Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu đánh giá khả năng tương tác của Etylen và dẫn xuất Đihalogen với Cacbonđioxit bằng phương pháp hóa học lượng tử

Chia sẻ: Nguyễn Thị Hiền Phúc | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:13

Thêm vào BST

Báo xấu

52
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu: Đánh giá độ bền của các tương tác giữa Etylen và dẫn xuất thế Đihalogen với Cacbonđioxit ở mức độ phân tử,... Vận dụng những nội dung kiến thức thu được về các loại tương tác yếu, và áp dụng vào việc giảng dạy khóa học ở bậc đại học, cao đẳng và phổ thông.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu đánh giá khả năng tương tác của Etylen và dẫn xuất Đihalogen với Cacbonđioxit bằng phương pháp hóa học lượng tử

B GIÁO D C VÀ ĐÀO T O Đ I H C ĐÀ N NG DƯƠNG TH ÁI LINH Công trình ñư c hoàn thành t i Đ I H C ĐÀ N NG Ngư i hư ng d n khoa h c: TS. NGUY N TI N TRUNG Ph n bi n 1: PGS.TS. Võ Vi n NGHIÊN C U ĐÁNH GIÁ KH NĂNG TƯƠNG TÁC C A ETYLEN VÀ D N XU T ĐIHALOGEN V I CACBONĐIOXIT B NG PHƯƠNG PHÁP HÓA H C LƯ NG T Chuyên ngành: Hóa h u cơ Mã s : 60 44 27 Ph n bi n 2: PGS.TS. Lê T H i Lu n văn ñã ñư c b o v trư c h i ñ ng ch m Lu n văn t t nghi p Th c sĩ Khoa h c h p t i Đ i h c Đà N ng vào ngày 14 tháng 11 năm 2012. TÓM T T LU N VĂN TH C SĨ KHOA H C Đà N ng – 2012 Có th tìm hi u lu n văn t i: - Trung tâm Thông tin – H c li u, Đ i h c Đà N ng - Thư vi n trư ng Đ i h c Sư ph m, Đ i h c Đà N ng 3 M 4 Đ U cơ ñ c h i nh vào tính không ñ c, r , có s n trong t nhiên và các ñi u 1. Lý do ch n ñ tài ki n v dung môi “m m d o”. Trong th i gian g n ñây dung môi l ng Liên k t hiñro ki u A-H···B là m t lo i tương tác không c ng hóa tr có scCO2 còn ñư c s d ng trong t ng h p hóa h c,v t li u polyme và công t m quan tr ng r t l n không ch trong lĩnh v c hóa h c mà c sinh h c, ngh x hi m. Như v y, v i dung môi CO2 ñang m ra m t hư ng m i cho hóa sinh và v t lý. Đ c bi t, liên k t hiñro d ng C-H···O có m t trong c u ngành công nghi p xanh c a th gi i. Tuy nhiên, ñ s d ng hi u qu trúc protein, ADN, ARN. Vì v y có th nói r ng “liên k t hiñro g n li n v i scCO2 và ñ nh hư ng tìm ki m v t li u “ưa CO2” thân thi n môi trư ng ñòi s s ng và các quá trình chuy n hóa”. h i t t y u ph i hi u b n ch t và ñ b n các tương tác gi a CO2 v i các h p Liên k t hiñro c ñi n hay liên k t hiñro chuy n d i ñ ñã ñư c ph n tương tác. Pauling ñưa ra. Nhìn chung, b n ch t c a liên k t hiñro chuy n d i ñ là do M t s nghiên c u lý thuy t và th c nghi m ñ hi u b n ch t tương tác tương tác tĩnh ñi n gi a H mang m t ph n ñi n tích dương và nguyên t B ñã ñư c th c hi n, ñó là tương tác c a CO2 v i CO2 và m t s h p ch t h u có ñ âm ñi n l n mang m t ph n ñi n tích âm. Thu c tính tiêu bi u c a cơ như CH4, C2H6,CH3CHO, CHF2,…Tuy nhiên b n ch t c a các tương tác lo i liên k t này là: khi liên k t hiñro hình thành, ñ dài liên k t A-H tăng v n chưa ñư c gi i thích th a ñáng, li u có t n t i liên k t hiñro ki u C- (kém b n hơn), t n s dao ñ ng hóa tr liên k t A-H gi m - d ch chuy n v H···O ñóng vai trò b tr cùng v i tương tác axit-bazơ Lewis trong vi c làm vùng sóng ñ và cư ng ñ h ng ngo i tương ng tăng so v i monome ban b n ph c hay không. Hi n nay theo hi u bi t c a chúng tôi, chưa có công ñ u. Tuy nhiên, năm 1980, Sandorfy và c ng s b ng th c nghi m ñã phát b nghiên c u v anken và d n xu t c a nó tương tác v i CO2, trong khi hi n trong dung d ch m t lo i liên k t hiñro m i có như: ñ dài liên k t A-H anken ñ c bi t etylen là nguyên li u quan tr ng ñ t ng h p cao su, ch t b rút ng n, t n s dao ñ ng hóa tr tăng - d ch chuy n v vùng sóng xanh d o như PS, PE,…Do v y vi c nghiên c u ñánh giá kh năng tương tác c a và cư ng ñ h ng ngo i c a liên k t A-H trong ph c hình thành thư ng etylen và các d n xu t th ñihalogen c a nó v i CO2 là c n thi t. Hơn n a gi m so v i monome ban ñ u. Vì v y, lo i liên k t này ñư c g i là liên k t ñ phân c c c a liên k t c ng hóa tr C-H nh hư ng như th nào ñ n m c hiñro chuy n d i xanh. ñ chuy n d i xanh t n s dao ñ ng hóa tr c a liên k t C-H khi tham gia CO2 là tác nhân chính gây ra hi u ng nhà kính và hàm lư ng CO2 liên k t hiñro C-H···O trong các ph c cũng c n ñư c nghiên c u. trong khí quy n ngày càng tăng do quá trình công nghi p hóa. Tuy nhiên, Xu t phát t nh ng yêu c u và tính c p thi t nêu trên, chúng tôi ch n ñ tài CO2 có nhi u ng d ng quan tr ng trong hóa h c và công nghi p, ñ c bi t nghiên c u: “Nghiên c u ñánh giá kh năng tương tác c a etylen và d n o là CO2 l ng siêu t i h n (nhi t ñ trên 31 C, áp su t 73,8 bar). Hi n t i công xu t ñihalogen v i cacbonñioxit b ng phương pháp hóa h c lư ng t ”. ngh siêu t i h n v i vi c dùng dung môi CO2 ñ tách, chi t các s n 2. M c tiêu nghiên c u ph m,..ñang r t phát tri n và ñư c s d ng nhi u qu c gia trên th gi i, trong ñó có Vi t Nam (Vi n Hóa h c Công nghi p ñã nh p công ngh này vào năm 2010). Vi c s d ng dung môi scCO2 thay th các dung môi h u - Đánh giá ñ b n c a các tương tác gi a etylen và d n xu t th ñihalogen (C2H2X2, X = F, Cl, Br) v i cacbonñioxit m c ñ phân t . 5 6 - Trên cơ s h nghiên c u, cung c p b ng ch ng cho s t n t i liên k t hiñro, tương tác axit- bazơ Lewis và các tương tác khác m c ñ phân t 6. T ng quan tài li u nghiên c u Trên th gi i vi c nghiên c u lý thuy t v tương tác c a các ch t v i CO2 cũng như kh năng hòa tan trong scCO2 ñã và ñang ñư c nghiên c u khi s d ng CO2 làm dung môi. - Góp ph n hi u b n ch t liên k t hiñro chuy n d i xanh, ñ c bi t liên k t hiñro chuy n d i xanh d ng C-H···O. sâu r ng. Đ c bi t công ngh s d ng scCO2 ñư c ng d ng r ng rãi trong các ngành công nghi p như ch t o polyme, trong tách chi t cafein. - Xem xét ñ phân c c liên k t C-H tham gia liên k t hiñro trong M t khác, liên k t hiñro ki u A-H···B là m t tương tác y u r t quan monome ban ñ u nh hư ng như th nào ñ n m c ñ rút ng n liên k t C-H, tr ng trong hóa h c, sinh h c, v t lý và k c y h c. Đ c bi t, t m quan tăng t n s dao ñ ng hóa tr khi ph c hình thành. tr ng c a liên k t hiñro ki u C-H···O giúp cho các nhà khoa h c hi u rõ hơn - V n d ng nh ng n i dung ki n th c thu ñư c v các lo i tương tác y u, và áp d ng vào vi c gi ng d y hóa h c b c ñ i h c, cao ñ ng và ph v các quá trình hóa h c, s s p x p c u trúc các ñ i phân t ,... Năm 1931, Pauling ñã ñưa ra khái ni m v liên k t hiñro c ñi n (hay còn g i liên k t thông. hiñro chuy n d i ñ ). Theo ñó, khi hình thành liên k t hiñro, liên k t A-H 3. Đ i tư ng và ph m vi nghiên c u b y u ñi, kéo dài liên k t và chuy n d i ñ t n s dao ñ ng hóa tr . Cho ñ n Nghiên c u lý thuy t v liên k t hiñro, tương tác axit-bazơ Lewis, ñánh năm 1980 b ng nhi u k t qu nghiên c u lý thuy t và th c nghi m, ñihalogen v i Sandorfy và c ng s ñã phát hi n ra liên k t hiñro m i có nhi u thu c tính giá kh năng tương tác c a etylen và d n xu t th cacbonñioxit. trái ngư c v i liên k t hiñro c ñi n là có s rút ng n liên k t, và chuy n 4. Phương pháp nghiên c u d i xanh t n s dao ñ ng hóa tr khi ph c hình thành. Liên k t hiñro này - S d ng ph n m m Gaussian 03 (phiên b n E.01), s d ng phương ñư c g i là liên k t hiñro chuy n d i xanh. Sau ñó, ngư i ñ t n n móng cho pháp MP2 v i b hàm cơ s aug-cc-pVDZ và phương pháp CCSD(T) v i s nghiên c u v lo i liên k t hiñro m i này là giáo sư Hobza. T ñó, nhi u b hàm cơ s aug-cc-pVTZ. nghiên c u v lý thuy t và c th c nghi m v liên k t hiñro chuy n d i - S d ng các công c phân tích như AIM và NBO t i m c lý thuy t MP2/aug-cc-pVDZ. 5. B c c c a lu n văn Lu n văn g m 103 trang, trong ñó có 24 b ng và 15 hình. Ph n m xanh cũng như các tương tác khác ñang ñư c chú tr ng và tri n khai. Vi t Nam, vi c nghiên c u s d ng dung môi scCO2 ñ tách các lo i tinh d u quí như tách tinh d u tiêu, qu , tr m,… m i ñư c tri n khai và ti n hành t i Vi n Công nghi p Hóa h c (S Khoa h c và Công ngh TP. H ñ u (6 trang), k t lu n và ki n ngh (3 trang), danh m c tài li u tham kh o Chí Minh), Vi n Dư c li u. Các nghiên c u lý thuy t v tương tác gi a các (5 trang). N i dung c a lu n văn chia làm 3 chương: chương 1 Cơ s lý ch t v i CO2, trên cơ s ñó ñánh giá kh năng hòa tan trong scCO2 cũng thuy t hóa lư ng t (22 trang), chương 2 Liên k t hiñro, thuy t axit-bazơ chưa ñư c nghiên c u nhi u. Hơn n a, vi c nghiên c u v liên k t hiñro Lewis và h ch t nghiên c u (14 trang), chương 3 K t qu và th o lu n (53 chuy n d i xanh cũng như các tương tác y u quan tr ng khác cũng ñang trang). ñư c tri n khai. 7 CHƯƠNG 1 CƠ S LÍ THUY T HÓA H C LƯ NG T 8 1.7.4. Phương pháp tương tác c u hình (Configuration Interaction – CI) 1.1. PHƯƠNG TRÌNH SCHRODINGER 1.7.5. Phương pháp chùm tương tác (CC) 1.2. NGUYÊN LÍ KHÔNG PHÂN BI T CÁC H T Đ NG NH T. MÔ 1.7.6. Thuy t phi m hàm m t ñ (Density Functional Theory – HÌNH H T Đ C L P (S G N ĐÚNG BORN-OPPENHEIMER) DFT) 1.2.1. Nguyên lí không phân bi t các h t ñ ng nh t a. Các ñ nh lý Hohenberg-Kohn 1.2.2. Mô hình h t ñ c l p (s g n ñúng Born-Oppenheimer) b. Các phương trình Kohn-Sham 1.3. NGUYÊN LÍ PH N Đ I X NG HAY NGUYÊN LÝ LO I TR 1.8. SAI S PAULI 1.9. THUY T AIM 1.4. HÀM SÓNG C A H NHI U ELECTRON 1.10. OBITAN PHÂN T 1.5. C U HÌNH VÀ TR NG THÁI SPIN ELECTRON (OBITAN T 1.6. B (OBITAN NGUYÊN T HÀM CƠ S 1.6.1. Obitan ki u Slater và Gaussian DO CH NG CH T B CƠ S (BSSE) KHU TRÚ (LMO), OBITAN THÍCH H P NHIÊN) (NO), OBITAN NGUYÊN T T THÍCH H P NHIÊN) (NAO) VÀ OBITAN LIÊN K T THÍCH H P (OBITAN LIÊN K T T NHIÊN) (NBO) 1.6.2. M t s khái ni m v b hàm cơ s 1.10.1. Obitan phân t khu trú 1.6.3. Phân lo i b hàm cơ s 1.10.2. Obitan thích h p (obitan t nhiên), obitan nguyên t thích 1.7. CÁC PHƯƠNG PHÁP G N ĐÚNG HOÁ H C LƯ NG T 1.7.1. S tính bán kinh nghi m h p (obitan nguyên t t nhiên) và obitan liên k t thích h p (obitan liên k t t nhiên) 1.7.2. Phương pháp Hartree–Fock và phương trình Roothaan. CHƯƠNG 2 Tương quan năng lư ng electron a. Phương pháp trư ng t h p Hartree-Fock (HF) LIÊN K T HIĐRO, THUY T AXIT- BAZƠ LEWIS VÀ H CH T NGHIÊN C U b. Phương trình Roothaan 1.7.3. Phương pháp nhi u lo n a. Lí thuy t nhi u lo n cho bài toán không suy bi n b. Lí thuy t nhi u lo n cho bài toán suy bi n 2.1. T NG QUAN V LIÊN K T HIĐRO 2.1.1. T m quan tr ng c a liên k t hiñro 2.1.2. Khái ni m và phân lo i liên k t hiñro a. Khái ni m b. S phân lo i liên k t hiñro 9 10 2.1.3. Liên k t hiñro chuy n d i ñ (Red-Shifting Hydrogen Bond) và liên k t hiñro chuy n d i xanh (Blue-Shifting Hydrogen Bond) 2.2. THUY T AXIT-BAZƠ LEWIS 2.2.1. Axit, bazơ và ph n ng axit-bazơ theo Lewis cis-ñihalogen 2.2.2. M t s lo i axit Lewis thư ng g p trans-ñihalogen ñihalogen Hình 3.2. C u trúc c a các d n xu t ñihalogen (C2H2X2, X = F, Cl, Br) (t i 2.2.3. L c axit-bazơ Lewis MP2/aug-cc-pVDZ) 2.2.4. Ý nghĩa, t m quan tr ng c a thuy t axit-bazơ Lewis 2.3. PHƯƠNG PHÁP TH C NGHI M VÀ LÝ THUY T NGHIÊN Cacbon ñioxit (CO2) C U LIÊN K T HIDRO 2.3.1. Phương pháp th c nghi m Hình 3.3. C u trúc c a CO2 (t i MP2/aug-cc-pVDZ) 2.3.2. Phương pháp lý thuy t K t qu ñ t ñư c, so sánh v i k t qu th c nghi m cho th y, m c lý 2.4. H CH T NGHIÊN C U 2.4.1. Gi i thi u chung h ch t nghiên c u H tương tác gi a etylen và d n xu t ñihalogen (C2H2X2, X= F, Cl, Br) v i dung môi CO2 siêu t i h n trong pha khí ñư c ch n ñ nghiên c u. 2.4.2. Phương pháp nghiên c u thuy t ñư c ch n MP2/aug-cc-pVDZ khá tin c y và h p lí cho vi c xem xét h nghiên c u. 3.2. TƯƠNG TÁC GI A ETYLEN V I CACBONĐIOXIT 3.2.1. C u trúc hình h c và năng lư ng tương tác T t c các ph c ñ u có nhóm ñi m ñ i x ng C2v. CHƯƠNG 3 K T QU VÀ TH O LU N 3.1. K T QU T I ƯU M T S MONOME BAN Đ U Etylen: Hình 3.4. D ng hình h c t i ưu c a ph c gi a etylen và CO2 t i m c lý thuy t MP2/aug-cc-pVDZ (ñơn v ñ dài là Å) Kho ng cách tương tác H···O các ph c P1 và P2 l n lư t là 2,72 Å và 2,87 Å, ñ u x p x ho c l n hơn t ng bán kính van der Waals c a H và O (2,72 Å). Hình 3.1. C u trúc c a etylen (t i MP2/aug-cc-pVDZ) D n xu t ñihalogen (C2H2X2, X = F, Cl, Br) ph c P1 và P2 ñ b n ph c là do liên k t hiñro C-H···O quy t ñ nh. Trong khi ñó, ñ b n c a ph c P3 là do tương tác axit-bazơ ki u p···π* và tương tác π···π gi a hai phân t CO2 và C2H4 trong ph c ñóng góp. B ng 3.3. Năng lư ng tương tác c a các ph c gi a etylen v i CO2 (ñơn v kJ.mol-1)