Региоселективность и последовательность стадий процесса нуклеофильного замещения водорода в нитроароматических системах тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ
|
Базлов, Дмитрий Александрович
АВТОР
|
||||
|
кандидата химических наук
УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
|
||||
|
Ярославль
МЕСТО ЗАЩИТЫ
|
||||
|
2007
ГОД ЗАЩИТЫ
|
|
02.00.03
КОД ВАК РФ
|
||
|
|
||||
На правах рукописи
Базлов Дмитрий Александрович
Региоселективность и последовательность стадий процесса нуклеофильного замещения водорода в нитроароматических системах
Специальности 02 00 03 - Органическая химия 02 00 04 - Физическая химия
□ОЗ175Э5Э
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук
Ярославль - 2007
003175959
Работа выполнена на кафедре общей и биоорганической химии в Ярославском государственном университете им П Г Демидова
Научный руководитель -
Научный консультант
доктор химических наук, профессор Орлов Владимир Юрьевич доктор химических наук, профессор Котов Александр Дмитриевич
Официальные оппоненты доктор химических наук, профессор
Кофанов Евгений Романович доктор химических наук, профессор Крылов Евгений Николаевич
Ведущая организация - Московский государственный текстильный
университет им А Н Косыгина
Защита состоится « » ноября 2007 года в 14 00 часов на заседании диссертационного совета К 212 002 01 в Ярославском государственном университете им П Г Демидова по адресу 150057, г Ярославль, проезд Матросова, 9
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ярославского государственного университета им ПГ Демидова по адресу 150000, г Ярославль, ул Полушкина роща, 1
Автореферат разослан « \Ъ» октября 2007 г Ученый секретарь
диссертационного совета Швыркова Н С
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы Одной из актуальных задач органической химии и органического синтеза является разработка эффективного инструментария, базирующегося на всестороннем изучении закономерностей перспективных химических процессов, что позволяет целенаправленно применять их для получения новых полифункциональных ароматических соединений на основе доступных исходных вещесгв К подобным процессам можно отнести реакцию ароматического нуклеофильною замещения водорода, которая является эффективным методом функционализации электронодсфицитных аренов, так как исключают необходимость введения в ароматическое ядро галогенов или других групп с целью их дальнейшего замещения нуклеофилами различной структуры
В связи с этим, в качестве модельного процесса нами выбрано взаимодействие нитроаренов с карбанионами арилацетонитрилов, при котором реализуется нуклеофилыюе замещение атома водорода в нитросоединениях Эю приводит к образованию целою ряда перспективных продуктов от хиноноксимов до гетероциклов
Полная информация о механизме реакции должна включать данные о последовательности изменения геометрии и энергии каждого участника реакции для каждой точки пути, ведущего от исходною состояния к конечному Однако выявление указанных характеристик, за редким исключением, не поддается прямому экспериментальному определению, и поэтому требует привлечения методов квантово-химического моделирования Получение подобных данных позвочит сделать заключение о ключевых стадиях процесса и превратить его в управляемый и высокоэффективных инструмент органического синтеза.
Настоящая работа является частью научно-исследовательских работ, проводимых на кафедре общей и биоорганической химии Ярославского государственного университета им П Г Демидова, и выполнена в соответствии с программами "Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники"(2003-2004 г г), проект «Теоретические основы получения функционализованных полиядерных ароматических соединений многоцелевого назначения» "Развитие научного потенциала высшей школы (20062008 г г)" проект «Структура и реакционная способность анионных промежуючных частиц в реакциях функциональных производных органических соединений»
Цель работы Теоретическое и экспериментальное исследование структуры и реакционной способности реагирующих частиц в процессах нуклеофильного замещения водорода в нитроаренах карбанионами арилацетонитрилов Для ее достижения в работе решались следующие задачи Сделать заключение о закономерностях процесса ароматического нуклеофильного замещения водорода - взаимодействия производных нитробензола и фенилацетонитрила, и последовательности стадий реакций на основе интерпретации экспериментальных данных и квантово-химического моделирования
Установить стадии и определить факторы, определяющие региоселективность процесса нуклеофильного замещения водорода по одному из потенциальных реакционных центров для изучаемой реакции, взаимодействия нитробензола с фенилацетонитрилом
Научная новизна Методами квантовой химии впервые проведен комплексный анализ и интерпретация полученных экспериментальных данных по реакции ароматического нуклеофильного замещения водорода в нитроаренах карбанионами арилацетонитрилов, построена теоретическая модель этого процесса.
Идентификация промежуточных и конечных продуктов, а так же, проведенный сравнительный анализ (энергетических барьеров) возможных путей превращения исходных веществ в конечные продукты позволили выбрать наиболее вероятный маршрут реакции образование а11 -комплекса, перепое атома водорода от тетраэдрического атома уперода хиноидного ядра на нитрогруппу, перенос атома водорода при карбанионном центре на нитрогруппу с одновременным отщеплением молекулы воды
Получены данные, свидетельствующие о том, что стадией, определяющей региоселективность процесса нуклеофильного замещения водорода по одному из потенциальных реакционных центров для изучаемой реакции, является перенос атома водорода с хиноидного ядра на нитрогруппу Сравнительным анализом свободных энергий Гиббса реакции взаимодействия нитробензола с фенилацетонитрилом установлено предпочтительное образование пара- над орто-хинонмонооксимом, хиноидной пат ароматической структурой целевого продукта реакции
Практическая ценность Исследование механизма и нахождение ключевых стадий образования хинонмонооксимов на основе разработанных теоретических
моделей и данных о механизмах процессов способствует пониманию и управлению процессами ароматического нуклеофильного замещения водорода. Это позволяет целенаправленно исследовать данную реакцию для получения широкого ряда практически ценных полифункциональных органических веществ
Положения выносимые на защиту Закономерности процесса нуклеофильного замещения водорода и последовательность стадий реакций образовании арилцианометиленхинонмонооксимов при взаимодействии нитроаренов с арилацетонитрилами Геометрические параметры структуры хинонмонооксимов, интермедиатов, соотношение энергетических барьеров
Ключевые стадии, определяющие региоселективность процесса нуклеофильного замещения водорода по одному из потенциальных реакционных центров для изучаемой реакции взаимодействия нитробензола с фенилацеюнитрилом
Апробация работы Основные результаты диссертационной работы доложены на следующих конференциях II школа семинар «Квантово-химические расчеты структура и реакционная способность органических и неорганических молекул» (Иваново, 2005), VIII молодежная научная школа-конференция по органической химии (Казань, 2005), III международный симпозиум « Компьютерное обеспечение химических исследований» [САСЯ 2006] 5-я Международная Интернет-конференция «Информационно-вычислительные технологии в решении фундаментальных научных проблем и прикладных задач химии, биологии, фармацевтики, медицины» [ИВТН-2006] (Ярославль, 2006), Всероссийская конференция аспирантов и студентов по приоритетному направлению «Рациональное природопользования» (Ярославль, 2006), III Всероссийская научная конференция молодых ученых и студентов (Краснодар, 2006), IX молодежная научная школа-конференция по органической химии (Москва, 2006), Всероссийская научно-практическая конференция «Экологические проблемы уникальных природных и антропогенных ландшафтов» (Ярославль, 2006), 60-я научно-техническая конференция студентов, магистрантов и аспирантов (Ярославль, 2007), VI Всероссийской научно-практической конференции «ЭВТ в обучении и моделировании» (Бирск, 2007)
Публикации По результатам диссертационной работы опубликовано две статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК и 12 статей, материалов и тезисов конференций
Объем работы Диссертационная работа изложена на 119 страницах, содержит 17 таблиц, 20 рисунков, 9 схем, состоит из введения, литературного обзора, обсуждения результатов, экспериментальной части и выводов Список использованной литературы включает 180 источников
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1 Синтез арилцианомешлснхинонмонооксимов
В зависимости от наличия и положения заместителя в нитроаренах реализуются различные направления процессов взаимодействия с арилацетонитрилами в присутствии избытка основания
HON
no2
-CN 1
H2C
1 Ar 11
2 YfH
CN
Ar
3
NOH CN
Устойчивый интерес к продуктам указанных процессов и то, что вопросы закономерностей и механизмов протекания этих реакций при довольно большом объеме накопленных экспериментальных материалов на сегодняшний день носят весьма дискуссионный характер, ставит задачу изучения последовательности и\ стадий Весьма удобным объектом для исследования является процесс I, как не связанный с дополнительной циклизацией Еще одной особенностью этой реакции является хиноидная, а не нитрозо-форма конечного продукта
Первым этапом исследований являлось проведение ряда синтезов
/Л-н
м
X
no2 + hic
,cn
ROII
NaOH
HON
Ar
cn
Ar
1 2 3,6-11
3 X=H, Ar=Ph, 6 X=H, Ar=4-ClC6H4, 7: X=H, Аг=1-нафтил, 8 X=C1, Ar=Ph, 9. X-Cl, Ar =2-(CH30)C6H4, 10: X=C1, Ar =3,4-(CH30)2C6H3, 11 X=Br, Ar=Ph
Таблица 1
Условия взаимодействия нитроаренов и арилацетонитрилов (20 °С, пропанол-2, субстрат реагент ЫаОН=1 1,1 5)
Субстрат Реагент Конечный продукт Выход, % Т * ПЛ' °с
6 6 N0 == /==/ он з 98 162163
N02 6 $ а 8 N0 /=\ С1 6 76 188189
N02 6 мы 10 МС /=\ 65 178180
N02 & 10 N0 /=\ Ън ч / с| 8 78 185187
мо2 сУ г А^осн3 10 N0 /=\ ^лГ4^ Ън ( >—ОСНз С1 \=/ 9 65 180185
(У осн} 10 Н,С0 ОСНз 10 97 193195
¿Г8' 6" 10 N0 /=Ч /Л / м /Ч \ Ън ( У Вг \=/ 11 68 183185
Реакция протекает быстрее всего для незамещенных нитробензола и фенилацетонитрила (время реакции 6 часов) и с наибольшим выходом (98%)
Согласно данным ПМР-спектров, синтезированные
арилцианометиленхинонмонооксимы представляют собой смесь сгереоизомеров, в которых соотношение Е- и Х-форм (рис 1) приблизительно составляет 1 1, что доказывается изменением соотношения сигналов протонов в спектрах ЯМР 'Н
а б
Рис 1 Стерео формы фенилцианометиленциклогексо-2,5-диен-1-он монооксима а) Е-форма, б) Х-форма
2. УФ спектральные характеристики арнлцианометиленциклогекса-2,5-дисн-1-он-монооксимов
Для изучения электронной структуры мопооксимов, верификации данных квантово-химического моделирования, методом УФ-спектросконии был исследован ряд арилцианометиленциклогекса-2,5-диен-1-он-монооксимов и их производных, а также проведено кванвдво-химическое моделирование данных структур с построением теоретических УФ-спектров Получено согласование экспериментальных и теоретических спектров, что указывает на корректность получаемых расчетных данных Полученные результаты электронных спектров приведены в таблице 2
Максимумы поглощения хиноноксимов в электронных спектрах отвечают электронные переходы с ВЗМО на НВМО, эго я—> к* переходы, связанные с переносом заряда внутри хиноидного цикла, кратные связи С=С, что выражается в изменении Х^^электронных переходов и интенсивности с Энергия этих переходов для ряда соединения составляет 4,82-7,47 эВ Другие возможные переходы, более слабые по интенсивности, относятся к переносу заряда внутри бензольного кольца (тг—> л:* переход)
Таблица 2
Параметры экспериментальных и теоретических электронных спектров
арилцианометиленциклогекса-2,5-диен-1 -он-монооксимов
№ Структуры ^макс пр (им) £, л/моль С м ^•макс теор гмэо/ 5 (нм) Сил а осц-ра Е перехода эВ Отнесение*
3 ЫС 370 4,72 104 335 181 182 1,63 0,96 0,92 6,29 Н->Ь Н-1(2)—* Ь+1(2) Н-1(2)—» Ь+3(2)
7 N0 \ / \ \ Ъ" ( у С1 357 2,76 104 357 219 213 200 0,72 0,86 0,96 0,78 6,18 Н-*Ь Н(-2)—> Ь+2(+1) Н(-1)-Ь+2(+1) Н-1—>Ь+2
8 374 3,83 104 342 181 182 1,59 0,87 0,88 4,82 Н-^Ь Н-1—>Ь+2 Н-2—>Ь+1
9 МС Ьн ? —ОСН3 С1 360 3,13 104 327 191 190 1,66 1,07 0,85 6,30 И—>Ь Н-1(-2)—> 1,+2(+1) Н-1(-2)—» 1.+К+2)
10 N0 Н3СО 397 2,44 104 356 191 190 1,35 0,81 0,73 6,13 Н-*Ь Н-1(-2)—> Ь+2(+1) Н-1(-2)—+ Ь+1(+2)
12 Н3СО 406 2,04 104 358 191 188 1,38 0,86 0,73 6,13 Н-1(-2)—» Ы-2(+1) Н-2—>Ь+2
13 Н1СО сн-СН, н3со 1 406 1,93 104 359 191 188 1,39 0,85 0,73 6,11 Н-»Ь Н-2—+Ь+2 Н-1(-2)—» Ь+2(+1)
14 К1С О — — 289 207 186 0,72 0,28 0,29 7,47 Н(-2)—>Ь II—>Ь+2 Н-2—>Ь+1
* Н -высшая занятая МО, Ь- низшая свободная МО
3 Оценка факторов региоселсктнвности в реакции нуклеофильиого замещения водорода в нитроаренах карбанионами арилацетонитрилов
В качестве модельной была выбрана реакция нуклеофильиого замещения водорода, в нитробензоле карбанионом фенилацетонитрила Продуктом этой реакции является образование фенилцианометиленциклогекса-2,5-диен-1-он-монооксимов 3, который образуется в виде смеси сии- и аноти-стереоизомеров, тогда как теоретически так же возможно образование стереоизомерных форм соответствующего орто-хинонмонооксима 15 и изомерных хинонмонооксимам нитрозоаренов 16,17
/ \ / \ НО \=/ CN
3
/ W\n 16
Для изучения факторов, определяющих высокую региоселективность процесса с использованием методов квантовой химии была проведена сравнительная оценка возможности протекания всех указанных выше путей превращения Для поиска геометрической конфигурации реагентов и продуктов реакции использовались методы, учитывающие электронную корреляцию, теории функционала плотности DFT/B3LYP и теории возмущения Меллера-Плессе второго порядка (МР2) с валентно-расщепленном базисным набором 6-3IG(d,p) Расчетные значения ДГС298 предполагаемых реакций представлены в таблице 3
Анализируя термодинамические параметры конфигураций пара- и орто-хинонмонооксимов, важно отметить, что расчеты методами B3LYP и МР2 показывают практически одинаковые результаты Однако метод B3LYP требует в несколько раз меньше компьютерного времени, чем расчеты методом МР2, следовательно, для дальнейшего рассмотрения продуктов и интермедиатов реакции, не снижая точность кваитово-химических расчетов, можно ограничиться методами теории функционала плотности
Таблица 3
Расчетные значения термодинамических показателей реакций (кДж/моль)
№ Вероятные продукты реакции b3lyp дгн298 MP2 ДГН298 Ь31ур ArS298 MP2 ArS298 Ь31ур ArG298 MP2 A 298 ArG
За „/"CZ)-^ 11 В 2 3 ю -32 67 -67 15 -0 027 -0 051 -24 33 -51 89
3 Ь 9 6 5 хх„ 2 3 10 -32 46 -67 01 -0 027 -0 051 -24 27 -51 76
15а *Г 1T 4 20 19 33 54 -0 031 -0 030 29 43 42 48
156 но* 4 4 03 9 88 -0 023 -0 029 10 99 18 52
15с но? у га tL « JJ îf^VN*11 1 1 tfl 4 10 32 17 75 -0 019 -0 028 15 83 26 09
I5d > 7 N Ph jJ . 1? 1 ! 10 4 30 49 46 49 -0 030 -0 030 39 55 55 43
16 -1841 -0 015 -13 74
17 • Ov 7 10 11 N7 CN ïX- 4 -19 40 -0 043 -6 57
На основе анализа значений свободной энергии реакций, рассчитанные методами B3LYP и МР2, можно сделать вывод о том, что наиболее предпочтительными продуктами взаимодействия нитробензола с фенилацетонитрилом являются стереоизомерные формы wapa-хинонмонооксима За
и 3Ь Полученные результаты расчетов подтверждаются полученными нами экспериментальными данными
Из сравнения значений энтальпии ДГН298 и энтропии Дг5298 реакций образования всех теоретически возможных продуктов можно сделать заключение о преобладающем вкладе энтальпийного члена в величину свободной энергии
Для определения энергетически наиболее предпочтительных изомеров и их реакционных центров были смоделированы оба изомера в двух конформациях каждый, используя метод ВЗЬУР в базисе 6-ЗЮ(с1,р)
За 36 Зв Зг
Рис 2 Конформеры фенилцианометиленциклогексо-2,5-диен-1-он монооксима
Наиболее энер! етически выгодны «линейные конформеры» для обоих изомеров, а сами изомеры близки по энергии, что и объясняет образование их в
реакции в соотношении близком 1 I
Таблица 4
Значения энергии образования конформеров (В31.УР/6-31((±р)
Конформеры За 36 Зв Зг
ЁтмаЬ кДж/мОЛЬ -1901645 47 -1901600 52 -1901645 73 -1901600 27
А Етоиь кДж/моль 0 26 45 21 0 45 46
Проведенный анализ распределения электронной плотности на атомах хиноидного кольца фенилцианометиленциклогекса-2,5-диен-1-он-монооксима 3 показал что электронная плотность в ядре распределена неравномерно Для оценки неравноценности связей С=С хиноидного ядра рассчитаны разности зарядов на атомах С2, С3 и С5, С6 - Дql и Дц, соответственно
Таблица 5
Значения зарядов на атомах конформеров (ВЗГ-УГ'/б-З I (с!,р)
Конформеры За 38
Заряды дя. Дя,
цС1 -0 081 0 043 -0 078 0 048
чС -0 124 -0 126
чС> -0 130 0 051 -0 128 0 046
чс< -0 079 -0 082
Примечание ДЯ]= | яС1- цС21, Дц2= I с]С4- чС5
Анализ расчетов показал, что на связях С2=С3 и С5 "С6 распределение электронной плотности в хиноидном ядре также является неравноценным
Взаимодействие с элсктрофильными частицами возможно по наименее поляризованной связи В конформации За эго связь 2-3, в конформации Зв - связь 5-6 Таким образом, присоединение с большей вероятностью возможн находящейся в транс-попожтнн к гидроксильной группы, то есть значения на атомах углерода хиноидного ядра можно использовать для оценки региоселективности процесса взаимодействия 1алогенов с пара-хинонмонооксимами
Введение электронакцепторпого заместителя С1 в структуру субстрата и реагента может существенно влиять на скорость и вероятность протекания той или иной реакции и для сравнительной оценки возможности протекания того или иного пути превращения в присутствии заместителя был произведен расчет свободной энергии Гиббса для приведенных процессов
лп
мо2 Н2С у см
2 (5)
18- Х=С1, У,2=11,19: Х.7.=И, У=С1, 20: Х,У=Н, 7~С1
Для соединении 18 и 19 теоретически возможно образование четырех, а для соединения 20 - двух стерео изомеров
Таблица б
Расчетные значения термодинамических параметров возможных реакций (БРТ/ВЗЬУР 6-ЗЮ(с1 р))
№ Вероятные продукты реакции дгнт кДа/моль дгь кДж/моль Дг0598 кДж/моль
18а но ^^^ РИ -77 21 0 0193 -82 96
186 но ^^^ см -78 23 0 0187 -83 81
18 с ри -58 27 0 0244 -65 54
Ш сы -59 41 0 0209 -65 63
19а НО ч==/ РИ -0 73 -0 0146 3 61
т ■^нгО" Р1! -4 96 -0 0021 -4 34
19с с, /=К Р^ /0< но х=/ сы -3 37 -0 0070 -1 29
19 с/ 20 а НО /=< РИ \=/ сы -3 74 -0 0090 -1 06
р1 С1 -44 62 -0 0024 -43 91
20 Ь см -44 97 -0 0020 -44 38
На основе анализа значений свободной энергии реакций, молно сделать вывод о том, что существенное вчияние на протекание процесса оказывает местоположение заместителя в структуре субстрата Введение галогена в орто-пололение к нитрогруппе в молекулу субстрата, также как и в структуру реагента способствует преимущественному щхнеканию целевой реакции образование структур 18а-ё и 20а,Ь соответственно Наличие галогена в иеша-положени к нитрогруппе в молекуле субстрата значительно снижает вероятность образования целевых продуктов реакции 19а-с1, что подтверждается экспериментальными данными (наблюдается образование смолообразной массы)
Таким образом, по проведенному сравнительному анализу возможности протекания по различным направлениям взаимодействия нитробензола с фенилацетонитрилом, можно сделать предположение, что энгалышйный фактор в большей степени ответственен за направление протекания химической реакции образования арилцианометиленхинонмонооксимов.
Теоретические расчеты свободной энергии реакций подтвердили экспериментальные данные высокой региоселективности процесса о арилцианометиленхинокмонооксимов но для объяснения такой закон .^носги этого недостаточно Для этого необходимо нахождение механизма, поиска лимитирующей стадий процесса изучение йнтёрмедиатов реакции Для управления химическим процессом нужно знать узловую точку реакции, на которую и следует воздействовать
-1 Моделирование струкчуры п процесса образования о"-комплексов
Первым и зачастую опредепяющим дальнейший путь реакции нукпеофильного замещения водорода, является стадия образования стеком плексов
21
22а,б
В качестве методов моделирования были выбраны B3LYP/6-31+(d,p) и (для сравнения) полуэмпирический метод РМЗ
Для всех трех изомерных (^''-комплексов были рассчитаны переходные состояния стадии их образования В качестве координаты реакции использовалась длина, связи между реакционными центрами субстрата и реагента (атомы С4 и С8) Расчеты проводились с полной геометрической оптимизацией системы частиц, кроме фиксированного расстояния между указанными атомами, с шагом 0,05 А
Зависимость полной энергии (энергии образования) от расстояния между атомами для всех изомеров, рассчитанные методом функционала плотности и полуэмпирическим методом РМЗ, представлены в таблице 7
Таблица 7
Значения равновесной геометрической конфигурации и энергетического
барьера образования (/'-комплексов
он-комплекс пара-изомер opmo(R R)-изомер opmo(R,S)-изомер
ДЩРМЗ), кДж/моль 98,89 117,05 105,90
Энергетический барьер, кДж/моль 49,97 60,39 55,88
Etotal(B3LYP/6-31+(d,p)), кДж/моль -496000 03 -495873 96 -495883,93
Энергетический барьер, кДж/моль 57,41 60,13 60,00
Сравнивая значения энергий образования (ДН{) и полной энергии (Е,^) изомерных (/'-комплексов, следует отметить, что наибольшей термодинамической устойчивостью обладает пара-томер, что согласуется с экспериментальными данными Однако, разница в энергиях образования в сравнении с орто-изомерами незначительна (7,01 кДж/моль и 18,16 кДж/моль) Диастереомерные орто-комплексы также незначительно отличаются между собой по термодинамической устойчивости (ДДНг=11,15 кДж/моль)
Сравнивая относительную вероятность возможности образования того или иного <тн-комплекса, рассчитанные полуэмпирическим методом РМЗ и гибридным функционалом плотности ВЗЬУР, можно отметить, то что, обеими методами
получены близкие данные и не обнаружено четкое преобладание одного изомера мал. другим. 1 ¡сотому для дальнейшего исследования реакции использовали полу эмпирический метод.
В скиз.и с тем, что реакция проложит и среде протонного полярного растворителя (о/шоатомн и с предельные спирты), предпочтительнее моделировать процесс с учетом данного фактора. Дня ото го использовалась дискретам модель (специфическая сольватация)- В расчете в качестве растворителя использовались дне молекулы метанола- Пространственная ориентации комплекса растворитель- о"-комплекс для всех типов показана на рис, 3.
4-1 „¡и * -д.
I- 1 % < о° 0© ,
? <? ©о • *
' Г» х '
Рис. 3. П ространетвенная Ориентация комплексов в присутстнии д-вух молекул растворителя (ТМЗ), 1- /ад/м-изомер, 2-орт о//?. ]')-изо «ер. 3- орто (А, .V) - и зо м ер.
Таблица 8
Значения энергии образования изомерных (^-комплекс™ (РМЗ)
-комплекс пщт-изомер орто(К.К)- изомер орто(К,3)-изомер
ДПг (б присутствии двух молекул растворителя), кДж/моль -385.85 -372.36 -383.59
Энергетический барьер, кД ж/моль 32.67 32,88 33,49
Так как реакция протекает в оспой!! ой среде, вполне закономерно проведение моделирования образования ст'1-комплексен с учетом иротиюиопа калия.
¡-о о -••< *
"О ©О ®
1 * -
Пространственная ориентация комплекса нротивоиок калия - о"-комплекс для всех типов показана на рис. 4. Длина связи между о"-комплексом (атомом кислорода) и ионом калия составляет 3,1-3,4 А.
Ж 'ч _ о _ »
Л О 0-" о о
' Н М
Ф в®.....
л «
Р(1е, 4 Пространственна» ориентация <711-
комплексов в присутствии противоиона калия
© О
.:«:.....© &
©-.0 ® (1'МЗ), 1- лодм-шомер, 2- орто К К-изомер, 3-
• -Як орпюКЗ- изомер.
Шт
Значения эпер им образования комплекса /да пара-изомера доставляет ■99.38 кДж /молк, для орто(Я,И -^изомера -94.79 кДж/моль. дм о/_шо^5)-мзомера -86.10 кДж/моль. Энергетический барьер образования о1'-комплексов при этом для лоре,!-изо мер а составил 51.12 кДж/мол1.. для орто ¡11 К)-и з оме ра 56.82 кДж/моль, для орт о (II - и зо мер а 63.63 кДж/моль соответственно.
Таким образом, можно сделать заключение, что все три теоретические модели образования с"-комплексов даю г одинаковый результат. Орто-ЗШещспные ен-комплексы образуется с ражюй вероятностью, что к пара- а11— комплексы
5. Модели¡мташи: (Парий прекращения сг"-комплексов
8 е-к язи с тем, что лаппые по стадии образования и -комплексов не дала объяснения высокой селективности дашюй реакции, были смоделированы дальнейшие тгйпи их превращения к конечные продукты. Моден и ров айне
стадий проводилось как в газовой фазе, так и с учетом сольватного окружения молекулы (метод РМЗ)
На основе интерпретации полученных данных предыдущих работ и проведенного анализа вероятных путей механизма реакции предлагается следующая схема протекания реакции (схема 6)
Вторая стадия, стадия дальнейшего превращения а"-комплекса - переход одного из атомов водорода гексадиенового цикла ити атома водорода при карбанионном центре к атому кислорода нитрогруппы Для определения первого уходящего атома было проведено сравнение расстояний между атомами водорода и кислорода. Параметры длин связей приведены в таблице 9
1аблица 9
Длинны связей в ^''-комплексах (РМЗ)
стн-комплекс Длина связи, А
с4-с8 С-,-11,9 Ск-Н,3 о2Гн„ 02ГН23 о22-н)9 022-Я23
Пара- 1,56 1,41 1,12 1,12 5,72 6,60 5.72 6,93
С,-С, СгЪ С_1~Н16 СгН/г/ О27-Ни, Оя-Нц о28-п,9
орто КК- 1,57 1,41 1,12 1,12 2.50 4,54 3,86 5,25
орто /й- 1,57 1,41 1.12 1,12 2.58 4,54 3,86 5,25
Исходя из значений длин связи между атомами, наиболее вероятен переход атома водорода гексадиенового цикла Н|д и Н16 на атом кислорода нитрогруппы
Данные по энергиям образования интермедиатов и энергетические параметры переходных состояний всех трех возможных направлении процесса представлены на рисунке 5 Стадия переноса атома водорода хиноидного ядра на нитрогруппу (стадия II) характеризуется значениями энергетического барьера для ияра-замещенного а"-комплекса 81,91 кДж/моль, для орто-замещенных ан— комплексов с /?./? и Л.51 конфигурациями асимметрических центров 120,78 кДж/моль и 104,46 кДж/моль соответственно При этом на данной стадии минимальный энергетический барьер наблюдается для ийра-замещснного сгн— комплекса
ИЗ-у*0
21с
22а(а,Ь)
^-рь 22Ь(а,Ь)
М + Нг°
22с(а,Ь)
(6)
В литературе отмечена возможность участия в механизме реакции непосредственно молекул растворителя То есть в нашем случае реакция протекает в спиртовой среде и поэтому, теоретически возможен перенос атомов водорода посредством молекул спирта В связи с этим рассматривается альтернативная модель в котором, молекула растворителя является переносчиком атомов водорода, дискретная модель (специфическая сольватация, присутствие в системе двух молекул метилового спирта) Однако в рамках этой модели в ходе взаимодействия фенилацетонитрила с нитробензолом более предпочтительно образование в качестве конечного продукта реакции оршо-монохиноноксима, что противоречит экспериментальным данным Следовательно, наиболее вероятным является вывод о том, что сами молекулы растворителя непосредственно не участвуют в процессе переноса атомов водорода.
250 , дН£
кДу/мОЯЬ
ПС
126, %; NO-,
V .CN
ЁН ¡
PVi
198,1 пс
176,7 ПС 1 177,5,.--'
\
N
щ
О
А-
\88Д'
NC
рМ /
57, В
4D0 ¿Hf,
кДЛоль
350 300 250 2ÜO 150 100 50
ПС
пс 169
141,4 s'
,С
О ^
'.116.9/
' <т А-
CP"
CN
псшя ги.б/
/
i
Ф
СЯ 36.9
h + н,о
fi—Pli 2
250 - ¿Hf,
КДЖ/№1 lb
ПС 210'3
ПС i83>2
-!27,5/ НО,
ó......
■с H
ph
■,105,7 çP
Cf-rfCf * >-ph cn
'■.157,4 _JgjM[1Ç f
ГО* N
тн /-Ph
NC
WSr
чД
47,5
Рис. 5 Энергетические дишраммы возможных процессов, проходящих через tjpnto(R.R)'(б), opmo(R,S)-(n) <пн комплексы (ГМЗ).
Таким образом, определяющей стадией нуклеофилыюго замещения является перенос первого атома водорода. Данный факт характеризуется минимальным барьером для ш/?а-замещенного сгн-кочплекса. Это показывает большую вероятность образование иара-хиноноксима над оршо-хиноноксимом, что подтверждается экспериментальными данными
ВЫВОДЫ
1 Впервые проведено постадийное комплексное квантово-химическое моделирование процесса ароматического нуклеофильного замещения водорода в нитроароматических системах карбанионами арилацетонитрилов Показано, что как полуэмпирические, так и неэмпирические методы в приближениях МР2/6-31((1,р) и ВЗЬУР/б-31(с1,р) адекватно отображают изучаемый процесс
2 Экспериментально установлено, что взаимодействие нитробензола с фенилацетонитрилом протекает исключительно по пути образования пара-хинонмонооксима. Высокая региоспецифичность протекания этого процесса определяется значениями энергии Гиббса.
3 Установлено, что яора-хинонмонооксим образуется в виде стереоизомеров {сини апти-) в соотношении 1 1 Основной вклад в образование этих изомеров вносит энтальпииный фактор
4 Анализ влияния структур субстрата показал, что введение в структуру атома галогена в л/еота-положение к нитрогруппе снижает вероятность образования конечного продукта по отношению к нахождению атома галогена в орто-положепии
5 Наиболее вероятным маршрутом исследуемой реакции является следующий образование он-комплекса, перенос атома водорода от тетраэдрического атома углерода хиноидного ядра на нитрогруппу, перенос атома водорода при карбанионном центре на нитрогруппу с одновременным отщеплением воды
6 Постадийное изучение процесса нуклеофильного замещения водорода, показало, что на этапе образования изомерных (/'-комплексов равновероятно формирование пара-, орто(КК)- и орто(Л5) комплексов, как для расчетов в газовой фазе, так и с учетом влияния растворителя и противоиона.
7 Сравнительный анализ энергетических барьеров выявил, что определяющей стадией региоселективности процесса нуклеофильного замещения водорода по
одному из потенциальных реакционных центров для изучаемой реакции, является перенос атома водорода с хиноидного ядра на нитрогруппу
Основное содержание работы изложено в следующих публикациях
Список публикаций в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК
1 Ортов BIO, Базлов ДА, Ганжа ВВ, Котов АД, Русаков А И Направление реакции нуклеофильного замещения водорода в нитробензоле карбанионом фенилацетонитрила // Башкирский химический журнал -2007 -Т 14, № 3 -С 22-25
2 Орлов В Ю , Базлов Д А , Ганжа В В , Котов А Д, Коновалова Н В Закономерности реакции нуклеофильного замещения водорода в нитроаренах карбанионами ацетонитрилов // Известия вузов Химия и хим технология -2007 -Т 50, вып 9 -С 16-18
Другие публикации
3 Базлов Д А, Котов А Д, Орлов В Ю Квантово-химическое моделирование образования ст1!-комплексов в реакции нуклеофильного замещения водорода // Сборник материалов II школы-семинара «Квантово-химические расчеты структура и реакционная способность органических и неорганических молекул» ч 1 - Иваново, 2005 -С 32-35
4 Базлов Д А , Кесарева Т В , Ганжа В В , Орлов В Ю , Котов А Д Квангово-химическое моделирование строения и реакционная способность 2,5-диарил-1,3,4-оксодиазолов // Сборник материалов II школы-семинара «Квантово-химические расчеты структура и реакционная способность органических и неорганических молекул» -ч 2 -Иваново, 2005 -С 16-20
5 Базлов ДА, Коюн АД, Орлов ВЮ Исследование геометрии и зарядового фактора с-комплексов в реакции нуклеофильного замещения водорода // Региональный сборник научных трудов «Современные проблемы биологии, экологии, химии» -Ярославль, 2005 -С 209-212
6 Базлов Д А, Котов А Д, Орлов В Ю Квантово-химическое моделирование образования о"— комплексов в реакции нуклеофильного замещения водорода // 1езисы докладов VIII молодежной научной школы-конференции по органической химии -Казань 2005 -С 161
7 Базлов Д А , Орлов В Ю, Котов А Д, Ганжа В В , Коновалова Н В Изучение ст роения фенилцианометиленциклогексо-2,5-диен-1-он монооксима //
Сборник материалов 3-й международного симпозиума «Компьютерное обеспечение химических исследований» [САСЯ 2006] -Ярославль, 2006 -С 5-6
8 Ба'пс'1 Д А Теоретические основы эффективной трансформации углеводородного сырья // Материалы Всероссийской конференции аспирантов и студентов по приоритетному направлению «Рациональное природопользования» -Ярославль, 2006 -С 3-7
9 Базлов Д А , Котов А Д , Орлов В Ю , Ганжа В В Влияние растворителя и противоиона К+ на образование а"-комплекса в БщАг // Труды Ш Всероссийской научной конференции молодых ученых и студентов Просвещение-Юг -Краснодар, 2006 -С 65-66
10 Базлов ДА Применение полуэмпирических и неэмпирическич методов квантово-химического моделирования образования стн-комплексов в реакции нуклеофильного замещения водорода // Совр инф и комп технологии в инж -научн исследованиях Научн -исслед стажировка молодых ученых Сб материалов -Т.2 Физика. Химия -Уфа, 2006 -С 172-176
11 Ганжа В В , Котов А Д, Соколов В Г , Орлов В Ю , Базлов Д А , Коновалова Н В , Волков Е М Изучение закономерностей реакции ароматического нуклеофильного замещения // Тезисы докладов IX молодежной научной школы-конференции по органической химии -Москва, 2006 - С 120
12 Базлов Д А , Коновалова Н В , Ганжа В В , Орлова Т Н, Котов А Д , Орлов В Ю Уф-спектральные характеристики арилцианометиленхинонмоно-оксимов // Мат всеросс научн -практ конф «Экол проблемы уникальных природных и антропогенных ландшафтов» —Ярославль, 2006 - С 250-253
13 Базлов ДА Теоретический подход в оценке механизма реакции нуклеофильного замещения водорода // Тезисы доктадов 60-й научно-технической конференции студентов, магистрантов и аспирантов -Ярославль, 2007 -С 249
14 Базлов Д А , Котов А Д, Орлов В Ю Влияние заместителя на протекание реакции нуклеофильного замещения водорода в нитроаренах карбанионами фенилацетонитрилов // Сборник научных трудов VI Всероссийской научно-метод конференции «ЭВ Г в обучении и моделировании» -Бирск, 2007 -С 15-17
Отпечатано на ризографе Тираж 100 экз Ярославский государственный университет 150000 Ярославль, ул Советская, 14
ВВЕДЕНИЕ.
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.
1.1 Нуклеофильное замещение в ароматическом ряду.
1.2 Викариозное нуклеофильное замещение водорода.
1.3 Кине- и гаеле-замещение водорода.
1.4 Окислительное нуклеофильное замещение водорода.
1.5. Методы прогнозирования структуры и свойств химических соединений
1.6. Неэмпирические методы.
1.6.1. Базисные наборы.
1.6.2 Выбор базиса.
1.7 Методы теории функционала плотности.
1.8 Полуэмпирические методы.
1.9 Применение квантово-химических расчетов для исследования реакции нуклеофильного ароматического замещения.
2. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ.
2.1 Синтез арилцианометиленхинонмонооксимов.
2.2 УФ спектральные характеристики арилцианометиленциклогекса-2,5-диен-1 -он-монооксимов.
2.3 Оценка факторов региоселективности в реакции нуклеофильного замещения водорода в нитроаренах карбанионами арилацетонитрилов.
2.4 Выбор теоретической модели механизма реакции.
2.5 Моделирование структуры и процесса образования ан-комплексов
2.6 Моделирование стадий превращения ан-комплексов.
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.
3.1 Методика синтез арилцианометиленхинонмонооксимов.
3.2 Методика квантово-химического моделирования.
3.2.1. Оптимизация строения.
3.2.2. Расчет HESSlAN-a.
3.2.3. Расчет равновесного строения основных состояний с использованием метода последовательного приближения.
3.2.4 Расчет полной энергии.
3.2.5 Расчет энтальпии реакций.
3.2.6 Расчет свободной энергий реакций.
3.2.7 Расчет поверхности потенциальной энергии.
3.2.8 Расчет равновесного строения переходных состояний.
4. ВЫВОДЫ.
Актуальность работы. Одной из актуальных задач органической химии и органического синтеза является разработка эффективного инструментария, базирующегося на всестороннем изучении закономерностей перспективных химических процессов, что позволяет целенаправленно применять их для получения новых полифункциональных ароматических соединений на основе доступных исходных веществ. Так, к подобным процессам можно отнести использование реакции ароматического нуклеофильного замещения водорода, которая является эффективным методом функционализации электронодефицитных аренов, так как исключают необходимость введения в ароматическое ядро галогенов или других групп с целью их дальнейшего замещения нуклеофилами различной структуры.
Целенаправленное использование данного метода невозможно без теоретического анализа накопленного экспериментального материала и заключения о закономерностях и элементах механизма процесса -совокупности элементарных стадий, из которых складывается превращение исходных реагентов в конечные продукты.
Известно, что большинство реакций нуклеофильного замещения (водорода, галогенов, нитрогруппы) протекает через интермедиаты, которые имеют хиноидную структуру (о-комплексы, промежуточные соединения).
Продукты реакции и, в частности, хиноноксимы, обладают различными видами биологической активностью [1,2]. Они могут выступать и как исходные и как промежуточные продукты в синтезе ряда веществ, обладающие противовоспалительными [3] и антиоксидантными свойствами [4]. Также они могут быть использованы в качестве исходных продуктов для получения полифункциональных ароматических соединений (реакции присоединения, замещения, окисления восстановления, трансформация оксимной группы и т.д.), чаще всего, N-замещенных производных соответствующих хиноноксимов (при этом гидроксогруппа заменена), которые находят более широкое применение в самых различных отраслях промышленности.
В связи с этим, в качестве модельного процесса нами выбрано взаимодействие нитроаренов с карбанионами арилацетонитрилов, которые приводят к целому ряду перспективных продуктов от хиноноксимов до гетероциклов. При этом реализуется нуклеофильное замещение атома водорода в нитроаренах.
Полная информация о механизме реакции должна включать данные о последовательности изменения геометрии и энергии каждого участника реакции для каждой точки пути, ведущего от исходного состояния к конечному. Однако выявление указанных характеристик, за редким исключением, не поддается прямому экспериментальному определению, и поэтому требует привлечения методов квантово-химического моделирования. Получение подобных данных позволит сделать заключение о ключевых стадиях процесса и превратить его в управляемый и высокоэффективных инструмент органического синтеза.
Настоящая работа является частью научно-исследовательских работ, проводимых на кафедре общей и биоорганической химии Ярославского государственного университета им. П.Г. Демидова, и выполнена в соответствии с программами "Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники"(2003-2004 г.г.), проект «Теоретические основы получения функционализованных полиядерных ароматических соединений многоцелевого назначения», "Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2008 г.г.)" проект: «Структура и реакционная способность анионных промежуточных частиц в реакциях функциональных производных органических соединений».
Цель работы. Теоретическое и экспериментальное исследование структуры и реакционной способности реагирующих частиц в процессах нуклеофильного замещения водорода в нитроаренах карбанионами арилацетонитрилов.
Для ее достижения в работе решались следующие задачи:
Сделать заключение о закономерностях процесса ароматического нуклеофильного замещения водорода - взаимодействия производных нитробензола и фенилацетонитрила, и последовательности стадий реакций на основе интерпретации экспериментальных данных и квантово-химического моделирования.
Установить стадии и определить факторы, определяющие региоселективность процесса нуклеофильного замещения водорода по одному из потенциальных реакционных центров для изучаемой реакции, взаимодействия нитробензола с фенилацетонитрилом.
Научная новизна. Методами квантовой химии впервые проведен комплексный анализ и интерпретация полученных экспериментальных данных по реакции ароматического нуклеофильного замещения водорода в нитроаренах карбанионами арилацетонитрилов, построена теоретическая модель этого процесса.
Идентификация промежуточных и конечных продуктов, а так же, проведенный сравнительный анализ (энергетических барьеров) возможных путей превращения исходных веществ в конечные продукты позволили выбрать наиболее вероятный маршрут реакции: образование он-комплекса, перенос атома водорода от тетраэдрического атома углерода хиноидного ядра на нитрогруппу, перенос атома водорода при карбанионном центре на нитрогруппу с одновременным отщеплением молекулы воды.
Получены данные, свидетельствующие о том, что стадией, определяющей региоселективность процесса нуклеофильного замещения водорода по одному из потенциальных реакционных центров для изучаемой реакции, является перенос атома водорода с хиноидного ядра на нитрогруппу. Сравнительным анализом свободных энергий Гиббса реакции взаимодействия нитробензола с фенилацетонитрилом установлено предпочтительное образование пара- над орто-хинонмонооксимом, хиноидной над ароматической структурой целевого продукта реакции.
Практическая ценность. Исследование механизма и нахождение ключевых стадий образования хинонмонооксимов на основе разработанных теоретических моделей и данных о механизмах процессов способствует пониманию и управлению процессами ароматического нуклеофильного замещения водорода. Это позволяет целенаправленно исследовать данную реакцию для получения широкого ряда практически ценных полифункциональных органических веществ.
Положения выносимые на защиту. Закономерности процесса нуклеофильного замещения водорода и последовательность стадий реакций образовании арилцианометиленхинонмонооксимов при взаимодействии нитроаренов с арилацетонитрилами. Геометрические параметры структуры хинонмонооксимов, интермедиатов, соотношение энергетических барьеров.
Ключевые стадии, определяющие региоселективность процесса нуклеофильного замещения водорода по одному из потенциальных реакционных центров для изучаемой реакции взаимодействия нитробензола с фенилацетонитрилом.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены на следующих конференциях: II школа семинар «Квантово-химические расчеты: структура и реакционная способность органических и неорганических молекул» (Иваново, 2005), VIII молодежная научная школа-конференция по органической химии (Казань, 2005), III международный симпозиум « Компьютерное обеспечение химических исследований» [CACR 2006] 5-я Международная Интернет-конференция «Информационно-вычислительные технологии в решении фундаментальных научных проблем и прикладных задач химии, биологии, фармацевтики, медицины» [ИВТН-2006] (Ярославль, 2006), Всероссийская конференция аспирантов и студентов по приоритетному направлению «Рациональное природопользования» (Ярославль, 2006), III Всероссийская научная конференция молодых ученых и студентов (Краснодар, 2006), IX молодежная научная школа-конференция по органической химии (Москва, 2006), Всероссийская научно-практическая
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
4. ВЫВОДЫ
1. Впервые проведено постадийное комплексное квантово-химическое моделирование процесса ароматического нуклеофильного замещения водорода в нитроароматических системах карбанионами арилацетонитрилов. Показано, что как полуэмпирические, так и неэмпирические методы в приближениях MP2/6-31(d,p) и B3LYP/6-31(d,p) адекватно отображают изучаемый процесс.
2. Экспериментально установлено, что взаимодействие нитробензола с фенилацетонитрилом протекает исключительно по пути образования пара-хинонмонооксима. Высокая региоспецифичность протекания этого процесса определяется значениями энергии Гиббса.
3. Установлено, что пара-хн нонмонооксим образуется в виде стереоизомеров (iсин- и анти-) в соотношении 1:1. Основной вклад в образование этих изомеров вносит энтальпийный фактор.
4. Анализ влияния структур субстрата показал, что введение в структуру атома галогена в .мета-положение к нитрогруппе снижает вероятность образования конечного продукта по отношению к нахождению атома галогена в орто-положении.
5. Наиболее вероятным маршрутом исследуемой реакции является следующий: образование ан-комплекса, перенос атома водорода от тетраэдрического атома углерода хиноидного ядра на нитрогруппу, перенос атома водорода при карбанионном центре на нитрогруппу с одновременным отщеплением воды.
6. Постадийное изучение процесса нуклеофильного замещения водорода, показало, что на этапе образования изомерных он-комплексов равновероятно формирование пара-, opmo(RR)- и opmo(RS) комплексов, как для расчетов в газовой фазе, так и с учетом влияния растворителя и противоиона.
7. Сравнительный анализ энергетических барьеров выявил, что определяющей стадией региоселективности процесса нуклеофильного замещения водорода по одному из потенциальных реакционных центров для
108
1. Isomura Y., Ito N., Sakamoto S., Hommo H., Abe Т., Kubo K. Chem. Pharm. Bull. 1983. Vol. 31. P. 3179.
2. Келарев В.И. ХГС. 1984. №7. С. 889
3. Bunnet V.F., Zahler R.E. Aromatic nucleophilic substitution reactions // Chem. Rev. -1951. -Vol. 49, p. 273-412.
4. Баннет Д.Ф. Нуклеофильное замещение при ненасыщенных центрах // Теоретическая органическая химия / Пер. с англ. под ред. Фрейдлиной Р.Х. -М.: Иностранная литература, 1963. 365 с.
5. Carey F.A., Sundberg R.J. Advanced organic chemistry. Structure and mechanisms, Kluwer Academic, New York, 2000, 824 p.
6. Bartoli G., Todesco P.E. Nucleophilic substitution. Linear free energy relationships between reactivity and physical properties of living group and substrates //Accounts of Chem. Res. -1977. Vol. 10, №4.-p.l25-132
7. Miller V. Aromatic nucleophilic substitution. Elsevier Pub. Co., Amsterdam. -1967.-112 p.
8. Росси P.А., де Росси Р.Х. Ароматическое замещение по механизму SRN1. М.: Мир, 1986.-302 с.
9. Шейн С.М. Участие радикальных частиц в реакциях ароматических соединений с нуклеофильными агентами // Изв. СО АН СССР, сер. Хим. -1983.-№9, вып.4. с. 20-29.
10. Hehre W.J., Shusterman A.J., Nelson J.E. The Molecular Modeling Workbook for organic chemistry.- Wavefunction, Inc., Irvin. -1998, -308 p.
11. Rauk A. Orbital interaction theory of organic of organic chemistry. -Wiley & Sons, Inc., New York. -2001. -344 p.
12. Тезисы конференции "Ароматическое нуклеофильное замещение".-Новосибирск, 1989. -194 с.
13. Плахтинский В.В. Ароматическое нуклеофильное замещение в синтезе многоядерных мостиковых систем: Дисс. на соискание уч. степени д.х.н. -Москва, 1990. 283 с.
14. Грандберг И.И. Органическая химия "Высшая школа" 1987 480 с.
15. Attia, М.; Dave, D.; Gore, Р.Н.; Ikejiani, А.О.; Morris, D. F. C.; Short, E. L. J. Chem. Soc., Perkin Trans. 2, 1984, 1637
16. Шевелев C.A. // Успехи химии. 1970. Т. 32, N 10. - С. 1773-1800.
17. Гаммет Л.П. Основы физической органической химии. Пер.с англ., под ред. Л.С. Эвроса. М., Мир, 1972. 534 с.
18. Fukui К., Yonezawa Т., Shingu Н. // J. Chem. Phys. 1952. - Vol. 20, N 3. -P. 722-734.
19. Destro R.; Grammacioli C.; Simonetta, M. ActaCristallogr. 1968, В24Д369
20. Ueda H.; Sakabe N.; Tanaka J.; Furasaki A. Bull. Chem. Soc. Jpn. 1968, 41, 2866
21. Destro R.; Pilati Т.; Simonetta, M. ActaCristallogr. 1979, B35, 733
22. Messmer G.; Palenik G.J. ActaCristallogr. 1971, B27,316
23. Jackson C.J.; Gazzolo F.H. Am.Chem.J. 1900, 23, 376
24. Meisenheier J. Justus Liebigs Ann. Chem. Res 1980(S) 140; (M) 2157
25. Buncel, E.; Grampton, M.R.; Strauss M.J.; Terrier F. In "Electron-Deficient Aromatic and Heteroaromatic- Base Interaction". Elsiver: Amsterdam, 1984.
26. Terrier F. Chem. Rev., 1982,82,77.
27. Larsen, J.W.; Amin, K.; Ewing, S.; Magid, L.L. J. Org. Chem.\912, 37, 3857
28. Орлов В.Ю., Котов А.Д., Копейкин В.В., Орлова Т.Н., Русаков А.И., Миронов Г.С. / Журнал органической химии. 1996. - Т. 32, вып. 9. - С. 13781381.
29. Орлов В.Ю., Котов А.Д., Копейкин В.В., Русаков А.И., Миронов Г.С., Быстрякова Е.Б. / Журнал органической химии. 1998. - Т. 34, вып. 4. - С. 572-574.
30. Орлов В.Ю., Котов А.Д., Быстрякова Е.Б., Копейкин В.В. / Изв. вузов: Химия и хим. технология. 1998. - Т. 41, вып. 3. - С. 30-33.
31. Орлов В.Ю., Котов А.Д., Быстрякова Е.Б., Соковиков Я.В. / Изв. вузов: Химия и хим. технология. 1998. - Т. 41, вып. 6. - С. 15 - 19.
32. Минкин В.И., Симкин Б.Я., Миняев P.M. Квантовая химия органических соединений. Механизмы реакций. М. : Химия , 1986.- 248 с.
33. Amatore J., Pinson J., Saveant J.M., // J. Am. Chem. Soc.-1985. Vol. 107,№12. -P.3451-3459
34. Bergman J., Lindholm E. // J. Phys. Chem. 1988.- Vol. 92, №7.-P.2039-2043.
35. Whangbo M.-H, Wolfe S. // Jsr. J. Chem.- 1980,- Vol. 20.-P.36
36. Whangbo M.-H., Schlegel H., Wolfe S. // J. Am. Chem. Soc.- 1977.- Vol. 99,-№5.-P.1296.
37. Birnardi F., Bottoni A.// Progress in Theoretical Organic Chemistry / Ed. I.G. Csizmadia. Amsterdam. Elsevier. 1982. - Vol.3. -P.65.
38. Glkhovtsev, M.N.; Pross, A.; Radom, L. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 5961
39. Bach, R.D.; Wolber, G.J. J. Am. Chem. Soc. 1984. 106, 1401
40. Gluz, E.B.; Glkhovtsev, M.N.; Simkin, B.Ya.; Minkin, V.I. Russ J. Org.Chem. (Engl. Transl.) 1992, 28, 499
41. Gluz, E.B.; Glkhovtsev, M.N.; Simkin, B.Ya.; Minkin, V.I. Russ J. Org.Chem. (Engl. Transl.) 1992, 28, 1439.
42. Simkin, B.Ya.; Gluz, E.B.; Glkhovtsev, M.N.; Minkin, V.I. J. Mol. Struct. (Theochem) 1993, 284, 123 Simkin, B.Ya.; Gluz, E.B.; Glkhovtsev, M.N.; Minkin, V.I. J. Mol. Struct. (Theochem) 1993, 284, 123
43. Glkhovtsev, M.N.; Pross, A.; Radom, L. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 2024.
44. Glkhovtsev, M.N.; Pross, A.; Radom, L. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 9012.
45. Glkhovtsev, M.N.; Pross, A.; Radom, L. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 6273.
46. Glkhovtsev, M.N.; Schelegel, H.B.; Pross, A.; Radom, L.Bach J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 11258.
47. Glkhovtsev, M.N.; J. Chem. Educ. 1997, 74, 132.
48. Minkin, V.I.; Glkhovtsev, M.N.; Simkin, B.Ya. Aromaticity and Antiaromaticity. Electronic and Structural Aspects; Wiley: New York, 1994
49. Glkhovtsev, M.N.; Simkin, B.Ya.; Minkin, V.I. Russ. Chem. Rev. 1985, 54, 54.
50. Chupakhin O.N., Charushin V.N., Plas van der H.C. Nucleophilic aromatic substitution of hydrogen. San Diego; Academic Press, 1994. 367 p.
51. Каминский А.Я., Гершкович И.М., Мякишева Э.А. Гитис С.С. Сигма-комплексы в синтезе и анализе. Обзор, инф. Сер. "Производство мономеров". М.: НИИТЭХИМ, 1976. -94 с.
52. Terrier F. Nucleophilic Aromatic Displacement: The influence of the Nitro group / Ed. Gutman I. VCH: New York; 1991. 426 p.
53. Макоша M. //Изв. АН. Сер. Хим. 1996. - №3. С. 531-543
54. Макоша М. // Тез. докл. IV Междун. конф. "Современные направления в органическом синтезе." Токио, 1982. Пер. с англ. М.: Мир, 1986. - С. 518 -532.
55. Макоша М. // Успехи химии. 1989. - Т. 58, N 8. - С. 1298 - 1317.
56. Makosza М. // Mitteilugsbe Chem. Ges. (DDR). 1986. - Vol. 33, N 4. - P. 74 -78.
57. Makosza M., Bialecki M. // Synlett. 1991. - N 3. - P. 181-182.
58. Makosza M., Wojciechowski K. // Liebigs Ann. Chem. 1997. - N 9. - S. 1805-1816.
59. Makosza M., Golinski J., Baran J. // J. Org. Chem. 1984. - Vol. 49, N 9. - P. 1484-1488.
60. Makosza M., Stalewski J. // Liebigs Ann. Chem. 1991. -N 6. - S. 605-606.
61. Bunnett J.F., Zahler R.E. // Chem. Rev. 1951. - Vol. 49, N 3. - P. 273-312.
62. Miller J. Aromatic nucleophilic substitution. Elsevier: Amsterdam, 1968. 537 P
63. Von Richter V. // Chem. Ber. 1875. -Bd. 8. - S. 1418-1422.
64. Bunnett J.F., Cormack J.F., Mc Kay F.C. // J. Org. Chem. 1950. - Vol. 15, N 2.-P. 481-483.
65. Rosenblum M. // J. Am. Chem. Soc. 1960. - Vol. 62, N 15. - P. 37963799.
66. Ibne-Rasa K.M., Koubek E. // J. Org. Chem. 1963. - Vol. 28, N 10. - P. 3240-3242.
67. Баннет Д.Ф. Нуклеофильное замещение при ненасыщенных центрах. Теоретическая органическая химия: Пер. с англ. / под ред. Фрейндлиной Р.Х. М.: Иностранная литература. - 1963.- 365 с.
68. Miller J. Aromatic nucleophilic substitution. Elsevier: Amsterdam, 1968. 537 P
69. Шейн C.M. // Ж. Всес. хим. общества им. Д.И. Менделеева. 1976. - Т. 21, № 3. - С. 256-266.
70. Le Bie D.A., Geurtsen В., Plas van der H.C. // J. Org. Chem. 1985. - Vol. 50, N3.-P. 484-489.
71. King T.J., Newall C.E. // J. Chem. Soc. 1962. - N 2. - P. 367-369.
72. Rajanbabu T.V., Reddy G.S., Fukunaga T.J. // J. Am. Chem. Soc. 1985. -Vol. 107, N 19. - P. 5473-5483.
73. Kienzle F. // Helv. Chim. Acta. 1978. - Vol. 61, N 4. - P. 449-453.
74. Makosza M., Stalinski K. // Sinthesis (BRD). 1998. - N 11. - P. 1631-1634.
75. Кожевников B.H. Прямое аминирование и сопутствующие трансформации 1,2,4-триазин-4-оксидов. Автореф. Дис. Канд. Хим. Наук. -Екатеринбург, 2000. -24 с.
76. Makosza М., Stalinski К. // Tetrahedron. 1998. - Vol. 54, N 30. - P. 87978810.
77. Makosza ML, Stalinski K. // Tetrahedron Lett. 1998. - Vol. 39, N 21. - P. 3575-3576.
78. Ахромушкина И.Т. // Тез. докл. Всесоюзн. конф. по химии хинонов и хиноидных соед., Красноярск, 1991. Новосибирск, 1991. - С. 97.
79. Атрощенко Ю.М., Каминский А .Я., Гитис С.С. // Тез. докл. V Всесоюзного симпозиума по органическому синтезу, Москва, 1988. М., 1988.-С. 44.
80. Коваленко С.В. // Химия гетероциклических соединений. 1990. - № 3. -С. 412-416.
81. Fukazawa Y., Usui S., Kurata Y., Takeda Y., Saito N. // J. Org. Chem. 1989. - Vol. 54, N 12. - P. 2982-2985.
82. Bjorklund C., Nilsson M., Wennerstrum O. // Acta Chem. Scand. 1970. - Vol. 24, № 2. - P. 482 - 488.
83. Muberg C., Wennerstrum O. // Acta Chem. Scand. 1971. - Vol. 25, № 6. - P. 2355 - 2356.
84. Makosza ML, Danikiewicz W. // Tetrahedron Lett. 1985. - Vol. 26., N 30. -P. 3599-3609.
85. Stein M.L., Manna F., Lombardi C.C. // J. Heterocyclic. Chem. 1979. - Vol. 15, N 8. - P. 1411-1414.
86. Adam W., Makosza M., Stalinski K., Cong-Gui Zhao // J. Org. Chem. 1998. -Vol. 63, N 13.-P. 4390-4391.
87. Surowiec M. // J. Org. Chem. 2000. - Vol. 65, N 4. - P. 1099-1101.
88. Surange S.S., Rajappa S. // Tetrahedron Lett. 1998. - Vol. 39, N 39. - P. 7169-7172.
89. Kawakami Т., Suzuki H. //Tetrahedron Lett. 1999.-Vol. 40, N6. -P. 11571160.
90. Makosza M., Sypniewski M. // Phosph., Sulfur and Silicon and Relat. Elem. -1995. Vol. 80, № 1-4. - P. 89 - 94.
91. Kurita K., Williams R.L. // J. Heterocyclic Chem. 1997. - Vol. 14, N 4. - P. 673-675.
92. Wozniak M., Plas van der H.C., Veldahuizen van B. // J. Heterocyclic Chem. -1983.-Vol. 20, N 1. P. 9-11.
93. Tohdys H., Plas van der H.C., Wozniak M. // J. Heterocyclic Chem. 1985. -Vol. 22, N2.-P. 353-355.
94. Plas van der H.C., Charushin V.N., Veldahuizen van B. // J. Org. Chem. -1983. Vol. 48, N 5. - P. 1354-1357.
95. Rajanbabu T.V., Fukunaga T. // J. Org. Chem. 1984. - Vol. 49, № 12. - P. 2083 - 2089.
96. Rajanbabu T.V., Reddy G.S., Fucunaga T. // J. Am. Chem. Soc. 1984. - Vol. 49, №23. -P. 4571 -4572.
97. Foster R., Mackie R.K. // Tetrahedron. 1962. - Vol. 18, № 10. - P. 1131 -1135.
98. Hamana M., Iwasaki G., Saehi S. // Heterocycles. 1982. - Vol. 17, N 1. - P. 177- 181.
99. Каминский А.Я., Гитис C.C. // Ж. общей химии. 1964. - Т. 34, N 1. - С. 37-43.
100. Kimura М., Obi N., Kawasoi М. // Chem. Pharm. Bull. 1972. - Vol. 20, № 3. - P. 452-457.
101. Wennerstrum O. // Acta Chem. Scand. -1971. Vol. 25, № 8. - P. 2871-2878.
102. Muberg C., Wennerstrum O. // Acta Chem. Scand. 1971. - Vol. 25, № 6. - P. 2355 - 2356.
103. Tomioka Y., Miyake J., Yamazaki M. // Chem. Pharm. Bull. 1982. - Vol. 30, N3.-P. 851-858.
104. Hayashi В., Akahochi Y., Yamamoto Y. // J. Pharm. Soc. Japan. 1967. - N 11.-P. 1342-1345.
105. Okamoto T. // Chem. Pharm. Bull. 1969. - Vol. 17, № 2. - P. 140 - 147.
106. Wrobel Z., Makosza M. // Tetrahedron. 1993. - Vol. 49, № 24. - P. 5315 -5326.
107. Buncel E. Electron-deficient aromatic and heteroaromatic base interaction. Amsterdam, 1984. - 433 p.
108. Davis R.B., Pizzini L.C. // J. Org. Chem. 1960. - Vol. 25, N 11. - P. 18841888.
109. Davis Bv.R.B., Pizzini L.C., Benigni J.D. // J. Org. Chem. 1960. - Vol. 25, N 12. -P. 2913-2915.
110. Makosza M., Jagusztyn-Grochowska M., Ludwikov M. // Tetrahedron, 1974. Vol. 30, N 16. - P. 3723-3729.113. по карбганионам
111. Lowry Т.Н., Richardson K.S. Mechanism and theory of organic chemistry. Harper Collins publishers. New York. -1987. -1090 p.
112. Яценко А. В. Стереохимия и строение молекул. Лекции по общей химии. МГУ, 2005, 30 с.
113. Степанов Н.Ф. Квантовая механика и квантовая химия, М., Мир, 2001
114. Минкин В.И., Симкин Б.Я., Миняев P.M., Теория строения молекул, 1997
115. Бурштейн К.Я., Шорыгин П.П., Квантово-химические расчёты в органической химии и молекулярной спектроскопии, М.:Наука, 1989
116. Мак-Вини Р., Сатклиф Б. Квантовая механика молекул. М.: Мир, 1972. 380 с.
117. Дьюар М. Теория молекулярных орбиталей в органической химии. М.: Мир, 1972. 590 с.
118. Roothaan C.C.J. // Rev. Mod. Phys. 1951. Vol. 23, N 1. P. 69—89.
119. Соловьёв M.E., Соловьёв M.M., Компьютерная химия М.СОЛОН-Пресс,2005
120. Бычков И.В, Бучельников В.Д. Квантовомеханические методы расчетов свойств твердых тел // Современные информационные и компьютерные технологии в инженерно-научных исследованиях. Сборник материалов Т. 2, Уфа, 2006, с. 24-58.
121. Frenkel D., Smit В. Understanding Molecular Simulation From Algorithms to Applications, ACADEMIC PRESS, San Diego, 2002
122. Фларри P. Квантовая химия, M.: Мир, 1985 г. 472 с
123. Hinchliffe A. MODELLING MOLECULAR STRUCTURES, John Wiley & Sons, Inc., Chichester, 2000
124. Rogers D.W. Computational Chemistry Using the PC, John Wiley & Sons, Inc., New Jersey, 2003
125. Кобзев Г.И., Применение неэмпирических и полуэмпирических методов в квантово-химических расчётах, Оренбург: ГОУ ОГУ, 2004
126. Krishnan R., Kinkley J.S., Seeger R., Pople J.A.J. Chem.Phys. 1980. Vd. 72. P. 650
127. Binkley J.S., Pople J.A, Hehre W.J.J. Am. Chem. Soc. 1980. Vd. 102. P. 939
128. Hehre W.J., Stewart R.P., Pople J.A. // Chem. Phys. 1969. Vol. 51, N 8. P. 2657-2664.
129. Ditchfield R., Hehre W.J., Pople J.A. // Ibid. 1971. Vol. 54, N 2. P. 724—728.
130. Hehre W.J., Ditchfield R., Pople J.A. // Ibid. 1972. Vol. 56, N 5. P. 2257— 2261.
131. Clark Т., Chandrasekhar J., Spitznagel G. et al. // J. Comput. Chem. 1983. Vol. 4, N 3. P. 294—301.
132. Leach A.R. Molecular Modelling PRINCIPLES AND APPLICATIONS, Pearson Education Limited, Edinburgh, 2001
133. Мак-Вини P., Сатклиф Б. Квантовая механика молекул. М.: Мир, 1972. 380 с.
134. Moller С., Plesset M.S. // Phys. Rev. 1934. - 46, N 7. - P. 618 - 622.
135. Parr R.G. and Yang W. DENSITY-FUNCTIONAL THEORY OF ATOMS AND MOLECULES, Oxford University Press, New York, 1989
136. Koch W., Holthausen M. C. A Chemist's Guide to Density Functional Theory Wiley & Sons, Inc., Weinheim.- 2001. 300 p.
137. Кон В. // Успехи физ. наук. 2002. - 172, № 3. - С. 336 - 348.
138. Becke A.D. // Ibid. 1993. - 98, N 7. - P. 5648-5652.
139. Lee C., Yang W., Parr R.G. // Phys. Rev. 1988. - B37, N 2. - P. 785 - 789.
140. Jensen F., Introduction to computational chemistry, New York, 2001
141. Цирельсон В.Г., Бобров М.Ф., Апостолова E.C., Михайлюк А.И. Лекции по квантовой химии. РХТУ, 1998. №350 с.
142. Pople J.A., Santry D.P, Segal G.A. J. Chem. Phys. 1965. Vd. 43. P. 129
143. RidleyJ.E.ZernerM. С Theor. Chim. Acta 1976. Vd. 42. P. 223.
144. BairdN.C., DewarM.J.S. J. Chem. Phys. 1969. Vd.50. P. 1262.
145. DewarM.J.S., Has-selbachE. J. Am. Chem. Soc. 1970. Vd. 92. P. 590
146. DewarM. J. S., ZoebischE. G, Healy E. F., Stewart J.J.P. J. Am. Chem.Soc. 1985. Vd. 107. P. 3902.
147. Stewart J. J. P. J. Comput. Chem. 1989. Vd. 10. P 209.
148. Stewart J. J.P. J.ComputChem. 1989. Vd 10. P. 221.
149. Солкан B.H., Шевелев С.А. Изучение методом MNDO РМЗ механизма нуклеофильного замещения нитрогруппы в 1,3,5-тринитробензоле и 2,4,6-тринитротолуоле феноксид ионом в газовой фазе и полярном растворителе // Изв. АН. Сер. Хим. -1995.-№4.-С.624.
150. Антипин И.С., Мушкин В.Б., Коновалов А.И. Квантово-химическая модель описания сольватационного эффекта в реакциях переноса протона. Предсказание кислотности органических соединений в газовой фазе // Журн.орган.химии.-1997.-т.ЗЗ., вып.7.-С.1015.
151. Травень В.Ф. Электронная структура и свойства органических молекул.-М.:Химия, 1989.-384 с.
152. Anders B.,Zerner М.С. INDO molecular dynamics simulation of solvent-solute interaction // Int.Workshop Electron. Struct. Meth. Truly Large Syst.: Moving Front. Quantum Chem., Braunlage,l-7 Aug. 1994.- P.3.
153. Нгуен Дык Хьен. Теоретическое исследование структуры анион радикалов полинитроароматических соединений и факторов, влияющих на региоселективность их протонирования. Дис. канд.хим.наук.-Ярославль.-1999.-94 с.
154. Орлов В.Ю., Котов А.Д., Русаков А.И., Бегунов Р.С., Хьен Н.Д. Квантовохимическое моделирование влияния среды на структуру анион-радикалов несиметричных динитробензолов // Известия вузов. Химия и химическая технология. Т44, вып.1, 2001, с. 127-131
155. Животягина С.Н., Волкова Т.Г., Клюев М.В. Квантовохимическое изучение специфической сольватации субстратов в жидкофазном гидрировании // Известия вузов. Химия и химическая технология. 2004, Т47, вып.9, с. 42-45
156. Glkhovtsev, M.N.; Bach, R. D.; Laiter, S. Single-Step and Multistep Mechanisms of Aromatic Nucleofilic Subtitution of Halobenzenes and Halonitrobenzenes with Halide Anions: Ab Initio Computational Study J. Org. Chem. 1997, 62, p. 4036-4046
157. Ганжа B.B., Котов А.Д., Соколов В.Г., Орлов В.Ю. Непосредственное аминирование 5-галоген-3-фенил-2,1-бензизоксазолов // ЖОХ, 2006, Т.42, вып.8, с. 1265-1266.
158. Орлов В.Ю., Котов А.Д., Ганжа В.В., Миронов Г.С. // Известия вузов. Химия и химическая технология. 2003, Т.46, вып.7
159. Граник В.Г., Печенина В.М., Мухина Н.А. // Хим. фарм.журнал, 1991, №12, с.57-67
160. Reichardt Ch. Solvent and solvent effects in organic chemistry, Marburg, 2004.
161. Buncel E., Stairs R., Wilson H. The role of the solvent in chemical reactions, New York, 2003
162. Панкратов A.H Квантово-химическое описание региоселективностн нитрования замещенных бензолов // Известия вузов. Химия и химическая технология. 2004, Т.47, вып.9
163. Панкратов А.Н Журнал структурной химии, 2000, Т.41, №4, 696-700
164. Perrin Ch.L., Engler R.E. Origin of apparent stereoelectronic effects in structure and reactivity of benzoquinone monooximes // J. Org. Chem. 1997. 62. 687.
165. Авдеенко А.П., Коновалова С.А., Ильиченко А.Я., Глиненая Н.М. ЖОХ, 2006, Т. 42, вып. 1, с.64-73
166. Авдеенко А.П., Коновалова С.А. ЖОХ, 2006, Т. 42, вып.З, с.364-378
167. Котов Д.А. Синтез и свойства производных 3-арил-2,1-бензизоксазола // Диссертация на соискание ученой степени доктора химических наук, Ярославль, 2001.
168. Granovsky А.А. URL http:classic.chem.msu.su/gran/gamess/index.html,
169. Schmidt M.W., Baldridge К.К., Boatz J.A. et al. // J. Comput.Chem. 1993. 14. P. 1347.
170. Stewart J.J.P. MOPAC, A Semi-Empirical Molecular Orbital Program // QCPE. 1983. Program No. 455. Version 7.0, 1993.
171. Кларк Т. Компьютерная химия. М.:Мир, 1990.-384 с.
172. ChemCraft: http://chemcraft.boom.ru
173. Дэннис Дж., Шнабель Р. Численные методы без условной оптимизации и решения нелинейных уравнений / Пер. с англ. О.П. Бурдакова; Под ред. Ю.Г. Евтушенко. М.: Мир, 1988. 440 с.
174. Thiel W. // J. Mol. Struct. Theochem. 1988. Vol. 163 P. 415-429
175. Буркерт У., Эллинджер H. Молекулярная механика / Пер. с англ. B.C. Мастрюкова. М.: Мир, 1986. 364 с.
