Исследование пространственного строения твердых органических соединений с использованием несферической формы атомов

• Автор: Рукавишников, Владимир Васильевич
• Шифр специальности: 02.00.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 114 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1 Способы представления и описания строения химических
соединений
1.2 Выявление закономерностей QSPR и QSAR
1.3 Современные компьютерные комплексы для вычисления
молекулярных дескрипторов и выявления связи между строением и свойствами химических соединений
1.4 Плотность вещества
1.5 Атомные радиусы и возможности их моделирования.
Модель «DENSON»
1.6 Модель «MERA»
1.7 Выводы по главе. Цель и задачи исследования
2 РАЗРАБОТКА И ОПИСАНИЕ МОДЕЛИ
2.1 Модель «ANSAB»
2.2 Алгоритм модели «ANSAB»
2.2.1 Исходные данные для расчета
2.2.2 Вывод результатов расчета по модели «ANSAB»
2.3 Функциональные возможности и описание работы
одноименной программы «ANSAB»
3 ПРИМЕНЕНИЕ МОДЕЛИ
3.1 Построение пространственных образов молекулярных
структур
3.2 Прогноз плотности углеводородов
3.3 Прогноз плотности кислородсодержащих органических
соединений

3.4 Прогноз плотности азот и серу содержащих органических соединений
3.5 Прогноз плотности гетероциклических органических соединений
3.6 Прогноз относительной плотности жидких органических соединений класса фуроксанов
3.7 Прогноз плотности твердых органических соединений
класса фуроксанов
3.8 Применение модели «ANSAB» с возможностью варьирования коэффициента упорядоченности
3.9 Сравнение результатов вычислений в рамках моделей
“DENSON” и “ANSАВ”
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. В химии твердого тела кристаллические вещества составляют существенную долю от общего числа объектов исследования. Достаточно вспомнить классические труды в области кристаллохимии и кристаллографии академика Белова Н.В. (Белов, Н.В. Очерки по структурной минералогии [Текст] / Н. В. Белов. — М.: Недра, 1976. - 344 с.) и др, а в органической химии монографию профессора Китайгородского А.И. и его последователей, посвященных рассмотрению структуры, динамики, свойств кристаллов и реальных органических молекул. В решении вопросов строения органических объектов особое внимание уделялось пространственной форме молекулы. Моделирование пространственной формы молекулы в органической кристаллохимии началось с моделей Стюарта - Бриглеба, где существенная роль отводилась атомным ван-дер-ваальсовым радиусам. Однако получаемые расчетные молекулярные объемы и далее плотности веществ не соответствовали реальным величинам. Оценка «свободного объема» важна для описания зависимости «чувствительность/молекулярное строение» для твердых взрывчатых веществ. Плотность вещества, будучи не аддитивной величиной, важна при оценке ряда характеристик твердых ракетных топлив. Современное развитие вычислительной техники позволило перейти к построению моделей, когда атомный радиус не является некоторой константой и его значение функционально зависит от общего молекулярного строения. Значение радиуса атома не постоянно, но форма остается сферической, поэтому новым этапом развития данного подхода в моделировании состоит в переходе к более сложному (чем сферическое) представлению атома в молекуле. Имеющиеся модели рассматривают только жидкие органические соединения, используют сферическую форму атома. Отметим, что в области органической химии нет четкой границы между «твердым» и «жидким» состоянием вещества, в частности жидкие кристаллы
С целью оценки атомных радиусов, которые являются эффективными величинами, с последующим расчётом плотности органических веществ была разработана имитационная модель «DENSON» [87-89].
Плотность вещества {р) может быть определена как отношение массы моля вещества (М) к его (мольному) объему (V):p = М/У. Если ввести понятие молекулярного объема с позиции представлений модели Стюарта — Бриглеба (объема одной молекулы — Умол), то, очевидно, что
V + Na* Умш (Na— число Авогадро), поскольку молекулы (в данном модельном представлении) не могут быть «прижаты» друг к другу так, чтобы не было свободного пространства. Выход из данной ситуации производится с использованием коэффициента К. тогда:
V=Na*K*VM01, (1.5.1)
где величина 1/К представляет собой коэффициент упаковки (Ку,,). Сл едовател ьно:
р=М*Куп/ (6; 022 1023K,J, (1.5.2)
Для получения величины р размерностью г/см3 необходимо М выразить в граммах, a VMOJl— в см3. Если вычислить VMOJI в А3, то
р = М * Куп / (0,6022* 1024VMOJI* 10~24), (1.5.3)
Если постулировать, что для жидких веществ Куп = const и принять ее равной 0,6022, то получим дляр простое выражение (2)
р=М/Умол, (1.5.4)