Расчет энтальпии образования и константы ионного равновесия органических веществ методами квантовой химии

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

С использованием композитных методов квантово-химических расчетов и метода атомизации выполнены расчеты энтальпии образования для тестового набора из 79 соединений с точностью 3.8, 4.5, 4.7 кДж/моль для методов G4, G4MP2, CBS-QB3 соответственно. По результатам статистического анализа отклонений теоретических значений от экспериментальных выявлено присутствие ошибок, возникающих на этапе оптимизации геометрии из-за неучтенных в расчете корреляционных эффектов. Для алифатических аминов и спиртов из рассматриваемого набора соединений были рассчитаны показатели констант ионного равновесия для водных растворов методом G4 с учетом влияния растворителя по модели CPCM. Выявлено существование корреляции между величиной ошибки расчета p K a и разницами в значениях энергий высшей занятой и низшей незанятой молекулярных орбиталей для сопряженных кислотной и основной форм в фазе раствора. Предложена методика уточнения результатов расчета, с использованием которой величины p K a для 20 аминов и 20 спиртов были определены с точностью 0.67 и 0.87 единиц p K a соответственно.

Об авторах

В. Е. Мальцева

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)

А. А. Оскорбин

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)

Email: oskorbin-a@mail.ru

Список литературы

  1. Брусина М.А., Лысова С.С., Оскорбин А.А., Рамш С.М. // ЖОХ. 2023. Т. 93. № 5. С. 717
  2. Brusina M.A., Lysova S.S., Oskorbin A.A., Ramsh S.M. // Russ. J. Chem. 2023. Vol. 93. N 5. P. 717. doi: 10.31857/S0044460X23050074
  3. Alongi K.S., Shields G.S. // Annu. Rep. Comput. Chem. 2010. Vol. 6. P. 113. doi: 10.1016/S1574-1400(10)06008-1
  4. Curtiss L.A., Redfern P.C., Raghavachari K. // J. Chem. Phys. 2007. Vol. 126. N 8. P. 84108. doi: 10.1063/1.2436888
  5. Curtiss L.A., Redfern P.C., Raghavachari K. // J. Chem. Phys. 2007. Vol. 127. N 12. P. 124105. doi: 10.1063/1.27707014.cbs-qb3
  6. Montgomery J.A., Frisch M.J., Ochterski J.W., Petersson G.A. // J. Сhem. Phys. 1999. Vol. 110. N 6. P. 2822. doi: 10.1063/1.477924
  7. Narayanan B., Redfern P.C., Assary R.S., Curtiss L.A. // Chem. Sci. 2019. Vol. 10. N 31. P. 7449. doi: 10.1039/C9SC02834J
  8. He X., Zhang J., Gao H. // Int. J. Quantum Chem. 2012. Vol. 112. N 6. P. 1688. doi: 10.1002/qua.23163
  9. Dorofeeva O.V., Filimonova M.A., Marochkin I.I. // J. Chem. Eng. Data. 2019. Vol. 64. N 12. P. 5630. doi: 10.1021/acs.jced.9b00680
  10. Dorofeeva O.V., Filimonova M.A. // J. Chem. Thermodynamics. 2020. Vol. 145. P. 106092. doi: 10.1016/j.jct.2020.106092
  11. da Silva G., Bozzelli J.W. // J. Phys. Chem. 2006. Vol. 110. N 48. P. 13058. doi: 10.1021/jp063772b
  12. Liptak M.D., Shields G.C. // J. Am. Chem. Soc. 2001. Vol. 123. N 30. P. 7314. doi: 10.1021/ja010534f12.
  13. Liptak M.D., Gross K.C., Seybold P.G., Feldgus S., Shields G.C. // J. Am. Chem. Soc. 2002. Vol. 22. N 124. P. 6421. doi: 10.1021/ja012474j
  14. Casasnovas R., Frau J., Ortega-Castro J., Salva A., Donoso J., Munoz F. // J. Mol. Struct. 2009. Vol. 912. N 1. P. 5. doi: 10.1016/j.theochem.2008.11.020
  15. Kallies B., Mitzner R. // J. Phys. Chem. 1997. Vol. 101. N 15. P. 2959. doi: 10.1021/jp962708z
  16. Busch M., Ahlberg E., Ahlberg E., Laasonen K. // ACS Omega. 2022. Vol. 7. N 20. P. 17369. 10.1021/acsomega.2c01393
  17. Karton, A. // WIREs Comput. Mol. Sci. 2016. Vol. 6. N 3. P. 292. doi: 10.1002/wcms.1249
  18. Casanovas R., Ortega-Castro J., Frau J., Donoso J., Munoz F. // Int. J. Quantum Chem. 2014. Vol. 114. N 20. P. 1350. doi: 10.1002/qua.24699
  19. Lewars E.G. Computational Chemistry. Introduction to the Theory and Applications of Molecular and Quantum Mechanics. Dordrecht: Springer, 2011. 728 p.
  20. Frisch M.J., Trucks G.W., Schlegel H.B., Scuseria G.E., Robb M.A., Cheeseman J.R., Scalmani G., Barone V., Mennucci B., Petersson G.A., Nakatsuji H., Caricato M., Li X., Hratchian H.P., Izmaylov A.F., Bloino J., Zheng G., Sonnenberg J.L., Hada M., Ehara M., Toyota K., Fukuda R., Hasegawa J., Ishida M., Nakajima T., Honda Y., Kitao O., Nakai H., Vreven T., Montgomery Jr.J.A., Peralta J.E., Ogliaro F., Bearpark M., Heyd J.J., Brothers E., Kudin K.N., Staroverov V.N., Keith T., Kobayashi R., Normand J., Raghavachari K., Rendell A., Burant J.C., Iyengar S.S., Tomasi J., Cossi M., Rega N., Millam J.M., Klene M., Knox J.E., Cross J.B., Bakken V., Adamo C., Jaramillo J., Gomperts R., Stratmann R.E., Yazyev O., Austin A.J., Cammi R., Pomelli C., Ochterski J.W., Martin R.L., Morokuma K., Zakrzewski V.G., Voth G.A., Salvador P., Dannenberg J.J., Dapprich S., Daniels A.D., Farkas O., Foresman J.B., Ortiz J.V., Cioslowski J., Fox D.J., Gaussian 09, Gaussian Inc., Wallingford CT, 2013.
  21. Гурвич Л.В., Вейц И.В., Медведев В.А., Хачкурузов Г.А., Юнгман В.С., Бергман Г.А., Байбуз В.Ф., Иориш В.С., Юрков Г.Н., Горбов С.И., Назаренко И.И., Дорофеева О.В., Куратова Л.Ф., Осина Е.Л., Гусаров А.В., Леонидов В.Я., Пржевальский И.Н., Рогацкий А.Л., Ефремов Ю.М., Рябова В.Г., Зицерман В.Ю., Хайт Ю.Г., Шенявская Е.А., Ефимов М.Е., Кулемза В.А., Ходеев Ю.С., Томберг С.Э., Вдовин В.Н., Якобсон А.Я., Демидова М.С. Термодинамические свойства индивидуальных веществ. / Под ред. В.П. Глушко. М.: Наука, 1979-1982. Т. 1. 440 c.
  22. Active Thermochemical Tables (ATcT), Version 1.122d, 2022.
  23. NIST Chemistry Webbook, NIST Standard Reference Database Number 69, 2023.
  24. Verevkin S.P., Emel'yanenko V.N., Notario R., Roux M.V., Chickos J.S., Liebman J.F. // J. Phys. Chem. Lett. 2012. Vol. 3. N 23. P. 3454. doi: 10.1021/jz301524c
  25. National Library of Medicine. https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
  26. Thapa B. and Schlegel B.H. // J. Phys. Chem. (A). 2017. Vol. 121. N 24. P. 4698. doi: 10.1021/acs.jpca.7b03907
  27. Haynes W.M., Lide D.R., Bruno T.J. CRC Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton: CRC Press LLC, 2014. 2666 p.
  28. Болч Б., Хуань К.Дж. Многомерные статистические методы для экономики: Пер. с англ. М.: Статистика, 1979. 317 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2023