ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------
TRẦN THỊ THÙY DUNG
NGHIÊN CỨU CẤU TẠO PHÂN TỬ VÀ KHẢ NĂNG PHẢN
ỨNG CỦA MỘT SỐ DẪN XUẤT HIĐROCACBON BẰNG
PHƢƠNG PHÁP HÓA HỌC LƢỢNG TỬ
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Hà Nội– 2015
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------
TRẦN THỊ THÙY DUNG
NGHIÊN CỨU CẤU TẠO PHÂN TỬ VÀ KHẢ NĂNG PHẢN
ỨNG CỦA MỘT SỐ DẪN XUẤT HIĐROCACBON BẰNG
PHƢƠNG PHÁP HÓA HỌC LƢỢNG TỬ
Chuyên ngành : Hóa lý thuyết và Hóa lý
Mã số : 60440119
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. PHẠM VĂN NHIÊU
TS. NGUYỄN HỌA MI
Hà Nội - 2015
71
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 1
1. Lí do chọn đề tài ..................................................................................................... 1
2. Mục đích nghiên cứu .............................................................................................. 2
3. Đối tượng nghiên cứu ............................................................................................. 2
4. Nhiệm vụ nghiên cứu ............................................................................................. 3
5. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................ 3
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN .................................................................................... 4
1.1. Cơ sở lý thuyết hóa học lượng tử ....................................................................... 76
1.1.1. Phương trình Schrödinger .............................................................................. 76
1.1.2. Sự gần đúng Born – Oppenheirmer (Bon-Openhemơ) .................................. 77
1.1.3. Phương pháp biến phân ................................................................................... 78
1.1.4. Thuyết trường tự hợp Hartree-Fork ............... Error! Bookmark not defined.
1.1.5. Phương trình Roothaan .................................. Error! Bookmark not defined.
1.1.6. Năng lượng tương quan .................................. Error! Bookmark not defined.
1.2. Các phương pháp tính gần đúng hóa học lượng tửError! Bookmark not defined.
1.2.3. Tương quan electron ....................................... Error! Bookmark not defined.
1.2.4. Bộ hàm cơ sở ................................................... Error! Bookmark not defined.
1.2.5. Phương pháp phiếm hàm mật độ (DFT) ........ Error! Bookmark not defined.
1.2.5.1. Các định lý Holenburg-Kohn (HK) ............. Error! Bookmark not defined.
1.2.5.2. Phương pháp Kohn – Sham (KS) ................. Error! Bookmark not defined.
1.2.5.3. Sự gần đúng mật độ khoanh vùng ................ Error! Bookmark not defined.
1.2.5.4. Một số phiếm hàm trao đổi .......................... Error! Bookmark not defined.
1.2.5.5. Một số phiếm hàm tương quan .................... Error! Bookmark not defined.
1.2.5.6. Phương pháp hỗn hợp .................................. Error! Bookmark not defined.
1.2.5.7. Một số phương pháp DFT thường dùng ...... Error! Bookmark not defined.
1.3. Cơ sở lý thuyết hóa học hữu cơ ......................... Error! Bookmark not defined.
1.3.1. Hiệu ứng cảm ứng ........................................... Error! Bookmark not defined.
1.3.2. Hiệu ứng liên hợp. ........................................... Error! Bookmark not defined.
1.3.3. Hiệu ứng siêu liên hợp: ................................... Error! Bookmark not defined.
1.3.4. Hiệu ứng không gian ....................................... Error! Bookmark not defined.
1.3.5. Hiệu ứng ortho ................................................ Error! Bookmark not defined.
1.3.6. Quy luật bán định lượng về ảnh hưởng qua lại trong phân tử - phương trình
Hammet ..................................................................... Error! Bookmark not defined.
72
1.3.7. Khả năng phản ứng của vòng benzene. Ảnh hưởng của nhóm thế sẵn có trong
vòng đến phản ứng thế electrophin .......................... Error! Bookmark not defined.
1.3.8. Phản ứng cộng vào liên kết bội cacbon-cacbonError! Bookmark not defined.
1.3.9. Khả năng phản ứng tương đối của các anken và hướng cộng hợp Error! Bookmark not defined.
CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨUError! Bookmark not defined.
2.1. Đối tượng nghiên cứu......................................... Error! Bookmark not defined.
2.1.1. Các hợp chất hữu cơ không no ........................ Error! Bookmark not defined.
2.1.1.1. Các hợp chất hữu cơ chứa liên kết đôi C=C Error! Bookmark not defined.
2.1.1.2. Đặc điểm của hợp chất hữu cơ thơm. .......... Error! Bookmark not defined.
2.1.2. Dẫn xuất halogen ............................................. Error! Bookmark not defined.
2.1.2.1. Phân loại, đồng phân, danh pháp ................. Error! Bookmark not defined.
2.1.2.2. Tính chất vật lí ............................................. Error! Bookmark not defined.
2.1.2.3. Tính chất hóa học ......................................... Error! Bookmark not defined.
2.2. Phương pháp nghiên cứu .................................... Error! Bookmark not defined.
2.2.1. Phần mềm gaussian 09 và gauss view 5.0 ...... Error! Bookmark not defined.
2.2.2. Phương pháp tính ............................................ Error! Bookmark not defined.
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............. Error! Bookmark not defined.
3.1. Lựa chọn bộ hàm và phương pháp tính .............. Error! Bookmark not defined.
3.2. Kết quả và thảo luận ........................................... Error! Bookmark not defined.
3.2.1. Benzen và dẫn xuất halogen của benzen ......... Error! Bookmark not defined.
3.2.2. Propen và dẫn xuất halogen của propen .......... Error! Bookmark not defined.
3.2.3. But−2−en và dẫn xuất halogen của but−2−en Error! Bookmark not defined.
3.2.4. Pent−2−en và dẫn xuất halogen của pent−2−enError! Bookmark not defined.
3.2.5. Hex-2-en và dẫn xuất halogen của hex-2-en ... Error! Bookmark not defined.
3.2.7. Dẫn xuất clo .................................................... Error! Bookmark not defined.
3.2.8. Dẫn xuất brom ................................................. Error! Bookmark not defined.
3.2.9. Dẫn xuất iot ..................................................... Error! Bookmark not defined.
3.2.10. Khả năng thế của dẫn xuất halogen: ............. Error! Bookmark not defined.
3.2.11. Phương trình hồi qui năng lượng .................. Error! Bookmark not defined.
KẾT LUẬN .................................................................. Error! Bookmark not defined.
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 79
PHỤ LỤC ..................................................................... Error! Bookmark not defined.
73
DANH MỤC BẢNG
MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Hóa học lượng tử bắt đầu phát triển từ khoảng những năm 30 của thế kỷ XX
và ngày càng chứng tỏ là một lý thuyết không thể thiếu trong mọi lĩnh vực hóa học.
Hóa học lượng tử là ngành khoa học nghiên cứu các hệ lượng tử dựa vào phương
trình chính tắc của cơ học lượng tử do Schrödinger đưa ra năm 1926 và nhanh
chóng trở thành công cụ hữu ích của hóa lý thuyết để đi sâu tìm hiểu, nghiên cứu
vấn đề cốt lõi nhất của hóa học là cấu trúc và các tính chất hóa lý của các chất. Sự
xuất hiện của hóa học lượng tử là do yêu cầu phát triển nội tại của lý thuyết hóa học
nhằm giải thích các quy luật đã được tích lũy từ lâu bằng thực nghiệm.
Hóa học lượng tử cho phép tiến hành nghiên cứu lí thuyết về cấu trúc phân tử
và khả năng phản ứng, giúp tiên đoán về khả năng phản ứng trước khi tiến hành thí
nghiệm. Đặc biệt trong hai thập kỉ trở lại đây, cùng với sự tiến bộ của công nghệ số,
máy tính có thể tính toán nhanh chóng những phép tính phức tạp vì vậy đã có nhiều
phần mềm tính toán hóa học lượng tử ra đời như Mopac, Gaussian, Molcas, ADF…
Trong số đó, Gaussian là phần mềm phát triển vượt trội về các phương pháp ab
initio (DFT) khá hiệu quả, được nhiều nhà nghiên cứu chuyên nghiệp sử dụng và là
một công cụ hữu hiệu trợ giúp các nhà hóa học thực nghiệm trong nghiên cứu của
mình.
Sự xâm nhập ngày càng sâu rộng của hóa học lượng tử vào hóa học hữu cơ
đem lại cho hóa học hữu cơ cơ sở lý thuyết vững vàng, tạo điều kiện cho hóa học
hữu cơ phát triển mạnh mẽ, ngày càng có nhiều ứng dụng sâu rộng trong khoa học
công nghệ và đời sống. Trong lĩnh vực giảng dạy hóa học, nhờ có hóa học lượng tử
mà hóa học hữu cơ có được bản chất, quy luật và định lượng. Các quy tắc cộng vào
hợp chất hữu cơ không no như quy tắc Markovnikov, quy tắc Zaixev-Wagner hay
quy luật phản ứng thế vào một số hợp chất hữu cơ, đặc biệt là phản ứng thế vào
vòng benzen là những quy tắc thực nghiệm được hình thành từ rất lâu và được sử