Họ tên : Trần Văn Quang Lớp : Sư phạm hóa K35 Thực hành : Hóa tính toán Bài : Tối ưu hóa hình học Bài làm Bài : Tối ưu hóa hình học phân tử mức lý thuyết BLYP/631G(d,p): RC-F ¼ CCH ¼ CCF Phân tử RC=C RC-H Etilen 1.34 1.0939 Floroetilen 1.335 1.0936 1.3621 1,1difloroetilen Cis1,2difloroetilen trans1,2difloroetilen 1.3337 1.087 1.3418 1.3392 1.0913 1.3571 122.6787 122.7121 1.3386 1.0916 1.3608 125.1336 121.8655 125.6618 122.4942 120.18 125.0028 120.399 * Nhận xét : -Khi số nguyên tử F vào phân tử etilen nhiều độ dài liên kết C=C giảm , đồng thời độ dài liên kết C-H giảm -Độ dài liên kết C=C cis-1,2difloroetilen lớn độ dài liên kết C=C trans-1,2difloroetilen, góc liên kết CCF cis1,2difloroetilen lớn trans-1,2difloroetilen - Góc liên kết CCH cis-1,2difloroetilen lại nhỏ trans1,2difloroetilen - Khi nguyên tử F vào phân tử etilen vị trí khác độ dài liên kết C=C , C-H , C-F góc liên kết CCH 1,1- difloroetilen nhỏ nhiều so với phân tử cis-1,2difloroetilen trans-1,2difloroetilen góc liên kết CCF lại lớn nhiều Bài : A Tối ưu hóa hình học cấu dạng: CH2=CH-OH có cấu dạng với thông số hình học sau: Cấu RC=C RC-H trúc (I) 1.3412 1.0967 RC-O RO-H ¼ COH 1.384 0.9745 108.328 ¼ CCO ¼ CCH 122.2608 121.9156 (II) 1.34444 1.0935 1.3768 0.9794 108.0134 127.3472 122.7815 Năng lượng : E(I)=-153.75598928 E(II)=-153.75929135 => Ta thấy E(I) > E(II) nên cấu dạng thứ tối ưu (I) (II) CH2=CH-CH3 có cấu dạng vơi thông số hình học sau: Cấu trúc RC-C RC=C RC-H ¼ CCH ¼ C  CC (I) 1.5209 1.3431 1.0967 111.5849 125.1139 118.4589 (II) 1.5101 1.343 1.0978 115.8472 125.3227 118.83 Năng lượng : E(I)=-117.8352186 E(II)=-117.8384656 => Ta thấy E(I) > E(II) nên cấu dạng thứ tối ưu ¼ C  C H (I) (II) Ortho-CH3-C6H4-COOH có cấu dạng với thông số hình học sau : ¼ CCO ¼ OCO ¼ HOC Cấu dạng RC=O RC-O RO-H (I) 1.23 1.3788 0.9836 124.5237 120.6606 103.9187 (II) 1.2306 1.3825 0.9824 126.5641 120.6571 104.1243 Năng lượng : E(I)=-459.9836476 E(II)=-459.9851137 => Ta thấy E(I) > E(II) nên cấu dạng thứ tối ưu (I) (II) B Phân tích hiệu ứng hợp chất không no: Đại lượng Etilen RC=C 1.34 Momen lưỡng cực 0.0000 floroetilen 1.335 1.1395 propen 1.3431 0.3811 vinylancol 1.3412 1.8932 Sự phân bố điện tích phân tử: C tính lượng đề proton hóa vinylancol ortho-CH3-C6H4COOH mức lý thuyết BLYP hàm sở 6-31/G(d,p) : *Năng lượng đề proton hóa vinylancol : Ta có: ECH2=CH-OH(P)= (ECH2=CH-O- + EH+) - ECH2=CH-OH Cho EH+=0 ECH2=CH-OH(P)= ECH2=CH-O- - ECH2=CH-OH = -153.1581008 –( -153.7559893) = 0.5978885 *Năng lượng đề proton hóa ortho-CH3-C6H4-COOH : Ta có: Eortho-CH3-C6H4-COOH(P )= (Eortho-CH3-C6H4-COO- + EH+) - Eortho-CH3-C6H4-COOH Cho EH+=0 Eortho-CH3-C6H4-COOH(P )= Eortho-CH3-C6H4-COO- - Eortho-CH3-C6H4-COOH = = -(-459.9836476) -476.52 EZPE -476.54 -476.56 -476.58 ∆E# -476.6 -476.62 -476.64 ∆E𝜋 -476.66 ∆Erp -476.68 c) CH2=CH2 + H2S -2476.62 EZPE -2476.64 -2476.66 ∆E# -2476.68 -2476.7 -2476.72 ∆E𝜋 ∆Erp -2476.74 tiến trình phản ứng -2476.76 Tính số cân bằng, số tốc độ phản ứng lượng hoạt hóa phản ứng T = 298K, R= 1,9872 cal/K.mol; hartree = 627,5 kcal/mol; kb = 0,3321095.10-23 cal/k; h = 1,583554.10-34 cal.s Hằng số cân bằng: E = Esau – Etrước ; Lnkcb = ∆𝑆 𝑅 ∆𝐻 - 𝑅𝑇 ; k = 𝑘𝑏.𝑇 ℎ exp ‒ ∆𝐺 𝑅𝑇 CH2=CH2 + HX Bảng: giá trị nhiệt động (kcal/mol) động học phản ứng(cm3.mol-1.s-1) H2X ∆E#p H2O 73,4269 H2S 66,2847 H2Se 58,58591 ∆E𝜋 0,428583 0,1035 2,9185 ∆Erp 8,2397 12,8701 20,75017 ∆H -10,2973 -14,2531 -2 ∆S.10 -3,4494 -3,4837 ∆G -0,0182 -3,8748 K1 1,0377 698,5186 12 K2.10 6,445 434,05 (k1:hằng số cân bằng; k2: số tốc độ phản ứng) -20,1923 -3,5133 -9,7225 1,364.107 8,335.107 Nhận xét: khả phản ứng CH2=CH2 với H2X ta thấy CH2=CH2 phản ứng với H2Se > H2S >H2O Bài 8: Tính toán thông số nhiệt động phản ứng a) Entanpi hình thành chuẩn lượng tự Gibbs hình thành chuẩn chất 298K theo mức lý thuyết HF/6-311+G(d,p) hatree=627,5kcal/mol Bảng: thông số nhiệt động phản ứng Phân tử H2O NH3 HCl HF ∆H0(kcal/mol) -47706,625 -35249,409 -288703,2471 -62774,92995 ∆G0(kcal/mol) -47720,025 -35263,085 -288716,5301 -627872666 HBr N2O5 N2O NO2 -1614523,761 -303044,6799 -115281,817 -128059,623 -1614537,795 -303098,39 -115302,2465 -128076,611 b) Tính lượng phân ly liên kết phân tử HF, HCl, HBr, HI mức lý thuyết B3LYP/6-31++G(d,p) Phương trình phản ứng Năng lượng phân ly liên kết((kcal/mol) + HF = H + F 57,3741 + HCl = H + Cl 17,5919 + HBr = H + Br 8,1035 Độ bền HF > HCl > HBr c) Năng lượng tách proton mức lý thuyết B3LYP/6-31++G(d,p) HX, H2X Phương trình phản ứng HF = H++ FHCl = H+ + ClHBr = H+ + BrH2O = OH- + H+ H2S = HS- + H+ H2Se = HSe- + H+ Năng lượng phân ly liên kết((kcal/mol) 57,3741 17,5919 8,1035 65,5225 38,5491 29,1797 Ta thấy độ axit HBr > HCl > HF H2Se>H2S>H2O d) Năng lượng ion hóa I1 theo (eV) nguyên tố thuộc chu kì II bảng hệ thống tuần hoàn mức lý thuyết HF/6-31G(d,p) Phương trình phản ứng Li = Li+ + e Be = Be+ + e B = B+ + e C = C+ + e N = N+ + e O = O+ + e F = F+ + e Năng lượng ion hóa I1 (eV) 3,21.1024 4,78.1024 4,716.1024 4,9375.1024 8,167.1024 8,1577.1024 9.926.1024 Họ tên : Trần Văn Quang Thực hành : Hóa tính toán Lớp : Sư phạm hóa K35 BÀI BÁO CÁO THỰC HÀNH Bài 9: tính diện tích - - Hãy tối ưu hình học tính tần số dao động phân tử C6H6 , C6H5NO2 , C6H5CH3 , p-xilen, CH3C6H4NO2 , C6H5Cl Đồng thời xét phân bố điện tích phân tử theo phương pháp Mulliken, Lowdin NBO ( obitan liên kết tự nhiên), so sánh nhận xét Từ giải thích khả phản ứng electrophin phân tử C6H5NO2 , C6H5CH3 , p-xilen, CH3C6H4NO2 , C6H5Cl Bài 10: Phân tích obitan vẽ giản đồ lượng - Hãy biểu diễn obitan hóa trị obitan biên phân tử : H2O , NH3, CH4, C2H4, C6H6 sử dụng tính toán hóa học lượng tử mức lí thuyết HF/STO-3G Vẽ giản đồ MO phân tích liên kết chúng Bài làm: Bài C6H6: Mulliken atomic charges: C C C C C C H H H 10 H 11 H 12 H -0.237119 -0.237104 -0.237127 -0.237104 -0.237113 -0.237113 0.237123 0.237105 0.237118 0.237114 0.237095 0.237125 Lowdin Atomic Charges: C -0.102672 C -0.102692 C -0.102680 C -0.102668 C -0.102693 C -0.102679 H 0.102680 H 0.102670 H 0.102687 10 H 0.102688 11 H 0.102679 12 H 0.102679 NBO : C C C C C C H H H H H H 10 11 12 -0.23937 -0.23937 -0.23937 -0.23937 -0.23937 -0.23937 0.23937 0.23937 0.23937 0.23937 0.23937 0.23937 C6H5NO2 : Mulliken : C C C C C C H H H 10 H 11 H 12 N 13 O 14 O -0.193290 0.266630 -0.193290 -0.246476 -0.211415 -0.246476 0.310294 0.310294 0.263365 0.263120 0.263365 0.186464 -0.386293 -0.386293 Lowdin : C -0.060837 C -0.019726 C -0.060837 C -0.104214 C -0.059240 C -0.104214 H 0.134919 H 0.134919 H 0.115228 10 H 0.113924 11 H 0.115228 12 N 0.420436 13 O -0.312792 14 O -0.312792 NBO: C C C C C C H H H H H N O O 10 11 12 13 14 -0.18955 0.05818 -0.18955 -0.25567 -0.18749 -0.25567 0.27759 0.27759 0.25543 0.25141 0.25543 0.49992 -0.39882 -0.39882 C6H5Cl: Mulliken : C -0.234160 C -0.233169 C -0.180415 C -0.375489 C -0.180531 C -0.233155 H 0.247266 H 0.251155 H 0.267448 10 H 0.267427 11 H 0.251172 12 Cl 0.152450 Lowdin : C -0.095388 C -0.092408 C -0.096695 C -0.094372 C -0.096695 C -0.092408 H 0.106585 H 0.109495 H 0.117055 10 H 0.117055 11 H 0.109495 12 Cl 0.008282 NBO: C C C C C C H H H H 10 H 11 Cl 12 -0.23943 -0.23770 -0.24103 -0.07424 -0.24114 -0.23765 0.25032 0.25363 0.26315 0.26315 0.25363 -0.01269 C6H5CH3 : Mulliken atomic charges: C C C C C C H H H 10 H 11 H 12 C 13 H 14 H 15 H -0.248644 -0.228905 -0.239402 -0.061416 -0.239402 -0.228905 0.236129 0.237707 0.234003 0.234003 0.237707 -0.593852 0.227972 0.216502 0.216502 CH3C6H4NO2 : Mulliken ; C -0.247937 C -0.186746 C 0.253961 C -0.186746 C -0.247937 C -0.210022 H 0.264829 H 0.305342 H 0.305342 10 H 0.264830 11 H 0.264566 12 N 0.203531 13 O -0.391507 14 O -0.391507 Lowdin Atomic Charges: C C C C C C H H H 10 H 11 H 12 C 13 H 14 H 15 H -0.110460 -0.094622 -0.108145 -0.026538 -0.108145 -0.094622 0.099564 0.099855 0.096915 0.096915 0.099855 0.244451 0.102282 0.095800 0.095800 Lowdin : C -0.104214 C -0.060837 C -0.019726 C -0.060837 C -0.104214 C -0.059240 H 0.115228 H 0.134919 H 0.134919 10 H 0.115228 11 H 0.113924 12 N 0.420436 13 O -0.312793 14 O -0.312792 NBO: C C C C C C H H H H H C H H H -0.25550 -0.22606 -0.24339 -0.03497 -0.24339 -0.22606 0.23867 0.23868 0.23682 10 0.23682 11 0.23868 12 -0.66209 13 0.23801 14 0.23188 15 0.23188 NBO: C C C C C C H H H H H N O O 10 11 12 13 14 -0.25567 -0.18955 0.05818 -0.18955 -0.25567 -0.18749 0.25543 0.27759 0.27759 0.25543 0.25141 0.49992 -0.39882 -0.39881 p-xilen: Mulliken : C C C C C C H H H 10 H 11 C 12 H 13 H 14 H 15 C 16 H 17 H 18 H -0.078205 -0.223868 -0.223868 -0.078205 -0.223868 -0.223868 0.231464 0.231464 0.231464 0.231464 -0.584943 0.222832 0.212563 0.212563 -0.584943 0.212563 0.222832 0.212563 Lowdin: C -0.033684 C -0.103743 C -0.103743 C -0.033684 C -0.103743 C -0.103743 H 0.097547 H 0.097547 H 0.097547 10 H 0.097547 11 C -0.245725 12 H 0.101139 13 H 0.095332 14 H 0.095332 15 C -0.245725 16 H 0.095332 17 H 0.101139 18 H 0.095332 NBO: C C C C C C H H H H C H H H C H H H 10 11 12 13 14 15 16 17 18 -0.04991 -0.22973 -0.22973 -0.04991 -0.22973 -0.22973 0.23593 0.23593 0.23593 0.23593 -0.66067 0.23651 0.23083 0.23083 -0.66067 0.23083 0.23651 0.23083 Nhận xét: - Sự phân bố điện tích theo mulliken, lowdin, NBO : nguyên tố có độ âm điện lớn giá trị điện tích âm - Trong phân tử trên, giá trị điện tích phân bố theo Mulliken gần giống với phân bố theo NBO - Với C6H5NO2: Mật độ diện tích âm nguyên tử C vị trí m âm nhiều so với C vị trí o p Do đó,trong phản ứng electrophin, tác nhân E+ ưu tiên vào vị trí m Với C6H5Cl: mật độ diện tích âm nguyên tử C vị trí o p âm so với C vị trí m Do đó,trong phản ứng electrophin, tác nhân E+ ưu tiên vào vị trí o p vị trí m Với C6H5CH3: mật độ diện tích âm nguyên tử C vị trí o p âm so với C vị trí m Do đó,trong phản ứng electrophin, tác nhân E+ ưu tiên vào vị trí o p Với phân tử CH3C6H5NO2: mật độ diện tích âm nguyên tử C vị trí o âm so với C vị trí m Do đó,trong phản ứng electrophin, tác nhân E+ ưu tiên vào vị trí o Với phân tử p-xilen(p-dimetylbenzen): nhóm hoạt hóa vòng,lại vị trí p nên mật độ điện tích âm C vị trí o m giống - Do đó,trong phản ứng electrophin, tác nhân E+ vào vị trí o m với khả Bài 10: H2O: HOMO LUMO: NH3 : HOMO LUMO: CH4 : HOMO LUMO: C2H4 : HOMO LUMO: C6H6 : HOMO LUMO: H2O : Giản đồ MO phân tích liên kết: NH3: CH4: [...]... ion hóa I1 theo (eV) của các nguyên tố thuộc chu kì II trong bảng hệ thống tuần hoàn tại mức lý thuyết HF/6-31G(d,p) Phương trình phản ứng Li = Li+ + e Be = Be+ + e B = B+ + e C = C+ + e N = N+ + e O = O+ + e F = F+ + e Năng lượng ion hóa I1 (eV) 3,21.1024 4,78.1024 4,716.1024 4,9375.1024 8,167.1024 8,1577.1024 9.926.1024 Họ và tên : Trần Văn Quang Thực hành : Hóa tính toán Lớp : Sư phạm hóa K35 BÀI BÁO... hóa I1 (eV) 3,21.1024 4,78.1024 4,716.1024 4,9375.1024 8,167.1024 8,1577.1024 9.926.1024 Họ và tên : Trần Văn Quang Thực hành : Hóa tính toán Lớp : Sư phạm hóa K35 BÀI BÁO CÁO THỰC HÀNH Bài 9: tính diện tích - - Hãy tối ưu hình học và tính tần số dao động của các phân tử C6H6 , C6H5NO2 , C6H5CH3 , p-xilen, CH3C6H4NO2 , C6H5Cl Đồng thời xét sự phân bố điện tích của các phân tử đó theo phương pháp Mulliken,... electrophin trong các phân tử C6H5NO2 , C6H5CH3 , p-xilen, CH3C6H4NO2 , C6H5Cl Bài 10: Phân tích obitan và vẽ giản đồ năng lượng - Hãy biểu diễn các obitan hóa trị và obitan biên của các phân tử : H2O , NH3, CH4, C2H4, C6H6 sử dụng các tính toán hóa học lượng tử ở mức lí thuyết HF/STO-3G Vẽ giản đồ MO và phân tích liên kết của chúng Bài làm: Bài 9 C6H6: Mulliken atomic charges: 1 C 2 C 3 C 4 C 5 C 6 C... -20,1923 -3,5133 -9,7225 1,364.107 8,335.107 Nhận xét: khả năng phản ứng của CH2=CH2 với các H2X thì ta thấy CH2=CH2 phản ứng với H2Se > H2S >H2O Bài 8: Tính toán các thông số nhiệt động của các phản ứng a) Entanpi hình thành chuẩn và năng lượng tự do Gibbs hình thành chuẩn của các chất ở 298K theo mức lý thuyết HF/6-311+G(d,p) 1 hatree=627,5kcal/mol Bảng: các thông số nhiệt động của các phản ứng Phân tử H2O... ∆E𝜋 ∆Erp -2648.49 -2648.51 Tính hằng số cân bằng, hằng số tốc độ phản ứng và năng lượng hoạt hóa đối với mỗi phản ứng T = 298K, R= 1,9872 cal/K.mol; 1 hartree = 627,5 kcal/mol; kb = 0,3321095.10-23 cal/k; h = 1,583554.10-34 cal.s Hằng số cân bằng: E = Esau – Etrước ; Lnkcb = ∆𝑆 𝑅 ∆𝐻 - 𝑅𝑇 ; k = 𝑘𝑏.𝑇 ℎ exp ‒ ∆𝐺 𝑅𝑇 CH2=CH2 + HX Bảng: các giá trị nhiệt động (kcal/mol) và động học của các phản ứng(cm3.mol-1.s-1)... tiến trình phản ứng -2476.76 Tính hằng số cân bằng, hằng số tốc độ phản ứng và năng lượng hoạt hóa đối với mỗi phản ứng T = 298K, R= 1,9872 cal/K.mol; 1 hartree = 627,5 kcal/mol; kb = 0,3321095.10-23 cal/k; h = 1,583554.10-34 cal.s Hằng số cân bằng: E = Esau – Etrước ; Lnkcb = ∆𝑆 𝑅 ∆𝐻 - 𝑅𝑇 ; k = 𝑘𝑏.𝑇 ℎ exp ‒ ∆𝐺 𝑅𝑇 CH2=CH2 + HX Bảng: các giá trị nhiệt động (kcal/mol) và động học của các phản ứng(cm3.mol-1.s-1)... -288703,2471 -62774,92995 ∆G0(kcal/mol) -47720,025 -35263,085 -288716,5301 -627872666 HBr N2O5 N2O NO2 -1614523,761 -303044,6799 -115281,817 -128059,623 -1614537,795 -303098,39 -115302,2465 -128076,611 b) Tính năng lượng phân ly các liên kết của các phân tử HF, HCl, HBr, HI tại mức lý thuyết B3LYP/6-31++G(d,p) Phương trình phản ứng Năng lượng phân ly liên kết((kcal/mol) + HF = H + F 57,3741 + HCl = H +...Họ và tên: Trần Văn Quang Lớp: Sư phạm Hóa K35 Bài 7: Xây dựng bề mặt thế năng theo phương pháp HF/6-31+G(d,p) 1) CH2=CH2 + HX a) CH2=CH2 + HF -177.9 EZPE -177.92 ∆E#p -177.94 -177.96 -177.98 -178 ∆E𝜋 ∆Er + -178.02 tiến trình phản ứng -178.04... trên nguyên tử C ở vị trí o âm hơn so với C ở vị trí m Do đó,trong phản ứng thế electrophin, tác nhân E+ sẽ được ưu tiên thế vào vị trí o Với phân tử p-xilen(p-dimetylbenzen): vì cả 2 đều là nhóm hoạt hóa vòng,lại ở vị trí p của nhau nên mật độ điện tích âm trên C ở các vị trí o và m là giống - nhau Do đó,trong phản ứng thế electrophin, tác nhân E+ sẽ được thế vào vị trí o và m với khả năng như nhau