Известно, что шестичленные циклические эфиры борных кислот - 1,3,2-диоксаборинаны - являются ценными реагентами тонкого органического синтеза, могут использоваться в качестве добавок к моторному топливу, присадок к смазочным маслам, ингибиторов коррозии, пластификаторов, и потенциальных биологически активных веществ [1,2]. Помимо этого интерес к строению обсуждаемых соединений обусловлен электронными и стерическими внутримолекулярными взаимодействиями, вызванными присутствием электронодефицитного атома бора и электронодонорных гетероатомов кислорода в одной молекуле [1-5].
Известно также, что поверхность потенциальной энергии (ППЭ) шестичленных циклических борных эфиров содержит минимумы - инвертомеры софы - и максимум - 2,5-твист-форму (2,5-Т) [5-14].
Учитывая все вышесказанное, можно полагать, что соединения этого класса способны к формированию комплексов как с донорами, так и с акцепторами электронной пары. Принципиальная возможность существования таких ассоциатов была ранее подтверждена квантово-химичес-
кими расчетами [15]. В этой связи целью настоящей работы является компьютерное моделирование конформационных превращений О→В комплекса: 2-метил-1,3,2-диоксаборинан (I) - молекула воды, осуществленное с помощью неэмпирического приближения RHF//3-21G в рамках программного обеспечения HyperChem [16].
Обнаружено, что исследуемый молекулярный комплекс эфира I с водой (1:1) может существовать в двух формах: А и В - отличающихся ориентацией молекулы воды относительно гетероциклического кольца. Их относительная устойчивость, энтальпия образования и характер конформационного поведения имеют существенные отличия. Конформационная изомеризация формы А сходна с наблюдаемой для изолированной молекулы эфира I и предполагает однобарьерное равновесие между двумя конформерами слегка искаженной софы через переходное состояние 2,5-Т. При этом главному минимуму на ППЭ отвечает конформер С2.
Ассоциат В, напротив, в ходе конформационной изомеризации претерпевает необратимое превращение в конформер С2, который далее обратимо превращается в форму С1.
Таблица. Структурные и конформационные параметры ассоциатов А и В
|
Соединение |
rO→B(Å)* |
Энергетические характеристики, ккал/моль |
||
|
∆Е |
∆Е≠ |
-∆Н |
||
|
Эфир I Ассоциат А Ассоциат В |
- 1.76 2.13 |
0 0.5 2.5 |
7.9 6.2 - |
- 11.0 8.5 |
Примечание: *) - в случае ассоциата; А - относительно конформера С2.
Полученные данные (таблица) свидетельствуют об энергетической предпочтительности ассоциата А: его наиболее устойчивый конформер С2 отличается меньшей длиной О→В связи и на 2.5 ккал/моль стабильнее ассоциата В. Расчетное значение длины координационной связи О→В в ассоциате А находится в хорошем согласии с данными эксперимента (1.75 Å для комплекса диметиловый эфир - трехфтористый бор [17]). Следует также отметить, что образование комплекса с молекулой воды приводит к снижению барьера конформационной изомеризации по сравнению с изолированной молекулой эфира I на 1.7 ккал/моль.
Таким образом, анализ конформационных превращений исследованных молекулярных комплексов подчеркивает определяющее влияние ориентации молекулы воды на их относительную стабильность. Полученные результаты являются важным начальным звеном в исследовании структурных, сольватационных и конформационных характеристик кластеров циклический борный эфир - вода.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
- Грень А.И., Кузнецов В.В. Химия циклических эфиров борных кислот. - Киев: Наукова думка, 1988. 160 с.
- Кузнецов В.В. Автореф. дисс. докт. хим. наук. Уфа, 2002. - 47 с.
- Rossi К., Pihlaya К. // Acta Chem. Scand. - 1985. - V.B 39, N 8. - P.671.
- Кузнецов В.В., Калюский А.Р., Грень А.И. // Журн. орг химии. - 1995. - Т.31, вып.3. - С.439.
- Кузнецов В.В. // Журн. общ. химии. - 1999. - Т. 69, вып. 3. - С. 417.
- Кузнецов В.В., Алексеева Е.А. // Журн. физ. химии - 1999. - Т. 73, вып. 5. - С. 867.
- Кузнецов В.В. // Журн. орг. химии. - 2000. - Т. 36, вып. 2. - С. 307.
- Кузнецов В.В. // Журн. структ. химии - 2001. - Т. 42, №3. - С. 591.
- Кузнецов В.В., Спирихин Л.В. // Журн. структ. химии - 2000. - Т. 41, №4. - С. 844.
- Кузнецов В.В., Новиков А.Н. // Химия гетероцикл. соединений. - 2003. - №2. - С.295.
- Валиахметова О.Ю., Бочкор С.А., Кузнецов В.В. // Баш. хим. журн. - 2004. - Т. 11, №1 . - С.79.
- Валиахметова О.Ю., Бочкор С.А., Кузнецов В.В. // Современные наукоемкие технологии. - 2005. - № 9. - С. 39.
- Валиахметова О.Ю., Бочкор С.А., Кузнецов В.В. // Современные наукоемкие технологии - 2006. - №2. - С. 71.
- Валиахметова О.Ю., Бочкор С.А., Кузнецов В.В. // Фундаментальные исследования - 2006. - № 3. - С. 85.
- Валиахметова О.Ю., Бочкор С.А., Кузнецов В.В. // Фундаментальные исследования - 2006. - № 4. - С. 81.
- HyperChem 7.01. Trial version. http://www.hyper.com/.
- Ромм И.П., Носков Ю.Г., Мальков А.А. // Изв. АН. Сер. хим. - 2007. - №10. - С.1869.