Влияние растворителей на строение и свойства пиразолонов-5, их тио- и селеноаналогов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

На правах рукописи

II СМ А ГИ ЛОВА ЭЛЬВИРА РАФАИЛОВНА

ВЛИЯНИЕ РАСТВОРИТЕЛЕЙ НА СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА ПИРАЗОЛОНОВ-5, ИХ ТИО- И СЕЛЕНОАНАЛОГОВ

02.00.03 - органическая химия

Автореферат диссертации на соискание

ученой степени кандидата химических наук

Казань - 2006

Работа выполнена на кафедре органической химии химического института им. A.M. Бутлерова государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Казанский государственный университет им. В.И.Ленина" Министерства образования и науки Российской Федерации

Научный руководитель:1: г"'г ЧдокТор химйческих наук,

профессор Г.А. Чмутова

Официальные оппоненты: доктор химических наук, « ( ...........профессор P.M. Амииова

- доктор химических наук,

профессор Г.М.Храпковский

Ведущая организация: Институт органической и физической химии

им. А.Е. Арбузова Казанского Научного центра - Российской академии наук

Защита состоится " , 30 ноября 2006 г. в 14 ч. на заседании диссертационного Совета К 212.081.04 по химическим наукам Казанского государственного университета по адресу г. Казань, ул. Кремлевская 18, КГУ, Бутлеровская аудитория.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке им. Н.И.Лобачевского Казанского государственного университета.

Отзывы на автореферат направлять по адресу: 420008, г. Казань, ул. Кремлевская, 18, КГУ, научная часть.

Автореферат разослан " 27 " октября 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета кандидат химических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

А ктуалъность тем ы Создание мощного программного обеспечения наряду с развитием компьютерной техники обусловили все возрастающий интерес химиков к квантово-хи ми чески м расчетам.. Использование современных методов квантовой химии и системный анализ их результатов чрезвычайно важны для понимания сущности известных экспериментальных данных, корректных прогнозов и количественных оценок реакционной способности органических соединений. Несомненно, теоретические расчеты оказываются полезными и в решении такой актуальной задачи современной химии, как сравнение строения и свойств веществ в газовой фазе, растворах и твердом состоянии.

Данное исследование посвящено теоретическому изучению влияния растворителей на таутомерное равновесие и кислотно-основные свойства пиразол-2-он ов-5, интересных как с теоретической точки зрения в качестве объектов для изучения явления прототропной таутомерии, так и находящих широкое практическое применение. Пиразолоны входят в состав многих пурпурных цветообразующих компонент (ЦОК) и красителей, используются в органическом синтезе для получения разнообразных веществ, но главное поле их применения лежит в области медицины и сельского хозяйства, где эти производные обнаружили самую разнообразную активность - бактерицидную, инсектицидную, фунгицидную, противоопухолевую и психофармакологическую. Актуальность работы определяет также исследование свойств до сих пор малоизученных тио- и селеноаналогов пиразолин-2-онов-5, обладающих потенциальной биологической активностью.

Цель работы. Выявление на теоретическом уровне и объяснение влияния растворителей на устойчивость таутомерных форм гетеропиразолонов, их кислотность, структурные характеристики, распределение электронной плотности и другие свойства, сравнение и прогнозы в изменении строения и реакционной способности соединений при варьировании входящих в их состав элементов VI группы. Одновременно с этим решались методические задачи, связанные с выявлением влияния моделей сольватации, используемых методов квантово-химических расчетов, базисов, программ й т.п. на характер получаемой информации, ее корректность, затраты компьютерного времени и т.д.

Научная новизна и практическая значимость. Впервые проведено систематическое исследование сольватационных эффектов в их влиянии на таутомерию, кислотность, геометрию, характеристики электронного распределения и другие свойства пиразолонов-5, их тио- и селеноаналогов, важных гетероциклических соединений с широким спектром практически

полезных свойств. Проанализированы возможности континуальных, дискретных и комбинированных моделей для описания и объяснения влияния растворителей на устойчивость таутомеров нейтральных соединений, анионов, охарактеризованы отличия в свойствах самих пиразолонов и их гетероаналогов.

Работа имеет теоретический характер, но её результаты, несомненно, полезны для анализа свойств, реакционной способности в растворах и эффективного практического использования не только объектов исследования, но и других гетероциклических соединений.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на итоговой научной студенческой, конференции Казанского государственного университета (2000 г.); П Научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов научно-образовательного центра Казанского государственного университета «Материалы и технологии XXI века» (2001); Международной конференции по химии гетероциклических соединений, посвященной 90-летию со дня рождения профессора А.Н. Коста (Москва, 2005 г.); VIII молодежной научной школы-конференции по органической химии (Казань, 2005 г.); XVIII Международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс» (Новосибирск, 2005); VI Научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов научно-образовательного центра Казанского государственного университета «Материалы и технологии XXI века» (2006 г.); на итоговых научных конференциях Казанского государственного университета (2002 г., 2005 г., 2006 г.)« *

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, среди них 7 тезисов докладов и 2 статьи.

Объем н структура работы. Диссертационная работа оформлена на 150 страницах, содержит 60 таблиц в основном тексте и 63 таблицы в приложении, 20 рисунков и библиографию, включающую 166 наименований.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка цитируемой литературы и приложения. В первой главе представлен обзор литературных данных по теоретическому описанию сольватационных эффектов и моделям сольватации (литературный обзор 1). Во второй главе изложены экспериментальные и теоретические данные, касающиеся таутомерии халькогенопиразолонов-5 в различных средах (литературный обзор 2). В третьей главе обсуждаются результаты собственного теоретического исследования таутомерии пиразолонов-5, их тио .и селеноаналогов в растворах с использованием различных методов и подходов. Анализу влияния растворителей различного типа на кислотные свойства, распределение электронной плотности, геометрические и магнитные характеристики изучаемых соединений посвящена четвертая глава диссертации.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Циклическая молекула. N'-замещенного пиразолона может быть представлена тремя таутомерными формами СН, NH н ХН (по положению подвижного атома водорода в цикле):

к» н н * н у#

^с1—с1 V=zC' с1—с5

Л S>-lJ v—J v.

I I H I I.

R» R* R» R

CH(l-VIa). NH (1-V1 b) XH (I-VI с) анкон (I-Vld)

X6: О (1,1V), S(]1,V), Se(in,VI) R": -СНЭ (i-Ш), -CeHidV-Vl) R.9 : -H (МП). -СН, (1V-V1)

pmc.1

Данное прототрогшое равновесие чувствительно к влиянию различных факторов, таких как среда, температура, концентрация, природа заместителей и их положение в пиразолоновом кольце.

Влияние сольватационных эффектов на таутомерию и кислотные свойства изологичных пиразолонов было изучено на примере модельных соединений - 1-метилпиразолона (I), 1-метилтиопиразолона (II) и 1-метилселенопиразолона (III), а также реальных объектов - 1-феннл-З-метилпиразолона (IV) и его tho-(V) и селеноаналогов (VI), многочисленные производные которых находят широкое практическое применение. В качестве основных растворителей рассматривались наиболее часто используемые в экспериментальных исследованиях протонодонорные растворители — вода (как растворитель неорганического происхождения) и метанол (как простейший из спиртов), полярные апротонные растворители -ацетонитрил и диметилсульфоксид; хлороформ, четыреххлористый углерод и циклогексан как малополярные апротонные растворители.

Расчеты сольватации проводили в рамках континуальных (D-PCM, С-РСМ, IEF-PCM, IPCM, SCIPCM), дискретных и комбинированных моделей с использованием метода ограниченного Хартри-Фока, метода Moller-Plesset во втором порядке теории возмущений (МР2), метода теории функционала плотности B3LYP с базисными наборами 6-31G(d), 6-31G(d,p), 6-31 G++(d,p), 6-311G++(d,p), cc-pVDZ, aug-cc-pVD2, EPR-II, SVP, реализованных в программных пакетах Gaussian 98, Gaussian 03, GAMESS, NW Chem, метода Priroda/PBE/3z, а также полуэмпирическими методами РМЗ и AMI (пакет программ МОРАС 6). Для вычисления констант магнитного экранирования использовали GIAO подход в рамках программ Gaussian 98, Gaussian 03.

Расчеты проводили с полной оптимизацией геометрии без ограничений по симметрии, для всех стационарных точек вычислялась матрица вторых производных. Все обсуждаемые структуры имеют лишь положительные

частоты. В случаях, когда оптимизация геометрии приводила к нескольким возможным структурам, удовлетворяющим условиям локального минимума, в. дальнейшей работе использовалась структура, обладающая более низкой энергией.

Теоретическое изучение таутомерии пиразолин-2-онов-5, их ты о- и селеноаналогов в растворах

Квантово-химические расчеты сольватации модельных соединений (I-II1) проведены в рамках теории самосогласованного реакционного поля с использованием разных подходов и моделей, варьированием базиса в неэмпирических расчетах, выявлением роли эффектов электронной корреляции, способа оптимизации геометрии и т.д. Основной задачей было сравнение тенденций в изменении относительной устойчивости таутомерных форм изологичных пиразолонов-5 в газовой фазе и растворителях при варьировании гетероатома X и выявление возможностей использования различных моделей и методов расчета для качественных прогнозов влияния сольватации на положение таутомерного равновесия в соединениях данного класса.

Выявлено, что растворители всех типов по данным всех использованных методов и континуальных моделей (D-PCM, IEF-PCM, С-РСМ, IPCM, SCIPCM) уменьшают разницу в устойчивости таутомерных форм исследованных соединений по сравнению с газовой фазой (табл.1), при этом наибольший стабилизационный эффект наблюдается при сольватации NH-таутомеров изологичных пиразол о нов (табл.2).

Табл.1 Относительная устойчивость таутомеров (I-III) в газовой фазе и растворителях (AAG29s»ккал/моль) по данным расчетов с полной оптимизацией геометрии методом B3LYP/6-31G(d,p). Модель PCM.

Gaussian 98.

№ АДСГ298

газ хлороформ ацетон итр ил ДМСО метанол вода

la 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

Ib 7.14 5.41 4.34 4.58 2.17 1.66

(с 5.89 5.19 4.51 4.71 4.12 3.32

lia .3.06 2.17 1.83 1.92 2.93 3.68

lib 7.76 3.96 1.91 2.14 0.00 0.00

II с 0.00 0.00 0.00 0.00 2.85 3.59

HI а 8.61 6.98 3.91 5.29 4.40 4.67

III b 11.72 6.95 4.48 4.17 0.00 0.00

III с • 0.00 0.00 О.ОО 0.00 1.26 2.99

Табл, 2 Свободная энергия сольватации' (AGso|v, ккал/моль) таутомеров (Т-Ш) по данным расчетов с полной оптимизацией геометрии методом B3LYP/6-31G(d,p). Модель PCM. Gaussian 98.

№ -AGS oiv

хлороформ ацетонитрил ДМ СО метанол вода

1а 3.30 2.10 4.67 10.09 11.90

lb 5.03 4.56 7.24 15,57 16.87

Ic 4.77 3.65 5.85 12.17 13.66

Ila 3.18 1.45 4.34 9.52 11.65

lib 6.09 5.88 8.82 17.90 16.29

Не 2,29 0.23 3.20 6.55 8.68

Ilia 0.82 2.15 2.20 7.80 10.37

III Ь 3.96 4.48 6.42 15.57 17.87

Наиболее устойчивыми таутомерными формами в апротонных растворителях, как и в газовой фазе, являются СН-таутомер пиразолона и 5Н- и БеН- формы для тио- и селеиоаналогов соответственно; при переходе к полярным протонодонорным растворителям преобладающей становится N11-форма соединений (II, III).

Наибольшие изменения в относительной стабильности таутомеров получены в расчетах с учетом эффектов электронной корреляции и добавлением диффузных функций на тяжелых атомах и атоме водорода, тогда как использование поляризационных функций на атомах водорода в дополнение к поляризационным функциям на тяжелых атомах практически не влияет на таутомерное равновесие. Результаты расчетов с полной оптимизацией геометрии в неполярных апротонных растворителях лишь незначительно отличаются от таковых в приближении замороженного остова; при переходе к полярным и протонодонорным растворителям разница в энергиях сольватации более существенна и достигает' 3 ккал/моль. Вклады от энергии нулевых колебаний и термохимических поправок не вносят принципиальных изменений в относительную устойчивость таутомеров.

Квантово-химические расчеты 1-фенил-З-метилпиразолона (IV) и его тиоаналога (V) выявили те же тенденции в изменении относительной устойчивости таутомерных форм под влиянием растворителей, которые были установлены для модельных систем (табл.3). При этом энергия сольватации таутомеров (IV,V) оказалась несколько ниже значений, полученных при расчете соединений (I, II), в основном, за счет неэлектростатических взаимодействий (табл.4).

! Здесь и в последующих таблицах: ДСМ|„= ДС^фаствор) - ДС29в(газ), где ДС2<»8<газ) и ДСзздСраствор) - свободные энергии таутомеров по данным расчетов с полной оптимизацией геометрии в газовой фазе и в континууме растворителя соответственно.

s

Табл.3 Относительная устойчивость (ДЛС?298, ккал/моль) таутомеров 1-фенил-3-метилпиразолона-5 (IV) и его тиоаналога (V) в газовой фазе и растворителях (IEF модель) по данным расчетов с полной оптимизацией геометрии методом B3L YP/6-31 G(d,p). Gaussian 98.

№ ДД<7298

газ хлороформ ацетонитрил дмсо вода

IV а 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

IV b 7.16 5.31 5.78 3.90 4.07

IV с 7.88 7.74 8.07 6.22 6.55

Va 2.14 0.85 0.21 1.74 2.20

Vb 6.00 2.47 1.08 0.90 0.00

Vc 0.00 0.00 0.00 0.00 3.28

Табл.4 Составляющие энергии сольватации2 СН-таутомеров (I а, IV а) и анионов (I d, IV d) в растворителях (IEF модель) по данным расчетов с полной оптимизацией геометрии методом B3LYP/6-31 G(d,p). Gaussian 98.

№ -AGsoiv (Spot, solute/sol v AGcav AG,ер Д^поп/е!

хлороформ

1а 3.30 3.55 10.0 12.3 2.22 -0.04

Id 43.3 44.5 9.62 12.3 2.58 -0.13

IV а 2.87 3.63 16.3 19.7 3.55 0.21

IV d 36.4 38.3 16.3 18.9 3.21 0.61

ацетонитрил

la 2.10 5.01 11.9 12.0 2.63 2.46

Id , 50,4 55.7 11,4 12.2 3.05 2.30

IV а 0.69 5.23 19.4 19.4 4.23 4.23

IV d 41.6 49.0 19.4 18.6 3.77 4,58

диметилсульфоксид

la 4.67 5.07 13.1 17.1 3.80 -0,19

Id 54.2 56.1 12.6 17.3 4.41 -0.25

IV a 2.91 5.29 21.5 27.6 6.13 0.00

IV d - 46.0 49.4 21.5 26.4 5.46 0.49

вода

la 10.1 12.6 13.8 17.1 4.69 0.95

Id 65.5 70.4 13.2 17.3 4.94 0.87

IV d 56.1 65.8 22.5 26.4 6.14 2.32

3 Составляющие энергии сольватации: ДС^.^ии^н- -энергия взаимодействия поляризованного растворенного вещества с растворителем; ДСг^у — энергия образования полости; - энергия дисперсионных взаимодействий; ДС^р — энергия ядерного отталкивания; ДС?,™^ — суммарная энергия неэлектростатических взаимодействий.

Для оценки эффектов специфических взаимодействий, а именно Н-комплексообразования изологичных пиразолонов с растворителями, а также эффектов самоассоциации компонентов растворов в соответствующих растворителях проведены квантово-химические расчеты разнообразных Н-комплексов исследованных соединений (I-VI) на разных уровнях теории. В качестве растворителей выбраны вода, метанол, диметилсульфоксид и хлороформ. Учитывая бифильность объектов и двух первых растворителей, а также способность гетеропиразолонов образовывать Н-^омплексы по разным центрам, рассчитано большое число комплексов состава 1:1 и 1:2 в газовой фазе и в континууме растворителя (комбинированная модель) в предположении, что «супермолекулы» в определенной степени моделируют первую сольватную оболочку.

Образование Н-комплексов с растворителями стабилизирует все таутомерные формы изологичных пиразолонов (табл.5-7); «погружение» Н-комплексов в континуум (расчеты в рамках комбинированной модели) дает дополнительный выигрыш в энергии за счет сольватации (табл.5,6).

Табл. 5 Энергетические характеристики3 некоторых из возможных Н-комплексов 1-метилхалькогенопиразолонов (I-III) с водой состава 1:1 по данным расчетов методом B3LYP/6-31G(d,p). Gaussian 98.

№ Таутомер (Центр Н-св.) -ДС?298(йОшр) AG298(h-b) -AEo(h-b) -A//298(h-b) -AGíoivícomp)

Vila I а (О6) 417.08996 1.75 6.99 7.39 11.89

Vila' I a (N2) 417.08659 3.24 5.08 5.39 11.65

VII b I b (Н7) 417.07925 0.70 6.55 6.47 13.67

VII с I с (Н7) 417.08448 -1.34 8.92 9.12 12.59

VII с' I с (N2) 417.08218 0.11 7.65 7.69 11.83

Villa II a (S6) 740.05129 2.21 6.24 6.50 7.86

VIII b II b (Н7) 740.04787 -0.32 7,99 7.93 16.03

VIH с 11 с (N2) 740.05683 1.81 7.03 7.56 6.73

IX а III a (Se*) 2741.23863 0.58 7.31 7.13 7.84

IX b III b (Н7) 2741.23532 -0.45 8.16 8.10 13.81

IX с Ш с (N2) 2741.25009 -0.13 8.86 9.20 13.34

3 Здесь и в последующих таблицах: AGm^f Д(comp) - ДС?29в <t»uo - ДСгад^аюо» АЕщи-ъ)-=Д£<Хсотр> - A£ö(taut) - Д£о (water), A//298(S-b)= Д#298(сот1р) " АИгЩгшХ} ~ Д^298(ччмсг)> ГДв

Д02У&(сотр), Д£"«соччр)> АН298(сотр), ДС?29Я{йи1>> Д£й(И«Ь Д^2ЗД((аи() И AG2iS(watcr) , A£o<w»tcr) . Ä^29S(wat«r> — свободные энергии, полные энергии (с учетом энергии нулевых колебаний), энтальпии комплекса, исходного таутомера и молекулы воды в газовой фазе соответственно; ДО^Дсошр)-свободные энергии гидратации Н-комплексов, ÄGj^sfcomp) в а.е., Д£(ць-ьь АИ^тъ-ь), ДС;!98<ь.ьъ AGsoiv(comp) - в ккал/молъ.

Табл. 6 Энергетические характеристики Н-комплексов 1-метилхалькогено-пиразолонов (I-II1) с водой состава 1:2 по данным расчетов методом B3LYP/6-31G(d,p). Gaussian 98.

№ Таутомер (Центр Н-св.) -AG298(comp) -AEofh-b) -ДЯ298(Ь-Ь) -AGS0iv(comp)

Ха I a (N2, О6) 493.49942 5.65 11.50 12.26 12.90

Xb I b (Н7,06) 493.49633 0.44 15.68 16.03 15.13

Хс I с (Н7, N2) 493.49761 0.89 14.81 15.00 12.81

XI а II a (N2, S6) 816.45986 7.30 9.99 10.65 13.46

XI b II b (Н7, S6) 816.46296 0.67 15.64 15.87 15.37

XI с IIIC(H7,N2) 816.46593 6.57 10.69 11.67 11.12

XII а III a (N2, Se6) 2817.64972 4.09 12.36 12.36 9.14

XII Ь III b (H7, Se6) 2817.65372 -1.52 18.20 18.65 12.61

Комплексы исследованных соединений с диметилсульфоксидом устойчивее аналогичных комплексов с водой (табл.7), при этом их дополнительная стабилизация в континууме выражена в меньшей степени, чем при гидратации. Результаты расчетов специфического взаимодействия пиразолонов с водой и метанолом достаточно близки, в то время как комплексы с хлороформом заметно уступают последним по устойчивости.

Табл. 7 Энергетические характеристики некоторых из возможных Н-комплексов изслогичных пиразолонов с растворителями. Метод B3LYP/6-31 G(d,p). Gaussian 98.

№ Таутомер (Центр Н-св.) Растворитель -AG298(comp> AC?298(h-b) -A£o(h-b) -A//298(h-b)

XIII a I а (Н7) ДМСО 893.81514 2.66 6.98 6.43

XIII b I b (Н7) ДМСО 893.80737 0.40 8.70 8.03

XIII с 1с(Н7) ДМСО 893.81751 -4.72 14.04 13.37

XIV b ИЬ(Н7) ДМСО 1216.77888 -2.44 11.24 10.57

XV a I a (N2, О6) Метанол 572.01026 5.26 12.87 12.42

XV b I b (Н7,06) Метанол 572.00551 -0.13 16.76 16.01

XV с I с (Н7, N2) Метанол 572.00667 1.26 15.99 15.19

XVI a 1а (О6) Хлороформ 1759.95978 3.13 5.79 5.00

XVI b 1Ь(0*) Хлороформ 1759.95211 1.10 7.08 6.22

XVI с I с (N2) Хлороформ 1759.95320 1.37 6.17 4.81

XVII с IV с (Н7) Вода 648.07838 -1.40 9.44 9.03

XVIII с IV с (Н7) ДМСО 1124.81163 -4.94 15.07 14.79

XIX b IV b (О6) Хлороформ 1990.94683 2.21 6.71 6.02

В целом относительная активность центров Н-комплексообразования совпадает с соответствующей активностью центров протон и рования тех же гетеропиразолонов-5, рассчитанных в газовой фазе. В частности, при рассмотрении Н-комплексов СН-формы пиразолонов (I а, IV а), как наиболее стабильной в газовой фазе, можно отметить, что предпочтительнее Н-связывание по атому О6, нежели по атому N2.'

То же относится к СН гаутомерам тио-(Н а, V а) и селено-(Ш а, VI а)-лиразолонов. Для наиболее устойчивых в газовой фазе форм SH (II с, V с) и SeH (III с, VI с) тио- и селенолиразолонов более выгодно щ^) образование Н-комплексов по атому азота, причем ,

устойчивость их убывает в ряду 0>S>Se в соответствии I

с изменением зарядов на атоме азота вследствие эффекта Рис.2

прямого полярного сопряжения (рис.2).

Наиболее активными протонодонорными центрами соединений (I-VI) являются протон при кислороде в ОН-форме пиразолонов и протон в NH-формахтио- и селенопиразолонов.

Энергии водородных связей самоассоциатов 1 - метил ♦ халькогенопиразолонов сравнимы по величине с энергиями Н-комплексов халькогенопнразолонов с растворителями.

Важно отметить, что на качественном уровне влияние Н-комплексообразования на относительную устойчивость таутомерных форм исследованных соединений принципиально одинаково описывается всеми энергетическими параметрами (A£totj ДЕо, A/íwe, AG-iw), которые используются в литературе для характеристики таутомерии, и всеми использованными методами расчета, в том числе полуэмпирическими. Учет поправок на ангармоничность колебаний также не вносит принципиальных изменений в энергетические характеристики Н-комплексов.

Что касается абсолютных значений, то величина энергии водородной связи, рассчитанная как разница энергии комплекса и составляющих его компонентов, в целом увеличивается при учете эффектов электронной корреляции. В качестве примера в табл.8 приведены значения ЛЕо^-ь), н н A//298(h-b) и ДС?298(Ь-Ь) для комплекса (VII а)

_СН-таутомера 1-метилпиразолона с водой

н / \\ (рис.3) по результатам расчетов различными

^N2 методами. Значения энергии водородной

N1 связи, рассчитанные как ДЕо(ь-ъ) и Л#298(ь-ь>»

Н / ¿н на высших уровнях теории выглядят

^О* 3 несколько переоцененными по сравнению с

Рис.з характерными для водородных связей

подобного типа (обычно меньше 4 ккал/моль). С другой стороны, ЛС298<ь-ь) в большинстве расчетов положительна, и даже лучшие методы обеспечивают ее значение около -1 ккал/моль; возможно, смещение равновесия в сторону исходных

компонентов связано с недостаточной точностью расчета частотных характеристик.

Табл.8 Энергетические характеристики процесса Н-комплексообразования между СН-формой 1-метилпиразолона-5 и водой (VII а) в газовой фазе по данным расчетов с полной оптимизацией геометрии.

Методы -Д£о(ь-ь) -A//29r(h.b) AG298(h-b)

RHF/6-31G(d) 4.84 5.10 3.30

RHF/6-31G(d, р) 4.84 5.10 3.29

RHF/6-311 ++G(df р) 2.94 4.61 3.09

МР2/6-31 G(d, р) 6.91 7.26 1.97

B3LYP/6-31G(d) 6.95 7.44 1.76

B3LYP/6-31 G(d,p) 6.99 7.39 1.75

B3LYP/6-31 ++G(d,p> 3.95 4.23 4.05

B3LYP/6-311 ++G(d, p) 4.85 5.08 3,17

B3LYP/EPR-II 5.66 6.01 2.70

B3LYP/SVP 8.19 8.76 0.69

B3LYP/cc-pVDZ 8.20 8.80 0.63

B3LYP/aug-cc-p VDZ 3.38 3.73 4.86

Priroda / РВЕ/ 3z 5.44 5.69 3.25

В табл.9 представлены относительные свободные энергии таутомеров 1-метилхалькогенопиразолонов (I-III) по данным расчетов с полной оптимизацией геометрии методом B3LYP/6-3 IG(d,p) в рамках континуальной (РСМ), дискретной и комбинированной моделей.

Из данных этой таблицы следует, что в хлороформе относительная устойчивость таутомерных форм всех гетероаналогов по результатам расчетов в рамках всех используемых моделей остается той же, что и в газовой фазе.

Влияние полярных комплексообразующих растворителей на относительную устойчивость таутомерных форм более заметно, зависит от используемой модели сольватации и приводит к изменению природы преобладающих форм по сравнению с газовой фазой. Так, по данным расчетов в рамках дискретной модели в диметилсульфоксиде становится преобладающей ОН-форма I-метилпиразолона (I с), тогда как наиболее устойчивыми формами тио- и селенопиразолонов, как и в газовой фазе, остаются формы (II с) и (III с) соответственно. Расчеты в рамках комбинированной модели предсказывают в качестве наиболее стабильной ОН-форму пиразолона (I с), в то время как для тиопиразолона более выгоден NH-таутомер (II Ь), что согласуется с экспериментальными данными.

Табл.9 Относительные свободные энергии таутомеров (ДАС^а, ккал/моль) 1-метилхалькогенопиразолонов (I-IU) в газовой фазе и растворителях4.Метод B3LYP/6-3 lG(d,p). Gaussian 98.

№ газ хлороформ диметилсульфоксид вода

AA<W AAÖ2982 AA<W AAG29S4 aag2985 ДДС?2986 ДДС?2<>87 AAG2988 AAG298

1а 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

lb 7.14 5.41 5.11 4,58 4.88 -0.61 1.66 1.94 -0.29

Ic 5.89 5.19 4.11 4.71 -1.49 -5.17 3.81 1,14 1.70

IIa 3.06 2.17 - 1.92 2.83 1.19 0.09 3.81 1.62

IIb 7.76 3,96 - 2.14 2.31 -4,25 -3.81 1.86 -2.23

lie 0.00 0.00 - 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

Ilia 8.61 6.98 - 5.29 5.83 - 1,69 6.80 -

III Ь 11.72 6.95 - 4.17 6.09 - -2.99 4.29

Ш с 0.00 0.00 - 0.00 0.00 - 0.00 0.00 -

Наибольшему влиянию гидратации как за счет специфической, так и за счет неспецифической сольватации подвержена NH форма всех изологичных пиразолонов. При этом относительная устойчивость таутомерных форм в рамках дискретной модели остается той же, что и для изолированных молекул. По данным континуальных расчетов для пиразолона наиболее стабильной остается СН-форма (I а), а в случае тио- и селеноаналогов, NH-форма становится преобладающей (II b, III b). Большую стабильность NH таутомера пиразолона по сравнению с СН- и ОН-формами обеспечивают расчеты в рамках комбинированного метода, что соответствует экспериментальным фактам обнаружения значительных количеств NH таутомерной формы пиразолонов--5 в полярных протон одонорных растворителях.

Расчеты таутомеров 1-фенил-З-метилхалькогенопиразолонов (IV-VI) в рамках континуальной и дискретной модели выявили принципиально ту же картину относительной устойчивости таутомерных форм в растворах, которая была установлена для модельных соединений (1-Ш). Поскольку время расчета при переходе от модельных систем к реальным объектам (IV-VI) увеличивается на порядок, использование для систематических расчетов сольватации 1-фенил-З-метилхалькогенопиразолонов

комбинированной модели («погружения» Н-комплексов в континуальную среду) затруднительно на доступных нам компьютерах, но может быть рекомендовано для расчетов на более мощных вычислительных машинах.

4 1 - газовая фаза; 2, 4, 7 - РСМ-модель; 3, 5. 8 - дискретная модель; 6, 9-

комбннированная модель.

и

Влияние сольватации на свойства пиразолин-2-онов-5, их тио~ и селеноаналогов

Для оценки влияния сольватации на кислотные свойства пиразолонов-5, их тио- и селеноаналогов были рассчитаны энергии анионов соединений (I-VI) в рамках тех же методов и подходов, которые использовались для характеристики сольватации нейтральных форм.

Значения энергии сольватации анионов в несколько раз больше соответствующих значений для нейтральных форм, в основном, за счет электростатических взаимодействий (табл.4). Величины

неэлектростатических вкладов в энергию сольватации анионов й нейтральных форм в рамках одного и того же растворителя достаточно близки друг к другу.

Варьирование метода и базиса расчета оказывает значительное влияние на абсолютные энергии анионов в газовой фазе и растворителях. При этом качественная картина кислотности исследованных соединений одинакова во всех использованных методах. Из значений протоносродства анионов (табл.10), рассчитанных по формуле: РА = Д(7298(анион) - AG29r(BH), где ЛС298(анион) и ДС?29в(ВН) - свободные энергии Гиббса аниона и нейтральных таутомеров соответственно, следует, что кислотность соединений (I-VI) при варьировании гетероатома систематически изменяется в одном и том же ряду Se £ S »О, в соответствии с имеющимися экспериментальными данными.

Табл.10 Абсолютные значения протоносродства анионов (I-III) в газовой фазе по данным различных методов (РА, ккал/моль). Gaussian 98.

PA

№ RHF/ RHF/ B3LYP/ B3LYP/ B3LYP/

6-31G(d) 6-31 G(d,p) 6-31G(d,p) 6-31++G(d,p) 6-311++G(d,p)

1а 359 360 354 341 340

lb ' 349 351 347 334 335

Ic 349 353 349 336 336

На 335 336 335 325 325

II b 327 330 330 321 321

lie 335 337 338 330 329

Illa 331 332 331 322 321

III b 324 326 328 318 318

lit с , 335 338 340 326 326

Это справедливо как для изолированных молекул, так и для растворов, где абсолютные значения протоносродства анионов уменьшаются (табл.11). Как и следовало ожидать, наибольшие изменения в кислотности гетеропиразолонов вызывает гидратация, наименьшие изменения наблюдаются для растворов в неполярных апротонных растворителях.

Табл.11 Абсолютные значения сродства к протону анионов (I-V) в газовой фазе и в растворителях (РА, ккал/моль) по данным метода B3LYP/6-31G(d,p). Модель PCM. Gaussian 98.

№ PA

газ хлороформ ацетонитрил дмсо вода

1а 354 314 305 305 299

lb 347 309 301 300 297

Ic 348 310 302 300 296

Ila 335 298 291 290 285

нь 330 296 290 290 289

Не 338 300 293 292 284

Ша 331 295 289 287 281

III b 328 295 288 288 286

III с 340 302 293 292 283

IV а 345 312 304 303 301

IV Ь 338 299 298 298 297

IV с 337 305 296 296 294

Va 331 300 293 291 288

Vb 327 299 292 292 290

Vc 333 301 294 293 287

Расчеты в рамках дискретной и комбинированной модели также свидетельствуют о большей стабилизации анионов по сравнению с нейтральными молекулами. Так, энергия Н-комплекса N11 формы 1-метил пиразол она с 2 молекулами воды, рассчитанная как разница в полных энергиях с учетом нулевых колебаний по данным расчетов методом ВЗЬУР/б-31 <]((*, р), составляет -15.7 ккал/моль, в то время как соответствующее значение для комплекса аниона равно -30,6 ккал/моль; а дополнительный выигрыш в энергии при «погружении» Н-комплексов анионов в континуум в несколько раз выше аналогичных величин для нейтральных таутомеров.

Наряду с изменениями энергетических параметров, мы проанализировали влияние сольватации на электронную структуру нейтральных форм и анионов исследованных соединений (1-У1). Результаты расчетов таутомеров всех изологичных пиразолоиов в рамках всех использованных методов и моделей свидетельствуют о существенно большей полярности N11 форм в сравнении с СН- и ХН-таутомерами. При переходе из газовой фазы в раствор дипольные моменты нейтральных форм и. анионов .всех исследованных соединений увеличиваются. В качестве примера в табл.12 приведены значения дипольных моментов модельных 1-метилхалькогенопиразолонов в различных средах по данным расчетов с полной оптимизацией геометрии методом ВЗЬУР/6-31С^,р).

Как и ожидалось, наибольшее влияние на дипсшьные моменты и зарядовое распределение (табл.13) исследованных соединений оказывает гидратация. Величины зарядов в ацетонитриле и диметилсульфоксиде практически совпадают, а наименьшие изменения в распределении электронной плотности наблюдаются в растворе хлороформа. При этом абсолютные значения эффективных зарядов на атомах и величины дипольных моментов заметно зависят от выбора метода и базиса расчета, как в газовой фазе, так и при учете сольватации.

Табл.12 Дипольные моменты (ц, Д) 1-метилхалькогенопиразолонов (I-III) в газовой фазе и растворителях по данным расчетов с полной . оптимизацией геометрии методом B3LYP/6-31 G(d,p). Модель РСМ.

Gaussian 98.

№ n

газ хлороформ ацетонигрил дмсо вода

la 2.05 2.35 2.63 2.64 2.97

lb 4.76 6.15 6.50 6.53 7.51

Ic 2.80 3.25 3.60 3.63 4.05

Id 2.02 2.30 2.39 2.37 3.06

11a 3.22 3.96 4.22 4,23 4.72

lib 6.69 8.76 9.66 9.70 10.93

lie 1.61 1.86 1.96 2.97 2.26

II d 3.69 4.15 4.29 4.27 5.50

Ilia 3.20 4.11 4.36 4.36 5.43

III Ь 6.78 9.15 10.30 10.36 12.12

III с 1.55 1.76 1.86 1.86 2.27

ш d 1.64 2.26 2.47 2.48 3.80

ТаблЛЗ Эффективные заряды на атомах (q, а.е) анионов (IV-VI) в газовой фазе и растворителях по данным расчетов с полной оптимизацией геометрии методом B3LYР/6-31 G(d,p). Модель PCM. Gaussian 98.

4

№ N2 С4 I x6 N2 С4 ■ X6

газ хлороформ

IV d -0.438 -0.301 -0.647 -0.449 -0.322 -0.671

Vd -0.411 -0,243 -0.538 -0.419 -0.252 -0.583

VI d -0.409 -0.248 -0.652 -0.416 -0.267 -0,712

ацетонитрил вода

IV d -0.454 -0.327 -0.676 -0.480 -0.361 -0.705

Vd -0.424 -0.252 -0.593 -0.451 -0.290 -0.656

VI d -0.419 -0.270 -0.721 -0.440 -0.301 -0.790

Интересно отметить тенденции в изменении геометрических характеристик изологичных пиразолонов при переходе из газовой фазы в раствор (табл.14), согласующиеся с изменениями энергетических характеристик. Изменения в геометрии особенно заметны в тех случаях, когда между компонентами раствора образуются устойчивые комплексы, т.е. величины At?29s(h-b) отрицательны При образовании Н-комплексов по >С=Х фрагментам (X - О, S, Se) соответствующие связи удлиняются, триада активных центров характеризуется углами, близкими к 180°, расстояния >С=Х...Н характерны для средних или слабых Н-комплексов, При образовании комплексов иного типа >N-H...O<, наряду с удлинением N-H связи, имеет место уплощение конфигурационного узла при атоме N2 (сумма валентных углов при этом атоме увеличивается). Соответствующие изменения, хотя и в меньшей степени, проявляются при расчетах этих систем в рамках континуальных моделей. Сравнение обсуждаемых результатов, полученных с оптимизацией геометрии таутомеров и их комплексов в растворах, и аналогичных результатов расчетов, выполненных в приближении «замороженного остова», позволяет заключить, что изменения геометрических характеристик вносят определенный вклад в энергии сольватации изученных систем (в среднем несколько десятых ккал/моль, иногда до 1.5 ккал/моль).

н ,Н н Н

__V* N4 VII, XIII: Х=0

Х у /СНз VIII, XIV: X=S

СНэ н СНэ

VII-VIII b XHI-XIVb CHj

Табл. 14 Характерные геометрические параметры Н-комплексов (VII Ь, VIII b, XIII b, XIV Ь) в газовой фазе и в растворителях (воде или диметилсульфоксиде) по данным расчетов методом B3LYP/6-31G(d,p). PCM модель. Gaussian 98.5

Параметр VII b XIII ь VIII b XIV b

газ вода газ дмсо газ вода газ ДМСО

/(N2-H7), Л 1.026 1.035 1.029 1.032 1.025 1.040 1.030 1.039

/(Н7...Оу), А 1.930 1.764 1.863 1,776 1.883 1.697 1.791 1.681

/(N2...Oy), А 2.930 2.793 2.862 2.758 2.896 2.728 2.809 2.694

ZN2-H7...Oy, град 164.0 172.0 162.9 157,7 169.2 1703 168.7 163.5

EZ N2, град 337.2 339.7 341.0 346.9 360.0 359.6 350.2 358.2

3 Таутомеры I Ь и IIЬ имеют следующие параметры в газовой фазе, воле и диметилсульфоксиде: /(N41),А 1.018,1.047,1.021 в 1Ь, 1.017,1.045,1.018 в IIЬ соответственно; град 334.6,

343.3,340.8 в 1Ь, 339.3,350.2,349.5 в IIЬ соответственно.

С целью выявления влияния сольватации на спектральные характеристики хал ькогз ноп и разол онов мы провели расчеты констант магнитного экранирования 1-фенил-З-метилхалькогенопиразолонов

(1V-VI) и их Н-комплексов с растворителями в газовой фазе, хлороформе, диметилсульфоксиде и поде методом GIAO при варьировании метода и базиса расчета, моделей сольватации в рамках программных пакетов Gaussian 98 и Gaussian 03. Особый интерес представляли анализ и выявление возможностей мультиядерной ЯМР спектроскопии (химических сдвигов на разных ядрах, в том числе на гетероатомах) для идентификации отдельных таутомерных форм в различных средах.

Анализ констант магнитного экранирования показал, что в газовой фазе сигналы ядер N2 и Xs (Х=0, S, Se) в соединениях (IV-VI) сильно отличаются друг от друга в разных таутомерных формах (табл.15). Учет растворителей в рамках континуальных моделей приводит к сравнительно небольшим изменениям положения сигналов интересующих нас ядер водорода, углерода и азота; гораздо сильнее на константах магнитного экранирования сказывается Н-комплексообразование исследованных соединений с растворителями. Выявлена корреляция между длиной водородной связи и величинами констант магнитного экранирования взаимодействующих атомов - самой короткой связи соответствует большее значение сдвигов сигналов.

Наиболее чувствительными к влиянию растворителя оказались сигналы гетероатомов X (О, S, Se). Тем не менее, даже максимальные из наблюдаемых сдвигов при учете растворителя не оказывают принципиального влияния на относительное положение сигналов в спектрах, и разница между величинами констант магнитного экранирования N2 и Г различных таутомеров остается достаточной для количественного определения соотношения таутомерных форм в растворе.

Результаты разнообразных расчетов с учетом (B3LYP) и без учета (RHF) эффектов электронной корреляции, варьированием базисных наборов [6-31G(d,p), 6-311++G(d,p), cc-pVDZ], моделей сольватации (PCM, IEF-PCM, С-РСМ), программ (Gaussian 98, Gaussian 03), с использованием газофазной геометрии и структур, полученных после оптимизации в растворителе, на качественном уровне согласуются друг с другом. Наилучшее соответствие эксперименту наблюдается при расчетах в рамках метода связанных' кластеров B3LYP/cc-PVDZ. Недопустимо большие отклонения от экспериментальных данных получены при использовании метода B3LYP/6-31 l-HG(d,p), хотя именно последний часто отмечается как предпочтительный для расчетов ЯМР спектров азотсодержащих гетероциклов.

При этом все проведенные расчеты свидетельствуют о целесообразности использования мультиядерного ЯМР ('Н, ,3С и особенно сигналов 1SN и гетероатомов Х=0, S, Se) для идентификации и количественного определения таутомеров в различных средах.

Табл. 15 Константы магнитного экранирования (ст, м.д.), химические сдвиги6 атомов углерода пнразолонового кольца (8, м.д.) соединений (IV-VJ) гю данным GIAO расчетов7 в рамках программы Gaussian 03. Отклонения от экспериментальных значений8 [ЦДб2), м.д,].

№ 5 у/А Я2'к

N' N2 С3 С4 С5 Хб II7 С3 С4 С5

Газ. Метод B3LYP/6-31G(d, p)

IV а 55.5 -70.9 42.4 150.3 29.2 -57.0 28.8 149.4 41.5 162.6 112.9

IV Ь 80.8 130.3 45.7 90.0 36.7 4.43 26.7 146.1 101.8 155.1 124.6

IV с 62.3 -21.6 49.3 107.3 45.9 243.1 27.6 142.5 84.5 145.9 142.6

Va 26.1 -80.9 36.3 134.3 0.4 244.7 28.0 155.5 57.5 191.4 -

Vb 60.1 107.8 50.8 75.8 13.6 377.9 25.9 141.0 116.0 178.2

Vc 42.6 -48.2 47.2 87,9 62.6 564.2 .27.9 144.7 103.9 129.2 -

Via 20.6 -81.4 35.0 131.7 -9.2 1291.2 27.7 156.8 60.1 201.0 -

VI b 57.1 102.5 51.9 73,6 6.8 1569.3 25.6 51.9 73.6 6.8 -

Vic 39.5 -51.0 46.5 85.4 63.4 1947.5 28.1 139.9 118.2 185.0 -

Хлоро( юрм, I EF модель. Метод ВЗ LYP/6-2 1 G(d, р)

IV a 56.2 -62.5 38.5 149.5 26.8 -34.2 28.5 153.6 42.6 165.3 35.0

IV b 78.9 127.8 42.4 92.0 35.0 36.4 25.6 151.2 96.8 162.3 72.5

IV с 63.9 -11.67 47.8 106.5 44.5 244.9 25.9 144.3 85.6 147.6 88.3

Хлороформ. EF модель. М етод В 3LYP/cc-pVDZ

IV a 50.9 -71.1 35.6 150.3 23.5 -46.7 28.4 158.6 43.8 170.7 5.6

IV b 73.4 Х22.0 43.1 97.4 31.8 25.4 26.1 151.2 96.8 162.3 30.3

IV с 57.7 -21.7 45.0 106.6 41.3 244.3 26.2 148.9 87.3 152.6 9.9

ДМСО. IEF модель. Метод B3LYP/6-3 lG(d,p)

IV a 56.5 -59.2 36.2 149.2 25.7 -25,9 28.4 156.0 43.0 166.5 16.5

IV b 77.9 126.2 41.0 93.0 34.4 49.0 26.1 151.2 99.2 157.8 61.2

IV с 64.5 -8.8 47.5 106.1 44.1 244.7 25.5 144.7 86.0 148.1 73.5

Н-комплекс с ДМСО в хшовой фазе. Метод B3LYP/6-3 lG(d,p)

aVa 54.6 -65.2 38.3 148.2 25.0 -32.6 26.4 153.5 43.6 166.8 22.7

IV b 82.7 122.3 42.6 94.7 34.9 12.5 22.2 149.2 97.1 156.9 35.6

IV с 62.0 -16.4 49.0 107.4 44.0 220.5 21.0 142.8 84.3 147.8 108.-8 |

4 Химические сдвиги 5, рассчитанные как разница в константах магнитного экранирования тетраметилсилана и исследуемого таутомера по данным расчетов в рамках одного и того же метода.

* С1АО расчеты с использованием геометрии, оптимизированной в газовой фазе на уровне ВЗЬУР/б-З Ю(с1,р).

8 Экспериментальные значения химических сдвигов ЯМР !,С: 156,4,43.0,170.5 для атомов С', С4, С1 СН-таутомера 1-фенил-З-метилпиразапона (СЯС/Д 148.6, 92,3, 160.4 и 148.5, 89.0, 155.2 для ИН- (СЯС/,) и ОН-таутомеров (ДМСО) соответственно.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. На основе впервые проведенных систематических квантово-химических расчетов сольватации пиразолонов, их тио- и селеноаналогов выявлено, что растворители всех типов по данным всех использованных методов и подходов уменьшают разницу в устойчивости таутомерных форм исследованных соединений по сравнению с газовой фазой. Наибольшие изменения в относительной стабильности и свойствах нейтральных форм и анионов дают расчеты с учетом эффектов электронной корреляции, введением диффузных и поляризационных функций на тяжелых атомах и атоме водорода, дополнительным расщеплением базиса; термодинамические поправки, поправки на энергию нулевых колебаний, оптимизация или отсутствие дополнительной оптимизации геометрий в растворителях оказались менее значимыми.

2. По данным континуальных расчетов, наиболее стабильными таутомерными формами в апротонных растворителях, как и в газовой фазе, являются СН-таутомер пиразол он а и 8Н- и БеН- формы 5- и Бе-аналогов соответственно; при переходе к полярным протонодонорным растворителям ИН-форма исследованных соединений становится преобладающей.

3. Расчеты в рамках дискретной модели (Н-комплексообразованне с водой, метанолом и хлороформом в газовой фазе) свидетельствуют о сохранении относительной устойчивости таутомеров, выявленной для изолированных молекул. Образование Н-комплексов с диметилсульфоксидом делает наиболее выгодными ХН - таутомерные формы всех пиразолонов. Энергии водородных связей самоассоциатов 1-метил-халькогенопиразолонов по порядку совпадают с энергиями Н-комплексов с растворителями. В целом, для прогнозов сольватационных эффектов и интерпретации экспериментальных данных целесообразнее использовать комбинированные модели (супермолекулярный подход в сочетании с континуальными моделями).

4. Кислотность халькогенопиразолонов в растворах возрастает в том же ряду 0<5<Бе, как и в газовой фазе. Абсолютные значения протоносродства анионов уменьшаются за счет сольватации; при этом наибольшие изменения в кислотности гетеропиразолонов по сравнению с газовой фазой вызывает гидратация, наименьшие - взаимодействие с апротонными малополярными растворителями.

5. Охарактеризовано влияние сольватации на электронные (зарядовое распределение, дипольные моменты), геометрические и магнитные характеристики халькогенопиразолонов. Показана эффективность С1АО-расчетов для описания химсдвигов ядер всех атомов в ЯМР спектрах. Наиболее чувствительными к влиянию растворителя оказались сигналы гетероатомов X (О, Б, 5е). Расчеты в рамках всех сольватационных

моделей свидетельствуют о целесообразности использования мультиядерного ЯМР (3Н, 13С и особенно сигналов ядер азота и гетероатомов Х=0, S, Se) для идентификации и количественного определения таутомеров в различных средах.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

К Исмагилова (Нуруллина) Э.Р. Влияние растворителей на таутомерное равновесие халькогенопиразолонов// Тезисы докладов итоговой научной студенческой конференции. Казань. - 2000. - С.38.

2. Исмагилова Э.Р., Чмутова Г.А. Теоретическое изучение влияния растворителей на таутомерное равновесие пиразол-2-ин-5-онов, их тиоаналогов// Тезисы докладов II Научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов иаучно-образователыюго центра Казанского государственного университета «Материалы и технологии XXI века». Казань. - 2001. - С.42.

3. Чмутова Г.А., Исмагилова Э.Р., Маджидов Т.Н., Мовчан А.И. Сольватационные эффекты в химии пиразолонов-5// Сборник тезисов Международной конференции по химии гетероциклических соединений, посвященной 90-летию со дня рождения профессора А.Н. Коста. Москва 17-21 октября 2005 г. - С.86

4. Исмагилова Э.Р., Чмутова Г.А. Теоретическое изучение сольватационных эффектов и таутомерии пиразол-2-ин-5-онов, их тио- и селеноаналогов// Тезисы докладов V всероссийской конференции молодых ученых. Саратов. - 2005.-С.100.

5. Исмагилова Э.Р., Чмутова Г.А. Влияние сольватации на таутомерное равновесие халькогенопиразолонов// Тезисы VIII молодежной научной школы-конференции по органической химии. Казань. - 2005.- С.41.

6. Исмагилова Э.Р. Чмутова Г.А. Сольватационные эффекты в химии халькогенопиразолонов// Материалы XVIII Международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс». Новосибирск. - 2005. - С.127.

7. Исмагилова Э.Р. Чмутова Г.А. Квантово-химическое изучение кислотности пиразол-2-ин-5-онов, их тио- и селеноаналогов в различных средах//Тезисы докладов VI Научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов научно-образовательного центра Казанского государственного университета «Материалы и технологи» XXI века». Казань. - 2006. - С.52.

8. Чмутова Г.А., Исмагилова Э.Р., Шамов Г.А. Квантовохимическое исследование структуры и реакционной способности 5-пиразолонов, их тио- и селеноаналогов. VIII. Сольватационные эффекты и таутомерия 4,5-дегидропиразол-5-онов, их тио- и селеноаналогов// ЖОХ. - 2006. - Т. 76. -Вып. 7.-С. 1166-1171.

9. Исмагилова Э.Р., Чмутова Г.А. Квантово-химическое исследование кислотности халькогенопиразолонов в газовой фазе и в растворах//Ученые записки КГУ. - 2006. - ТЛ48. - кн.4, - С.5-14.

Отпечатано в ООО «Печатный двор», г. Казань, ул. Жури а чистое, 1/16, оф. 207

Тел: 272-74-59, 541-76-41, 541-76-51. Лицетия ПД№7-0215 от 01.11,2001 г. Выдана Поволжским межрегиональным территориальным управлением МПТР РФ. Подписано в печать 25.10.2006 г. Усл. п.л 1,38. Заказ № К-5501. Тираж 100 экз. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать - риюграфчя.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СОЛЬВАТАЦИОННЫХ ЭФФЕКТОВ И

МОДЕЛИ СОЛЬВАТАЦИИ (литературный обзор 1)

1.1 Виды межмолекулярных взаимодействий

1.2 Классификация растворителей

1.3 Влияние сольватации на химические процессы и спектральные характеристики соединений

1.4 Теоретические методы учета эффектов сольватации

1.4.1 Молекулярные модели сольватации

1.4.2 Континуальные РСМ модели

ГЛАВА 2. ТАУТОМЕРИЯ ПИРАЗОЛИН-2-ОНОВ-5, ИХ ТИО- И

СЕЛЕНОАНАЛОГОВ В РАЗЛИЧНЫХ СРЕДАХ (литературный обзор 2)

2.1 Экспериментальные исследования •

2.2 Квантово-химические исследования

ГЛАВА 3. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ ТАУТОМЕРИИ

ПИРАЗОЛИН-2-ОНОВ-5, ИХ ТИО- И СЕЛЕНОАНАЛОГОВ В РАСТВОРАХ

3.1. Постановка задачи, объекты, методы исследования

3.2 Устойчивость таутомеров в растворах. Континуальные модели

3.2.1 Гидратация

3.2.2 Сольватация в органических растворителях

3.3 Н-комплексообразование пиразолин-2онов-5 их тио- и селеноаналогов в газовой фазе и растворах

ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ СОЛЬВАТАЦИИ НА СВОЙСТВА ПИРАЗОЛИН-2-ОНОВ-5,

ИХ ТИО- И СЕЛЕНОАНАЛОГОВ

4.1 Кислотность пиразолин-2-онов-5, их тио- и селеноаналогов в растворах

4.2 Зарядовое распределение и дипольные моменты

4.3 Геометрические характеристики

4.4 Константы магнитного экранирования в газовой фазе и растворах

Актуальность темы.

Создание мощного программного обеспечения наряду с развитием компьютерной техники обусловили все возрастающий интерес химиков к квантово-химическим расчетам. Использование современных методов квантовой химии и системный анализ их результатов чрезвычайно важны для понимания сущности известных экспериментальных данных, корректных прогнозов и количественных оценок реакционной способности органических соединений. Несомненно, теоретические расчеты оказываются полезными и в решении такой актуальной задачи современной химии, как сравнение строения и свойств веществ в газовой фазе, растворах и твердом состоянии. Данное исследование посвящено теоретическому изучению влияния растворителей на таутомерное равновесие, кислотные свойства и магнитные характеристики пиразолин-2-онов-5, интересных как с теоретической точки зрения в качестве объектов для изучения явления прототропной таутомерии в гетероциклах, так и находящих широкое практическое применение в промышленности, медицине и сельском хозяйстве. Актуальность работы определяет также исследование свойств до сих пор малоизученных тио- и селеноаналогов пиразолин-2-онов-5, обладающих потенциальной биологической активностью.

Цель работы. Основной целью работы было выявление на теоретическом уровне и объяснение влияния растворителей на устойчивость таутомерных форм гетеропиразолонов, их кислотность, распределение электронной плотности, геометрические и магнитные характеристики, сравнение и прогнозы в изменении строения и реакционной способности соединений при варьировании входящих в их состав элементов VI группы. Одновременно с этим решались методические задачи, связанные с выявлением влияния моделей сольватации, используемых методов квантово-химических расчетов и т.п. на характер получаемой информации, ее адекватность, затраты компьютерного времени и т.д.

Научная новизна и практическая значимость. Впервые проведено систематическое исследование сольватационных эффектов в их влиянии на таутомерию, кислотность, характеристики электронного распределения, геометрию, химсдвиги в спектрах ЯМР пиразолонов-5, их тио- и селеноаналогов.

Проанализированы возможности континуальных, дискретных и гибридных моделей для описания и объяснения влияния растворителей на устойчивость таутомеров нейтральных соединений, анионов, охарактеризованы отличия в свойствах самих пиразолонов и их гетероаналогов.

Работа имеет теоретический характер, но её результаты несомненно полезны для анализа и прогнозирования свойств, реакционной способности в растворах и эффективного практического использования не только объектов исследования, но и других гетероциклических соединений.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на итоговой научной студенческой конференции Казанского государственного университета (2000 г.), II Научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов научно-образовательного центра Казанского государственного университета «Материалы и технологии XXI века». (2001), Международной конференции по химии гетероциклических соединений, посвященной 90-летию со дня рождения профессора А.Н. Коста. (Москва, 2005 г.), VIII молодежной научной школы-конференции по органической химии (Казань, 2005 г.), XVIII Международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс» (Новосибирск, 2005), VI Научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов научно-образовательного центра Казанского государственного университета «Материалы и технологии XXI века» (2006 г.), на итоговых научных конференциях Казанского государственного университета (2002 г., 2005 г., 2006 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, среди них 7 тезисов докладов и 2 статьи.

Объем и структура работы. Диссертационная работа оформлена на 150 страницах, содержит 60 таблиц в основном тексте и 63 таблицы в приложении, 20 рисунков и библиографию, включающую 166 наименований.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка цитируемой литературы и приложения. В первой главе представлен обзор литературных данных по теоретическому описанию сольватационных эффектов и моделям сольватации (литературный обзор 1). Во второй главе изложены экспериментальные и теоретические данные, касающиеся таутомерии

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. На основе впервые проведенных систематических квантово-химических расчетов сольватации пиразолонов, их тио- и селеноаналогов выявлено, что растворители всех типов по данным всех использованных методов и подходов уменьшают разницу в устойчивости таутомерных форм исследованных соединений по сравнению с газовой фазой. Наибольшие изменения в относительной стабильности и свойствах нейтральных форм и анионов дают расчеты с учетом эффектов электронной корреляции, введением диффузных и поляризационных функций на тяжелых атомах и атоме водорода, дополнительным расщеплением базиса; термодинамические поправки, поправки на энергию нулевых колебаний, оптимизация или отсутствие дополнительной оптимизации геометрии в растворителях оказались менее значимыми.

2. По данным континуальных расчетов, наиболее стабильными таутомерными формами в апротонных растворителях, как и в газовой фазе, являются СН-таутомер циразолона и SH- и SeH- формы S- и Se-аналогов соответственно; при переходе к полярным протонодонорным растворителям NH-форма исследованных соединений становится преобладающей.

3. Расчеты в рамках дискретной модели (Н-комплексообразование с водой, метанолом и хлороформом в газовой фазе) свидетельствуют о сохранении относительной устойчивости таутомеров, выявленной для изолированных молекул. Образование Н-комплексов с диметилсульфоксидом делает наиболее выгодными ХН - таутомерные формы всех пиразолонов. Энергии водородных связей самоассоциатов 1-метил-халькогенопиразолонов по порядку совпадают с энергиями Н-комплексов с растворителями. В целом, для прогнозов сольватационных эффектов и интерпретации экспериментальных данных целесообразнее использовать комбинированные модели (супермолекулярный подход в сочетании с континуальными моделями).

4. Кислотность халькогенопиразолонов в растворах возрастает в том же ряду 0<S<Se, как и в газовой фазе. Абсолютные значения протоносродства анионов уменьшаются за счет сольватации; при этом наибольшие изменения в кислотности гетеропиразолонов по сравнению с газовой фазой вызывает гидратация, наименьшие - взаимодействие с апротонными малополярными растворителями.

5. Охарактеризовано влияние сольватации на электронные (зарядовое распределение, дипольные моменты), геометрические и магнитные характеристики халькогенопиразолонов. Показана эффективность GIAO-расчетов для описания химсдвигов ядер всех атомов в ЯМР спектрах. Наиболее чувствительными к влиянию растворителя оказались сигналы гетероатомов X (О, S, Se). Расчеты в рамках всех сольватационных моделей свидетельствуют о целесообразности использования мультиядерного ЯМР

1 13

Н, Си особенно сигналов ядер азота и гетероатомов Х=0, S, Se) для идентификации и количественного определения таутомеров в различных средах.

1. Райхардт X. Растворители в органической химии. JL, Химия, 1973. -152 с.

2. Reichardt С. Solvent and solvent effects in organic chemistry. 1-st reprint of the 2nd ed. Weinhein; Basel (Switzerland); Cambridge; NewYork, NY: VCH, 1990.-534 p.

3. Квантово-химическая и статистическая теория растворов. Вычислительные методы и их применение/Симкин Б.Я. Шейхет И.И.- М.: Химия, 1980. -256 с.

4. Steiner Т. The Hydrogen Bond in the Solid State//Angew. Chem. Int. Ed. -2002. V.41. - P.48-76

5. Alkorta I., Rozac I., Elguero J. Non-conventional hydrogen bonds//Chem.Soc.Rev. 1998. - V.27 - 163-170

6. Gjlli G., Gilli P. Towards an unified hydrogen-bond theory//J.Mol.Struct. -2000.- V.552-P.1-15

7. Prins L. J., Reinhoudt D.N., Timmerman P. Noncovalent Synthesis Using Hydrogen Bonding//Angew. Chem. Int. Ed. 2001. - V.40. - P.2382-2426

8. Зефиров Ю.В., Зоркий П.М. Ван-дер-ваальсовые радиусы и их применение в химии //Успехи химии. -1989 Т.58 - Вып.5 - С.713 - 746

9. Зефиров Ю.В., Зоркий П.М. Новые применения ван-дер-ваальсовых радиусов в химии //Успехи химии, -1995 Т.64 - Вып.5 - С.446 - 461

10. Погребняк А.В., Оганесян Э.Т. Параметры водородной связи активных центров биологически активных соединений с молекулой воды в квантово-химическом приближении MNDO PM3.I. Нейтральные акцепторы и доноры протона // ЖОХ.- 1995. -Т.31.- Вып.Ю,- С.1482-1494

11. Зубков В.А., Колегов Б.И., Бирштейн Т.М. Современное состояние квантовохимических расчетов межмолекулярного взаимодействия многоатомных молекул//Успехи химии 1983. - T.LII - С. 1057-1083

12. Соломонов Б.Н., Антипин И.С, Горбачук В.В, Коновалов А.И.//Докл.АН СССР. 1978. - Т.243. - С.1499

13. Solomonov B.N., Novikov V.B., Varfolomeev М.А., Mileshko N.M. A new method for the extraction of specific interaction enthalpy from the enthalpy of solvation//! Phys. Org. Chem. 2005. - V.18 - P.49-61

14. Solomonov B.N., Varfolomeev M.A., Novikov V.B. New method for the determination of cooperative hydrogen bonding enthalpy of proton acceptors with associated species of alcohols// J. Phys. Org. Chem. 2006. - V.19 -P .263-268

15. Бахшиев Н.Г. Спектроскопия межмолекулярных взаимодействий/JT., Наука.- 1972.-265 с.

16. Кларк Т. Компьютерная химия. М: Мир, 1976. - 383 с.

17. Foresman J.B., Frisch Е. Exploring chemistry with electronic structure methods (second edition), Gaussian Inc.: Pittsburg, Pa, 1996, 302 p.

18. Г.Н.Чуев, М.В.Базилевский. Молекулярные модели сольватации в полярных жидкостях // Успехи химии 2003. - Т. 72. - Вып. 9. - С.827-840.

19. ChJ.Cramer, D.G.Truhlar. Implicit Solvation Models: Equilibria, Structure, Spectra and Dynamics//Chem.Rev. 1999. - V.99. - P.2161-2200

20. Ingrosso F., Tani A., Tomasi J. Solvation response in water: a study based on molecular dynamics simulations and quantum mechanical calculations// J.Mol.Luq. 2005. - V.l 17. - P.85-92

21. Parchement O.G., Green D.V.S., Taylor P.J., Hillier I.H. The Prediction of Tautomer Equilibria in Hydrated 3-Hydroxypyrazol: A Challenge to Theory//J.Am.Chem.Soc. 1993. - V.l 15. -P.2352-2356

22. Fedorowicz A., Mavri J., Bala P., Koll A. Molecular dynamic study of the tautomeric equilibrium in the Mannich base//Chem.Phys.Lett. 1998. -V.289. - P.457-462

23. Raymo F.M„ Bartberger M.D., Houk K.N. Stoddart J.F. The magnitude of C-H—O. Hydrogen Bonding in Molecular and Supermolecular Assemblies// J.Am.Soc. 2001. - V.l23. - P.9264 -9267

24. Song J.K., Lee N.K., Kim S.K. Photoelectron spectroskopy of pyrazine anion clusters// J.Chem. Phys. 2002. - V.l 17 -P.1589-1594

25. Mavri J., Hadzi D. Influence of solvation on the hydrogen bond in hydrogen malonate an. ab initio and semiempirical study//J.Mol.Struct. (Theochem) -1998. V.432 - P.257-262

26. Yekeler H., Guven A., Ozkan R. Hydrogen bonding and dimeric self-association of 2-pyrrolidinone: An ab initio study//J.Comp-A.Mol.Des. -1999 V.13 - P.589-596

27. Montanez M.A., Tocon L.I., Otero J.C., Marcos J.I. Effect of hydrogen bonding on the vibrational frequencies of pyrazine//J.Mol.Struct. 1999. -V.482 -P.201-205

28. Giesen D.J., Hawkins G.D., Liotard D.A., Cramer C.J., Truhlar D.G. A universal model for the quantum mechanical calculation of free energies of solvation in non-aqueous solvents//Theor. Chem. Acc. 1997. - V.98. -P.85-109

29. Wong M.W, Frisch M.J., Wilberg K.B. Solvent Effects. 1. The Mediation of Electrostatic Effects by Solvents//! Am. Chem.Soc. -1991. V. 113 - P. 4776-4782

30. Wong M.W, Wilberg K.B, Frisch M.J. Solvent Effects. 2. Medium Effect on the Structure, Energy, Charge Density, and Vibrational Frequencies of Sulfamic Acid//J. Am. Chem. Soc. -1992. V.l 14 - P. 523-529

31. Wong M.W., Wilberg K.B, Frisch M.J. Solvent Effects. 3. Tautomeric Equilibria of Formamide and 2-Pyridone in the Gas Phase and Solution. An ab Initio SCRF Study// J. Am. Chem. Soc. -1992. V.l 14 - P. 1645-1652

32. Orozco M, Roca R, Aleman C, Busquets M.A, Lopez J.M, Luque F.J. Theoretical representation of solvent effects in the study of biochemical systems// J.Mol.Struct. (Theochem) -1996 V.371 - P.269- 278

33. Cossi M, Barone V, Cammi R, Tomasi J. Ab initio study of solvated molecules: a new implementation of the polarizable continuum model//Chem. Phys. Lett. -1996. V.255. - P. 327-335

34. Rega N., Cossi M, Barone V. Towards linear scaling in continuum solvent models. A new iterative procedure for energies and geometry optimization//Chem. Phys. Lett. 1998. - V.293. - P.221-229

35. Cances E, Mennucci B. New applications of integral equations methods for solvation continuum models: ionic solutions and liquid crystals//J. Math. Chem. 1998. -V.23 - P.309-326

36. Tomasi J, Mennucci B, Cances E. The IEF version of the PCM solvation method: an overview of a new method addressed to study molecular solutes at the QM ab initio level// J. Mol. Struct. (Theochem) 1999. - V.464 -P.211-226

37. Cossi M, Scalmani G, Rega N., Barone V. New developments in the polarizable continuum model for quantum mechanical and classicalcalculations on molecules in solution//J. Chem. Phys. 2002. - V.l 17. - N.l. - P.43-54

38. Angelis F. De, Sgamellotti A., Cossi M., Rega N., Barone V. A plane wave implementation of the polarizable continuum model//Chem. Phys. Lett. -2000. V.328. - P. 302-309

39. Mennucci B. Cammi R., Cossi M., Tomasi J. Solvent and vibrational effects on molecular electric properties. Static and dynamic polarizability and hyperpolarizabilities of urea in water// J. Mol. Struct. (Theochem). -1998. -V.428. P.191-198

40. Gontrani L., Mennucci В., Tomasi J. Glycine and alanine: a theoretical study of solvent effects upon energetics and molecular response properties// J. Mol. Struct. (Theochem) 2000. - V.500.-P.113-127

41. Cappelli C., Silva C.O., Tomasi J. Solvent effects on vibrational modes: ab initio calculations, scaling and solvent functions with applications to the carbonyl stretch of dialkyl ketones//J. Mol. Struct. (Theochem) 2001. -V.544. -P.191-203

42. Tomasi J., Cammi R., Mennucci В., Cappelli C., Corni S. Molecular properties in solution described with a continuum solvation model//Phys. Chem. Chem. Phys. 2002. - V. 4. - P. 5697-5712

43. Pomelli C.S., Tomasi J. Solvation energy in the ab initio PCM-QINT method: tautomeric equilibria// J. Mol.Struct. (Theochem) 1998. - V.433. -P.151-160

44. Pomelli C.S., Tomasi J. Description of the solvent effects for large molecules: a linear scaling procedure// J. Mol. Struct. (Theochem) -2001. -V.537-P.97-105

45. Scalmani G:, Barone V., Kudin K.N., Pomelli K.S., Scuseria G. E., Frisch M.J. Achieving linear-scaling computional cost for the polarizablecontinuum model of solvation//Theor. Chem. Act. 2004. - V.111. - P.90-100

46. Barone V., Cossi M. Quantum Calculation of Molecular Energies and Energy Gradients in Solution by a Conductor Solvent Model//J. Phys. Chem. A -1998.-V.102-P.1995-2001

47. Cossi M. Continuum solvation model for infinite periodic systems// Chem. Phys. Lett. 2004. - V. 384. - P. 179 -184

48. Nanayakkara, M. Challacombe, P. M. W. Gill, B. Johnson, W. Chen, M. W. Wong, C. Gonzalez, and J. A. Pople, Gaussian, Inc., Pittsburgh PA, 2003.

49. Cui Q., Karplus M. Molecular properties from Combined QM/MM Methods.2.Chemical Shifts in Large Molecules// J. Chem. Phys 2000. -V.104.-P. 3721-3743

50. Ishida Т., Rossky P.J. Solvent Effects on Solute Electronic Structure and Properties: Theoretical Study of a Betaine Dye Molecule in Polar Solvents// J. Phys. Chem. A 2001.-V. 105 - P.558-565

51. Полуэмпирические методы расчета электронной структуры/Ред. Сигал Дж./Пер. с англ. Розенберг Е.Л. под ред. Бродского A.M. -М.:Мир, 1980 -Т.1.-327 с.

52. Полуэмпирические методы расчета электронной структуры/Ред. Сигал Дж./Пер. с англ. Розенберг Е.Л. под ред. Бродского A.M. -М.:Мир, 1980 -Т.2. -368 с.

53. Аминова P.M. Полуэмпирические квантово-химические методы вычисления электронного строения и свойств молекул (теоретические основы)/ Учебное пособие для студентов и магистрантов физического и химического факультетов. Казань, 1999 61 с.

54. Компьютерная технология квантово-химических расчетов с помощью программного пакета GAUSSIAN. Методическое пособие// Сост.: А.Н.Маслий, Е.М. Зуева, С.Б.Борисевич, A.M. Кузнецов, М.С.Шапник. -Казан.гос.технол.ун-т, 2003 88 с.

55. Общая органическая химия/Под ред. Бартона Д. и Оллиса У.Д. -М.:Химия, 1985. Т.8. - 752 с.

56. Elguero J., Marzin С., Katritzky A.R., Linda P. The tautomerism of heterocycles. New York:Academic Press, 1976. - 266 p.

57. Katritzky A.R., Maine F.W. The tautomerism of heteroaromatic compounds with five-membered rings. IV. 1-substituted pyrazolin-5-ones//Tetrahedron. -1964. V.20. - P.299-314

58. Janssen R., Ruysschaert H. The infrared spectra and the structure of some pyrazol-5-ones//Bull.Soc.Chim.Belges. 1958. - V.67. - P.270-275

59. Newman G.A., Pauwels P.J.S. A study of pyrazolin-5-one tautomerism. I. Some 3-unsubstituted l-aryl-2-pyrazolin-5-ones//Tetrahedron 1969. - V.25. -N.18.- P. 4605-4615

60. Newman G.A, Pauwels P.J.S. A study of pyrazolin-5-one tautomerism. II. The effect of 3-substituents//Tetrahedron 1970. - V.26. - N.7. - P.1571-1578

61. Newman G.A, Pauwels P.J.S. A study of pyrazolin-5-one tautomerism. III. An infrared absorption band specific for the OH form//Tetrahedron 1970. -V.26. - N.13. - P.3429-3434

62. Maquestiau A, Haverbeke Y.Van, Jacquerye R. Tautomeric dans la serie des pyrazolinones. I. Influence du solvant sur Fequilibre prototropique de la 1,3-dimethylpyrazoline-5-one//Bull.Soc.Chim.Belges. 1971. - V.80. - N.l. -P.17

63. Maquestiau A, Haverbeke Y.Van, Jacquerye R. Tautomerie dans la serie des pyrazolinones. II. Influence du milieu sur Fequilibre prototropique des pyrazoline-5-one Ni substituees//Bull.Soc.Chim.Belges. 1973. - V.82. -N.3-4. - P.215-231

64. Винокуров В.Г, Троицкая B.C., Грандберг И.И, Пентин Ю.А. Исследование пиразолов. XXXIX. Строение и таутомерия оксипиразолов//ЖОХ. 1962. - Т.ЗЗ. - Вып.8. - С.2597-2605

65. Винокуров В.Г, Троицкая B.C., Грандберг И.И. Исследование пиразолов. XLI. ИК-спектры и таутомерия в ряду аминопиразолов//ЖОХ. 1963. - Т.34. - Вып.2. - С.654-660

66. Elguero J, Jacquier R, Tarrago G. Recherches dans la serie des azoles. XXIX. Structure des pyrazolones en solution: considerations generales et produits a structure fixe//Bull.Soc.Chim.France. 1967. - N.10. - P.3772-3779

67. Elguero J, Jacquier R, Tarrago G. Recherches dans la serie des azoles. XXX. Structure des pyrazolones en solution: determination de Fequilibre etcomportement spectral des pyrazolones tautomeres//Bull.Soc.Chim.France. -1967. -N.10. -P.3780-3794

68. Богунец Н.П. Влияние растворителей на спектры поглощения и таутомерию пиразолона-5 и его метальных производных//Вестник Харьковского политех, ин-та. 1977. - N.135. - С:33-36

69. Yranzo G.I., Moyano E.L., Dardonville C., Elguero J. An experimental flash vacuum pyrolysis and theoretical study of the tautomerism of pyrazolinones at high temperatures//J.Chem.Soc., Perkin Trans. 2 1999. - V.2 - P.211-216

70. Курбангалиева A.P. Экспериментальное и теоретическое исследование таутомерии и кислотно-основных свойств гетеропиразолонов. Дисс. .канд.хим.наук.-Казань.-1999

71. Freyer W. Koppel Н„ Radeglia R., Malewski G. !H-NMR-, 13C-NMR- und IR-Untersuchungen zur Tautomeric von 15N-markiertem 3-methyl-1-phenyl-A2-pyrazolin-5-on//J. Prakt. Chem. -1983 B.325.- H.2. - S.238-250.

72. Okafor E.C. A 'H and 13C-NMR spectral study of some 4-acyl-3-methyl-1-phenylpyrazol-5-ones in chloroform//Spectrochim.Acta. 1984. - V.40A. -N.5. - P.397-401

73. Гарновский А.Д., Минкин В.И., Грандберг И.И., Иванова Т.А. Исследование пиразолов. LVI*. Дипольные моменты и строение пиринов//ХГС 1967 - сб. 1 - С.74

74. Snavely F.A., Trahanovsky W.S., Suydam F.H. Infrared study of arylazopyrazolone compounds and their copper derivatives//!. Am. Chem. Soc. 1961. - Vol.27. -P.994-997

75. Rockley J.E., Summers L.A. Structure of 5-methyl-4-(arylamino)methylene.-2,4-dihydro-3H-pyrazol-3-ones//Aust.J.Chem. -1981. V.34. - P.l 117-1124

76. Bechtel F., Gaultier J., Hauw C. l-phenyl-3-methyl-5-pyrazolone//Cryst.Struct.Comm. 1973. - V.3. - P.469-472

77. Квитко И.Я., Порай-Кошиц Б.А. Исследование в области аминометиленовых производных азолов. VIII. Синтез и свойства формильного производного 1-фенил-3-метил-5-тиопиразолона//ЖОрХ. -1969. Т.5. - Вып.9. - С.1685-1692

78. Квитко И.Я., Порай-Кошиц Б.А. О строении продукта гидролиза 1-фенил-3-метил-4-диметиламинометилен-5-пиразолона//ЖОХ. 1964. -Т.34.- Вып.9. -С.3005-3013

79. Кошелев Ю.Н., Квитко И.Я., Самарцева .Е.Д. Енамины 5-селенопиразолона и синтез селенофено3,2^.пиразола//ЖОрХ. 1972. -Т.8. - Вып.Ю. - С.2204-2205

80. Курковская JI.H., Шапетько Н.Н., Квитко И.Я., Кошелев Ю.Н. О внутримолекулярной водородной связи NH.Se в производных пиразолона//ЖОрХ. 1972. - Т.8. - Вып.1. - С.215-216

81. Uzoukwu В.A. Spectrofotometric studies on 4-acyl derivatives of l-phenyl-3-methylpyrazolone-5 in various solvents//Spectrochim.Acta. 1995. - V.31. -N.6. -P.1081-1082

82. Phase//J.Mol.Struct. 2001. - V.570 - P.215-223

83. Kurbangalieva A.R., Movchan A.I., Kataeva O.N., Litvinov I.A., Chmutova G.A. The structure of l-phenyl-3-methyl-4-benzoylpyrazol-2-in-5-selenone and its derivatives // J. Mol. Struct. 2001. - V.595. - P. 15-20

84. Kataeva O.N., Gubaidullin А.Т., Litvinov I.A., Lodochnikova О.A., Islamov L.R., Movchan A.I., Chmutova G.A. The structure of l-phenyl-3-benzoylamino-4-benzoylpyrazol-2-in-5-one. // J.Mol.Struct.- 2002.- V. 610. -№1-3.-P. 175-179

85. Шамс Эльдин Хашим Абдель-Хафез. Синтез, исследование таутомерии и кислотно-основных свойств производных S-aMnHO-l-^^^-трихлорфенил)пиразол-2-ин-5-она. Автореферат дисс.канд.хим.наук -Казань.-2000

86. Akama Y., Shiro M., Ueda Т., Kajitani M. Keto and Enol Tautomers of 4-benzoyl-3-methyl-l-phenyl-5(2H)-pyrazolone//Acta Cryst. 1995. - C.51. -P.1310-1314

87. Akama Y., Tong A. Spectroscopic Studies of the Keto and Enol tautomers of l-phenyl-3-methyl-4-benzoyl-5-pyrazolone//Microchem.Journal. 1996. -V.53. - P.34-41

88. Ueda Т., Akama Y. Spectroscopic proof for intermolecular or intramolecular hydrogen bonds in keto-enol tautomers of l-phenyl-3-methyl-4-benzoyl-5-pyrazolone//Chem Phys.Lett. 1994. - V.222. - P.559-56

89. Dobas I., Sterba V., Vecera M. Kinetics and mechanism of diazo coupling. XI. The coupling kinetics of substituted benzenediazonium salts with l-(4'-sulfophenyl)-3-methylpyrazolin-5-one//Coll.Czech.Chem.Comm. 1969. -V.34.-N.12. - P.3895-3904

90. Золотов Ю.А., Кузьмин H.M. Экстракция металлов ацилпиразолонами. -М.: Наука, 1977. 140 с.

91. Mann G., Wilde Н., Labus D., Hoppner F., Reissig W. Oxidative Kupplung CH-acider Verbindungen mit p-Phenylendiaminen. I. Einflufi von Substituenten an CH-aciden Verbindungen auf die Farbkupplung//J.Prakt.Chem. 1978. - B.320. - H.5. - S.705-714

92. Tutalkova A., Vetesnik P. Amphoteric character of l-phenyl-3-methylpyrazoline-5-ones//Coll.Czech.Chem.Comm. 1972. - V.37. - P.656-662.

93. Tutalkova A., Vecera M., Vetesnik P. Azo coupling kinetics of substituted pyrazoline-5-ones and their amphoteric character// Coll. Czech. Chem. Comm. 1976. - V.41. - P.1377-1387

94. Сизоненко H.T., Золотов Ю.А. Исследование некоторых свойств экстракционного реагента 1-фенил-3-метил~4-бензоилпиразолона-5// ЖАХ 1969. - Т.24. - Вып.9. - С.1305-1308

95. Воронец JI.C., Тихомирова Г.Б., Ефимов И.П., Магдесиева Н.Н. Кислотно-основные характеристики некоторых 3-дикетонов//Вестн.Моск.ун-та. Химия. 1969. -N.3. - С.101-105

96. Лобанов Ф.И, Саврова О.Д, Гибало И.М. О смешанных комплексных соединениях ниобия (V) с полифенолами и (3-дикетонами//Ж.неорган.химии. 1973. - Т. 18. - Вып.2. - С.408-412

97. Fanghaenel Е, Akhlag S.M, Grossman N, Willscher U. Studies of the hydrolitic stability of 4-(arylmethylidene)-2-pyrazolin-5-ones//J.Prakt.Chem. 1986. - V.328. - N.2. - P.275-283

98. Яблокова E.B. Кинетика и механизм образования фотографических красителей в водно-органической среде: Дисс. . канд. хим. наук. -Казань, 1991.- 134 с.

99. Днепровский А.С, Темникова Т.И. Теоретические основы органической химии. Л.:Химия, 1991. - 560 с.

100. Торопчина А.В. Экспериментальное и теоретическое исследование процессов переноса электрона и сопутствующих химических реакций пиразолонов-5 и ихтиоаналогов. Дисс.канд.хим.наук.-Казань.- 2002.

101. Deschamps J, Arriau J, Parmentier P. Etude par des methodes semi-empiriques de la chimie theorique dans la serie des pyrazolones. I. Equilibre tautomere de pyrazolones simples//Tetrahedron 1971. - V.27. - N.23. -P.5779-5793

102. Arriau J, Chaillet M, Deschamps J. Etude par des methodes semi-empiriques de la chimie theorique dans la serie des pyrazolones. III. Anions et cations des pyrazolones-5 et des pyrazolones-3//Tetrahedron 1971. - V.27. - N.23. -P.5807-5817

103. Deschamps J, Sauvaitre H, Arriau J, Maquestiau A, Haverbeke Y.Van, Jacquerye R. Influence des solvants sur Fequilibre prototropique des pyrazoline-5-ones//Tetrahedron Lett. 1971. - N.31. - P.2929-2932

104. Krebs C, Forster W, Kohler H.-J, Weiss C, Hofmann H.-J. Semiempirical and initio calculations on the tautomerism of pyrazolin-5-ones in the gas phase and in solutuin//J. Prakt. Chem. 1982. - B.324. - H.5. - S.827-831

105. G.Tschmutowa, H.Ahlbrecht.//Z.Naturforsch.B. 1997. - В. 52. - S. 535.

106. Alkorta I., Elguero J. 1,2-Proton shifts in pyrazole and related systems: a computational study of l,5.-sigmatropic migrations of hydrogen and related phenomena// J. Chem. Soc., Perkin Trans. 2 1998. - P. 2497-2503

107. Alkorta I., Rozas I., Elguero J. A computational approach to intermolecular proton transfer in the solid state: assistance by proton acceptor molecules// J. Chem. Soc., Perkin Trans. 2 1998. - P. 2671-2675

108. Foces-Foces C., Llamas-Saiz A.L., Menendes M., Jarovic M., Elguero J. Structure of 3-nitropyrazole in solution and in the solid state//J. Phys.Org.Chem. 1997. - V.10 -P.637-645

109. Foces-Foces C., Trofimenko S., Lopez C., Santa Maria M.D., Elguero J. The structure at 150 К of a highly disordered pyrazol: 3-trifluoromethyl-5-(2-thienyl)-pyrazole//J.Mol.Struct. (Theochem) 2000. - V.526 -P.59-64

110. Kleinpeter E., Koch A. Tautomerism in 4-substituted l-phenyl-3-methyl-pyrazolin-5-ones a theoretical ab initio and 13C NMR study//J.Phys.Org Chem - 2001. - V.14. - P.566-576

111. Karelson M.M., Katrizky A.R. A Theoretical Treatment of Solvent Effects on the Tautomeric Equilibria of Five-membered Rings with Two Heteroatoms//J.Chem.Soc.,Perkin Trans. 2. 1990 - P.195-199

112. Karelson M., Maran U. Theoretical Study of the keto-Enol Tautomerism in Aqueous Solutions//Tetrahedron -1996. V.52. - N.34 - P.l 1325-11328

113. Kassimi N.E-B., Thakkar A.J. Polarizabilities of purine, allopurinol, hypoxanthine, xanthine and alloxanthine// J.Mol.Struct.(Theochem) 1996. -V.366-P.185-193

114. Luque F.G., Lopez-Bes J.M., Cemeli J., Aroztegui M., Orozco M. Solvent effects on tautomerism equilibria in heterocycles//Theor.Chim.Acta. 1997. -V.96. -P.105-113

115. Alderete J.B., Belmar J., Parra M., Zuniga C. NMR and DFT study on the prototropic tautomerism of 3-methyl-5-pyrazolone// Bol.Soc. Chil.Quim. -2000.-V.45.-N.1.-P.88-89

116. Claramunt R.M., Lopez C., Garcia M.A., Denisov G.S., Alkorta I., Elguero J. Protonation and phase effects on the NMR chemical shifts of imidazoles and pyrazoles: experimental results and GIAO calculations//New J.Chem. 2002. . P.734-742

117. Civcir P.U. AMI and PM3 studies of some thio analogues of pirimidine bases in the gas and aqueous phases// J.Phys.Org.Chem 2001 -V.14-p.171-179

118. Civcir P.U. Tautomerism of 6-thioxanthine in the gas and aqueous phases using AMI and PM3 method//J.Chem. Phys 2001 - V.l 14-P.1582-1588

119. Contreras J.G., Alderete J.B. MO studies on the prototropic tautomerism and protonation of 2-thiopurine//J.Mol.Struct. (Theochem) 1995 - V.334 -P.223-228

120. Delaere D., Raspoet G., Nquyen M.T. Thiol thione tautomerism in thioformic acid: importance of specific solvent interactions//J.Phys.Chem.A. - 1999.-V.103.-P.171-177

121. Martinez Merino V., Gil M.J. Modeling of tautomerism of pyridine -2(1H)-thione from vapor to solution//J.Chem.Soc., Perkin Trans. - 1999.-V.2 -P.801-806

122. Schmidt M.W., Baldridge K.K., Boatz J.A., Elbert S.T., Gordon M.S., Jensen J.H., Koseki S., Matsunaga N., Nguyen K.A., Su S.J., Mindus T.L., Dupnis M., Montgomeri J.A.//J.Comput.Chem. 1993.- V.14.- N7.-P.1347

123. Laikov D.N. Fast evaluation of density functional exchange-correlation terms using the expansion of the electron density in auxiliary basis sets// Chem. Phys. Lett. 1997. - V.281. - P. 151 -156

124. Stewart J.J.P. MOP AC 6.0. QCPE, 455. University of Indiana: Bloomington, IN.

125. Scott A.P., Radom L. The harmonic Vibtational Frequences: An Evaluation of Hartree-Fock, Moller-Plesset, Quadratic Configuration Interation, Density Functional Theory, and Semiempirical Scale Factors//J.Phys.Chem. 1996. -V.100. - P.16502-16513

126. Kuznetsov M.L., Dementev A.I., Zhornic V.V. Ab initio study of structure, protonation and complex formation of novel pyrazolone-5 derivatives// J.Mol.Struct.(Theochem) 2001. - V.571 -P.45-57

127. L. Infantes, C. Foces-Foces, R.S. Clamramunt, C.Lopez, J. Elguero Tautomerism of NH-pyrazolinones in the solid state: the case of 3(5)-ethoxycarbonyl-5(3)-hydroxypyrazole// J.Mol. Struct. 1998, - V.447. - P. 71-79

128. Wilson H, Camp D, Stewart J.M. The crystal and molecular structure of 3-methyl-3-pyrasolin-5-one // Act. Cryst. 1971. - V. 27. - Part 6 - P. 12271232

129. Evans N.A. Whelan J, Johns R.B. Tautomerism in the 5-pyrazolone serios: 1(H)-5-pyrazolones and indazolones// Tetrahedron 1965. - V.21. - P.3351-3361

130. Мовчан А.И, Курбангалиева A.P, Катаева O.H, Литвинов И.А, Чмутова Г.А. Таутомерия и кислотно-основные свойства формильных производных 1- фенил-3-метилгпиразол-2-ин-5-она и его тиоаналога //ЖОХ. 2003. - Т. 73. - Вып. 7. - С. 1198

131. Guven A, Kaniskan N. A study on the pyrazoles: tautomerism, conformation, acidity, and basidity by means of AMI semiempirical method in the gas and aqueous solution// J. Mol. Struct. (THEOCHEM). -1999. -V.488. P.125-134

132. Tawa G. J, Topol I. A, Burt S. K. Calculation of the aqueous solvation free energy of the proton// J. Chem. Phys. 1998. - V.109. - P.4852-4863

133. Zhan C.-G, Dixon D.A. Absolute Hydration Free Energy of the Proton from First-Principles Electronic Structure Calculations//J.Phys.Chem.A 2001. -V.105. -P.11534-11540

134. Zhan C.-G, Dixon D.A. First-Principles Determination of the Absolute Hydration Free Energy of the Hydroxide Ion// J. Phys. Chem. A 2002. -V.106.-P. 9737-9744

135. Jagerovic N, Jimeno M.L, Alkorta I, Elguero J, Claramunt R.M.//An experimental (NMR) and theoretical (GIAO) study of the tautomerism of benzotriazol in solution//Tetrahedron 2002. - V.58. - P.9089-9094

136. Holzer W, Kautsch C, Lagger Ch, Claramunt R, Perez-Torralba M, Alkorta I, Elguero J. On the tautomerism of pyrazolones: the geminal

137. Jpyrazole C-4,H-3(5). spin coupling constant as a diagnostic tool//Tetrahedron. 2004. - V.60. - P.6791 - 6805

138. Аминова P.M. Полуэмпирические и неэмпирические методы теоретической интерпретации химических сдвигов/ Учебно-методическое пособие. Казанский государственный университет. 2002. -50 с.