Возможности использования методов квантово-химического расчета для подтверждения химической структуры соединений двойного назначения
- Authors: 1
-
Affiliations:
- Казанский национальный исследовательский технологический университет
- Issue: Vol 1 (2024)
- Pages: 242-244
- Section: ЧАСТЬ I. Химия и технология энергонасыщенных соединений и изделий на их основе
- URL: https://vietnamjournal.ru/osnk-sr2024/article/view/631911
- ID: 631911
Cite item
Full Text
Abstract
Обоснование. Установление химической структуры синтезированных соединений, особенно малоизученных, является одной из самых сложных задач органической химии. Интерпретация полученных данных разными методами позволяет подтвердить истинную структуру химического соединения, а также выявить природу примесей. Однако достоверность сведений во многом зависит от квалификации химика и не исключает ошибок при проведении исследований.
В настоящее время на кафедре «Химия и технологии органических соединений азота» синтезирован ряд химических соединений, имеющих большой потенциал как энергонасыщенные соединения, так и перспективные биологически активные вещества. Применение методов квантово-химического расчета позволяет ускорить процесс подтверждения предполагаемой структуры малоизученного соединения по принципу цифровых двойников. Это становится возможным за счет сравнения спектров соединения реального и виртуального.
Цель — применение методов квантово-химических расчетов для подтверждения структур соединений и поиск наиболее подходящих настроек пакетов программ квантово-химических расчетов.
Методы. В ходе работы ИК-спектры соединений записываются на Фурье спектрометре «ThermoNicolet iS5» с математическим обеспечением «OMNIC», испытуемые образцы готовятся в виде суспензии в вазелиновом масле [1].
В данной работе для дополнительного подтверждения структур соединений нами было использовано сравнение ИК-спектров реально синтезированного вещества диэтиламида 5-бромникотиновой кислоты и ИК-спектр этого же соединения, но генерированного программой квантово-химических расчетов Orca.
Результаты. Реальный ИК-спектр диэтиламида 5-бромникотиновой кислоты показан на рисунке 1.
Рис. 1. Реальный ИК-спектр диэтиламида 5-бромникотиновой кислоты на вазелиновом масле
Интерпретация спектра:
- пики средней интенсивности 636,84; 690,30; 746,28; 803,63; 1030,48 говорят о наличии брома в структуре соединения;
- интенсивные пики 1457,49; 1585,25 соответствуют частотам пиридиновых соединений;
- интенсивный пик 1704,92 характеризует карбонильную группу в амидах;
- пик средней интенсивности 1295,20 и слабые пики 1121,45; 1177,89 могут говорить о наличии C-N функциональной группы;
- пики средней интенсивности 803,63; 1030,48; 1374,59, слабые пики 1121,45; 1177,89 свидетельствуют о присутствии алкильной группы.
Пример сгенерированного ИК-спектра изучаемого соединения указан на рисунке 2.
Рис. 2. ИК-спектр диэтиламида 5-бромникотиновой кислоты, смоделированный PW91/def2-SVP
Сравнение сгенерированных ИК-спектров с реальным спектром диэтиламида 5-бромникотиновой кислоты представлено в таблице 1.
Таблица 1. Сравнение сгенерированных ИК-спектров, полученных разными функционалами и базисными наборами, с реальным спектром диэтиламида 5-бромникотиновой кислоты
Диэтиламид 5-бромникотиновой кислоты (реальный спектр) | BP86/ def2-SVP | PW91/ def2-SVP | OLYP/ def2-SVP | BLYP/ def2-TZVPP | GLYP/ def2-TZVPP | mPWLYP/ def2-TZVPP |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
636,84 | 600 | 580 | 590 | 480 | 480 | 490 |
690,30 | 655 | 670 | 670 | 642 | 620 | 648 |
746,28 | 780 | 780 | 790 | 770 | 760 | 780 |
803,63 | 895 | 895 | 900 | 875 | 890 | 900 |
1030,48 | 1010 | 1000 | 1030 | 1085 | 1080 | 1090 |
1147,89 | 1090 | 1075 | 1090 | 1190 | 1200 | 1180 |
1295,20 | 1270 | 1270 | 1280 | 1270 | 1270 | 1265 |
1459,49 | 1410 | 1410 | 1425 | 1390 | 1390 | 1395 |
1585,25 | 1590 | 1580 | 1600 | 1550 | 1530 | 1570 |
1704,92 | 1700 | 1690 | 1720 | 1610 | 1620 | 1610 |
2853,79 | 3000 | 2984 | 3020 | 2975 | 2985 | 2975 |
Как видно из представленных данных, все задействованные варианты базисных наборов и функционалов генерируют ИК-спектр изучаемого соединения, который имеет очень большое сходство с ИК-спектром реального вещества [2–4].
Выводы. Впервые были использованы квантово-химические методы для анализа структур амидов 5-бромникотиновой кислоты. С помощью квантово-химических расчетов сгенерированы ИК-спектры ранее синтезированных образцов, используя разные настройки пакетов программ. Проведенные исследования подтверждают сходства реальных спектров и сгенерированных аналогов, полученных с использованием различных функционалов и базисных наборов, что говорит об идентичности предполагаемой и реальной структуры вещества. По результатам сравнения выявлены оптимальные настройки для анализа амидов 5-бромникотиновой кислоты: BP86/def2-SVP; PW91/def2-SVP; OLYP/def2-SVP.
Full Text
Обоснование. Установление химической структуры синтезированных соединений, особенно малоизученных, является одной из самых сложных задач органической химии. Интерпретация полученных данных разными методами позволяет подтвердить истинную структуру химического соединения, а также выявить природу примесей. Однако достоверность сведений во многом зависит от квалификации химика и не исключает ошибок при проведении исследований.
В настоящее время на кафедре «Химия и технологии органических соединений азота» синтезирован ряд химических соединений, имеющих большой потенциал как энергонасыщенные соединения, так и перспективные биологически активные вещества. Применение методов квантово-химического расчета позволяет ускорить процесс подтверждения предполагаемой структуры малоизученного соединения по принципу цифровых двойников. Это становится возможным за счет сравнения спектров соединения реального и виртуального.
Цель — применение методов квантово-химических расчетов для подтверждения структур соединений и поиск наиболее подходящих настроек пакетов программ квантово-химических расчетов.
Методы. В ходе работы ИК-спектры соединений записываются на Фурье спектрометре «ThermoNicolet iS5» с математическим обеспечением «OMNIC», испытуемые образцы готовятся в виде суспензии в вазелиновом масле [1].
В данной работе для дополнительного подтверждения структур соединений нами было использовано сравнение ИК-спектров реально синтезированного вещества диэтиламида 5-бромникотиновой кислоты и ИК-спектр этого же соединения, но генерированного программой квантово-химических расчетов Orca.
Результаты. Реальный ИК-спектр диэтиламида 5-бромникотиновой кислоты показан на рисунке 1.
Рис. 1. Реальный ИК-спектр диэтиламида 5-бромникотиновой кислоты на вазелиновом масле
Интерпретация спектра:
- пики средней интенсивности 636,84; 690,30; 746,28; 803,63; 1030,48 говорят о наличии брома в структуре соединения;
- интенсивные пики 1457,49; 1585,25 соответствуют частотам пиридиновых соединений;
- интенсивный пик 1704,92 характеризует карбонильную группу в амидах;
- пик средней интенсивности 1295,20 и слабые пики 1121,45; 1177,89 могут говорить о наличии C-N функциональной группы;
- пики средней интенсивности 803,63; 1030,48; 1374,59, слабые пики 1121,45; 1177,89 свидетельствуют о присутствии алкильной группы.
Пример сгенерированного ИК-спектра изучаемого соединения указан на рисунке 2.
Рис. 2. ИК-спектр диэтиламида 5-бромникотиновой кислоты, смоделированный PW91/def2-SVP
Сравнение сгенерированных ИК-спектров с реальным спектром диэтиламида 5-бромникотиновой кислоты представлено в таблице 1.
Таблица 1. Сравнение сгенерированных ИК-спектров, полученных разными функционалами и базисными наборами, с реальным спектром диэтиламида 5-бромникотиновой кислоты
Диэтиламид 5-бромникотиновой кислоты (реальный спектр) | BP86/ def2-SVP | PW91/ def2-SVP | OLYP/ def2-SVP | BLYP/ def2-TZVPP | GLYP/ def2-TZVPP | mPWLYP/ def2-TZVPP |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
636,84 | 600 | 580 | 590 | 480 | 480 | 490 |
690,30 | 655 | 670 | 670 | 642 | 620 | 648 |
746,28 | 780 | 780 | 790 | 770 | 760 | 780 |
803,63 | 895 | 895 | 900 | 875 | 890 | 900 |
1030,48 | 1010 | 1000 | 1030 | 1085 | 1080 | 1090 |
1147,89 | 1090 | 1075 | 1090 | 1190 | 1200 | 1180 |
1295,20 | 1270 | 1270 | 1280 | 1270 | 1270 | 1265 |
1459,49 | 1410 | 1410 | 1425 | 1390 | 1390 | 1395 |
1585,25 | 1590 | 1580 | 1600 | 1550 | 1530 | 1570 |
1704,92 | 1700 | 1690 | 1720 | 1610 | 1620 | 1610 |
2853,79 | 3000 | 2984 | 3020 | 2975 | 2985 | 2975 |
Как видно из представленных данных, все задействованные варианты базисных наборов и функционалов генерируют ИК-спектр изучаемого соединения, который имеет очень большое сходство с ИК-спектром реального вещества [2–4].
Выводы. Впервые были использованы квантово-химические методы для анализа структур амидов 5-бромникотиновой кислоты. С помощью квантово-химических расчетов сгенерированы ИК-спектры ранее синтезированных образцов, используя разные настройки пакетов программ. Проведенные исследования подтверждают сходства реальных спектров и сгенерированных аналогов, полученных с использованием различных функционалов и базисных наборов, что говорит об идентичности предполагаемой и реальной структуры вещества. По результатам сравнения выявлены оптимальные настройки для анализа амидов 5-бромникотиновой кислоты: BP86/def2-SVP; PW91/def2-SVP; OLYP/def2-SVP.
About the authors
Казанский национальный исследовательский технологический университет
Author for correspondence.
Email: liana.androva@mail.ru
студентка, группа 112-М1, Инженерный химико-технологический институт
Russian Federation, КазаньReferences
- pharmacopoeia.ru [Электронный ресурс]. ОФС.1.2.1.1.0002.15 Спектрометрия в инфракрасной области. Режим доступа: https://pharmacopoeia.ru/ofs-1-2-1-1-0002-15-spektrometriya-v-infrakrasnoj-oblasti/
- Патент РФ № 2617428 МПК C07D 213/79 06/01. Каримова Р.Г., Гарипов Т.В., Григорьева С.А., и др. Производные 5-бромникотиновой кислоты, обладающие антиаритмической активностью.
- Петрова С.С., Петров Е.С., Гильманов Р.З., и др. Синтез амидов 5-бромникотиновой кислоты как потенциальных биологически активных веществ // Вестник Казанского технологического университета. 2015. Т. 18, № 20. С. 50–52. EDN: VBWNYN
- Гильманов Р.З., Филиппов Ю.В., Петров Е.С., и др. Синтез и изучение биологической активности амидов 5-бромникотиновой кислоты // Вестник Казанского технологического университета. 2012. Т. 15, № 12. С. 258–259. EDN: PANUQF
Supplementary files
