Электронная структура ароматических ацетиленовых спиртовых и моделирование их винилирования

Электронная структура ароматических ацетиленовых спиртовых и моделирование их винилирования

В данной статье рассчитаны квантово-химические показатели 1-фенил-3-метилбутин-1-ола-3 и его винилового эфира. Проведено моделирование процесса винилирования и найдено математическое выражение, описывающее реакцию взаимодействия 1-фенил-3-метилбутин-1-ола-3 ацетиленом.

Ключевые слова: ацетилен, винилирование, виниловый эфир, квантово-химические показатели, моделирование Известно, что химические свойства, а также реакционноспособность молекул во многим зависят от их электронной структуры и энергетических характеристик [1, с. 17]. винилирование ацетилен химический Предсказание конкретной координации донорных центров гетероциклических соединений является весьма трудной и актуальной задачей органической химии. С бурным развитием методов квантово-химических расчетов свойств молекул появилась возможность планирования экспериментальных исследований и проведения направленного синтеза органических и др. соединений [2, с. 23−27].

Исходя из этого были исследованы такие параметры ароматических спиртов, синтезированных из фенилацетилена и некоторых кетонов, а также виниловые эфиров на их основе [3, с. 12−16].

В качестве примера приводим результаты изучения геометрии и электронного строения молекул ароматические спиртов и виниловых эфиров полуэмпирическим квантово-химическим методом РМЗ (Рис. 1−6.).

Рисунок 1 3D структуры 1-фенил-3-метилбутин-1-ола-3.

Рисунок 2 3D структуры винилового эфира 1-фенил-3-метилбутин-1-ола-3.

Рисунок 4 Распределение зарядов на атомах молекулы винилового эфира 1-фенил-3-метилбутин-1-ол-3.

Рисунок 5 Распределение электронной плотности в молекуле 1-фенил-3-метилбутин-1-ола-3.

Рисунок 6 Распределение электронной плотности в молекуле винилового эфира 1-фенил-3-метилбутин-1-ола-3.

Расчеты кванто-химических параметров таких как общая энергия, энергия образования, теплота образования, энергия электрона, энергии ядре, дипольный момент и заряд на атоме кислорода синтезированных ацетиленовых спиртов и их виниловых эфиров, который приведены в 1-таблице. Эти данные могут быть использованы для характеристики молекул, а также и определения их реакционной способности.

Таким образом, выполненные квантово-химические исследования электронной структуры и энергетических характеристик выбранных молекул полуэмпирическим квантово-химическим методом позволяют определить приоритетные центры связывания ароматического соединения и показывают, что такое моделирование может быть эффективно использовано для конкретной координации молекул.

При обсуждении результатов практического винилирования АС большое значение имеет его математическое моделирование. Исходя из этого исследовано математическое моделирование синтеза виниловых производных выбранных АС с использованием ацетилена. В качестве примера приводим данные каталитического винилирования АС. Предложенный способ получения АС на основе ацетилена по формализации отличается сложностью стехиометрии и теплообменных явлений, протекающих в трехфазной системе. При создании математической модели возможен путь выделения основных схем реакции с использованием известных в мировой литературе закономерностей.

Результаты, полученные на лабораторной установке приведены с помощью которых проведено математическое моделирование винилирования АС с использованием программы STAT. Причем, в качестве целевых функций использованы выход АС и скорость реакции. На рис. 7 и 8. приведены визуальные иконограммы моделирования винилирования АС, где рабочими функциями являются продолжительность реакции и ее температура.

Температурная и временная зависимости выхода винилового эфира 1-фенил-3-метилбутин-1-ола-3, как и предполагали, имеют экстремальный характер (Рис. 7.), что и подтверждает правильность установленных экспериментом диапазонов. Установленная зависимость аппроксимируется уравнением:

(1).

где; у-выход винилового эфира 1-фенил-3-метилбутин-1-ола-3 (%);

х1 — температура (оС); х2 — продолжительность реакции (час).

Рисунок 7 Иконограмма зависимости выхода продукта винилирования 1-фенил-3-метилбутин-1-ола-3 от температуры и продолжительности реакции.

Таблица 1 Квантово-химические расчеты исследованных соединений

Рисунок 8 Иконограмма зависимости скорости реакции винилирования 1-фенил-3-метилбутин-1-ола-3 от температуры и продолжительности реакции

На рис. 8 приведена зависимость скорости реакции винилирования от температуры и продолжительности реакции, аппроксимируясь уравнением:

(2).

где z-скорость винилирования (моль/л.с.10−4);

х1 — температура (оС);

х2 — продолжительность реакции (час).

Технологический критерий оптимизации условий винилирования выражается максимальным выходом целевого продукта:

у (х1, х2) > max (3).

При этом, оптимум, как упоминалось выше, достигается при фиксированном выходе продукта. Для определения оптимума необходимо математическое моделирование, приводящее к общему виду:

(4).

и дифференцирования «у» по каждой из переменных величин х1 и х2 приводит к:

(5).

Решив систему уравнений находим х1 и х2:

и (6).

Подставляя значения b1, b2, b3 и b4 в уравнение (4) находим оптимум точек х1 и х2:

х1= 96,7оС; х2=5,6 соат, у= 36,6%; z= 3,04 10−4 моль/л.с.

Таким образом, для исследованной реакции винилирования 1-фенил-3-метилбутин-1-ола-3 рассчитаны его квантово-химические показатели и проведено математическое моделирования процесса. Найдено математическое выражение, описывающее реакцию ацетиленового спирта с ацетиленом.

Библиографический список

• 1. J.Gioslowski. Elekctronic structure calculations on fullerenes and Their Derivatives. New York: Oxford Univ. Press 1995.
• 2. С. Э. Нурманов. Моделирование процесса винилирования пиперидина. //Химическая технология, контроль и управление. 2006, № 5, -С.23−27.
• 3. Х. М. Вапоев, С. Э. Нурманов, Дж.Р.Умарова, Б. Ф. Мухиддинов. Технологические параметры синтезов на основе бутин-1-ола-3. //Химическая промышленность сегодня. 2009, № 6. -С.12−16.

Размещено на Аllbest.ru.