Интерес к циклическим эфирам борных кислот обусловлен все более возрастающим значением этих соединений в тонком органическом синтезе, комплексом практически полезных свойств и особенностями строения. Настоящая работа ставит своей целью моделирование конформационного равновесия молекул 2-изобутил-4-метил-1,3,2-диоксаборинана в вакууме и в водной среде с помощью метода МО ЛКАО в параметризации АМ1 в рамках программного обеспечения HyperChem [1]. Нами установлено, что поверхность потенциальной энергии (ППЭ) этого соединения содержит два минимума (конформеры софы Се и Са) и максимум, отвечающий 2,5-твист-форме (2,5-Т).
В ходе работы определялись как расчетные различия в энергии между конформерами Се и Са (∆Е), так и высота потенциального барьера, соответствующего переходу из одной формы в другую (∆Е≠); соответствующие процедуры аналогичны использованным в работе [2]. Для изолированной молекулы в вакууме эти величины составили: 0.3 ккал/моль (∆Е) в пользу формы Се и 3.5 ккал/моль (∆Е≠). Однако присутствие n молекул воды, окружающих молекулу циклического эфира, заметно меняет характер ППЭ. Результаты расчета неоднозначны. Однако в большинстве случаев главным минимумом становится конформер Са; при этом его относительная стабильность произвольно меняется с увеличением числа молекул воды (в среднем, 2.8 ккал/моль при n=34, 0.62 ккал/моль при n=44, 3.1 ккал/моль при n=58 и 6.5 ккал/моль при n=112). Во многих случаях образуется одна-две межмолекулярные водородные связи между гетероатомами кислорода и атомами водорода молекул воды. Заметно возрастает и величина расчетного барьера активации, составляющая для системы со 112 молекулами воды 10.2 ккал/моль. Таким образом, конформационное равновесие молекул циклических борных эфиров в воде должно смещаться в сторону аксиального конформера либо из-за снижения стабильности формы Се либо из-за повышения стабильности конформера Са (либо из-за одновременного действия обоих факторов).
[1] HyperChem 5.02. Trial version http:/ hypercube.com.
[2] Кузнецов В.В., Новиков А.Н. ХГС - 2003. - №2. - С.295-298.