Báo cáo thực hành hóa tính toán

Tran 1,2- điffloroetilen C2h.

BÀI 3: TÍNH NĂNG LƯỢNG ĐIỂM ĐƠN

A Năng lượng điểm đơn của phân tử H2O (đối xứng C2v) ta ̣i mức lý thuyết

HF/6-31G(d,p) với các cấu trúc hình ho ̣c khác nhau như sau:

 Nhâ ̣n xét: Ở tra ̣ng thái hình ho ̣c số (VIII) cáo đô ̣ dài O-H là 0,95 Å, góc

HOH 1060 phân tử H2O có cấu trúc bền nhất vì có giá tri ̣ năng lượng là -76.0235075 thấp nhất

 Đồ thi ̣ biểu diễn sự phu ̣ thuô ̣c năng lượng vào đô ̣ dài liên kết O-H (cấu hình

 Đồ thi ̣ biểu diễn sự phu ̣ thuô ̣c năng lượng vào góc HOH (cấu hình V đến X)

Cấu hình ha ̣t nhân Góc HOH (đô ̣) Năng lươ ̣ng (a.u.)

 Nhâ ̣n xét:

+ Khi tăng độ dài liên kết O-H thì năng lượng tăng + Khi góc liên kết HOH tăng từ 1020 đến 1060 thì năng lượng giảm, từ 1060

đến 1080 thì năng lượng tăng

B Tính năng lượng điểm đơn của phân tử propen theo phương pháp HF và bô ̣ hàm

+ 3 nguyên tử C ( gồm 1 nguyên tử Csp3 và 2 nguyên tử Csp2 )

+ 4 nguyên tử H ( gồm 1 nguyên tử H liên kết với Csp3 và 3 nguyên tử H liên kết với 2 nguyên tử Csp2 )

 Mômen lưỡng cực:

 Đô ̣ lớn: 0,3277 (Debye)

 Hướng: dấu mũi tên trong hình

 Sự phân bố điê ̣n tích (theo Mulliken) của phân tử: như trong hình

BÀI 5: TỐI ƯU HÓA HÌNH HỌC CÁC PHÂN TỬ Ở MỨC LÝ THUYẾT BLYP/6-31G(d,p)

 Etilen (D2h)

Floroetilen (Cs)

1,1-đifloroetilen (C2v)

Cis 1,2-điffloroetilen (C 2v )

Tran 1,2- điffloroetilen (C2h)

Dựa vào kết quả tính toán ta có:

Phân tử Đối

xứng

Đô ̣ dài liên kết C-C (Å)

Đô ̣ dài liên kết C-H (Å)

Đô ̣ dài liên kết C-F (Å)

Góc liên kết CCH (đô ̣)

Góc liên kết CCF (đô ̣)

1,1-đifloroetilen C2v 1,3337 1,087 1,3418 119,9068 125,0008 Cis 1,2-đifloroetilen C2v 1,3392 1,0913 1,3571 122,6758 122,7142 Tran 1,2-đifloroetilen C2h 1,3386 1,0916 1,3608 125,0294 120,4016

(Xe ́ t độ dài C-H, góc CCH gần nguyên tử F đối với các phân tử có thế F)

 Nhâ ̣n xét:

+ Khi thế hydro bởi flo làm cho liên kết giữa cacbon và nhóm thế (C-F) dài hơn, liên kết C=C ngắn la ̣i, dẫn tới liên kết này trở nên ma ̣nh hơn và có góc liên kết (CCF) và (CCH) lớn hơn

+ Khi số nguyên tử F được thế vào phân tử etilen càng nhiều thì độ dài liên

kết C=C càng giảm, đồng thời độ dài liên kết C-H cũng giảm

+ Viê ̣c thay đổi vi ̣ trí của nguyên tử F cũng ảnh hưởng tới các thông số khác 1,1-đifloroetilen < Tran 1,2-đifloroetilen < Cis 1,2-đifloroetilen

BÀI 6: TỐI ƯU HÌNH HỌC CÁC CẤU DẠNG CỦA

CH2=CH-OH, CH2=CH-CH3, ortho-CH3-C6H4-COOH

THEO PHƯƠNG PHÁP BLYP VÀ

BỘ HÀM CƠ SỞ 6-31G(d,p)

A Tối ưu hi ̀nh ho ̣c theo phương pháp BLYP và bô ̣ hàm cơ sở 31G(d,p)

 Nhâ ̣n xét: Cấu da ̣ng 1 bền hơn cấu da ̣ng 2

B Ba ̉ ng so các thông số của dãy phân tử: etilen, floroetilen, propen và vinyl ancol

Phân tử Đô ̣ dài liên

kết đôi C=C (Å)

Momen lưỡng cực (Debye)

Sự phân bố điê ̣n tích Etilen 1.34 0

Floroetilen 1.335 1.1395

Propen 1.343 0.3808

Vinyl ancol 1.3444 0.9512

 Nhâ ̣n xét:

 Etilen có tính đối xứng, H không hút hay đẩy electron nên điê ̣n tích trên cacbon được phân bố đều

 Đô ̣ âm điê ̣n Flo > cacbon nên flo hút electron Do đó khi thay H bằng F thì

đô ̣ dài liên kết C=C giảm, điê ̣n tích C nối với F dương hơn

 Nhóm CH3- là nhóm đẩy electron, do đó khi thay thế H thì đô ̣ dài liên kết C=C tăng, điê ̣n tích trên Csp2 gần nhóm metyl dương điê ̣n hơn và điê ̣n tích trên Csp2 xa nhóm metyl âm điê ̣n hơn

 Nhóm OH- là nhómmđẩy electron, do nguyên tử O còn că ̣p electron chưa liên kết nên đẩy electron ma ̣nh, do đó khi thay thế thì đô ̣ dài liên kết C=C tăng

 Khả năng đẩy electron: hydroxyl > metyl

C Năng lươ ̣ng đề proton hóa của CH 2 =CH-OH và ortho-CH 3 -C 6 H 4 -COOH

Ta có:

HA → H + + A - E

Năng lượng đề proton hóa được tính theo công thức:

E = E (H+) + E (A-) – E (HA)

Với E (H+) = 0 (Kcal/mol) ta lâ ̣p được bảng sau:

Phân tử E (HA)

(Kcal/mol)

E (A-)

(Kcal/mol)

E (Kcal/mol)

CH 2 =CH-OH -96449,45829 -96081,41323 368,0450600

ortho-

CH 3 -C 6 H 4 -COOH

Bài 8 XÂY DỰNG BỀ MẶT THẾ NĂNG CÓ THỂ CÓ CỦA QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY NH2CHO THEO PHƯƠNG PHÁP B3LYP VÀ

BỘ HÀM CƠ SỞ 6-31+G(d,p)

1 Xe ́t phản ứng NH 2 CHO → NH 3 + CO

Chất Năng lượng điểm đơn

2 Xe ́t phản ứng NH 2 CHO → H 2 + HNCO

Chất Năng lượng điểm đơn

3 Xe ́t phản ứng NH 2 CHO → HCN + H 2 O

Chất Năng lượng điểm đơn

TS2

TG

4 Xe ́t phản ứng NH 2 CHO → HNC + H 2 O

Chất Năng lượng điểm đơn

TS2

TG

Tọa độ phản ứng

Bài 9: XÂY DỰNG BỀ MẶT THẾ NĂNG

Xây dựng bề mă ̣t thế năng của các phản ứng cô ̣ng: CH 2 =CH 2 + HX (X: F, Cl, Br) và CH 2 =CH 2 + H 2 Z (Z: O, S, Se) theo phương pháp HF/6-31+G(d,p)

1 Xe ́t phản ứng: CH 2 =CH 2 + HF → CH 3 -CH 2 F Chất Năng lượng điểm đơn

2 Xe ́t phản ứng: CH 2 =CH 2 + HCl → CH 3 -CH 2 Cl Chất Năng lượng điểm đơn

3 Xe ́t phản ứng: CH 2 =CH 2 + HBr → CH 3 -CH 2 Br Chất Năng lượng điểm đơn

4 Xe ́t phản ứng: CH 2 =CH 2 + H 2 O → CH 3 -CH 2 OH Chất Năng lượng điểm đơn

5 Xe ́t phản ứng: CH 2 =CH 2 + H 2 S → CH 3 -CH 2 SH Chất Năng lượng điểm đơn

6 Xe ́t phản ứng: CH 2 =CH 2 + H 2 Se → CH 3 -CH 2 SeH Chất Năng lượng điểm đơn

 Ta có các giá tri ̣ sau:

Hằng số cân bằng:

0

G RT

Năng lượng hoạt hóa: G  = G TS – G ban đầu

 Xét phản ứng: CH 2 =CH 2 + HF → CH 3 -CH 2 F

Phản ứng ∆G opư

+ Khả năng phản ứng cộng của CH2=CH2 với các HX: tăng dần HF → HCl → HBr do

HF có liên kết hidro bền hơn nên phản ứng yếu nhất, riêng HCl và HBr thì brom có

bán kính lớn hơn clo nên liên kết HBr yếu nhất do đó phản ứng cô ̣ng của HBr là

mạnh nhất

+ Tương tự như trên phản ứng cô ̣ng tăng dần từ H2O → H2S → H2Se hay khả năng phản ứng cộng của H2Se là mạnh nhất, H2O là yếu nhất