NHẬN XÉTTa thấy, các dẫn xuất hiđrazon là những hợp chất hữu cơ có khả năng ức chế ăn mòn kim loại tốt cho cả kim loại đen và kim loại màu trong các môi trường axit, môi trường dầu mỡ..
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
BÀI TIỂU LUẬN
Môn học TIN HỌC ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
Giảng viên : TS Vũ Minh Tân
Trang 2Lớp : Cao học Kỹ thuật hóa học
Khóa : K4 Đợt 2
Hà Nội – 05/2015
MÔ PHỎNG PHÂN TỬ NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC PHÂN TỬ BẰNG PHẦN MỀM HYPERCHEM
Câu 1: Thiết kế và sử dụng phương pháp bán kinh nghiệm AM1 tối ưu từng phân tử
trong dãy dẫn xuất của hiđrazon sau:
Với R: 2-OH (1)
OH
CH3
C (9) (10) (18)
(19)
OH
CH
R C
(9) (10) (18)
Trang 3R: 2-CH3(2), 3-CH3(3), 4-CH3(4), 2-OH(5), 3-OH(6), 4-OH(7), 3-NO2(8)
R: 2-CH3(9), 4-CH3(10), 3-OH(11), 4-OH(12)
Với độ hội tụ 0.0001 kcal/(Åmol)
Phần tử 1
Phần tử 2
OH
OH
CH3
C (9) (10) (18)
(19)
Trang 4Phần tử 3
Phần tử 4
Phần tử 5
Trang 5Phần tử 6
Phần tử 7:
Trang 6Phần tử 8:
Trang 7Phần tử 9:
Phần tử 10:
Trang 8Phần tử 11:
Phần tử 12:
Trang 9Câu 2: Tính các thông số của từng phân tử
Phân
tử
E Total
(kcal/mol)
E H (kcal/mol)
E LUMO (eV)
E HOMO (eV)
S (Å 2 )
V (Å 3 )
(D)
1 -83993,05 -17,05 -0.5699 -8.3321 440,76 838.83 6,030
2 -117339.9 -17.29 5.76991 -5.77989 435.93 828.23 3.5822
3 -117337.5 -17.09 5.70464 -5.77455 452.84 838.94 4.0495
4 -117328.4 -17.04 5.70352 -5.75036 456.38 838.83 4.6132
5 -123035.3 -22.18 5.71235 -5.72657 411.60 805.73 4.739
6 -123036.5 -24.98 5.52999 -5.86948 426.35 808.95 2.872
Trang 108 -140028.0 -22.85 4.30323 -6.1157 460.37 845.10 2.150
9 -117336.4 -17.45 5.58577 -5.93507 436.23 829.06 4.473
10 -117324.9 -17.10 5.54924 -5.9345 456.66 839.55 5.698
11 -124031.9 -25.04 5.37848 -6.03869 426.66 809.93 4.086
12 -123053.6 -25.35 5.56438 -5.98111 428.77 809.76 5.297
Trong đó
: E total : Năng lượng tổng của phân tử (kcal/mol)
E H : Năng lượng hiđrát hoá (kcal/mol)
E LUMO : Năng lượng obital phân tử chưa bị chiếm thấp nhất (eV)
E HOMO : Năng lượng obital phân tử bị chiếm cao nhất (eV)
S: Diện tích bề mặt phân tử (Å 2 )
V: Thể tích phân tử (Å 3 )
: Momen lưỡng cực (D)
Câu 3: Mật độ điện tích các nguyên tử (N a , N b , O c )
Trang 115 -0.124 -0.163 -0.390 -0.412
Trong đó: Na, Nb, Oc: là mật độ điện tích trên nguyên tử nito ở vị trí a, b và Oxi ở vị trí c tương ứng
Câu 4: Xây dựng phương trình hồi qui phụ thuộc vào 8 yếu
+ Xây dựng mối tương quan giữa các thông số cấu trúc phân tử và khả năng ức chế ăn mòn của các phần tử
+ Tìm ra phương trình hồi qui có hệ số tương quan lớn nhất
+ Hiệu suất ức chế ăn mòn
1 Phương trình hồi quy mối tương quan giữa các thông số cấu trúc Etotal, EH, ELUMO,
EHOMO, S, V, µ, ZN9:
PLT = -0,002.Etotal + 0,261.EH – 12.92.ELUMO + 177,246.EHOMO + 1,131.S – 0,900.V –
9,124.µ + 2634,747.ZN9 + 1619,514
R2 = 0,9829
Trang 122 Phương trình hồi quy mối tương quan giữa các thông số cấu trúc Etotal, EH, ELUMO,
EHOMO, S, V, µ, ZN10:
PLT = 0,007.Etotal – 10,006.EH – 87,599.ELUMO + 47,36.EHOMO + 0,408.S + 1,311.V –
8,883.µ – 9221,435.ZN10 – 1121,347
R2 = 0,9935
3 Phương trình hồi quy mối tương quan giữa các thông số cấu trúc Etotal, EH, ELUMO,
EHOMO, S, V, µ, ZO18:
PLT = -0,007.Etotal + 8,267.EH + 138,292.ELUMO – 19,557.EHOMO + 1,717.S – 2,160.V –
2,312.µ + 20867,35.ZO18 + 7679,004
R2 = 0,9820
4 Phương trình hồi quy mối tương quan giữa các thông số cấu trúc Etotal, EH, ELUMO,
EHOMO, S, V, µ, ZO19:
PLT = 0,003.Etotal – 4,698.EH – 67,478.ELUMO + 104,849.EHOMO – 0,625.S + 1,043.V +
5,635.µ – 592,811.ZO19 + 559,666
R2 = 0,9788
5 Phương trình hồi quy mối tương quan giữa các thông số cấu trúc Etotal, EH, ELUMO,
EHOMO, S, V, ZN9, ZN10:
PLT = 0,009.Etotal – 12,702.EH – 79,699.ELUMO – 86,230.EHOMO – 0,765.S + 2,863.V –
2264,43.ZN9 – 10041,8 ZN10 – 2941,59
R2 = 0,9746
Trang 136 Phương trình hồi quy mối tương quan giữa các thông số cấu trúc Etotal, EH, ELUMO,
EHOMO, S, V, ZN9, ZO19:
PLT = 0,002.Etotal – 2,811.EH – 46,923.ELUMO + 134,446.EHOMO + 0,047.S + 0,3.V +
1012,917.ZN9 – 364,187 ZO19 + 972,914
R2 = 0,9916
Phương trình hồi quy có hệ số tương quan lớn nhất:
PLT = 0,007.Etotal – 10,006.EH – 87,599.ELUMO + 47,36.EHOMO + 0,408.S + 1,311.V –
8,883.µ – 9221,435.ZN10 – 1121,347
R2 = 0,9936
P TN (%) 89,73 87,75 87,53 94,15 86,02 83,42 90,05 80,81 87,68 90,89 82,61 85,55
Câu 5: Tính và so sánh giá trị thực nghiệm và lý thuyết
Từ phương trình hồi qui thu được ta tính được tính được hiệu suất ức chế ăn mòn
lý thuyết của các phân tử:
P TN (%) 89,73 87,75 87,53 94,10 86,02 83,42 90,05 80,81 87,68 90,89 82,61 85,55
P LT (%) 70,35 76,4 76 79,12 76,77 75,92 78,1 78,62 75,78 77,7 74,56 77,19
Trong đó:
+ PTN: giá trị thực nghiệm + PLT: Giá trị lý thuyết
Nhận xét:
Các PLT tính có giá trị gần với các giá trị PTN, điều này chứng tỏ phương trình hồi
Trang 14II NHẬN XÉT
Ta thấy, các dẫn xuất hiđrazon là những hợp chất hữu cơ có khả năng ức chế ăn mòn kim loại tốt cho cả kim loại đen và kim loại màu trong các môi trường axit, môi trường dầu mỡ Phân tử của chúng có chứa vòng benzen rời rạc, trong đó hai vòng thơm của phân tử là các hệ liên hợp phẳng giống benzen Nhờ hệ thống liên hợp này mà phân
tử trở lên bền vững hơn Ngoài ra, phần trung gian nối giữa hai vòng thơm của phân tử
có chứa các nguyên tử N và O có chứa cặp electron chưa phân chia, đây chính là tâm hoạt động: N(-NH), O(C=O),…giúp phân tử hấp phụ tốt lên bề mặt kim loại Hợp chất
có chứa nhóm amino là hợp chất có khả năng ức chế ăn mòn tốt hơn các hợp chất có chứa các nhóm thế khác.Khả năng hấp phụ của các chất ức chế hiđrazon phụ thuộc nhiều vào số tâm hấp phụ, mật độ electron trên các tâm này Bản chất và vị trí của nhóm thế, hiệu ứng không gian mà R, R’ gây ra sẽ ảnh hưởng tới toàn hệ liên hợp, ảnh hưởng trực tiếp đến mật độ electron trên các tâm hấp phụ do đó ảnh hưởng đến khả năng ức chế ăn mòn kim loại của các hiđrazon.Các nhóm có tính chất đẩy e: NH-, OH-,
CH3 sẽ ức chế ăn mòn tốt hơn nhóm hút e: NO2.
Các yếu tố ELUMO, EHOMO, mật độ điện tích trên các tâm hấp thụ N,O; diện tích ( thể tích) phân tử có tác dụng chủ yếu làm tăng hệ số tương quan R2
Phương trình hồi qui được thiết lập dựa trên kết quả đo ức chế ăn mòn kim loại và các yếu tố lượng tử Etotal, EH, ELUMO, EHOMO, S, V, µ, ZN9 tính được từ phần mềm Hyperchem Phương trình này biểu diễn mối quan hệ giữa khả năng ức chế ăn mòn kim loại với các
thông số cấu trúc của phân tử Hidrazon Và phương trình hồi qui tốt nhất
thu được từ phần mềm Excel
PLT = 0,007.Etotal – 10,006.EH – 87,599.ELUMO + 47,36.EHOMO + 0,408.S + 1,311.V –
8,883.µ – 9221,435.ZN10 – 1121,347
có hệ số tương quan R2 = 0.9936
Trang 15Từ kết quả thu được cho ta thấy các yếu tố như ELUMO, EHOMO, ETotal, là những yếu tố ảnh hưởng chính tới khả năng ức chế ăn mòn kim loại
Từ những kết quả thu được cho ta thấy bằng phần mềm Hyperchem có thể thiết lập phân tử và tính các thông số lượng tử, qua đó có thể dự đoán khả năng ức chế ăn mòn kim loại của các Hidrazon Và từ đó sẽ giúp ta định hướng cho việc tổng hợp chúng và tiết kiệm thời gian cho việc tìm kiếm các chất ức chế ăn mòn kim loại cao
Ta thấy các giá trị tính toán thực tế và lý thuyết có một sự chênh lệch nhau một khoảng nhất định, nhưng vẫn là đáng tin cậy và phản ánh được quy luật, ảnh hưởng của cấu trúc phân tử tới khả năng ức chế ăn mòn của các chất Như vậy, phương pháp này là khá chuẩn xác và đáng tin cậy