ИСТИНА

Диазиридины - фармакологически и технически значимые соединения, проявляют антидепрессивную активность и представляют интерес в качестве горючих компонентов жидких ракетных топлив. Установление закономерностей их строения в газовой фазе на основе совместного анализа данных газовой электронографии, квантовой химии, колебательной и микроволновой спектроскопии, позволит определить какие стереохимические и электронные эффекты являются приоритетными при образовании устойчивых равновесных конфигураций этих молекул, что позволит открыть путь к поиску количественных соотношений «структура – свойство».

Diaziridines (diazacyclopropanes) are pharmacologically and technically significant heterocyclic compounds. They have a directed effect on the central nervous system, exhibiting various types of neurotropic activity, mainly antidepressant. The diaziridines have a high enthalpy of formation since they contain strained three-membered cycles in which there is an N – N bond. Unlike hydrazine derivatives, these compounds are of low toxicity; therefore, they are of potential interest as combustible components of liquid rocket fuels. Establishing regularities of their structure in the gas phase on the basis of joint analysis of gas electron diffraction data, quantum chemistry, vibrational and microwave spectroscopy, NMR spectroscopy will allow determining which stereochemical and electronic effects are priority in the formation of stable equilibrium configurations of these molecules. As a result of the study, it is planned for the first time to experimentally and theoretically determine the structures and to conduct a conformational analysis of the following compounds: 1,2,3-triethyldiaziridine, 1,2-dipropyldiaziridine and 3,3,6-trimethyl-1,5-diazabicyclo[3.1.0]hexane. To assess the energy characteristics of these compounds, the enthalpy of formation of these compounds by the Gaussian-4 multi-level quantum-chemical method will be calculated. The data on the geometric parameters of free molecules and their electronic structure are the supporting elements on which the modern theory of the structure of organoelement compounds is based. They open the way to the search for quantitative relations "structure - property".

В результате настоящего исследования планируется получить данные о геометрическом строении и конформационном составе фармакологически и технически важных органических молекул ряда диазиридинов: • 1,2-дипропилдиазиридина • 1,2,3-триэтилдиазиридина • 3,3,6-триметил-1,5-диазабицикло[3.1.0]гексана Для всех выбранных молекул планируется провести электронографический эксперимент и получить соответствующие электронограммы. Для данных молекул будут проведены квантово-химические расчеты высокого уровня с использованием суперкомпьютеров, получены колебательные (ИК и КР) спектры для тех соединений, для которых это будет возможно, а также использованы имеющиеся в литературе данные по колебательным и микроволновым спектрам. Планируется провести структурный анализ и впервые определить конформационный состав и геометрические параметры наиболее устойчивых конформеров данных молекул в газовой фазе. В результате будут получены экспериментальные равновесные геометрические параметры данных молекул, которые можно напрямую сравнивать с рассчитанными квантово-химическими методами, и на основании этого предсказать, какие методы и базисы могут быть использованы для корректного исследования соединений диазиридинового ряда. Кроме того планируется проанализировать влияние заместителей у атома азота на конформационный состав и геометрическое строение молекул, находящихся в свободном состоянии. Планируется представить результаты анализа выбранных соединений методом NBO и выявить, какие электронные эффекты, и внутримолекулярные взаимодействия в данных молекулах приводят к большей устойчивости одних конформеров по сравнению с другими. Методом Gaussian-4 на основе реакций атомизации будут рассчитаны значения стандартных энтальпий образования молекул. Расчет термодинамических данных расширит знания о свойствах фармокологически-активных веществ, может пригодиться при изучении их совместимости с другими лекарствами, а также позволит оценить величины сгорания, что необходимо при оценке потенциала использования данных диазиридинов в качестве топлив. Результаты исследования планируется опубликовать в научных журналах.

По результатам выполнения НИР опубликованы следующие статьи: 1. Изучение внутримолекулярных движений в молекуле 1,2,3-триэтилдиазиридина методами квантовой химии, Хайкин Л.С., Агеев Г.Г., Грикина О.Е., Шишков И.Ф., Кузнецов В.В., Махова Н.Н. // Журн. Физ. Химии, 2020 94, 9, 1372-1378 2. Equilibrium Molecular Structure of 3,3,6-trimethyl-1,5-diazabicyclo[3.1.0]hexane: the joint analysis of the gas phase electron diffraction data and quantum chemical simulations, Ageev GG, Rykov AN, Grikina OE, Shishkov IF, Kochikov IV, Kuznetsov VV, Makhova NN, Bukalov SS // Mol. Struct., 2021 Результаты, представленные на конференциях: Доклад на XXVIII Международной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов», г. Москва, 2021 г. Тема доклада: "Изучение структуры молекулы 3,3,6-триметил-1,5-диазабицикло[3.1.0]гексана в газовой фазе". Опубликованы тезисы.

Изучена трехмерная поверхность потенциальной энергии молекулы 1,2,3-триэтилдиазиридина в зависимости от вращения этильных фрагментов по отношению к трехчленному циклу с помощью квантово-химических расчетов в приближениях B3LYP/cc-PVTZ и MP2/cc-pVTZ. Выявлено наличие 12 конфигураций, отвечающих наименьшим значениям энергии. Разделяющие минимумы барьеры на потенциальной поверхности относительно невысокие. Проведен полный структурный анализ электронографических данных в рамках статической модели, факторы расходимости с теоретически рассчитанными параметрами: R = 5,056% для метода MP2/cc-pVTZ, R = 5,381% для метода B3LYP/cc-PVTZ. Получена динамическая модель для двух основных конфигураций с учетом дополнительных 12 точек, фактор рассогласования оказался равен R = 5,722% для метода MP2/cc-pVTZ. Методом G4 рассчитана стандартная энтальпия образования наименьшей по энергии конфигурации 1,2,3-триэтилдиазиридина, которая равна –104,0 кДж/моль. Построена предварительная четырехмерная поверхность потенциальной энергии молекулы 1,2-дипропилдиазиридина методом RHF/6-31G*. Проведена первичная обработка экспериментальных данных. Методом газовой электронографии впервые было показано, что 3,3,6-триметил-1,5-диазабицикло[3.1.0]гексана (ТМДАБГ) существует в виде смеси конформеров при нормальных условиях. Соотношение "кресло : ванна" в случае исходного приближения MP2/cc-PVTZ оказалось 74% : 26%, а в случае B3LYP/cc-PVTZ 81% : 19%, что в целом подтверждает теоретический расчет с учетом статистических погрешностей. Сравнивая результаты геометрии ТМДАБГ и родственных молекул, была выявлена зависимость длины связи N–N от заместителей в бициклической системе. Согласие между теоретической и экспериментальной приведенными молекулярными интенсивностями характеризуется факторами рассогласования Rf 5,06 и 6,93%, соответственно. На основе более точного квантово-химического приближения MP2/aug-cc-PVTZ было установлено, что разница в энергии между глобальным минимумом, который соответствует конформеру "кресло" ТМДАБГ, и локальным минимумом "ванны" на поверхности потенциальной энергии (ППЭ) составляет 1,39 ккал/моль.