Бакулев В.А., Моржерин Ю.Ю., Субботина Ю.О. Квантово-химические расчеты органических молекул

Подождите немного. Документ загружается.

4. Согласно данным зарядового распределения в моно-замещенных

бензолах определить класс заместителя. Ориентантом какого рода он

является?

5. По принципу согласованной ориентации определить места после-

дующей электрофильной атаки. Согласуются ли данные расчетов (в

частности выводы сделанные на основании зарядового распределе-

ния ) с теоретически предсказанными предположениями?

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 ти-

пов электроциклизации 1,3-бутадиена.

Вопросы к допуску.

1. В чем суть приближения МО ЛКАО?

2. Какой класс реакций был назван

перициклическими реакциями? Ка-

кие 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 ка-

кая НСМО?

4. Какие два возможных механизма циклизации бутадиена были пред-

ложены 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 полуэм-

пирических методов (метод оптимизации указывается преподавате-

лем). При этом следует использовать дополнительные ключевые

слова BONDS VECTORS, которые позволяют запускать расчет соб-

ственных векторов.

2. Используя данные Z-матрицы в выходном файле

пронумеровать

атомы в молекуле. Отобразить схематически нумерацию атомов.

3. Из данных *.out файла определить, сколько электронов присутствует

в молекуле и какое число дважды занятых слоев содержится в сис-

теме.

4. Определить номера ВЗМО и НСМО и их энергии согласно следую-

щим данным:

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 невоз-

бужденного 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 некото-

рой молекулы приведен ниже:

ВЗМО

=-9.356 eV

взмо

=0.5634 P

)+0.4272 P

)-0.4272 P

)-0.5634 P

)

7. Согласно диаграмме построенных МО показать каким способом

(конротаторным или дисротаторным) будет осуществляться цикли-

зация 1,3- бутадиена в циклобутен из невозбужденного состояния и

возбужденного состояния. Согласуется ли ваш вывод с предположе-

нием о типе циклизации, основанном на количестве участвующих

электронов π-системы и характера условий протекания реакции?

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 являет-

ся для аминокислот основным в газовой фазе и в растворах? Объяс-

ните почему?

Ход работы.

1. Оптимизировать предложенную молекулу аминокислоты в ней-

тральной форме методами АМ1 и РМ3

с использованием дополни-

тельного ключевого слова BONDS.

2. Изучить зарядовое распределение в нейтрально заряженной молеку-

ле аминокислоты на основе данных *.out файла.

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 зарядо-

вому распределению.

ЛИТЕРАТУРА

для подготовки к практическим занятиям

1. Мелёшина, А.М. Курс квантовой механики для химиков: Учеб. посо-

бие. 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 органи-

ческих 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.

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