Nghiên cứu độ bền khả phản ứng số hợp chất hữu đơn vòng phương pháp hóa học lượng tử Nguyễn Thị Hải Hòa Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn ThS Chuyên ngành: Hóa lý thuyết Hóa lý; Mã số 60 44 31 Người hướng dẫn: PGS.TS Phạm Văn Nhiêu Năm bảo vệ: 2013 Abstract Trình bày sở lý thuyết hóa học lượng tử: Phương trình Schrodinger; Sự gần Born – Oppenheirmer (Bon-Openhemơ); Phương pháp biến phân; Thuyết trường tự hợp Hartree-Fork; Phương trình Roothaan Nghiên cứu sở phương pháp tính gần lượng tử: Giới thiệu phương pháp tính gần đúng; Tương quan electron; Bộ hàm sở; Phương pháp phiếm hàm mật độ (DFT); Phần mềm Gaussian 09 Nghiên cứu sở lý thuyết hóa học hữu cơ: Hiệu ứng cảm ứng; Hiệu ứng liên hợp; Hiệu ứng siêu liên hợp; Hiệu ứng không gian; Hiệu ứng ortho; Quy luật bán định lượng ảnh hưởng qua lại phân tử - phương trình Hammet; Phản ứng nhân thơm Tiến hành nghiên cứu số vấn đề như: Benzen dãy đồng đẳng benzen (Aren); Dẫn xuất halogen CxHyXz ( z 1); Phenol; Anilin; Nitrobenzen; Axit benzoic Trình bày số kết đạt được: Quy tắc Huckel tính thơm; Benzen dẫn xuất halogen benzen; Benzen dẫn xuất nhóm loại 1; Benzen dẫn xuất nhóm loại 2; Toluen dẫn xuất halogen toluen; Phenol dẫn xuất halogen Phenol; Anilin dẫn xuất halogen Anilin; Axit benzoic dẫn xuất halogen axit benzoic; Nitrobenzen dẫn xuất halogen Nitrobenzen; Benzen dẫn xuất halogen benzen; Toluen dẫn xuất halogen toluen; Phenol dẫn xuất halogen phenol; Anilin dẫn xuất halogen Anilin; Axit benzoic dẫn xuất halogen Axit benzoic Keywords Hóa học lượng tử; Hợp chất hữu đơn vòng; Phương pháp biến phân Content MỞ ĐẦU Hóa học lượng tử bắt đầu phát triển từ khoảng năm 30 kỷ XX ngày chứng tỏ lý thuyết khơng thể thiếu lĩnh vực hóa học Hóa học lượng tử ngành khoa học nghiên cứu hệ lượng tử dựa vào phương trình tắc học lượng tử Schorodinger đưa năm 1926, nhanh chóng trở thành cơng cụ hữu ích hóa lý thuyết để sâu tìm hiểu, nghiên cứu vấn đề cốt lõi hóa học cấu trúc tính chất hóa lý chất Sự xâm nhập ngày sâu rộng hóa học lượng tử (HHLT) vào hóa học hữu (HHHC) đem lại cho HHHC sở lý thuyết vững vàng, tạo điều kiện cho HHHC phát triển mạnh mẽ, ngày có nhiều ứng dụng sâu rộng khoa học công nghệ đời sống Trong lĩnh vực giảng dạy hóa học, nhờ có HHLT mà HHHC có chất, quy luật định lượng Các quy luật phản ứng vào số hợp chất hữu cơ, đặc biệt phản ứng vào vòng benzen quy luật thực nghiệm hình thành lâu, sử dụng nhiều giảng dạy hóa học hữu Các nghiên cứu khoa học hướng vào liên kết C – H vòng benzen Tuy nhiên chưa có tài liệu cơng bố số liệu giải thích làm rõ thêm quy luật Trong đó, phần mềm sử dụng tính tốn HHLT ngồi việc xác định cấu trúc đưa tham số HHLT làm sáng tỏ nhiều chế phản ứng hóa học, giải thích đắn quy luật hóa học, kiểm tra kết nhận từ thực nghiệm Hơn nữa, HHLT thực số nghiên cứu mà thực nghiệm làm dự đoán số kết quả, khảo sát hợp chất chuyển tiếp, hợp chất trung gian có thời gian tồn ngắn Hiện nay, việc đổi phương pháp dạy học triển khai rộng khắp toàn ngành giáo dục Để chuyển trình dạy – học từ truyền thụ - chấp nhận sang hướng dẫn – chủ động khám phá tri thức, “Dạy chất, quy luật có định hướng” Trên thực tế, phương trình Schrodinger hệ nhiều hạt phức tạp, giải cách xác mà phải giải phương pháp gần Có nhiều phương pháp gần với mức độ xác khác Ngày nay, phát triển nhanh chóng khoa học công nghệ, phần mềm ứng dụng HHLT hóa lý thuyết trở thành cơng cụ đắc lực việc hồn chỉnh phương pháp tính đặc biệt cho phép giải toán lớn, phức tạp với tốc độ xử lý nhanh, tốn Các phần mềm hóa học xây dựng MOPAC, HYPERCHEM, GAUSSIAN… vận hành hệ điều hành khác nhau, với phiên thường xuyên nâng cấp Tùy theo mục đích nghiên cứu, thời gian tính đặc điểm hệ chất nghiên cứu mà phần mềm có tính ưu việt riêng Trong số đó, GAUSSIAN phần mềm phát triển vượt trội phương pháp ab initio (DFT) hiệu quả, nhiều nhà nghiên cứu chuyên nghiệp sử dụng Với thuật toán viết tốt hơn, bước tối ưu hóa Gaussian cần chuẩn hội tụ Hyperchem có Tuy chạy chậm có độ xác cao, cơng cụ hữu hiệu trợ giúp nhà hóa học thực nghiệm nghiên cứu Từ lý trên, chọn đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu độ bền khả phản ứng số hợp chất hữu đơn vòng phương pháp hóa học lượng tử” Luận văn gồm phần mở đầu, nội dung, kết luận, tài liệu tham khảo phụ lục, phần nội dung gồm chương Chương Tổng quan Chương Đối tượng phương pháp nghiên cứu Chương Kết thảo luận Tôi hy vọng kết luận văn góp phần làm rõ hướng số phản ứng tài liệu tham khảo cho việc giảng dạy hóa học trường phổ thơng Reference TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Thị Lan Anh (2011), Luận văn thạc sĩ khoa học hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN Nguyễn Đình Huề, Nguyễn Đức Chuy (1986), Thuyết lượng tử nguyên tử phân tử, Tập I, Nhà xuất Giáo dục Nguyễn Đình Huề, Nguyễn Đức Chuy (1986), Thuyết lượng tử nguyên tử phân tử, Tập II, Nhà xuất Giáo dục Trần Thành Huế (2000), Hóa học đại cương, Tập I; Nhà xuất Giáo dục Trần Thành Huế; Bài giảng dành cho học viên Cao học; Trường ĐHSP Hà Nội, 2002 6 Lê Thị Thu Hương, Nguyễn Thị Minh Huệ, Trần Thành Huế; Khảo sát số khả xảy phản ứng CH2 + N2O phương pháp hoá học lượng tử; Tuyển tập báo cáo toàn hội nghị đề tài nghiên cứu đề tài khoa học lĩnh vực Hố lý Hóa lý thuyết, Hà Nội 1/2002 Nguyễn Thị Bích Loan; Luận văn thạc sĩ khoa học hóa học; trường Đại học Sư phạm Hà Nội, 2003 Nguyễn Hà My (2013), Luận văn thạc sĩ khoa học hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN Hồng Nhâm (1994), Hóa học vơ cơ, Tập II, Nhà xuất Giáo dục 10 Đỗ Đình Rãng, Đặng Đình Bạch, Lê Thị Anh Đào, Nguyễn Mạnh Hà, Nguyễn Thị Thanh Phong (2006), Hóa học hữu 1, NXB Giáo dục 11 Đỗ Đình Rãng, Đặng Đình Bạch, Lê Thị Anh Đào, Nguyễn Mạnh Hà, Nguyễn Thị Thanh Phong (2006), Hóa học hữu 2, NXB Giáo dục 12 Đỗ Đình Rãng, Đặng Đình Bạch, Lê Thị Anh Đào, Nguyễn Mạnh Hà, Nguyễn Thị Thanh Phong (2006), Hóa học hữu 3, NXB Giáo dục 13 Phan Tống Sơn, Trần Quốc Sơn, Đặng Như Tại (1976), Cơ sở Hóa học hữu cơ, tập I, Nhà xuất Đại học trung học chuyên nghiệp, Hà Nội 14 Phan Tống Sơn, Trần Quốc Sơn, Đặng Như Tại (1980), Cơ sở Hóa học hữu cơ, Tập II, Nhà xuất Đại học trung học chuyên nghiệp, Hà Nội 15 Trần Quốc Sơn (1989), Giáo trình sở lý thuyết Hóa học hữu cơ, Nhà xuất giáo dục 16 Trần Quốc Sơn (1979),Cơ sở lý thuyết hóa hữu cơ, Tập I, Nhà xuất giáo dục 17 Trần Quốc Sơn, Đặng Văn Liễu (1999),Cơ sở hóa hữu cơ, Tập I, Nhà xuất giáo dục 18 Lâm Ngọc Thiềm - Trần Hiệp Hải - Nguyễn Thị Thu (2003), Bài tập hóa lý sở; Nhà xuất khoa học kỹ thuật 19 Lâm Ngọc Thiềm, Phạm Văn Nhiêu, Lê Kim Long (2008), Cơ sở hóa học lượng tử, NXB Khoa học Kĩ thuật 20 Nguyễn Minh Thảo, Phạm Văn Phong; xác định cấu thành Ơgienyl axetat sản phẩm chuyển vị Fries phương pháp tính Hố lượng tử; Tạp chí Hố học, số năm 2002 21 Nguyễn Thị Thảo, Phạm Văn Phong; Xác định cấu thành Xeton ,- không no (từ o-axetylơgienol fomylindol) sản phẩm chuyển hố phương pháp Hố học lượng tử;Tạp chí Hố học, số năm 2002 22 Nguyễn Trọng Thọ (2002), ứng dụng tin học giảng dạy hóa học, Nhà xuất giáo dục 23 Đào Đình Thức (1980), Cấu tạo nguyên tử liên kết hóa học, NXB ĐH THCN 24 Thái Doãn Tĩnh (2002), Giáo trình sở lý thuyết hóa hữu cơ, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật 25 Thái Doãn Tĩnh (2001), Cơ sở hóa học hữu cơ, Tập I, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật 26 Thái Dỗn Tĩnh (2003), Cơ sở hóa học hữu cơ,Tập II, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật 27 Đặng Ứng Vận (2001), Phương pháp Hóa tin lượng tử nghiên cứu phản ứng hóa học, Hà Nội 28 Đặng Ứng Vận (1998), Tin học ứng dụng hóa học, NXB Giáo dục Tiếng Anh 29 Foresman J.B Frisek E (1993), Exploring Chemistry with electronic structure methods, second edition, Gaussian, Inc Pitburgh, PA 30 Ramachandran K.I., Deepa G., Namboori K (2008) Computational chemistry and molecular modeling: principle and application, Sringer-Verlag Berlin Heidelberg 31 Pople J A Beveridge D L (1970) Approximate Molecular Orbital Theory, Mc Graw Hill book company 32 Levine I N (2000) Quantum chemistry (1th Edition) Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey 07458 33 Jensen F (2007) Introduction Computationnal Chemistry, Second edition, John Willey & Sons Ltd 34 Lewars E G (2003) Computationnal Chemistry introduction to the theory and applications of the molecular and quantum mechanics, second printing (2004) Trang Web Phương pháp trường tự hợp Hatree – Fock áp dụng cho hệ nhiều điện tử: www.voer.edu.vn http://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=107-92-6 http://www.hoahocngaynay.com/vi/nghien-cuu-giang-day/hoa-hoc-nha-truong http://thiendongduc.violet.vn/present/same/entry_id/587904 http://giaoan.violet.vn/present/show?entry_id=3105849 http://vi.wikipedia.org/wiki/Anilin http://www.moon.vn/baigiang/LyThuyet.aspx?ChuyenDe http://daitudien.net/hoa-hoc/hoa-hoc-ve-nitrobenzen.html http://en.wikipedia.org/wiki/Nitrobenzene ... Hóa học lượng tử bắt đầu phát triển từ khoảng năm 30 kỷ XX ngày chứng tỏ lý thuyết thiếu lĩnh vực hóa học Hóa học lượng tử ngành khoa học nghiên cứu hệ lượng tử dựa vào phương trình tắc học lượng. .. tài nghiên cứu Nghiên cứu độ bền khả phản ứng số hợp chất hữu đơn vòng phương pháp hóa học lượng tử Luận văn gồm phần mở đầu, nội dung, kết luận, tài liệu tham khảo phụ lục, phần nội dung gồm... Nhà xuất Khoa học kỹ thuật 27 Đặng Ứng Vận (2001), Phương pháp Hóa tin lượng tử nghiên cứu phản ứng hóa học, Hà Nội 28 Đặng Ứng Vận (1998), Tin học ứng dụng hóa học, NXB Giáo dục Tiếng Anh 29 Foresman