ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ АЗОМЕТИНОВЫХ ПРОИЗВОДНЫХ АЛКИЛСТИРИЛКЕТОНОВ. КВАНТОВОХИМИЧЕСКИЙ ПОДХОД

STRUCTURAL FEATURES OF AZOMETINE DERIVATIVES ALKYL STYRILKETONES. QUANTUM CHEMICAL APPROACH

Mikhail Kulikov

candidate of Chemical Sciences, Associate Professor, Head of the Department of Chemical Technology and Ecology of the Berezniki Branch of Perm National Research Polytechnic University

Russia, Berezniki

АННОТАЦИЯ

В представленной работе рассматриваются и обсуждаются результаты квантовохимических расчетов молекул азометиновых соединений, производных несимметричных алкилстирилкетонов. Расчеты выполнены полуэмпирическими методами. Показаны особенности пространственного расположения атомов в виде 3D моделей и распределения электронной плотности в виде молекулярных диаграмм. Приводятся количественные характеристики структуры: длины связей, валентные углы, заряды на атомах.

ABSTRACT

In the present work, we consider and discuss the results of quantum-chemical calculations of molecules of azomethine compounds, derivatives of asymmetric alkylstyryl ketones. The calculations are performed by semi-empirical methods. The features of the spatial arrangement of atoms in the form of 3D models and the distribution of electron density in the form of molecular diagrams are shown. Quantitative characteristics of the structure are given: bond lengths, valence angles, atomic charges.

Ключевые слова: азометиновые соединения, алкилстирилкетоны, квантовохимические расчеты, полуэмпирический метод, геометрическое и электронное строение.

Keywords: azomethine compounds, alkylstyryl ketones, quantum-chemical calculations, semi-empirical method, geometric and electronic structure.

Интересным классом органических соединений являются азометиновые соединения, называемые также основаниями Шиффа. Обладая набором ценных прикладных свойств, Шиффовы основания широко используются в практических целях [1-3]. Получают данные соединения конденсацией карбонильных соединений с первичными аминами.

В представленной работе рассматриваются особенности пространственного и электронного строения азометиновых соединений – производных алкилстирилкетонов N,N-диметил-4-[3-(фенилимино)пентен-1-ил-1]анилина (I) и N,N-диметил-4-[5-метил-3-(фенилимино)гексен-1-ил-1]анилина (II) по результатам квантовохимических расчетов. Расчеты выполнены полуэмпирическими методами.

Рассматриваемые соединения могут быть получены взаимодействием замещенных алкилстирилкетонов с анилином. Исходные кетоны получены конденсацией 4-диметиламинобензальдегида с метилалкилкетонами в присутствии щелочного катализатора [4].

На рис. 1 представлены 3D модели молекул, построенные по расчетным данным, с нумерацией атомов, наиболее сильно влияющих на геометрию. Присутствие в молекуле (II) объемного изобутильного радикала приводит к искажению молекулы за счет стерического взаимодействия радикала и бензольного кольца. В соединении (I) стерические взаимодействия этильного радикала и бензольного кольца выражены слабее, что приводит к меньшему искажению и, как следствие, более плоскостному строению молекулы. Количественные параметры длин связей и валентных углов представлены в табл. 1.

Рисунок 1. 3D модели молекул соединений (I) (а) и (II) (б)

Таблица 1.

Величины длин связей и валентных углов в молекулах (I) и (II)

Из данных табл. 1 следует, что величины валентных углов между атомами, соединяющими два бензольных кольца, для молекулы (I) примерно на 10° больше, чем для молекулы (II). Причиной такого различия также может служить объемность изобутильного радикала. Это же влияние отразилось и на длинах связей атомов в боковой цепи.

Молекулярные диаграммы, иллюстрирующие распределение электронной плотности в молекулах рассматриваемых соединений, представлены на рис. 2.

Рисунок 2. Распределение электронной плотности в молекулах (I) (а) и (II) (б)

Результаты расчетов показали, что электронная плотность в молекуле (I) распределена достаточно равномерно по всем атомам. В то же время, в молекуле (II) электронная плотность локализована на отдельных участках. Данные различия можно объяснить пространственным расположением атомов. Высказанное предположение подтверждают и заряды на атомах, приведенные в табл. 2.

В ходе выполнения расчетов получены и другие энергетические характеристики соединений. Например, энергия связей составляет -4510 ккал/моль для (I) и -5091 ккал/моль для (II), теплота образования – 109 ккал/моль для (I) и 78 ккал/моль для (II), дипольный момент – 0,95 D для (I) и 1,64 D для (II).

Таблица 2.

Величины зарядов на атомах в молекулах (I) и (II)

Таким образом, с использованием методов квантовой химии изучено строение N,N-диметил-4-[3-(фенилимино)пентен-1-ил-1]анилина и N,N-диметил-4-[5-метил-3-(фенилимино)гексен-1-ил-1]анилина. Установлено, что наличие объемного изобутильного радикала вызывает значительное искажение молекулы и, как следствие, приводит к неравномерному распределению электронной плотности. Полученные результаты могут быть использованы для изучения свойств родственных соединений.

Список литературы:

1. Гарновский Г.А., Бурлов А.С., Васильченко И.С., Ураев А.И., Коршунов Е.В. Направленный синтез, строение, люминесцентные, магнитные и трибохимические свойства координационных соединений азометинов // Вестник Южного научного центра РАН. – 2014. – Т. 10. – № 3. – С. 35-53.
2. Овденко В.Н., Сыромятников В.Г., Колендо А.Ю. Полиазометины. Синтез, свойства и применение // Полимерные материалы и технологии. – 2017. – Т. 3. – № 1. – С. 6-32.
3. Кузнецов Д.Н., Кобраков К.И., Ручкина А.Г., Станкевич Г.С. Биологически активные синтетические красители // Известия ВУЗов. Химия и хим. технология. – 2017. – Т. 60. – Вып. 1. – С. 4-33.
4. Куликов М.А. Конденсация 4-диметиламинобензальдегида с несимметричными метилалкилкетонами // Norwegian Journal of development of the International Science. – 2019. – № 35. – Vol.2. P. 6-11.