Энтальпия образования индивидуальных веществ. Прогнозирование энтальпии образования методом Бенсона
Поправки на напряжение циклов приведены в табл. 1.2 (подразделы “Поправки на 3,4-, 5,6-, 7-17-членные циклы и полициклические соединения”). Количество поправок для циклических структур в последней редакции метода Бенсона расширено по сравнению с предыдущими версиями [6, 7], однако не охватывает все возможные ситуации. Полагаем, что структуры, приведенные в табл. 1.2, должны стимулировать пользователя к самостоятельному поиску способов оценки значений поправок для интересующих циклических соединений. При этом наряду с экспериментальными данными во многих случаях для циклических структур могут достаточно эффективно использоваться методы молекулярной механики.
При расчете поправок на гош-взаимодействие учитываются все неконцевые связи алкильных заместителей, в том числе и -углерод-углеродные связи, т.е. связи между циклом и алкильным, но не метильным заместителем.
Алкены
Прогнозирование алкенов состоит в вычислении аддитивной составляющей энтальпии образования и введении поправок:
· на цис-взаимодействия заместителей (табл. 1.2, подраздел “Поправки цис-, орто/пара взаимодействия”), если таковые имеются в молекуле;
· на гош-взаимодействие для насыщенной части молекулы; расчет производится аналогично рассмотренному выше подходу;
· на гош-взаимодействие алкенильного фрагмента с рядом расположенными группами (табл. 1.2, подраздел “Поправки на гош- и 1,5-отталкивающие взаимодействия”).
При расчете аддитивной составляющей алкенов для атомов углерода при двойной связи приняты символы: =СH2, =СН–(С) и =С–(2С). Эти атомы имеют за пределами двойной связи в первом окружении только два атома: водорода и (или) углерода.
Суммарное количество парциальных вкладов в свойство равно числу углеродных атомов в молекуле.
Например, для 2-пентена будем иметь: 1 группу CH3–(=С), 2 группы =СH–(C), 1 группу CH2–(C,=С) и 1 группу CH3–(C).
При расчете поправок на гош-взаимодействие для насыщенной части молекулы учитываются все неконцевые углерод-углеродные связи, начиная с связи. При рассмотрении связи величина поправки, равная 3,35 кДж/моль, применяется только для гош-взаимодействий типа “алкан-алкан”. Для гош-взаимодейстий типа “алкен-алкан” используется поправка, равная 2,09 кДж/моль (в табл. 1.2 она отнесена к категории “алкен-негалоген”).
Расчет иллюстрируется примерами, приведенными в табл. 1.5.
Таблица 1.5
Тип атома или группы |
Количество атомов или групп данного типа |
Парциальный вклад, кДж/моль |
Вклад в свойство, кДж/моль |
Бицикло[2.2.1]гепт-2-ен | |||
CH2–(2C) |
3 |
-20,64 |
-61,92 |
CH–(3С) |
2 |
-7,95 |
-15,90 |
=СН–(С) |
2 |
35,96 |
71,92 |
Аддитивная составляющая свойства |
7 |
-5,90 | |
Поправки на напряжение циклов |
1 |
(67,48+132,27)/2 = 99,88 |
99,88 |
|
93,97 | ||
Бицикло[2.2.1]гепта-2,5-диен | |||
CH2–(2C) |
1 |
-20,64 |
-20,64 |
CH–(3С) |
2 |
-7,95 |
-15,90 |
=СН–(С) |
4 |
35,96 |
143,84 |
Окончание табл. 1.5
Тип атома или группы |
Количество атомов или групп данного типа |
Парциальный вклад, кДж/моль |
Вклад в свойство, кДж/моль |
Аддитивная составляющая свойства |
7 |
107,30 | |
Поправки на напряжение циклов |
1 |
132,27 |
132,27 |
|
239,57 |
Необходимо заметить, что значения цис-поправок существенно зависят от эффективных объемов взаимодействующих групп. Однако в табл. 1.2 приводятся только две цис-поправки для алкильных групп. Нам представляется вполне оправданным привлечение методов молекулярной механики для их оценки в ситуациях, не прописанных в табл. 1.2.
Ацетиленовые углеводороды
Прогнозирование ацетиленовых углеводородов состоит в вычислении аддитивной составляющей энтальпии образования и введении поправки на гош-взаимодействие для насыщенной части молекулы. Алкинильный фрагмент молекулы является плоским и практически не создает стерических затруднений при своем вращении, которые могли бы требовать введения специальных поправок при расчете .
Расчет иллюстрируется примером, приведенным в табл. 1.6.