Библиографическое описание:

Салахов М. С., Гречкина О. Т., Багманов Б. Т., Аббасов З. С. Модифицированные теоретико-информационные индексы в установлении зависимости «структура-растворимость» фуллерена С60 в ароматических растворителях // Молодой ученый. — 2014. — №12. — С. 351-355.

В настоящее время одним из активно развивающихся направлений в химии является исследование фуллеренов, так как они характеризуются необычными свойствами, проявляемыми в различных условиях, и представляют интерес как перспективный материал для научных исследований [1]. В связи с этим, ранее нами проведена работа по визуализации молекул фуллеренов Сn ичисла валентных связей [2].

Установление закономерностей их взаимодействия с молекулами растворителей является одной из основных задач в изучении фуллеренов, так как изучение растворимости фуллеренов играет важную роль в в установлении способа их выделения из фуллереновой сажи. За последнее время накоплен большой банк данных по растворимости фуллеренов в различных растворителях. Во многих случаях процесс растворения фуллеренов рассматривается по правилу «Подобное растворяет подобное», где в качестве подобия рассматриваются различные физико-химические свойства вещества [3]. Наиболее изученной из молекул, принадлежащей классу фуллеренов, является молекула С60, обладающая наиболее высокой симметрией и наибольшей стабильностью. Большое количество данных по растворимости фуллерена получено в ароматических растворителях. Так же установлено, что наибольшая растворимость молекулы С60 наблюдается в ароматических углеводородах [4]. Но, тем не менее, не выявлены закономерности между строением молекул растворителей и растворимостью в них фуллеренов С60. Многие аспекты растворимости С60 до сих пор не нашли объяснения и не найден универсальный прогнозирующий параметр растворяющей способности растворителей [4]. В связи с этим, представляет интерес провести исследование существования зависимости физико-химических свойств растворителей фуллерена С60 от их строения, описываемого с помощью модифицированных теоретико-информационных индексов. В качестве растворителей нами выбраны метил-, этил-, изопропил- и третбутилбензолы (I-IV), а также моно –F, –I, -Br, -Cl бензолы (V-VIII). Экспериментальные данные по растворимости С60 взяты из работы [5].

Модифицированные теоретико-информационные индексы ICk/, ТICk/,SICk/, ВICk/ и СICk/ с учетом констант электроотрицательности и радиусов атомов рассчитаны по формулам (1–5):

                                                                            (1)

(2)

(3)

(4)

                                                                                                  (5)

где n — число вершин графа, равное , ni — количество вершин в подмножестве i, N-число ребер графа, Еi — коэффициент электроотрицательности атома, Ri –радиус атома

Как мы показали ранее [6], введение таких параметров как константа электроотрицательности и радиус атомов в существующие теоретико-информационные индексы ICk, ТICk,SICk, ВICk и СICk[7], обусловлено необходимостью качественного описания природы связей в молекулярной системе. Данная методика позволяет получать различие в значениях индексов для молекул углеводородов и их галогензамещенных, обладающих одинаковой структурой, но различным составом, что дает возможность описывать с их помощью соединения такого типа и устанавливать зависимость между их структурой и физико-химическими свойствами.

Установлено существование линейных корреляционных зависимостей между модифицированными теоретико-информационными индексами и растворимостью- f(TIC0/) — Р (1), f(SIC0/) — Р (2), f(CIC0/) — Р (3), f(CIC1/) — Р (4), f(TIC1/) — Р (5), f(CIC2/) — Р (6), потенциалом ионизации — f(TIC0/) — j (7), f(SIC0/) — j (8), f(CIC0/) — j (9), f(TIC1/) — j (10), f(CIC2/) — j (11), электроотрицательностью — f(TIC0/) –c (12), f(SIC0/) –c (13), f(CIC0/) –c (14), f(TIC1/) –c (15), f(CIC1/) –c (16), и мезомерным эффектом — f(TIC0/) –M (17), f(SIC0/) –M (18), f(CIC0/) –M (19), f(TIC1/) –M (20), f(CIC1/) –M (21), f(CIC2/) –M для алкилбензолов (I-IV):

                                                                       (1)

                                                                       (2)

Лабиринт

                                                                     (3)

                                                                    (4)

                                                                  (5)

                                                                      (6)

                                                                    (7)

                                                                               (8)

                                                                     (9)

                                                                   (10)

                                                                     (11)

                                                                   (12)

                                                                    (13)

                                                                  (14)

                                                                  (15)

Лабиринт

                                                                  (16)

                                                                  (17)

                                                                      (18)

                                                                   (19)

                                                                  (20)

                                                                (21)

                                                                  (22)

Как следует из значений величины достоверности аппроксимации R2, для уравнений описывающих зависимость f(ТИ)-растворимость, наиболее точным является уравнение (1) содержащее индексTIC0/, соответственно для f(ТИ)-потенциал ионизации — уравнение (8) с участием индекса SIC0/, f(ТИ)-электроотрицательность — уравнение (15) c индексом TIC1/ и для f(ТИ)-мезомерный эффект — (18) с индексом SIC0/. На рис. 1–4 приведены графические интерпретации указанных уравнений.

Рис.1. Корреляционная зависимость TIC0/ — растворимость (Р) для алкилбензолов (I-IV)

Таблица 1

Значения модифицированных теоретико-информационных индексов ICk/, TICk/, SICk/, CICk/ (k=0–2), Ткип, Тпл, растворимости (Р), потенциала ионизации (j), электроотрицательности (c) и мезомерного эффекта (М) для алкил- (I-IV) и моногалоидбензолов (V-VIII)

№ 

Соединение

IC0/

TIC0/

SIC0/

CIC0/

IC1/

TIC1/

SIC1/

CIC1/

IC2/

TIC2/

SIC2/

CIC2/

т.кип/°С

т.пл /°С

Растворимость С60 Р, мг×мл-1

Потенциал ионизации j, эВ

Электроотрица-тельность c, эВ

Мезомерный эффект М

Дипольный момент, m

 

I

метилбензол

0,0225

0,3379

0,0058

3,8844

0,0387

0,5808

0,0099

3,8682

0,0559

0,8384

0,0143

3,8509

110,6

-95

3,0

8,82

2,580

+ 0,227

 
 

II

этилбензол

0,02255

0,40596

0,00541

4,1474

0,04334

0,7801

0,0104

4,12659

0,06349

1,1428

0,01522

4,10644

136

-95

2,6

8,76

2,501

+ 0,204

 
 

III

изопропилбензол

0,02253

0,47312

0,00513

4,36979

0,04398

0,92364

0,01001

4,34834

0,06198

1,3015

0,0141

4,33034

152,39

-96

1,2

8,69

2,336

+ 0,178

 
 

IV

третбутилбензол

0,02249

0,53974

0,0049

4,5625

0,0437

1,04868

0,00953

4,54127

0,04646

1,11499

0,0101

4,53851

168,2

-58

0,9

8,68

2,310

+ 0,175

 

V

моно фторбензол

0,02816

0,33789

0,00785

3,556805

0,03797

0,45566

0,01059

3,54699

0,05019

0,60225

0,014

3,53478

85

-41,9

1,2

9,20

4,00

+ 0,35

1,57

 

VI

моно йодбензол

0,03769

0,45228

0,01051

3,54727

0,0475

0,57005

0,01325

3,53746

0,05972

0,71664

0,01666

3,5252

188

29

2,1

8,73

2,44

+ 0,20

1,70

 

VII

моно бромбензол

0,03426

0,4111

0,00956

3,55070

0,04407

0,52887

0,01229

3,54089

0,05629

0,67547

0,0157

3,52867

156

-30,8

4,6

8,98

2,85

+ 0,28

1,72

 

VIII

моно хлорбензол

0,03211

0,38535

0,00896

3,55285

0,04193

0,50312

0,0117

3,50312

0,05414

0,64971

0,0151

3,53082

131

-45,6

5,7

9,07

3,00

+ 0,32

1,73

 

Лабиринт

Рис.2. Корреляционная зависимость SIC0/ — потенциал ионизации(j)для алкилбензолов (I-IV)

Рис.3. Корреляционная зависимость ТIC1/ — электроотрицательность(c) для алкилбензолов (I-IV)

Рис.4. Корреляционная зависимость SIC0/ — мезомерный эффект (М)для алкилбензолов (I-IV)

Согласно экспериментальным данным, полученным ранее [4] (табл.1) растворимость фуллерена С60 в галогенбензолах растет в ряду заместителей –F < -I < -Br < -Cl (V-VIII), резко уменьшаясь во фторбензоле. Так же авторами [4] были установлены линейные корреляционные зависимости растворимости С60 от положительных мезомерных эффектов заместителей, дипольных моментов, потенциалов ионизации и электроотрицательности галогенбензолов (V-VIII), на которых, в силу своего низкого значения растворимости, фторбензол отклоняется от линейной зависимости, образованной рядом заместитетелей –I, -Br, -Cl. Такое же отклонение фторбензола обнаружено нами для корреляционных зависимостей f(ТИ)- Р и f(ТИ)- m для индексов нулевого, первого и второго порядков, примером которых служат зависимости f(IC2/)-Р (рис.5) и f(IC2/)- m (рис.6).

Рис5. Корреляционная зависимость IC2/ — растворимость (Р) для галогенбензолов (V-VIII)

Рис. 6. Корреляционная зависимость IC2/ — дипольный момент (m) для галогенбензолов (V-VIII)

Между модифицированными теоретико-информационными индексами (k=0–2) и значениями потенциалов ионизации (j), атак же электроотрица-тельностью (c)имезомернымэффектом (М)галогенбензолов (V-VIII) существуют в зависимости от выбранного индекса, как симбатные, так и антибатные линейные корреляционные зависимости, так, например, индекс СIC0/ образует симбатные корреляционные зависимости значениями j, c и М:

  (23);     (24)

                                                                     (25)

Лабиринт

Таким образом, нами впервые установлены корреляционные зависимости между модифицированными теоретико-информационными индексами ICk/, ТICk/,SICk/, ВICk/ и СICk/ таких ароматических растворителей как алкил- (I-IV) и моногалоидбензолы (V-VIII), и значениями их растворимости, потенциалом ионизации,электроотрицательностью и мезомерным эффектом, что указывает на возможность использования данных индексов для описания структуры растворителей в решении задачи «структура-растворимость» и установления закономерностей взаимодействия фуллеренов с молекулами растворителей.

Литература:

1.      В. Н. Безмельницын, А. В. Елецкий, М. В. Окунь. Фуллерены в растворах // Успехи физических наук, 1998, т.168, № 11, с.1995–1220

2.      М. С. Салахов, Б. Т. Багманов, З. С. Аббасов и др. Модели для визуализации молекул фуллеренов Сn и числа валентных связей // Молодой ученый, № 4(51), 2013, с.130–132

3.      А. В. Елецкий, Б. М. Смирнов // Успехи физических наук, 1995, т.165, № 9, с.977

4.      Н. С. Аникина, Д. В. Щур, С. Ю. Зигайченко и др. Закономерности растворения фуллерена С60 в полиметилзамещенных бензола // Наносистемы, наноматериалы, нанотехнологии. 2013, т.11, 31, с.173–192

5.      M. T. Beck, G. Mandi, S. Keki, Fullerene Sci. Technol.,v.2, 1955, p.1510

6.      М. С. Салахов, О. Т. Гречкина, Б. Т. Багманов и др. Модифицированные теоретико-информационные индексы органических молекул в решении задачи «структура-свойство» // Материалы научно- практической конференции, посвященной 91-летию Общенационального лидера Гейдара Алиева «Актуальные проблемы современной биологии и химии», Гянджа, 12–13май, 2014, с.175–179

7.      Рувре Д. Химические приложения топологии и теории графов / Под.ред. Кинга Р. М.:Мир,1987.С.259.

Основные термины (генерируются автоматически): растворимости С60, Модифицированные теоретико-информационные индексы, корреляционные зависимости, растворимости фуллеренов, молекул фуллеренов Сn, фуллерена С60, визуализации молекул фуллеренов, модифицированными теоретико-информационными индексами, Корреляционная зависимость, линейные корреляционные зависимости, изучение растворимости фуллеренов, растворимости фуллеренов в различных, корреляционные зависимости растворимости, фуллеренов с молекулами растворителей, аспекты растворимости С60, в них фуллеренов С60, фуллеренов Сn ичисла, процесс растворения фуллеренов, Успехи физических наук, задач в изучении фуллеренов.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос