Nghiên cứu khả năng phản ứng của một số hợp chất hữu cơ chứa nhóm OH bằng phương pháp hóa học lượng tử

Nghiên cứu khả năng phản ứng của một số hợp
chất hữu cơ chứa nhóm OH bằng phương pháp
hóa học lượng tử
Đỗ Thị Huyền Trang
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
Luận văn Thạc sĩ ngành: Hóa học; Mã số: 60 44 01 19
Người hướng dẫn: PGS.TS. Phạm Văn Nhiêu
Năm bảo vệ: 2013

Abstract. Cơ sở lý thuyết hóa học lượng tử: Phương trình Schrodinger; Sự gần đúng
Born – Oppenheirmer (Bon-Openhemơ); Phương pháp biến phân; Thuyết trường tự hợp
Hartree-Fork; Phương trình Roothaan. Nghiên cứu cơ sở của các phương pháp tính gần
đúng lượng tử: Giới thiệu các phương pháp tính gần đúng; Tương quan electron; Bộ
hàm cơ sở; Phương pháp phiếm hàm mật độ; Phần mềm Gaussian; Phần mềm
Gaussview 5.0. Nghiên cứu cơ sở lý thuyết hóa học hữu cơ: Hiệu ứng cảm ứng; Hiệu
ứng liên hợp; Hiệu ứng siêu liên hợp; Hiệu ứng không gian; Hiệu ứng ortho; Quy luật
bán định lượng về ảnh hưởng qua lại trong phân tử - phương trình Hammet; Phản ứng
thế ở nhân thơm. Đưa ra các kết quả đạt được: Lựa chọn bộ hàm và phương pháp tính;
Cơng thức tính pKa và kết quả tính pKa; Cấu trúc phân tử và kết quả tính tốn các thông
số lượng tử; Tổng hợp kết quả và thảo luận.
Keywords. Hóa học lượng tử; Hợp chất hữu cơ đơn vịng; Hợp chất hữu cơ đơn vòng
Content:


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ........................................................................................ 3
1.1. Cơ sở lý thuyết hóa học lƣợng tử ......................................................................... 3
1.1.1. Phương trình Schrodinger ................................................................................... 3
1.1.2. Sự gần đúng Born – Oppenheirmer (Bon-Openhemơ) ........................................ 5
1.1.3. Phương pháp biến phân ........................................................................................ 6

1.1.4. Thuyết trường tự hợp Hartree-Fork...................................................................... 7
1.1.5.

Phương trình Roothaan ..................................................................................... 9

1.2. Cơ sở của các phƣơng pháp tính gần đúng lƣợng tử ......................................... 10
1.2.1. Giới thiệu các phương pháp tính gần đúng .......................................................... 11
1.2.2. Tương quan electron ............................................................................................ 17
1.2.3. Bộ hàm cơ sở ........................................................................................................ 18
1.2.4. Phương pháp phiếm hàm mật độ .......................................................................... 21
1.2.5. Phần mềm Gaussian 09 ........................................................................................ 27
1.2.6. Phần mềm Gaussview 5.0 .................................................................................... 28
1.3. Cơ sở lý thuyết hóa học hữu cơ ............................................................................ 29
1.3.1. Hiệu ứng cảm ứng ................................................................................................ 30
1.3.2. Hiệu ứng liên hợp ................................................................................................. 30
1.3.3. Hiệu ứng siêu liên hợp ......................................................................................... 31
1.3.4. Hiệu ứng không gian ............................................................................................ 31
1.3.5. Hiệu ứng ortho...................................................................................................... 32
1.3.6. Quy luật bán định lượng về ảnh hưởng qua lại trong phân tử - phương
trình Hammet .................................................................................................................. 32
1.3.7. Phản ứng thế ở nhân thơm.................................................................................... 34


CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................ 35
2.1. Đối tƣợng nghiên cứu ............................................................................................ 35
2.1.1. Ancol .................................................................................................................... 35
2.1.2. Phenol ................................................................................................................... 35
2.1.3. Axit cacboxylic. ................................................................................................... 35
2.2. Giới thiệu vấn đề nghiên cứu ............................................................................... 35
2.2.1. Ancol .................................................................................................................... 35

2.2.2. Phenol. .................................................................................................................. 41
2.2.3. Axit cacboxylic. ................................................................................................... 42
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu ...................................................................................... 48
Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................... 49
3.1. Lựa chọn bộ hàm và phƣơng pháp tính .............................................................. 49
3.2. Cơng thức tính pKa và kết quả tính pKa ............................................................ 51
3.2.1. Cơng thức tính pKa .............................................................................................. 51
3.2.2. Kết quả tính pKa .................................................................................................. 52
3.3. Cấu trúc phân tử và kết quả tính tốn các thơng số lƣợng tử ......................... 65
3.3.1. Ancol .................................................................................................................... 65
3.3.2. Phenol ................................................................................................................... 69
3.3.3. Axit cacboxylic .................................................................................................... 70
3.4. Tổng hợp kết quả và thảo luận ............................................................................ 76
KẾT LUẬN ................................................................................................................... 80
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 82
PHỤ LỤC ...................................................................................................................... 85


Luận văn thạc sĩ khoa học

Tài liệu tham khảo
TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt
1. Nguyễn Thị Lan Anh (2011), Luận văn thạc sĩ khoa học hóa học, Trường Đại học
Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN.
2. Nguyễn Đình Huề, Nguyễn Đức Chuy (1986), Thuyết lượng tử về nguyên tử và
phân tử, Tập I, Nhà xuất bản Giáo dục.
3. Nguyễn Đình Huề, Nguyễn Đức Chuy (1986), Thuyết lượng tử về nguyên tử và
phân tử, Tập II, Nhà xuất bản Giáo dục.

4. Trần Thành Huế (2000), Hóa học đại cương, Tập I; Nhà xuất bản Giáo dục.
5. Trần Thành Huế; Bài giảng dành cho học viên Cao học; Trường ĐHSP Hà Nội,
2002.
6. Lê Thị Thu Hương, Nguyễn Thị Minh Huệ, Trần Thành Huế; Khảo sát một số khả
năng xảy ra phản ứng CH2 + N2O bằng phương pháp hoá học lượng tử; Tuyển tập
báo cáo toàn hội nghị các đề tài nghiên cứu các đề tài khoa học cơ bản trong lĩnh
vực Hoá lý và Hóa lý thuyết, Hà Nội 1/2002.
7. Nguyễn Thị Bích Loan; Luận văn thạc sĩ khoa học hóa học; trường Đại học Sư
phạm Hà Nội, 2003.
8. Nguyễn Hà My (2013), Luận văn thạc sĩ khoa học hóa học, Trường Đại học Khoa
học Tự nhiên – ĐHQGHN.
9. Hồng Nhâm (1994), Hóa học vô cơ, Tập II, Nhà xuất bản Giáo dục.
10. Đỗ Đình Rãng, Đặng Đình Bạch, Lê Thị Anh Đào, Nguyễn Mạnh Hà, Nguyễn Thị
Thanh Phong (2006), Hóa học hữu cơ 1, NXB Giáo dục.
11. Đỗ Đình Rãng, Đặng Đình Bạch, Lê Thị Anh Đào, Nguyễn Mạnh Hà, Nguyễn Thị
Thanh Phong (2006), Hóa học hữu cơ 2, NXB Giáo dục.
12. Đỗ Đình Rãng, Đặng Đình Bạch, Lê Thị Anh Đào, Nguyễn Mạnh Hà, Nguyễn Thị
Thanh Phong (2006), Hóa học hữu cơ 3, NXB Giáo dục.
13. Phan Tống Sơn, Trần Quốc Sơn, Đặng Như Tại (1976), Cơ sở Hóa học hữu cơ,
tập I, Nhà xuất bản Đại học và trung học chuyên nghiệp, Hà Nội.
81


Luận văn thạc sĩ khoa học

Tài liệu tham khảo

14. Phan Tống Sơn, Trần Quốc Sơn, Đặng Như Tại (1980), Cơ sở Hóa học hữu cơ,
Tập II, Nhà xuất bản Đại học và trung học chuyên nghiệp, Hà Nội.
15. Trần Quốc Sơn (1989), Giáo trình cơ sở lý thuyết Hóa học hữu cơ, Nhà xuất bản

giáo dục.
16. Trần Quốc Sơn (1979),Cơ sở lý thuyết hóa hữu cơ, Tập I, Nhà xuất bản giáo dục.
17. Trần Quốc Sơn, Đặng Văn Liễu (1999),Cơ sở hóa hữu cơ, Tập I, Nhà xuất bản
giáo dục.
18. Lâm Ngọc Thiềm - Trần Hiệp Hải - Nguyễn Thị Thu (2003), Bài tập hóa lý cơ sở;
Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật.
19. Lâm Ngọc Thiềm, Phạm Văn Nhiêu, Lê Kim Long (2008), Cơ sở hóa học lượng
tử, NXB Khoa học và Kĩ thuật.
20. Nguyễn Minh Thảo, Phạm Văn Phong; xác định cấu thành của Ơgienyl axetat và
sản phẩm chuyển vị Fries của nó bằng phương pháp tính Hố lượng tử; Tạp chí
Hố học, số 1 năm 2002.
21. Nguyễn Thị Thảo, Phạm Văn Phong; Xác định cấu thành của Xeton ,- không no
(từ o-axetylơgienol và 3 fomylindol) và một sản phẩm chuyển hố của nó bằng
phương pháp Hố học lượng tử;Tạp chí Hố học, số 2 năm 2002.
22. Nguyễn Trọng Thọ (2002), ứng dụng tin học trong giảng dạy hóa học, Nhà xuất
bản giáo dục.
23. Đào Đình Thức (1980), Cấu tạo nguyên tử và liên kết hóa học, NXB ĐH và
THCN.
24. Thái Dỗn Tĩnh (2002), Giáo trình cơ sở lý thuyết hóa hữu cơ, Nhà xuất bản Khoa
học và kỹ thuật.
25. Thái Dỗn Tĩnh (2001), Cơ sở hóa học hữu cơ, Tập I, Nhà xuất bản Khoa học và
kỹ thuật.
26. Thái Dỗn Tĩnh (2003), Cơ sở hóa học hữu cơ,Tập II, Nhà xuất bản Khoa học và
kỹ thuật.
27. Đặng Ứng Vận (2001), Phương pháp Hóa tin lượng tử nghiên cứu của phản ứng
hóa học, Hà Nội.
82


Luận văn thạc sĩ khoa học

Tài liệu tham khảo

28. Đặng Ứng Vận (1998), Tin học ứng dụng trong hóa học, NXB Giáo dục.

Tiếng Anh
29. Foresman J.B. Frisek E (1993), Exploring Chemistry with electronic structure
methods, second edition, Gaussian, Inc. Pitburgh, PA.
30. Ramachandran K.I., Deepa G., Namboori K. (2008). Computational chemistry
and molecular modeling: principle and application, Sringer-Verlag Berlin
Heidelberg.
31. Pople J. A. Beveridge D. L. (1970). Approximate Molecular Orbital Theory, Mc
Graw Hill book company.
32. Levine I. N. (2000). Quantum chemistry (1th Edition) Prentice Hall, Upper Saddle
River, New Jersey. 07458.
33. Jensen F. (2007) Introduction Computationnal Chemistry, Second edition, John
Willey & Sons Ltd.
34. Lewars E. G (2003) Computationnal Chemistry introduction to the theory and
applications of the molecular and quantum mechanics, second printing (2004).
Kluwer academic Publishers.
Trang Web
1. Cơ sở lí thuyết và phương pháp tính tốn: www.nsl.hcmus.deu.vn
2. Phương pháp trường tự hợp Hatree – Fock áp dụng cho hệ nhiều điện tử:
www.voer.edu.vn
3. vietsciences.free.fr/giaokhoa/.../hamsong-phuongtrinhsong.pdf
4. />5. />6. />
83