
Năng lượng toàn phần của TOCTO và TPARA âm hơn của TMETA và đều âm hơn sản phẩm trung gian của C6H6. Nhiệt hình thành của TOCTO và TPARA nhỏ hơn của TMETA
Trong các sản phẩm trung gian 2 lần thế của C6H5NH2 : 2,6-(NO2)2C6H4NH2 có năng lượng toàn phần,nhiệt hình thành âm nhất, tiếp theo là 2,4-(NO2)2C6H4NH2 và cuối cùng là 3,5-(NO2)2C6H4NH2.
Đặc biệt năng lượng toàn phần và nhiệt hình thành của TPARA âm hơn TOCTO.
Như vậy : Sản phẩm trung gian một lần thế và 2 lần thế NO2 ứng với vị trí octo và para đều bền và dễ hình thành hơn các sản phẩm trung gian ứng với vị trí meta.
Sản phẩm trung gian của C6H5NH2 bền hơn, dễ hình thành hơn của C6H6.
Vậy NH2 hoạt hoá nhân thơm và định hướng octo, para.
Đặc biệt TPARA bền hơn TOCTO.
Bảng 3.6: Năng lượng và nhiệt hình thành của các sản phẩm sinh ra khi Nitro hoá C6H6 và C6H5NH2.
Hợp chất
Năng lượng toàn phần
(a.u)
Nhiệt hình thành
( kcal / mol)
C6H5NO2
-434,317
-736,350
o – NO2C6H4NH2
-489,380
-801,139
m – NO2C6H4NH2
-489,368
-793,966
p – NO2C6H4NH2
-489,373
-796,754
2,6 – (NO2)2C6H3NH2
-692,728
-1325,405
3,5 – (NO2)2C6H3NH2
-692,707
-1314,902
2,4 –(NO2)2C6H3NH2
-692,722
-1324,067
2,4,6 – (NO2)3C6H2NH2
-896,064
-1847,261
Nhận xét bảng 3.6:
Trong các sản phẩm 1 lần thế thì năng lượng toàn phần, nhiệt hình thành của sản phẩm thế octo là âm nhất sau đó đến sản phẩm thế para và kém âm nhất là sản phẩm thế meta.
Trong các sản phẩm thế 2 lần thì: 2,6-(NO2)2C6H3NH2 có năng lượng toàn phần âm nhất, nhiệt hình thành kém âm nhất; 2,4-(NO2)2C6H3NH2 có năng lượng toàn phần, nhiệt hình thành âm hơn 3,5-(NO2)2C6H3NH2.
Trong số các sản phẩm o – NO2C6H4NH2 ; 2,6-(NO2)2C6H3NH2 và 2,4,6 – (NO2)3C6H2NH2 thì nhiệt hình thành của 2,4,6 – (NO2)3C6H2NH2 âm nhất, sau đó đến 2,6-(NO2)2C6H3NH2 và cuối cùng là o – NO2C6H4NH2.
So với sản phẩm thế của C6H6 thì các sản phẩm 1 lần thế của C6H5NH2 đều có năng lượng toàn phần, nhiệt hình thành âm hơn.
Như vậy:
Với sản phẩm thế 1 lần : sản phẩm thế octo bền nhất, dễ hình thành nhất, sản phẩm thế meta khó hình thành hơn sản phẩm thế para.
Với sản phẩm 2 lần thế : 2 vị trí meta khó hì...
Download miễn phí Luận văn Kiểm chứng quy luật thế vào phân tử anilin và nitrobenzen bằng lý thuyết Hoá học lượng tử
Với mục đích của đề tài là khảo sát quy luật thế electrophin vào một số hợp chất có vòng benzen, thích hợp với phương pháp bán kinh nghiệm nên chúng tôi sử dụng phần mềm GAUSSIAN.
Để chọn được phương pháp tính thích hợp, chúng tôi sử dụng các phương pháp DFT, MP2, HF với các bộ hàm cơ sở khác nhau để tính thử cho một số hợp chất có nhân thơm. So sánh kết quả tính được về sự phân bố điện tích, năng lượng, hình học phân tử với số liệu thực nghiệm và cơ sở lý thuyết, chúng tôi lựa chọn và sử dụng phương pháp DFT (B3LYP) với bộ hàm cơ sở là 3-21G.
Để tiện theo dõi, chúng tôi đánh số thứ tự các nguyên tử theo quy ước: Đánh số nguyên tử cacbon bắt đầu từ nguyên tử cacbon gắn với nhóm thế có sẵn trong vòng benzen; đánh số nguyên tử nitơ cũng theo nguyên tắc như thế.
Để tải bản DOC Đầy Đủ xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Tóm tắt nội dung:
. Đây là một tập hợp các chương trình tính hoá học lượng tử bán kinh nghiệm được dung để xây dựng cấu trúc, tối ưu hoá hình học, tính mật độ điện tích, chức năng lượng toàn phần, nhiệt hình thành..., trong đó DFT là phương pháp gần đúng tốt nhất của Gaussian. Sau đó xử lý số liệu bằng Microsoft Excel.CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ TÍNH VÀ THẢO LUẬN
3.1. PHƯƠNG PHÁP TÍNH:
Với mục đích của đề tài là khảo sát quy luật thế electrophin vào một số hợp chất có vòng benzen, thích hợp với phương pháp bán kinh nghiệm nên chúng tui sử dụng phần mềm GAUSSIAN.
Để chọn được phương pháp tính thích hợp, chúng tui sử dụng các phương pháp DFT, MP2, HF với các bộ hàm cơ sở khác nhau để tính thử cho một số hợp chất có nhân thơm. So sánh kết quả tính được về sự phân bố điện tích, năng lượng, hình học phân tử với số liệu thực nghiệm và cơ sở lý thuyết, chúng tui lựa chọn và sử dụng phương pháp DFT (B3LYP) với bộ hàm cơ sở là 3-21G.
Để tiện theo dõi, chúng tui đánh số thứ tự các nguyên tử theo quy ước: Đánh số nguyên tử cacbon bắt đầu từ nguyên tử cacbon gắn với nhóm thế có sẵn trong vòng benzen; đánh số nguyên tử nitơ cũng theo nguyên tắc như thế.
3.2. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN VỀ HƯỚNG THẾ NITRO, BROM VÀO PHÂN TỬ ANILIN VÀ NITRO BENZEN.
3.2.1. Kết quả tính và thảo luận về hướng thế nitro vào anilin.
3.2.1.1. Kết quả tính các tham số hoá học lượng tử của các chất tham gia, sản phẩm trung gian, sản phẩm tạo thành.
Bảng 3.1: Điện tích của một số nguyên tử trong C6H6; C6H5NH2 và C6H5NO2.
Hợp chất
C1
C2
C3
C4
C5
C6
N
C6H6
-0,186
-0,186
-0,186
-0,186
-0,186
-0,186
C6H5NH2
0,335
-0,198
-0,185
-0,204
-0,185
-0,198
-0,831
C6H5NO2
0,299
-0,173
-0,188
-0,169
-0,188
-0,173
0,08
Nhận xét bảng 3.1:
Trong phân tử C6H6 mật độ điện tích phân bố đều trên 6 nguyên tử cacbon.
Trong phân tử C6H5NH2, mật độ điện tích trên nguyên tử cacbon ở các vị trí octo và para âm hơn vị trí meta.
Trong phân tử C6H5NO2, mật độ điện tích trên nguyên tử cacbon tại vị trí meta âm hơn tại các vị trí octo và para
Như vậy :
Nhóm NH2 đẩy electron vào vòng benzen, làm mật độ electron trong vòng tăng, đặc biệt tại các vị trí octo và para.
Nhóm NO2 hút electron, làm giảm mật độ electron trong vòng benzen, đặc biệt tại vị trí meta.
Bảng 3.2: Điện tích của một số nguyên tử trong các sản phẩm trung gian sinh ra khi tác nhân NO2+ tấn công vào C6H6 và C6H5NH2.
Hợp chất
C1
C2
C3
C4
C5
C6
N
C6H6NO2
0,299
-0,149
-0,248
-0,156
-0,250
-0,152
0,127
o – NO2C6H5NH2
0,416
0,413
-0,150
-0,175
-0,147
-0,166
-0,812
m – NO2C6H5NH2
0,379
-0,216
0,325
-0,140
-0,175
-0,131
-0,818
p – NO2C6H5NH2
0,409
-0,170
-0,139
0,386
-0,146
-0,170
-0,788
2,6 – (NO2)2C6H4NH2
0,358
0,361
-0,097
-0,092
-0,097
0.361
-0,669
3,5 – (NO2)2C6H4NH2
0,405
-0,187
0,373
0,473
0,139
-0,141
-0,972
2,4 – (NO2)2C6H4NH2(o)
0,436
0,325
-0,139
0,321
-0,132
-0,168
-0,812
2,4 – (NO2)2C6H4NH2(p)
0,436
0,325
-0,125
0,387
-0,137
-0,159
-0,811
Nhận xét bảng 3.2:
Trong sản phẩm trung gian một lần thế : ở vị trí octo và para ( TOCTO và TPARA ) điện tích dương được giải toả tới nhóm NH2 nhiều hơn sản phẩm trung gian ở vị trí meta ( TMETA ).
Trong các sản phẩm trung gian 2 lần thế : 2,6-(NO2)2C6H4NH2 ( NO2+ tấn công vào vị trí octo ) điện tích dương được giải toả tới nhóm NH2 nhiều nhất, tiếp thao là 2,4-(NO2)2C6H4NH2 ( NO2+ tấn công vào vị trí para ) và cuối cùng là 3,5-(NO2)2C6H4NH2 ( NO2+ tấn công vào vị trí meta).
Các sản phẩm trung gian của C6H5NH2 điện tích dương được giải toả nhiều hơn sản phẩm trung gian của C6H6.
Như vậy:
Các sản phẩm trung gian 1,2 lần thế ở vị trí octo và vị trí para đều ổn định hơn ở vị trí meta.
Nhóm NH2 đẩy electron ổn định sản phẩm trung gian hơn so với benzen.
Bảng 3.3: Điện tích của một số nguyên tử trong các sản phẩm sinh ra khi nitro hoá C6H5NH2.
Hợp chất
C1
C2
C3
C4
C5
C6
N
o – NO2C6H4NH2
0,373
0,312
-0,170
-0,204
-0,171
-0,185
-0,852
m – NO2C6H4NH2
0,344
-0,192
0,298
-0,192
-0,188
-0,177
-0,832
p – NO2C6H4NH2
0,362
-0,197
-0,171
0,303
-0,171
-0,197
-0,826
2,6 – (NO2)2C6H3NH2
0,395
0,319
-0,153
-0,205
-0,153
0,319
-0,870
3,5 – (NO2)2C6H3NH2
0,352
-0,172
0,301
-0,186
0,302
-0,172
-0,834
2,4 –(NO2)2C6H3NH2
0,398
0,313
-0,158
0,306
-0,156
-0,185
-0,849
2,4,6 – (NO2)3C6H2NH2
0,419
0,320
-0,142
0,310
-0,142
0,320
-0,867
Nhận xét bảng 3.3: Trong các phân tử, mật độ điện tích ở các vị trí octo và para đối với nhóm NH2 là âm nhất.
Bảng 3.4: Năng lượng và nhiệt hình thành của C6H6; C6H5NH 2
Hợp chất
Năng lượng toàn phần
(a.u)
Nhiệt hình thành
( Kcal / mol)
C6H6
-230,9757
-213,680
C6H5NH2
-286,0241
-261,761
Nhận xét bảng 3.4: Năng lượng toàn phần và nhiệt hình thành của C6H5NH2 âm hơn của C6H6.
Bảng 3.5: Năng lượng toàn phần và nhiệt hình thành trong các sản phẩm trung gian sinh ra khi tác nhân NO2+ tấn công vào C6H 6 và C6H5NH2.
Hợp chất
Năng lượng toàn phần
a.u
Nhiệt hình thành
( kcal / mol)
C6H6NO2
-434,630
-562,695
o – NO2C6H5NH2
-489,731
-650,585
m – NO2C6H5NH2
-489,693
-628,235
p – NO2C6H5NH2
-489,738
-655,337
2,6-(NO2)2C6H4NH2
-696,059
-3055,463
3,5-(NO2)2C6H4NH2
-689,039
1362,125
2,4-(NO2)2C6H4NH2(o)
-693,052
-1161,141
2,4-(NO2)2C6H4NH2(p)
-693,067
-1170,449
Nhận xét bảng 3.5:
Năng lượng toàn phần của TOCTO và TPARA âm hơn của TMETA và đều âm hơn sản phẩm trung gian của C6H6. Nhiệt hình thành của TOCTO và TPARA nhỏ hơn của TMETA
Trong các sản phẩm trung gian 2 lần thế của C6H5NH2 : 2,6-(NO2)2C6H4NH2 có năng lượng toàn phần,nhiệt hình thành âm nhất, tiếp theo là 2,4-(NO2)2C6H4NH2 và cuối cùng là 3,5-(NO2)2C6H4NH2.
Đặc biệt năng lượng toàn phần và nhiệt hình thành của TPARA âm hơn TOCTO.
Như vậy : Sản phẩm trung gian một lần thế và 2 lần thế NO2 ứng với vị trí octo và para đều bền và dễ hình thành hơn các sản phẩm trung gian ứng với vị trí meta.
Sản phẩm trung gian của C6H5NH2 bền hơn, dễ hình thành hơn của C6H6.
Vậy NH2 hoạt hoá nhân thơm và định hướng octo, para.
Đặc biệt TPARA bền hơn TOCTO.
Bảng 3.6: Năng lượng và nhiệt hình thành của các sản phẩm sinh ra khi Nitro hoá C6H6 và C6H5NH2.
Hợp chất
Năng lượng toàn phần
(a.u)
Nhiệt hình thành
( kcal / mol)
C6H5NO2
-434,317
-736,350
o – NO2C6H4NH2
-489,380
-801,139
m – NO2C6H4NH2
-489,368
-793,966
p – NO2C6H4NH2
-489,373
-796,754
2,6 – (NO2)2C6H3NH2
-692,728
-1325,405
3,5 – (NO2)2C6H3NH2
-692,707
-1314,902
2,4 –(NO2)2C6H3NH2
-692,722
-1324,067
2,4,6 – (NO2)3C6H2NH2
-896,064
-1847,261
Nhận xét bảng 3.6:
Trong các sản phẩm 1 lần thế thì năng lượng toàn phần, nhiệt hình thành của sản phẩm thế octo là âm nhất sau đó đến sản phẩm thế para và kém âm nhất là sản phẩm thế meta.
Trong các sản phẩm thế 2 lần thì: 2,6-(NO2)2C6H3NH2 có năng lượng toàn phần âm nhất, nhiệt hình thành kém âm nhất; 2,4-(NO2)2C6H3NH2 có năng lượng toàn phần, nhiệt hình thành âm hơn 3,5-(NO2)2C6H3NH2.
Trong số các sản phẩm o – NO2C6H4NH2 ; 2,6-(NO2)2C6H3NH2 và 2,4,6 – (NO2)3C6H2NH2 thì nhiệt hình thành của 2,4,6 – (NO2)3C6H2NH2 âm nhất, sau đó đến 2,6-(NO2)2C6H3NH2 và cuối cùng là o – NO2C6H4NH2.
So với sản phẩm thế của C6H6 thì các sản phẩm 1 lần thế của C6H5NH2 đều có năng lượng toàn phần, nhiệt hình thành âm hơn.
Như vậy:
Với sản phẩm thế 1 lần : sản phẩm thế octo bền nhất, dễ hình thành nhất, sản phẩm thế meta khó hình thành hơn sản phẩm thế para.
Với sản phẩm 2 lần thế : 2 vị trí meta khó hì...