Анализ колебательных спектров на основе расчета интенсивностей и спектро-структурные корреляции для ряда макроциклических молекул
Диссертация
Колебательная спектроскопия является надежным и широко используемым инструментом в структурных исследованиях органических соединений и материалов. Проведение наряду с экспериментальной работой квантово-химических расчетов частот и форм нормальных колебаний существенно облегчает интерпретацию инфракрасных (ИК) спектров и спектров комбинационного рассеяния света (КР), особенно для1 сложных молекул… Читать ещё >
Содержание
- Сокращения и обозначения, используемые в диссертации
- Глава 1. Квантово-химические методы расчета молекул. Расчет колебательных спектров. Ю
- 1. 1. Молекулярное уравнение Шредингера
- 1. 2. Приближение Борна-Оппенгеймера
- 1. 3. Метод молекулярных орбиталей. Приближение линейной комбинации атомных орбиталей
- 1. 4. Метод Хартри-Фока
- 1. 5. Уравнения Рутаана
- 1. 6. Учет электронной корреляции
- 1. 7. Метод теории возмущений
- 1. 8. Теория функционала плотности
- 1. 9. Выбор базисных функций
- 1. 10. Расчет колебательных спектров
- 1. 11. Интенсивности в колебательных спектрах
- Глава 2. Экспериментальные и расчетные методики, используемые в работе
- 2. 1. Приготовление образцов и регистрация спектров
- 2. 2. Методика квантово-химических вычислений
- Глава 3. Расчеты интенсивностей колебательных спектров квантово-химическими методами
- 3. 1. Расчет интенсивностей ИК спектров
- 3. 2. Расчет интенсивностей спектров КР
- 3. 3. Расчет интенсивностей колебательных спектров молекул среднего размера
- 3. 4. Выводы главы
- Глава 4. Моделирование ИК спектров тиакаликсаренов
- 4. 1. Квантово-химический расчет структурных и энергетических характеристик конформаций меркаптотиакаликсарена
- 4. 2. Колебательные частоты макроцикла
- 4. 4. Моделирование спектральной кривой
- 4. 5. Выводы главы
- Глава 5. Моделирование PIK спектров пиримидинов и макроциклов на их основе
- 5. 1. Эмпирический спектральный анализ таутомерного состава
- 5. 2. Квантово-химический анализ таутомерного состава
- 5. 3. Моделирование ИК спектров пиримидинов и макроциклов на их основе
- 5. 4. Выводы главы
- Глава 6. Моделирование ИК спектров хиноксалинациклопентадекафана
- 6. 1. Исследование структуры макроцикла
- 6. 2. Экспериментальное исследование способности макроцикла 15 образовывать связи с ионом Na
- 6. 3. Квантово-химический расчет комплексов макроцикла
- 6. 4. Моделирование ИК спектра соединений исследуемого ряда
- 6. 5. Моделирование ИК спектра оксиэтиленового фрагмента макроцикла
- 6. 6. Выводы главы
Список литературы
- Минкин, В.И. Теория строения молекул / В. И. Минкин, Б. Я. Симкин, P.M. Миняев // Ростов-на-Дону: Феникс. 1997. — 558 с.
- Степанов Н.Ф. Квантовая механика и квантовая химия / Н. Ф. Степанов // М.: Мир, Изд. Московского ун-та 2001. — 519 с.
- Krishnan, R. Derivative studies in configuration-interaction theory / R. Krishnan, H.B. Schlegel, J.A. Pople // J. Chem. Phys. 1980. — V. 72. — P. 4654 — 4655.
- Pople, J.A. Quadratic configuration interaction. A general technique for determining electron correlation energies / J.A. Pople, M. Head-Gordon, K. Raghavachari // J. Chem. Phys. 1987. — V. 87. — P. 5968 — 5975.
- Pople, J.A. Quadratic configuration, interaction: Reply to comment by Paldus, Cizek, and Jeziorski / J.A. Pople, M. Head-Gordon, K. Raghavachari // J. Chem. Phys. 1989. -V. 90.-P. 4635−4636.
- Cremer, D. Size-extensive QCISDT implementation and application / D. Cremer, Z. He // Chem. Phys. Lett. — 1994. — V. 222. — P. 40 — 45.
- Taylor, P.R. The coupled-pair approximation in a basis of independent-pair natural orbitals / P.R. Taylor, G.B. Bacskay, N.S. Hush, A.C. Hurley // Chem. Phys. Lett. -1976.-V. 41.-P. 444−449.
- Purvis III, G.D. A full coupled-cluster singles and doubles model: The inclusion of disconnected triples / G.D. Purvis III, R.J. Bartlett // J. Chem. Phys. 1982. — V. 76. — P. 1910−1918.
- Urban, M. Towards a full CCSDT model for electron correlation / M. Urban, J. Noga, S.J. Cole, RJ. Bartlett // J. Chem. Phys. 1985. — V. 83. — P. 4041 — 4046.
- Raghavachari, K. An augmented coupled cluster method and its application to the first-row homonuclear diatomics / Raghavachari, K. // J. Chem. Phys. 1985. — V. 82. -P.4607 — 4610.
- Moller, C. Note on an approximation treatment for many-electron system / C. Moller, M.S. Plesset // Phys. Rev. 1934. — V. 46. — P. 618 — 622.
- Vosko, S.H. Accurate spin-dependent electron liquid correlation energies for local spin density calculations: A critical analysis / S H. Vosko, L. Wilk, M. Nusair // Can. J. Phys. 1980.-V. 58.-P. 1200−1211.
- Becke, A.D. Density-functional exchange-energy approximation with correct asymptotic-behavior/ A.D. Becke // Phys. Rev. A 1988. — V. 38. — P. 3098 — 3100.
- Perdew, J.P. Density-functional approximation for the correlation energy of the inhomogeneous electron gas / J.P. Perdew // Phys. Rev. B 1986. — V. 33. — P. 8822 -8824.
- Perdew, J.P. Accurate and Simple Analytic Representation of the Electron. Gas Correlation Energy / J.P. Perdew, Y. Wang // Phys. Rev. B 1992. — V. 45. — P. 13 244 -13 249.
- Lee, G. Development of the Colle-Salvetti correlation-energy formula* into a functional’of the electron density / C. Lee, W. Yang, R.G. Parr // Phys. Rev. B 1988. -V. 37.-P. 785−789.
- Lee, C. Development of the Colle-Salvetti correlation-energy formula into a functional of the electron density / C. Lee, W. Yang, R.G. Parr // Phys. Rev. B 1988. -V. 37.-P. 785−789. .
- Becke, A.D. Density-functional thermochemistry. III. The role of exact exchange / A.D. Becke // J. Chem. Phys. 1993. — V. 98. — P. 5648 — 5652.
- T.H. Dunning Jr., Gaussian basis sets for use in correlated molecular calculations. I. The atoms boron through neon and hydrogen / T.H. Dunning Jr. // J. Chem. Phys. 1989. -V. 90.-P. 1007−1023.
- Kendall, R.A. Electron affinities of the first-row atoms revisited. Systematic basis sets and wave functions / R.A. Kendall, T.H. Dunning Jr., R.J. Harrison // J. Chem. Phys. 1992. — V. 96. — P. 6796 — 6806.
- Woon, D.E. Gaussian-basis sets for use in correlated molecular calculations. 3. The atoms aluminum through argon / D.E. Woon- T.H. Dunning Jr. // J. Chem. Phys. 1993. -V. 98. — P. 1358- 1371.
- Woon, D.E. Calculation of the electron affinities of the second row atoms: Al-Cl / D.E. Woon, T.H. Dunning // J. Chem. Phys. 1993. — V. 99. — P. 3730 — 3737.
- Peterson, K.A. Benchmark calculations with correlated molecular wave functions. IV. The classical barrier height of the H+H2 ® H2+H reaction / K.A. Peterson, D.E. Woon, T.H. Dunning Jr. //J. Chem. Phys. 1994. -V. 100. — P. 7410 — 7415.
- Волькенштейн, M.B. Колебания молекул / M.B. Волькенштейн, JI.A. Грибов, М. А. Ельяшевич, Б. И. Степанов // М.: Наука. 1972. — 699 с.
- C. Adamo, S. Clifford, J. Ochterski, G.A. Petersson, P.Y. Ayala, Q. Cui, K. Morokuma,
- Zhao, Y. Exchange-correlation functional with broad accuracy for metallic and nonmetallic compounds, kinetics, and noncovalent interactions / Y. Zhao, N.E. Schultz, D.G. Truhlar// J. Chem. Phys.-2005. V. 123.-P. 1 -4.
- Hariharan, P. C. The influence of polarization functions on molecular orbital hydrogenation energies / P.C. Hariharan, J.A. Pople // Theoret. Chim. Acta. 1973. — V. 28.-P. 213−222.
- Frisch, M.J. Self-consistent molecular orbital methods 25. Supplementary functions for Gaussian basis sets / M.J. Frisch, J.A. Pople, J.S. Binkley // J. Chem. Phys. 1984. -V. 80.-P. 3265−3269.
- EMSL Basis Set Exchange Library (https://bse.pnl.gov/bse/portal)
- Benkova, Z. Reduced-size polarized basis sets for calculations of molecular electric properties. I. the basis set generation / Z. Benkova, A.J. Sadlej, R.E. Oakes, S.E.J. Bell // J. Chem. Phys. 2005. — V. 26. — P. 145 — 153.
- Sipachev, V.A. Local centrifugal distortions-caused by internal motions of molecules / V.A. Sipachev // J. Mol. Structure 2001. — V. 567 — 568. — P. 67 — 72.
- V.A. Sipachev, V.A. Anharmonic corrections to structural experiment data / V.A. Sipachev // Struct. Chem. 2000. — V. 11. — P. 167 — 172.
- Baker, J. Direct scaling of primitive valence force constants: An alternative approach to scaled quantum i mechanical force fields/ J. Baker, A. Jarzecki, P. Pulay // J. Phys. Chem. A-1998.-V. 102.-P. 1412- 1424.
- Katsyuba, S. Scaled' quantum mechanical" computations of vibrational spectra1 of organoelement molecules, containing the atoms P, S, and* CI /S. Katsyuba- E. Vandyukova// Chem. Phys. Lett. 2003. — V. 377. — P. 658 — 6621
- Katsyuba, SA. Vibrational spectra and conformational! isomerism of calixarene building blocks. Part L Diphenylmethane, (C6H5)2CH2 / S.A. Katsyuba, J. Grunenberg, R. Schmutzler // J. MokStruct. 2001. — V. 559. — P. 315 — 320:
- Dykstra, C.E. Ab Initio Calculations of the Structure and Properties of Molecules / C.E. Dykstra // Amsterdam: Elsevier 1986. — 275 p.
- Galabov, B.S. Vibrational Intensities, Vol. 22 of Vibrational1 Spectra and Structure / B.S. Galabov, T. Dudev // Amsterdam: Elsevier 1996. — 323 p.
- Galabov, B. High Level ab Initio Quantum Mechanical Predictions of- Infrared Intensities / B. Galabov, Y. Yamaguchi, R.B. Remington, H.F. Schaefer III // J. Phys. Chem. A-2002.-V. 106.-P. 819−832.
- Halls, M.D. Comparison of the performance of local, gradient-corrected, and hybrid density functional models in predicting infrared intensities / M.D. Halls, H.B. Schlegel // J. Chem. Phys.- 1998.-V. 109. -P. 10 587- 10 593.
- Halls, M.D. Comparison study of the prediction of Raman intensities using electronic structure methods / M.D. Halls, H.B. Schlegel // J. Chem. Phys. 1999. — V. 111. — P. 8819−8824.
- Oakes, R.E. Reduced-size polarized basis sets for calculations of molecular electric properties. II. Simulation of the Raman spectra / R.E. Oakes, S.E.J. Bell, Z. Benkova, A.J. Sadlej // J. Comput. Chem. 2005. — V. 26. — P. 154 — 159.
- Zvereva, E.E. Ab initio and DFT predictions of infrared intensities and Raman activities / E.E. Zvereva, A.R. Shagidullin, S.A. Katsyuba // J. Phys. Chem. A. 2011. -V. 115.-P. 63 -69.
- Свердлов, J1.M. Колебательные спектры многоатомных молекул / JI.M. Свердлов, М. А. Ковнер, Е. П. Крайнов // Москва: Наука 1970. — 559 с.
- Orduna, M.F. Raman intensities of ethylene and deuterated derivatives in the gas phase / M.F. Orduna, A. del Olmo, C. Domingo, S. Montero // J. Mol. Struct. 1986. -V. 142.-P. 201 -204.
- Martin, J. Raman intensities of ethane and deuterated derivatives / J. Martin, S. Montero // J. Chem. Phys. 1984. — V. 80. — P. 4610 — 4620.
- Gutsche, C.D. Calixarenes Revisited / C.D. Gutsche // Cambridge: The Royal Society of Chemistry 1998. — 250 p.
- Asfari, Z. Calixarenes 2001 / Z. Asfari, V. Bohmer, J.M. Harrowfield, J. Vicens (ed.) // Dordrecht: Kluwer Academic Publishers 2001. — 683 p.
- Vicens, J. Calixarenes in Nanoworld / J: Vicens, J. Harrowfield'(ed.) // Dordrecht: Springer-2007.-395 p.
- Lhotak, P. Chemistry of thiacalixarenes / P. Lhotak // Eur. J. Org. Chem. 2004. — P. 1675 — 1692.
- Morohashi, N. Thiacalixarenes / N. Morohashi, F. Narumi, N. Iki, T. Hattori, S. Miyano // Chem. Rev. 2006. — V. 106. — P. 5291 — 5316.
- Bilyk, A. Systematic, structural coordination chemistry of p-tert-butyltetrathiacalix4.arene: 1. Group 1 elements and congeners / A. Bilyk, A.K. Hall, J.M. Harrowfield, M.W. Hosseini, B: W. Skelton, A. H: White // Inorg. Chem. 2001. -V. 40.-P. 672−686.
- Iki, N. Can thiacalixarene surpass calixarene? / N. Iki, S. Miyano // JLIncl: Phen. and Macr. Chem. 2001. V. 41. -P: 99 — 105.
- Rao, Ph. Synthesis and structural analysis of mercaptothiacalix4. arene / Phi Rao- M: Wi Hosseini^ A, De Cian^J: Fischer// Chem. Commun 1999.- P: 2169 — 2170.
- Brownlie, I.A. Infra-red spectroscopic measurements of substituted pyrimidines. Part II. The absorption spectra of di-, tri-, and tetra-substituted Pyrimidines / I.A. Brownlie // J. Chem. Soc. 1950. — P. 3062 — 3072.
- Marshall, J.R. An experimental study of some potentially tautomeric 2- and 4(6)-substituted pyrimidines / J.R. Marshall, J. Walker // J. Chem. Soc. 1951. — P. 1004 -1017.
- Whittaker, N. A new synthesis and the chemical properties of 5-aminopyrimidine / N. Whittaker // J. Chem. Soc. 1951. — P. 1565 — 1570.
- Short, L.N. Infra-red^ spectra of derivatives of pyrimidine / L.N. Short, H.W. Thompson // J. Chem. Soc. 1952. — P. 168 — 187.
- Brown, D. J: Simple pyrimidines. Part III. The methylation and structure of the aminopyrimidines / D.J.1 Brown, E. Hoerger, S.F. Mason // J. Chem. Soc. 1955. — P.1 4035−4040.
- Lord, R.C. Infra-red and Raman spectra ot. the diazines / R.C. Lord, A.L. Marston, F.A. Miller // Spectrochim. Acta. 1957. — V. 9. — P. 113 — 125.
- Inuzuka, K. The amino-imino tautomerization of the 2-aminopyridine-acetic acid system in isooctane / K. Inuzuka, A. Fujimoto // Bull: Chem. Soc. Jpn. 1990. — V. 63. -P. 971 -975.
- Тен, Г. Н. Интерпретация колебательных спектров поликристаллического аденина / Г. Н. Тен, В. В. Нечаев, Н. Б. Зотов, В. И. Баранов // Опт. и спекгроск. -2009.-Т. 107. С. 62 -70.
- Беллами, JI. Новые данные по ИК спектрам сложных молекул / JI. Беллами // Москва: Мир 1971.-318 с.
- Colthup, N.B. Introduction to Infrared and Raman Spectroscopy / N.B. Colthup, L.H. Daly, S.E. Wiberley // New York, London: Academic Press 1964. — 511 p.
- Rao, C.N.R. Chemical applications of infrared spectroscopy / C.N.R. Rao // New York, London: Academic Press 1963. — 683 p.
- Кизель, В.А. Практическая молекулярная спектроскопия / В. А. Кизель // Москва: Изд-во МФТИ 1998. — 356 с.
- Купцов, А.Х. Фурье-KP и Фурье-ИК спектры полимеров / А. Х. Купцов, Г. Н. Жижин // Москва: Физматлит 2001. — 656 с.
- Baiandina, А. Solution conformations of novel redox-active cyclophane based on biindolizinequinoxaline / A. Baiandina, V. Mamedov, Sh. Latypov // J. Mol. Struct. -2008.-V. 889.-P. 89−97.
- Янилкин, В.В. Вольтамперометрическое исследование связывания ионов металлов бииндолизиновыми гетероциклофанами и их ациклическими аналогами /
- B.В. Янилкин, Н. В. Настапова, А. С. Степанов, А. А. Калинин, В. А. Мамедов // Электрохимия 2010'. — Т. 46. — №. 1. — С. 51 — 63.
- C.А. Кацюба, А. Т. Губайдуллин, А. А. Калинин, В. В- Янилкин, В. А. Мамедов // XXIV Съезд по спектроскопии. Молодежная школа по оптике и спектроскопии. -Тезисы докладов. Том 1. Москва. Троицк. — 2010. — С. 100.
- Fawcett, W.R. A study of ion pairing in acetonitrile solutions containing magnesium perchlorate using attenuated total reflection FTIR spectroscopy / W.R. Fawcett, G. Liu // J. Phys. Chem. 1992. — V. 96. — P. 4231 — 4236.
- Перелыгин, И.С. ИК спектры координированного ацетона / И. С. Перелыгин, М. А. Климчук // ЖПС. 1974. — Т. 20. — № 5. — С. 907 — 909.
- Valiokas, R. Influence of Specific Intermolecular Interactions on the Self-Assembly and Phase Behavior of 01igo (Ethylene Glycol)-Terminated Alkanethiolates on Gold / R.
- Valiokas, S. Svedhem, M. Ostblom, S.C.T. Svensson, B. Liedberg // J. Phys. Chem. В -2001.-V. 105.-5459−5469.
- Martinez-Haya, B. Emergence of Symmetry and Chirality in Crown Ether Complexes with Alkali Metal Cations / B. Martinez-Haya, P. Hurtado, A.R. Hortal, S. Hamad, J.D. Steill, J. Oomens // J. Phys. Chem. A 2010. — V. 114. — P. 7048 — 7054.
- Hurtado, P. Gas-phase complexes of cyclic and linear polyethers with alkali cations / P. Hurtado, A.R. Hortal, F. Gamez, S. Hamad, B. Martinez-Haya // Phys. Chem. Chem. Phys. 2010. — V. 41. — P. 13 752 — 13 758.