计算和理论研究桥头同分异构体的活性物种C8H13 + A¢€“:DFT水平的研究

文摘

活跃的电子密度Iso-I [2.2.2 Bicyclo)辛烷)和Iso - II [Bicyclo(3.2.1)辛烷]的基本属性是减少多体的波函数的问题。电子密度依赖于三个空间坐标(3 n),可以用来描述这些分子的激发态。很难得到精确的交换功能和关联某些物理量(自由电子除外)。局域密度近似(LDA)和当地的自旋密度近似(包括电子自旋)(LSDA)以及广义梯度近似(计算非齐交流的真正的电子密度)(GGA)已被用于测量物理量。理论进行了调查使用密度泛函理论的B3LYP理论水平在高斯?我*项目。

关键字

可卡因药物,Bicyclo(2.2.2)辛烷,Bicyclo(3.2.1)辛烷,几何和热化学分析

介绍

精神兴奋药使用率很高而滥用可卡因相比其他非法毒品是一个日益增长的国际公共卫生(1]。封锁可卡因会刺激中枢神经系统的神经递质和诱导损伤心血管系统是广泛报道2,3]。参与了研究理解的作用机制,发现可卡因的添加剂性能很大程度上取决于它能够抑制多巴胺(4- - - - - -9]。尽管DAT的首要重点药物的发展,还是全面了解可卡因和托烷类似物的机制作用在分子一直难以捉摸。研究报道的合成和绑定配置文件bicyclo[3.2.1]辛烷的核心3 - (biaryl) 8-oxabicyclo (3.2.1) oct-2-ene-2-carboxylic酸甲基酯的DAT [10]。Bicyclo[3.2.1]辛烷等衍生品8 - azabicyclo[3.2.1]辛烷作为很重要的药用价值的主要前体合成生物碱因其通用的反应,如anatoxin-a epibatidine, epiboxidine 1, pupukeanone Gibberelline 12 (11]。

一系列bicyclo[2.2.2]辛烷接近结构模拟的两个关键亮氨酸(L690和L694)是有用的核激素受体(NR)和类固醇受体共激活剂(SRC)反应12]。这些同分异构体的应用在这两个位置可以抑制NR-SRC在肽键相互作用。最初,这是用于治疗癌症的12],bicyclo[3.2.1]辛烷环是无处不在的在不同的大分子骨架主要是因为carbo-bicyclo自然与变量功能多样性尤其是三、四环的,sesqui和二萜13]。几个反应已经由使用这两个分子作为骨架结构像4 -取代自行车(2.2.2)Octane-1-carboxylic酸(13)或2-carboxylic酸(14),自行车(2.2.2)octane-2, 5 -土卫四(15),不对称1,4-bis(乙炔基)自行车(2.2.2)辛烷(16)等。

在目前的工作,我们只专注于Bridged-head环在气相。Clayden简化,桥头堡二环化合物是原子的桥被对面的一侧环。这些化合物是完全碳(碳)或杂环(一个或多个非碳原子),而这些戒指总是不同的特点,即使他们出现平面。由于几何约束引起的桥,没有双键形成在大多数的桥头堡环被称为Bredt法则(17),但与数量足够大的原子,这个扭曲放松,允许形成一个双键的桥头堡环(18]。桥头堡环有两个活跃的同分异构体,桥接碳包含bicyclo[2.2.2]辛烷和bicyclo[3.2.1]辛烷,它分别被分配Iso-I和Iso-II。在目前的研究中,从头开始密度泛函理论(DFT)计算了比较和评估活动结构异构体的相对稳定性通过他们的几何参数,精力充沛,热力学和热化学分析和比较与实验结构。

实验部分

计算几何和热化学活性桥头堡的同分异构体的DFT通过使用各种基础集G09软件包(19]。分子结构与GaussView[被吸引20.5.0图形界面。积极iso-I和Iso-II同分异构体的电子密度视为文具系统,在这里,总多电子系统的基态能量密度的函数。键角的值,键长和二面角角度从混合方法在6 - 311 g + dp (21]。马利肯指控的重要结构,最高占据分子轨道(人类)和最低未占据分子轨道(LUMO) HOMO-LUMO,电子密度随着他们的价值观得到内部能量的总价值,热容和熵优化计算的频率。

DFT决定所有的分子的物理特征,大致分为四类根据类型的函数依赖即。,当地密度近似(LDA),梯度修正(GC)或概括梯度近似(GGA)和当地的自旋-密度近似(LSDA)和混合法(22,23]。LDA方法假设所有的分子都是统一的密度在整个分子的公式。计算几何和热化学活性桥头堡的同分异构体的DFT通过使用各种基础集G09软件包(19]。分子结构与GaussView[被吸引20.5.0图形界面。积极iso-I和Iso-II同分异构体的电子密度视为文具系统,在这里,总多电子系统的基态能量密度的函数。键角的值,键长和二面角角度从混合方法在6 - 311 g + dp (21]。马利肯指控的重要结构,最高占据分子轨道(人类)和最低未占据分子轨道(LUMO) HOMO-LUMO,电子密度随着他们的价值观得到内部能量的总价值,热容和熵优化计算的频率。

DFT决定所有的分子的物理特征,大致分为四类根据类型的函数依赖即。,当地密度近似(LDA),梯度修正(GC)或概括梯度近似(GGA)和当地的自旋-密度近似(LSDA)和混合法(22,23]。LDA方法假设所有的分子都是统一的密度在整个分子的公式:

包括电子的旋转时,我们有LSDA的数学公式:

GC或GGA假定电子密度的不均匀性和有以下公式:

而最后一个是混合方法,试图将更多有用的功能从较低的计算B3LYP / 6 - 311 g + dp,最常用的方法被用于这项研究。DFT计算现在更欣赏定量准确的动态电子相关的电子结构和静态关联或非动态相关性比波函数理论(WFT)。

频率计算预测所有的热化学分析系统的热能(E)、热容(CV)和熵(S)给出的输出。熵是用来计算焓的吉布斯费能。电子和热能量的总和的价值是一样的内能U表示为(E = E0 + Etrans + Erot + Evib =选择+ Etherm)、焓的计算系统也表示当H (H = E + p - v = Eelect + Htherm),和系统的吉布斯自由能是表示G (G = H-TS = Eelect + Gtherm)。

计算的热化学能源系统的关系从高斯09年获得软件和实验得到的公式如下所示:

(1)热修正能量(E_小卡=一个零点+ E_反式+ E_腐烂+ E_vib),

(2)热修正焓(H_小卡= E_小卡+ pV),

(3)热校正的吉布斯自由能(G_小卡= H_小卡ts),

(4)电子和零点能量之和(E₀= E_选举+一个零点)

(5)电子和热能量的总和(E = E₀+ E_反式+ E_腐烂+ E_vib= E_选举+ E_小卡),

(6)和电子和热焓变(H = E + p - v = E_选举+ H_小卡),

(7)和电子和热的自由能(G = H-TS = E_选举+ G_小卡)。

结果与讨论

优化几何

优化结构是通过密度泛函理论(DFT)计算。积极同分异构体调查所示表1和2Iso-I和Iso-II优化而不活跃的同分异构体的分子几何图形Iso-I和Iso-II与实验值吻合较好,键长(碳碳= 1.54,1.56,碳氢键= 1.09),键角(C-C-C = 101 112.09)和二面角(C-C-C-C = 0.00±71.47)。Iso-I (H₂)有两个碳原子的桥头堡,但氢引起的债券之间打破HG, AB和EF的失真和排斥的lh和RHS戒指,移除一个氢碳C (图1)。一个氢也从碳H(删除图1 b)。Iso-II (H₁)有一个碳原子的桥接,从环分子的一端连接到其他非对称循环环和碳C和D之间的键坏了,和C和H之间的双键形成,与不活跃的同分异构体。

表1。活跃Iso-I优化几何参数和Iso-II债券长度(A),键角(∠)和二面角角度(ϕ)得到的计算值在6 - 311 g + * *。

表2。Harttree福克能源和它们的相对能量桥的异构体在B3LYP / 6-31Gd 6-31Gdp, 6 - 311 gd 6 - 311 g + dp。

桥头堡环

除有一个稳定的碳氢化合物的阳离子氢形成不稳定的同分异构体,但我们正在寻找最主要氢环境最方便的反应。

Bicyclo(2.2.2)辛烷(Iso-I)

在这里,我们有两个氢环境中,一个氢从角落中移除碳,另一个是中心或共同的碳和他们被称为H₁和H₂分别。在Iso -我,H₂更主要的,H是稳定的顺序₂> H₁(图2)。

Bicyclo(3.2.1)辛烷(Iso-II)

我们有四个氢环境和稳定的秩序是H₁> H₂> H₄> H₃分别。哈特里能量的H₁和H₂几乎是类似的,他们的区别是1.87千卡/摩尔。然而,H₃和H₄有点不同,它们的值分别为6.83和5.16千卡/摩尔(图3)。

桥头堡

在这里Iso-I,非键的键长碳三个角落AB, EF和GH是类似的,即,1。63Å, though one hydrogen is removed from the common (or centred) carbon, the symmetrical nature is still conserved. As we see from the bond length of the three corners, this isomer is divided into two parts. On one side of the isomer (A-D-E-H), we have the similar bond length of 1.53 Å between these carbons -AD, DE and DH. On the other side of B-C-G-F, all the bond lengths (BC, CF and CG) are same, i.e., 1.45 Å. Iso- I is exactly symmetrical when viewed at the centre of C and D. The distance between the carbons and hydrogens are 1.08, but the centre carbon D-H is 1.09 (图4一)。

在Iso - II,去除氢从环己烷环,有一个键的断裂和形成双键。AB的键长和非常相同,即,1。54Å, and the bond length of CA and GH are also similar, i.e., 1.50 Å. The other similar bond length is found between DE and BF, and the length of the bond are 1.53 Å each. The bond length of the broken bond lies between C and D, i.e., 1.86 Å (1.5 Å normals) and the new double bond is seen between C and H (1.39 Å). The distance of the non-binding carbon and their bond lengths of BC and FH are 2.41 Å and 2.55 Å respectively. The distance between carbon and Hydrogen at carbon B-H is 1.09 Å, and all the rest of the carbon and hydrogens are 1.08 Å (图4 b)。

Iso -我,因为我们知道这个异构体的键长坏了三个点,即、AB、EF和GH。但他们从键角对称属性可以被证明。ABC的键角,CFE 98.92和全息∠,供应量的键角,GCB FCG∠117.74,这清楚地显示有一个轻微的键角的变化,因为常见的删除一个氢碳“C”。相比之下,我们有一个共同的价值从109.22∠电火花强化的键角,正面和抗利尿激素而DHG和电火花强化∠109.51,显示两个收益率非常相似的结果。整个键角的真实本性sp (12)(图5一个)。

在Iso - II中,我们有一个不同的数字键角的范围在123.46到69.64之间,和碳之间的距离,C和D都破了。在环己烷∠BAC和∠BFG∠∠105.02和111.15。∠疼或者∠FGH∠∠120.13和113.52。∠GHC和FBA∠∠∠123.46和109.37。外环己烷,∠床,即。∠107.13。(图5 b)。

Iso -我有一个对称布置,可以证明在DABC二面角,DEFC球会,我们有相同的值为0.37,在ABCF HGCB,我们有相同的值为75.52。但在FEDA BADH,二面角值为-59.94,而在ABCG EFCB,我们分别75.05 (图6)。在Iso - II,没有二面角的相同的值,在BCDE(10.71)和BCHF (17.91) (图6 b)。同样,在ABFG ACHG,分别为-59.45和-5.92。给出了所有的细节表1。

形成的热

这两种同分异构体不相似的空间安排,但他们的能量几乎相同,和哈特里计算完成了不同基底集合(B3LYP / 6-31Gd 6-31Gdp 6 - 311 gd和6 - 311 g + dp)。Iso - II具有更高价值的最高水平计算B3LYP / 6 - 311 g + dp,和他们的能量差与Iso-I 0.038千卡/摩尔。但在其他基础集,比Iso-II Iso-I具有更高的价值。当我们看他们的安排,即使这三个键角是打破,Iso-I有我们观察从几何对称的安排应该是更加稳定和更高的每一个角落,相比之下在最高的层次上,我们可以能够观察Iso-II的更稳定的价值。Iso-II,之间有一个键之间形成碳C和D和双C和h . Iso - II的高稳定性的主要原因可能是由于环己烷的保护,而且会有碳C-H-G之间的电子离域。

热化学分析

的热化学价值Iso-I和Iso-II相比使用热能(E_合计),热容(C_合计)和熵(S_合计)计算总额的平移、旋转、振动和电子产品。

总热能(E_合计)在电子Iso-I和Iso-II是相同的,但不同振动和转速和他们的区别是0.142千卡/摩尔这意味着所有粒子的运动或交互Iso-I高于Iso-II所示表3和4。的能量需要提高温度高于Iso-I Iso-II的0.117 Cals /摩尔。的熵Iso - II 2.768 cals /摩尔也更高,这意味着有更多的障碍或系统的随机性Iso-II恒定的温度。

表3。总热能修正(E_合计),摩尔热容(C_合计)和偶极矩Iso-I (D)的活跃。

表4。总热能修正(E_合计),摩尔热容(C_合计)和偶极矩Iso-II (D)的活跃。

内部能量(E或U)的总能量是封闭的系统,它是整个系统的势能由于一个外力,不包括运动的能量(动能系统)。内部能量的变化是ΔU = q(系统加入的热量)±w(加号表示对系统做的功,负号表示系统做的功)。在这两种同分异构体,Iso-II内部能量高于Iso-I,的值分别为-195945.400千卡/摩尔和-195945.579千卡/摩尔,而他们的能量差为-0.179千卡/摩尔。这里问和w的值是负的能量离开系统,系统的总能量却降低了。

焓是内部能量的总和及其压强和体积的乘积。它是用H (H = E + p - v),可以被定义为热焓的变化发展或吸收反应在恒温和恒压。Iso-I焓和Iso-II -195944.808千卡/摩尔和-195944.987千卡/摩尔分别和不同的是0.179千卡/克分子。最大的能量可以转化为有用的工作称为吉布斯自由能,可以表示为G (G = H-TS)。Iso-I的价值和Iso-II -195968.517 K /摩尔和-195969.523 K /摩尔分别和他们的区别是-1.006千卡/摩尔。

在Iso-I (H₂),偶极矩0.7215德拜,而零点振动能是507051.4 (j /摩尔)/ 121.18820(千卡/摩尔)和计算分子质量是109.10173阿姆河。总热能校正(E_合计),摩尔热容(C_合计)和偶极矩计算在B3LYP / 6 - 311 g + dp中给出表3。零点能量(E°),热能量(E)、热焓变(H)和热自由能(G)给出的值表5。

表5所示。零点能量(Eₒ),热能量(E)、热焓变(H)、热自由能(G)和哈特里值转化成千卡/摩尔。

在Iso-II (H₁)偶极矩1.0534德拜和零点振动能是506079.3 (j /摩尔)/ 120.95585(千卡/摩尔)。总热能校正(E_合计),摩尔热容(C_合计)和偶极矩计算在B3LYP / 6 - 311 g + dp给出表4。分子质量是109.10173阿姆河。零点能量(E°),热能量(E)、热焓变(H)和热自由能(G)给出的值表5。

结论

过去了几个研究可卡因滥用的潜在药物尤其是努力已经投资了可卡因化合物的合成和生物评价。最广泛的oxatropanes调查。在目前的研究中,密度泛函理论计算了调查两个积极的同分异构体的结构特点(Iso-I和Iso-II)在B3LYP / 6 - 311 g的水平。计算表明,Iso - II比Iso-I更稳定,而最稳定的异构体确认内部能量就越高。量子化学计算提供准确的配分函数和相关的热力学性质。相关的数据,这些同分异构体可能在将来的研究中进一步帮助解决结构性的修改。

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