Ненасыщенные карбоновые кислоты и карбоксилаты на их основе. Методы получения, молекулярная и структурная организация получаемых металлополимеров и нанокомпозитов. Методика расчета предорганизации ненасыщенных дикарбоновых кислот по отношению к кобальту.
При низкой оригинальности работы "Расчет энергии предорганизации ненасыщенных дикарбоновых кислот по отношению к кобальту", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
В последние годы металлополимеры привлекают большое внимание в качестве компонентов или предшественников для получения нанокомпозитных материалов, что обусловлено необычными физическими и химическими свойствами металлосодержащих наночастиц, связанные с проявлением квантовых размерных эффектов. Кроме того серьезной проблемой является получение наночастиц определенного фазового состава, с тем, чтобы на таких объектах исследовать изменение строения и свойств, при переходе от объемного материала к нанодисперсному. Однако влияние предорганизации, т.е. степени соответствия иона металла связывающим группам органического лиганда, полностью не изучено. В представленной работе решение этой проблемы достигается в результате синтеза карбоксилатов кобальта, их исследования, а также расчета показателей, характеризующих предорганизацию ненасыщенных дикарбоновых кислот (НДК) по отношению к кобальту при помощи программного продукта HYPERCHEM, в результате чего будут получены новые наноматериалы со структурой «ядро-оболочка» и размером наночастиц <30 нм, обладающие важными с точки зрения практического использования магнитными свойствами.· Согласно предорганизации образование комплекса облегчается в случае «предварительно организованных» лигандов и это оказывает влияние на образующиеся наноцастицы металла · ППП HYPERCHEM позволяет расчет энергии предорганизации ненасыщенных дикарбоновых кислот (НДК) по отношению к кобальту (II), используя два типа методов расчета: молекулярная механика и квантовая механика. Цель: расчет энергии предорганизации ненасыщенных дикарбоновых кислот (НДК), затрачиваемой на перевод НДК в конформацию, благоприятную для связывания с ионом кобальта с помощью квантово-химического ППП HYPERCHEM v8.0 · Расчет энергии молекулы НДК в конформации, которую лиганд принимает при комплексообразовании с кобальтом. · Расчет энергии молекулы НДК в конформации, которую лиганд принимает при комплексообразовании с кобальтом· Энергии рассчитаны при помощи программного продукта HYPERCHEM v8.
Введение
ненасыщенный дикарбоновый кислота кобальт
В последние годы металлополимеры привлекают большое внимание в качестве компонентов или предшественников для получения нанокомпозитных материалов, что обусловлено необычными физическими и химическими свойствами металлосодержащих наночастиц, связанные с проявлением квантовых размерных эффектов. Вместе с тем, металлосодержащие наночастицы склонны к агломерации, вследствие чего происходит потеря их уникальных свойств. Поэтому поиск путей стабилизации наночастиц металлов является актуальной задачей. Кроме того серьезной проблемой является получение наночастиц определенного фазового состава, с тем, чтобы на таких объектах исследовать изменение строения и свойств, при переходе от объемного материала к нанодисперсному.
Однако влияние предорганизации, т.е. степени соответствия иона металла связывающим группам органического лиганда, полностью не изучено. Способ оценки органического лиганда по отношению к иону металла - это расчет энергии предорганизации. В основном это связано с тем, что до недавнего времени не были разработаны методы, позволяющие рассчитывать эту характеристику органических лигандов. Программным продуктом (ПП), позволяющим проводить такие расчеты, является GAMESS и пакет прикладных программ (ППП) HYPERCHEM, которые дают возможность оптимизировать структуру молекул. В настоящей работе ППП HYPERCHEM и GAMESS использованы для расчета предорганизации ненасыщенных дикарбоновых кислот (НДК) по отношению к кобальту (II).
Реализация этой проблемы открывает возможность более тонкого регулирования свойств образующихся в результате пиролиза наночастиц и создания в результате новых наноматериалов, находящих применение в бионанотехнологии, медицине, диагностике. В представленной работе решение этой проблемы достигается в результате синтеза карбоксилатов кобальта, их исследования, а также расчета показателей, характеризующих предорганизацию ненасыщенных дикарбоновых кислот (НДК) по отношению к кобальту при помощи программного продукта HYPERCHEM, в результате чего будут получены новые наноматериалы со структурой «ядро-оболочка» и размером наночастиц < 30 нм, обладающие важными с точки зрения практического использования магнитными свойствами.
Таким образом, очевидно, что научно-обоснованный и контролируемый синтез металлополимеров и их нанокомпозитов весьма актуален и представляет большой научный и практический интерес.
Вывод
· Металлополимеры обладают целым рядом уникальных свойств: высокой каталитической активностью, необычными магнитными, электрофизическими свойствами, биологической активностью и др.
· Металлополимеры представляют интерес в качестве компонентов или предшественников для получения нанокомпозитных материалов
· Рассмотрен и изучен синтез карбоксилатов металлов
· Согласно предорганизации образование комплекса облегчается в случае «предварительно организованных» лигандов и это оказывает влияние на образующиеся наноцастицы металла
· ППП HYPERCHEM позволяет расчет энергии предорганизации ненасыщенных дикарбоновых кислот (НДК) по отношению к кобальту (II), используя два типа методов расчета: молекулярная механика и квантовая механика.
· Изучение влияния предорганизации органического лиганда на характеристики образующихся наночастиц металлов открывает возможность более тонкого регулирования свойств образующихся новых наноматериалов.
2. Расчетная часть
2.1 Методика расчета предорганизации лиганда
Цель: расчет энергии предорганизации ненасыщенных дикарбоновых кислот (НДК), затрачиваемой на перевод НДК в конформацию, благоприятную для связывания с ионом кобальта с помощью квантово-химического ППП HYPERCHEM v8.0
Задачи: · Расчет энергии НДК различными методами с помощью пакета прикладных программ HYPERCHEM и Gamess;
· Расчет энергии НДК в конформации, характерной для свободного состояния лиганда;
· Расчет энергии молекулы НДК в конформации, которую лиганд принимает при комплексообразовании с кобальтом.
· Расчет энергии молекулы НДК в конформации, которую лиганд принимает при комплексообразовании с кобальтом
2.2 Расчет предорганизации ненасыщенных дикарбоновых кислот по отношению к кобальту
Модели молекул карбоксилатов кобальта строили с помощью ППП HYPERCHEM v8.0, оптимизировали методом молекулярной механики и полуэмпирическим методом РМ3, затем в построенных молекулах удаляли ион кобальта (Со) и ставили недостающий водород (Н), после чего производили расчет без изменения геометрии. Экспериментально определяли для каждой из исследуемых кислот значения энергий и . По найденным данным рассчитали энергию предорганизации, которая равна разности энергии молекулы НДК в конформации, благоприятной для комплексообразования с ионом металла, и в конформации, характеризующей свободное состояние органического лиганда молекулы НДК, в соответствии с формулой (2): (2)
Анализируя полученные данные по каждому расчетному методу, можно выделить минимальную и максимальную энергию предорганизации, что позволяет судить об устойчивости образующихся комплексов кобальта с НДК.
Полученные результаты расчета энергии предорганизации на примере пяти НДК приведены в таблицах 1-2: Таблица 1. Расчет энергии предорганизации НДК по отношению к кобальту методом молекулярной механики
Таблица 2. Расчет энергии предорганизации НДК по отношению к кобальту полуэмпирическим методом РМ3
В данной работе при помощи ППП HYPERCHEM Release 8.0.4 (Hypercube Inc.) методами молекулярной механики, полуэмпирическими квантово-химическими методами, рассчитана энергия предорганизации следующих НДК по отношению к кобальту: малеиновая кислота (МК), итаконовая кислота (ИК), цис, цис-муконовая кислота (цис, цис-МК), аллилмалоновая кислота (АМК), ацетилендикарбоновая кислота (АДК). Расчеты проводились по мере их усложнения. Анализ расчета, выполненными методами показал, что наименьшая энергия предорганизации у цис, цис-муконовой кислоты кислоты, а наибольшая энергия предорганизации у аллилмалоновой. Рассчитанные энергии предорганизации НДК позволяют прогнозировать устойчивость комплексов кобальта с НДК: поскольку цис, цис-муконовая кислота более предорганизована по отношению к кобальту, чем аллилмалоновая, в случае цис, цис-МК следует ожидать более высокой устойчивости образующегося комплекса, чем в случае АМК.· Рассчитана энергия предорганизации дикарбоновых кислот, затрачиваемая на перевод НДК в конформацию, благоприятную для связывания с ионом кобальта;
· Энергии рассчитаны при помощи программного продукта HYPERCHEM v8.0 методами молекулярной механики, полуэмпирическими квантово-химическими методами;
· Анализ расчета, выполненного полуэмпирическим методом показал, что наименьшая энергия предорганизации у а цис, цис-муконовой кислоты, а наибольшая энергия предорганизации у аллилмалоновой. кислоты;
· Рассчитанные энергии предорганизации НДК позволяют прогнозировать устойчивость комплекса кобальта с НДК.
· Цис, цис-муконовой кислота более предорганизована по отношению к кобальту, поэтому следует ожидать высокой устойчивости образующегося комплекса с данной кислотой.
Список литературы
1. Утехина А.Ю., Г.Б.Сергеев Г.Б.. Органические наночастицы. Успехи химии 80 (3), 2011, 233 с.
2. Тринеева В.В., Вахрушина М.А., Кодолов В.И.. Получение металл/углеродных нанокомпозитов и возможности примениения. Физика. Химия. Вып. 1, 2012, 39 с.
3. Помогайло А.Д., Джардималиева Г.И.. Мономерные и полимерные карбоксилаты металлов. Москва: Физматлит, 2009. - 400 с.
4. Джардималиева Г.И. (Со)полимеризация и термические превращения металлосодержащих мономеров как путь создания металлополимеров и нанокомпозитов. Автореферат диссертации на соискание ученой степенидоктора химических наук. Черноголовка, 2009 г., 51 с.
5. Джардималиева Г.И., Помогайло А.Д.. Макромолекулярные карбоксилаты металлов. Успехи химии 77 (3), 2008, 270-275 с.
6. Поролло Н.П., Джардималиева Г.И., Уфлянд И.Е., Помогайло А.Д. Координационные полимеры на основе непредельных дикарбоновых кислот. Росс. хим. журн., Металлохелаты, 1996, т. 40, № 4-5, с. 190 - 3.
7. Поролло Н.П., Алиев З.Г., Джардималиева Г.И. Получение и реакционная способность металлосодержащих мономеров. Известия Академии наук, серия химическая, 1997, № 2, с. 375-382.
8. . Семенов С.А. Компьютерная химия. Программный комплекс HYPERCHEM (часть 1). М.: МИТХТ им. М.В.Ломоносова, 2006 - 31 с.
9. Семенов С.А. Пакет прикладных программ HYPERCHEM. Квантовая механика. Учебное пособие. М.: МИТХТ им. Ломоносова, 2006, 30 с.
Размещено на .ru
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
