Nghiên cứu tham số cấu trúc, tham số lượng tử và khả năng tham gia phản ứng thế halogen của phân tử c3h8 bằng phần mềm lượng tử hyperchem phiên bản 8 03

Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Ngọc Tú SETUP cho phộp la chn cỏc phng phỏp tớnh bao gm: c hc phõn t (MOLECULAR MECHENICS), bỏn kinh nghim (SEMI-EMPIRICAL), ABinitio, hp tun hon (PERIODIC BOX) COMPUTE thc hin cỏc tớnh toỏn ó dc to lp trong SETUP. Trong COMPUTE cú cỏc MENU th cp: - SINGLE POINT dựng xỏc nh nng lng tng cng ca h phõn t hay mt tp hp ó dc la chn bi SELECT. - GEOMETRY OPTIMIZATION (Ti u húa hỡnh hc) tớnh toỏn v hin th cu trỳc phõn t cú nng lng v lc gia cỏc nguyờn t cc tiu. - MOLECULAR DYNAMICS (ng lc phõn t) mụ phng s chuyn ng ca phõn t quan sỏt tớnh cht cõn bng v ng hc. - VIBRATIONS (Dao ng) tớnh toỏn chuyn ng dao ng ca cỏc ht nhõn v hin th cỏc mode thụng thng cú liờn quan n dao ng riờng v dao ng hng ngoi. tớnh dao ng cú th dựng bt kỡ phng phỏp bỏn kinh nghim no tr phng phỏp HUCKEL m rng hoc bt k phng phỏp AB-initio no tr MP2. - VIBRATIONAL SPECTRUM (Ph dao ng) hin th kt qu tớnh toỏn ph dao ng. - CONTOUR PLOT v cỏc ng viờn bao gm trng th tnh in to nờn bi phõn b ht nhõn v electron, xỏc sut tỡm thy nhng electron cú spin thun nhiu hn nhng electron cú spin nghch ti bt kỡ im no trong khụng gian v mt in tớch tng cng ca cỏc electron húa tr trong phõn t. Trường ĐHSP Hà Nội 2 5 Khoa Hóa học Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Ngọc Tú - ELECTRONIC SPECTRUM (Ph electron) tớnh toỏn hiu s nng lng gia trng thỏi electron c bn (ground) v mt s trng thỏi kớch thớch u tiờn ca phõn t. 1.2. Phn ng th trong phõn t hp cht hu c no 1.2.1. nh ngha [7] Phn ng th l phn ng trong ú mt nguyờn t hay mt nhúm nguyờn t trong phõn t hu c c thay th bng mt nguyờn t hay mt nhúm nguyờn t khỏc. Vớ d: (CH3)3CH + Cl-Cl C6H5-H + Br-Br as (CH3)3-C-Cl + HCl Fe C6H5-Br +HBr CH2=CH-CH2-Cl + OH- (1) (2) CH2=CH-CH2-OH +Cl- (3) Phn ng th c kớ hiu bng ch S (vit tt ca Substitution). phn ng (1) tỏc nhõn tn cụng l gc t do nờn c gi l phn ng theo c ch gc (SR). phn ng (2) tỏc nhõn tn cụng thuc loi electronphin nờn phn ng c gi l th electronphin (SE). phn ng (3) tỏc nhõn tn cụng thuc loi nucleophin vỡ vy phn ng c gi l phn ng th nucleophin (SN). õy ta c bit lu ý n phn ng th theo c ch th gc. 1.2.2. Phn ng th theo c ch th gc 1.2.2.1. Gc t do [6, 14] Gc t do l nhng tiu phõn cú cha e t do.[6] Trường ĐHSP Hà Nội 2 6 Khoa Hóa học Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Ngọc Tú Gc cacbo t do l gc t do m cú e t do nguyờn t cacbon. Kớ hiu R. Gc cacbo t do n gin nht CH3 rt khụng bn. Thay th H bng cỏc nhúm ankyl hoc aryl s lm tng bn: CH3 < CH2CH3 < CH(CH3)2 < C(CH3)3 CH3 < CH2C6H5 < CH(C6H5)2 < C (C6H5)3 Hng bn vng húa ca R l dime húa, chuyn mt e t gc ny sang gc khỏc, cng vo ni ụi, chuyn v, v.v...[14] 1.2.2.2 Cỏch to gc t do [6] Cỏc gc t do cú th c to ra bng nhiu phng phỏp khỏc nhau: phng phỏp nhit phõn, phng phỏp quang phõn, phng phỏp in phõn, phng phỏp oxi húa-kh bi nhng iụn vụ c,.... Cú th di s tỏc ng ca nng lng nhit hoc nng lng ỏnh sỏng hoc di tỏc ng ca mt cht xỳc tỏc no ú, cỏc phõn t hp th nng lng v chuyn thnh cỏc gc t do. Vớ d: to thnh gc t do Cl ta cú th s dng mt s cỏch sau: - Dựng nng lng ỏnh sỏng: Cl-Cl - Dựng nng lng nhit: Cl2 + M as Cl + Cl (1) Cl + Cl + M (2) M cú th l phõn t Cl2 hoc mt ht khớ no ú. - Dựng cht khi mo l hi Na: Cl2 + Na NaCl + Cl (3) Quỏ trỡnh (1) l quỏ trỡnh quang hc cũn quỏ trỡnh (2) v (3) l quỏ trỡnh nhit hc. 1.2.2.3. C ch ca phn ng th theo c ch th gc Phn ng th theo c ch th gc sy ra qua 3 giai on: Trường ĐHSP Hà Nội 2 7 Khoa Hóa học Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Ngọc Tú - Giai on khi mo: hỡnh thnh cỏc gc t do. - Giai on phỏt trin mch: cỏc gc t do lụi cun nhng phõn t cú húa tr bóo hũa vo phn ng sinh ra sn phm v cỏc gc t do mi. - Giai on tt mch: cỏc gc t do b hy dit do va chm vi nhau, va chm vi thnh bỡnh hoc va chm vi mt cht l no ú.[6] Vớ d: Phn ng clo húa metan khi chiu sỏng sy ra nh sau: - Giai on khi mo: giai on ny cỏc phõn t clo hp th nng lng ỏnh sỏng v b phõn tớch thnh cỏc gc t do Cl as Cl2 Cl + Cl (1) - Giai on phỏt trin mch: Cỏc gc t do Cl tỏc dng vi CH4 to thnh gc mờtyl hot ng, sau ú gc mờtyl li tỏc dng vi phõn t clo khỏc sinh ra clorua mờtyl v gc Cl Cl + CH4 HCl + CH 3 (2) CH 3 + Cl2 CH3Cl + Cl (3) ................................ Cỏc quỏ trỡnh cú tớnh chu kỡ (2) v (3) c t ng duy trỡ, tc l lp i lp li rt nhiu ln do ú cỏc gc t do cng c tỏi sinh rt nhiu ln cho n khi b ct mch. - Giai on tt mch: S tt mch cú th sy ra nh sau Cl + Cl Cl2 Cl + CH 3 CH3Cl Trường ĐHSP Hà Nội 2 8 Khoa Hóa học Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Ngọc Tú CH 3 + CH 3 CH3-CH3 Trong phn ng clo húa mch dõy chuyn cú th kộo di 104 mt xớch. S cú mt ca mt chỳt oxi cú th lm cho mch ngn i, tc l lm gim s mt xớch trong mch. Ngc li, mt lng nh hp cht c kim cú kh nng to ra gc t do hot ng.[13] 1.2.2.4. C ch ca phn ng th halogen trong phõn t hp cht hu c no [13] Phn ng xy ra theo c ch th gc. 1.2.2.4.1 c im ca c ch Phn ng dõy chuyn to sn phm trung gian l R cú 3 bc chớnh: - Giai on khi mo: X-X as X + X (1) - Giai on phỏt trin mch: X + R-H X-H + R (2a) R + X-X R-X + X (2b) R + R R-R (3a) R + X R-X (3b) - Giai on tt mch: Bc quyt nh s to thnh sn phm l giai on phỏt trin mch do õy l giai on to ra sn phm, trong ú (2a) l giai on chm. 1.2.2.4.2. Cu hỡnh sn phm Giai on quyt nh cu hỡnh ca sn phm l giai on (2b). Vỡ R cú cu trỳc phng hoc gn phng nờn X2 tn cụng R t hai phớa vi xỏc sut gn nh nhau. Phn ng SR dn ti s raxemic húa. Trường ĐHSP Hà Nội 2 9 Khoa Hóa học Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Ngọc Tú 1.2.2.4.3. nh hng v cu trỳc cỏc cht phn ng n kh nng phn ng nh hng ca bc cacbon trong phõn t ankan Bc ca nguyờn t cacbon trong phõn t ankan cng cao kh nng tham gia phn ng SR ca hiro liờn kt vi cacbon ú cng ln: H-CI < H-CII < H-CIII S La Mó ch bc ca cacbon. Cú th gii thớch quy lut ny nh sau: khi bc ca nguyờn t cacbon cng cao nng lng phõn li liờn kt C-H cng nh, R sinh ra cng bn nh hiu ng siờu liờn hp +H do ú G cng nh v tc phn ng cng ln. nh hng ca nhúm th hỳt electron mch no, hiu ng I Khi bc ca cacbon nh nhau hiro cng gn nhúm th hỳt electron kh nng phn ng SR cng gim. Vớ d: CH3-CH2-CH2-CH2-Cl ri: 1 3,7 2,1 0,8 ri l kh nng phn ng ca nguyờn t hiro cacbon bc i. ú l vỡ trng thỏi chuyn tip cú s phõn cc [C+.H.Cl- ]; nhúm th hỳt e lm gim s phõn cc ú v tng th nng ca trng thỏi chuyn tip v vỡ vy tc phn ng gim i. 1.3. Cỏc phng phỏp gn ỳng lng t [15] 1.3.1. C s ca cỏc phng phỏp tớnh gn ỳng lng t S bin i trng thỏi vi mụ theo thi gian ca h lng t c mụ t bi phng trỡnh Schroedinger (1926) cú dng tng quỏt: Trường ĐHSP Hà Nội 2 10 Khoa Hóa học