Метод расчета частичных атомных зарядов и его применение к моделированию физико-химических свойств и реакционной способности органических соединений
Диссертация
Существует множество методов оценки частичных атомных зарядов. Строгие с точки зрения квантовой теории методы выводят величины частичных атомных зарядов из анализа волновых функций, полученных при решении геометрической оптимизационной задачи. Для этой цели применяют неэмпирические и полуэмпирические квантовохимические расчеты. Известен подход, при котором заряды извлекаются из предварительно… Читать ещё >
Содержание
- I. МЕТОДЫ РАСЧЕТА ЧАСТИЧНЫХ АТОМНЫХ ЗАРЯДОВ
- ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
- 1. 1. Неэмпирические методы
- 1. 1. 1. Анализ орбитальных заселенностей
- 1. 1. 2. Квантово — топологический метод Бейдера
- 1. 1. 3. Извлечение атомных зарядов из молекулярного электростатического потенциала
- 1. 1. 4. Вычисление атомных зарядов из атомных полярных тензоров
- 1. 1. 5. Метод Политцера и его усовершенствования
- 1. 2. Полуэмпирические методы
- 1. 3. Эмпирические методы
- 1. 3. 1. Уравнивание электроотрицательности по Сандерсону
- 1. 3. 2. Метод Дель Ре
- 1. 3. 3. Метод Смита-Эйринга и родственные методы
- 1. 3. 4. Метод частичного уравнивания орбитальных электроотрицательностей
- 1. 3. 5. Метод уравнивания орбитальных электроотрицательностей ЕЕМ
- 1. 3. 6. Метод остаточных зарядов ЫЕ8СНА
- 2. 1. Топологические модели химической структуры
- 2. 2. Общий алгоритм выравнивания электроотрицательности
- 2. 2. 1. Модель молекулярного графа
- 2. 3. Модель орбитального графа
- 2. 4. Параметризация метода 52 2. 4. 1. Расчет параметров электроотрицательности и жесткости для галогенов в основной валентности
- 2. 4. 2. Параметризация малых циклов
- 2. 4. 3. Сводка параметров метода
- 2. 5. Расчет зарядов для сопряженных и ароматических систем
- 2. 5. 1. Распознавание я-системы в молекулярном графе
- 2. 5. 2. Расчет порядков 7г-связей и 71-зарядов
- 2. 5. 3. Суммарный атомный заряд
- 2. 5. 4. Расчет нечетных альтернантных систем
- 2. 5. 5. Расчет неальтернантных систем 76 1. 5.6. Вычислительная сложность алгоритма
- 2. 6. Примеры расчета зарядового распределения 77 III. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ. МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И РЕАКЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
- 3. 1. Сравнение с другими методами расчета зарядов
- 3. 2. Моделирование физико-химических свойств органических соединений
- 3. 2. 1. Моделирование химических сдвигов электронной спектроскопии
- 3. 2. 2. Моделирование химических сдвигов! Н ЯМР спектроскопии 89 3. 2. 3. Моделирование констант взаимодействия ЯКР
Список литературы
- Mulliken R. S. // J. Chem. Phys., 1955, vol., 23, pp 1833- 1840.
- Lowdin P. O. // J. Chem. Phys., 1953, vol., 21, pp 374.
- Bader R. W. F. // Acc. Chem. Res., 1985, vol. 18, pp 9−15.
- Politzer P., Harris R. R. // J. Am. Chem. Soc., 1970, vol. 92, pp 6431−6436.
- Wiberg K., Rablen P. // J. Сотр. Chem., 1993, vol. 14, pp 1504−1518.
- Cramer C., Truhlar D. // Theor. Chem. Acc., 1997, vol. 98, pp 206−211.
- Мак-Вини P., Сатклиф Б. Т.- Квантовая механика молекул // М.: Мир, 1971.
- Bachrach S. М. // in Reviews in Computational Chemistry, vol. 5, N. Y.: VCH, 1993, pp 171−227.
- Ласло П., Логика органического синтеза // М., Мир, 1998
- The’ry V., Rinaldi D., Rivail J.-L., Maigret В., Ferenczy J. J. // J. Comput. Chem. 1994, vol. 15, p 269.
- Warshel A., Levitt M. // J. Mol. Biol., 1976, vol. 103 p 227.
- Hobza, P., Zahradnik R. Intermolecular Complexes // Elsevier: Amsterdam, 1988.
- Storer J. W., Giesen D. J., Cramer C., Truhlar D. G. // J. Comp.-Aided Mol. Des. 1995, vol. 9, pp 87−110.
- Li J., Zhu Т., Cramer C., Truhlar D. G. // J. Phys. Chem. A. 1998, vol. 102, pp 1820−1831.
- Burkert, U., Allinger, N. L. Molecular Mechanics // American Chemical Society, Washington, DC, 1982.
- Jorgensen W. L., Maxwell D. S., Tirado-Rives J. // J. Am. Chem. Soc., 1996, vol. 118, pp 11 225−11 236.
- Hammarstrom, L-G, Liljefors T., Gasteiger J. // J. Comp. Chem., 1988, vol. 9, pp 424−440.
- Naray-Szabo G., Ferenczy G. // Chem. Rev., 1995, vol. 95, p 829.
- Харари Ф.- Теория графов // M., Мир, 1973.
- Паулинг JI.- Природа химической связи // М., Гостехиздат, 1949.
- Mulliken R. S. // J. Chem. Phys., 1934, vol. 2, pp 782−793.
- Gordy W. // Phys. Rev., 1946, vol. 69, pp 604−607.
- Allred A. L., Rochow E.G. // J. Inorg. Nucl. Chem., 1958, vol. 5, pp 264.
- Sanderson R. T. // J. Am. Chem. Soc., 1983, vol. 105, pp 2259−2261.
- Nagle J. K. // J. Am. Chem. Soc., 1990, vol. 112, pp 4741−4747.
- Luo Y-R., Benson S. W. // Acc. Chem. Res., 1992, vol. 25, p 375.
- Hinze J, Jaffe H. // J. Am. Chem. Soc., 1962, vol. 84, pp 540−546.
- Hinze J., Whitehead M. A, Jaffe H. H. // J. Am. Chem. Soc., 1963, vol. 85, pp 148−154.
- Кирпиченок M. А., Зефиров H. С. // Журн. орг. хим., 1987, т. 23, № 4, с. 691−701.
- Кирпиченок М. А, Зефиров Н. С. // ДАН СССР, 1989, т. 304, с. 887.
- Bergman, D., Hinze, J. // Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 1996, vol. 35, p 150.
- Szentpaly L.V. //J. Phys. Chem. A., 1998, vol. 102, pp 10 912−10 915.
- Верещагин A. H.- Индуктивный эффект // M., Наука, 1987.
- Зигбан, К, Нордлинг, К. и др., Электронная спектроскопия // М., Мир, 1971.
- Фудзинага С.- Метод молекулярных орбиталей // М., Мир, 1983.
- Кларк Т. // Компьютерная химия, М., Мир, 1979.
- Минкин В. И., Симкин Б. Я, Миняев Р. Н.- Теория строения молекул // М., ВШ, 1979.
- Chirlian L. Е., Francl M. M. // J. Comp. Chem, 1987, vol. 8, pp 894−903.
- Breneman С. M., Wiberg К. В. // J. Comput. Chem., 1990, vol. 11, p 361.
- King W. Т., Mast G. В., Blanchette P. P. // J. Chem. Phys., 1972, vol. 56, pp 4440.
- Cioslowski J. J. // Am. Chem. Soc., 1989, vol. 111, p 8333.
- Del Re G. // J. Chem. Soc., 1958, pp 4031−4040.
- Jolly W. L., Perry W. B. // Inorg. Chem., 1974, vol. 13, pp 2686−2692.
- Baumer L., Sala G., Sello G. // Tetrahedron Сотр. Method., 1989, vol. 2, pp 37−46.
- Gasteiger J., Marsili M. // Tetrahedron, 1980, vol. 36, pp 3219−3288.
- Mortier W. J., Van Genechten K., Gasteiger J. // J. Am. Chem. Soc., 1985, vol. 107, pp. 829−835.
- Bergman D., Hinze J. // Structure and Bonding, 1987, vol. 66, p 22.
- Mullay J. // J. Am. Chem. Soc., 1986, vol. 108, p 1770.
- Smith R., Ree Т., Magee J., Eyring H. // J. Am. Chem. Soc., 1951, vol. 73, p 2263.
- Abraham R., Griffiths L., Loftus P. // J. Comput. Chem., 1982, vol. 3, p 407.
- Siggel M., Streitwieser A. Jr., Darrah Thomas Т., // J. Am. Chem. Soc., 1988, vol. 110, pp 8022−8028.
- Bader R. F. W., Popelier P. L. A.* Keith T. A. // Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 1994, vol. 33, pp 620−631.
- Wampler J. E. // J. Chem. Inf. Сотр. Sci., 1995, vol. 35, pp 617−632.
- Politzer P., Mulliken R. S. // J. Chem. Phys., 1971, vol. 55, pp 5135−5136.
- Reed A., Weinstock R., Weinhold F. // J. Chem. Phys., 1985, vol. 83, pp 735−746.
- Коулсон Ч.- Валентность // M., Мир, 1965.
- Bader R. F. W. Atoms in Molecules: A Quantum Theory // Clarendon Press, Oxford, 1990.
- Bader R., Johnson S.- Tang Т.Н., Popelier P. // J. Phys. Chem. A., 1996, vol. 100, p 15 398.
- Fradera X., Austen M., Bader R. // J. Phys.Chem. A. vol.103. pp 304−314.
- Feynman R. P. // Rev. Mod. Phys., 1948, vol. 20, pp 367−387.
- Schwinger J. // Phys. Rev., 1951, vol. 82, pp 914−927.
- Perrin C. L. // J. Am. Chem. Soc., 1991, vol. 113, p 2865.
- Besler В. H., Merz Jr. К. M., Kollman P. A. // J. Сотр. Chem, 1990, vol. 11, p 749.
- Momany F. A. // J. Phys. Chem., 1978, vol. 82, pp 592−601.
- Cox S. R., Williams D. E. // J. Comput. Chem., 1981, vol. 2, pp 304−323.
- Besler В. H., Merz Jr. // MOPAC ESP, QCPE Bull., 1990 vol. 10, pp 15.
- Breneman С. M., Wiberg К. B. // J. Comput. Chem., 1990, vol. 11, p 361.
- Guadagnini P. H., Bruns R. E., // J. Am. Chem. Soc., 1995, vol. 117, pp 4144−4150.
- Кузнецов П. E., Щербаков А. А., Тимофеева Т. В. // Журн. структ. хим. 1989, т. 30, с. 182−183.
- Dewar М. J. S., Zoebisch Е. G., Healy Е. F., Stewart J. J. P., // J. Am. Chem. Soc., 1985, vol. 107, p 3902.
- Stewart J. J. // J. Comput. Chem., 1989, vol. 10, pp 221.
- Cramer C. J., Truhlar D. G., // J. Am. Chem. Soc., 1991, vol. 113, p 8305.
- Cramer C. J., Truhlar D. G. // Science, 1992, vol. 256, p 213.
- Parr R. G., Yang W., Density Functional Theory of Atoms and Molecules // Oxford University Press, N. Y. and Clarendon Press, Oxford, 1989.
- Katrizky A. R, Sild S., Karelson M. // J. Chem. Inf. Сотр. Sci., 1998, vol. 38, pp 1171−1176.
- Allinger N. L., WuesthoffM. T. // Tetrahedron, 1977, vol. 33, pp 3−10.
- Abraham R. J., Hudson В., // J. Comput. Chem., 1984, vol. 5, pp 562−570.
- No К. Т., Grant J. A., Scheraga H. A., J. Phys. Chem. 1990, vol. 94, p. 4732.
- Gasteiger J., Marsili M. // Org. Magn. Resonance., 1981, vol. 15, p 353.
- Hutchings M. G., Gasteiger J. // Tetrahedron Lett., 1983, vol. 24, p 2541.
- Guillen M. D., Gasteiger J.// Tetrahedron, 1983, vol. 39, p 1331.
- Marsili M, Gasteiger J. // Croat. Chem. Acta, 1980, vol. 53, pp 601−614.
- Gasteiger J., Sailer H. // Angew. Chem., 1985, vol. 97, p 699.
- Wilmshurst J. K. //J. Chem. Phys., 1959, vol. 3, pp 561−565.
- Whitehead M. A., Jaffe H. H. // Theor. Chim. Acta, 1963, vol. 1, pp 209 221.
- Whitehead M. A., Jaffe H. H. // Trans. Farad. Soc., 1961, vol. 57, pp 18 541 862.
- Townes С. H., Dailey B. P. // J. Chem. Phys., 1949, vol. 17, p 782.
- Gordy W., // J. Chem. Phys., 1951, vol. 19, p 792.
- Mortier W. J., Ghosh S. K., Shankar S. // J. Am. Chem. Soc., 1986, vol. 108, p 4315.
- Sello G. // THEOCHEM, 1995, vol. 340, pp 15−28.
- Seshu S., Read M. В., Linear Graphs and Electrical Networks // Addison-Wesley Reading, MA, 1961.
- Электротехнический справочник, т. 1, M., Энергоатомиздат, 1985.
- Golender V. Е., Drboglav V. V., Rosenblit А. В. // J. Chem. Inf. Сотр. Sci., 1981, vol. 21, pp 196−204.
- Хьюи Дж.- Неорганическая химия. Строение вещества и реакционная способность // М., Химия, 1987.
- Sanderson R. Т., Chemical Bonds and Bond Energy, Academic Press // N. Y., 1976.
- Donnelly R. A., Parr R. G. // J. Chem. Phys., 1978, vol. 69, pp 4431.
- Komorowski L. // Chem. Phys., 1987, vol. 114, pp 55−71.
- Mulliken R. S. // J. Chem. Phys., 1952, vol. 51, pp 295−311.
- Rue R., Ruedenberg K. // J. Phys. Chem., 1964, vol. 68, pp 1676−1706.
- Santry D. P., Segal G. A. // J. Chem. Phys., 1967, vol. 47, p 158.
- Картмелл Э., Фоулс Г. В. А.- Валентность и строение молекул // М., Химия, 1979, с. 357.
- Гиллеспи Р., Харгиттаи И.- Модель отталкивания электронных пар валентной оболочки и строение молекул // М., Мир, 1992.103. de Vrie R. Y., Feil D., Tsirelson V. G. // Acta Cryst., 2000, vol. B56, pp 118−123.
- Clementi E., Roetti C. // At. Nucl. Data Tables, 1974, vol. 14, p 177.
- Стрейтвизер Э.- Теория молекулярных орбит для химиков-органиков //М., Мир, 1965, с. 435.
- Rauk A., Orbital Interaction Theory of Organic Chemistry // Wiley, N. Y., 1994.111. (a) Hall G. G. // Proc. Roy. Soc, London, 1955, vol. A222, p 251- (6) Ham C, Ruedenberg K. J. // Chem. Phys, 1958, vol. 29, p 1215.
- Golub G, Van Loan C. F, Matrix Computations // The John Hopkins University Press, Baltimore, 1989.
- Monaco G. //Int. J. Quant. Chem., 1998, vol. 68, p 201.
- Cieplak P., Cornell W. D., Bayly C., Kollman P. A. // J. Comput. Chem., 1995, vol. 16, p 1357.
- Вилков Jl. В., Пентин Ю. А.- Физические методы исследования в химии. Резонансные и электрооптические методы // М., Высшая школа, 1989.
- Семин Г. К., Бабушкина Т. А. и Якобсон Г. Г.- Применение ядерного квадрупольного резонанса в химии // Л., Химия, 1972.
- Bell, R. P., The proton in chemistry. Chapman and Hall // London. 1973.
- Aue D. H., Bowers M. T. Stabilities of positive ions from equilibrium gasphase basicity measurements // In: Gas-Phase Ion Chemistry, Chapter 9, vol. 2, Academic Press, N. Y., 1979.
- Таблицы констант равновесия и скорости гетеролитических органических реакций, под ред. Пальма В. А., т. 1, М., ВИНИТИ, 1975.
- DattaD. // J. Phys. Org. Chem., 1991, vol. 4, pp 96−100.
- Hansch C., Leo A., Hoekman D., Exploring QSAR. Hydrophobic, Electronic, and Steric Constants // American Chemical Society, Washington, DC, 1995.