84 |
ГЛАВА |
IV. СПЕКТРОСКОПИЯ |
|
СОПРЯЖЕННЫХ ЕНАМИНОВ |
|
О- |
алкил |
|
|
|
|
|
|
|
|
II |
О |
NHC4H, |
|
|
|
|||
310 |
(15000—20 000) |
|
284 [216 и |
|
|
[377, |
63] |
новые данные] |
|
Сопоставление, подобное приведенному, возможно лишь для веществ с одинаковой я-электронной структурой, степенью алкилзамещения и для образцов, изученных в среде одинако вых растворителей.
ВЛИЯНИЕ л-ЭЛЕКТРОННОГО ЗАМЕСТИТЕЛЯ НА ДЛИНУ ВОЛНЫ ПЕРЕХОДА
Как уже отмечалось, спектры более сложных енаминов содер жат несколько полос. Кроме длинноволнового максимума в пог лощении фенилили винилзамещенных АВК появляется по меньшей мере еще одна или две полосы в области 220—270 нм. Эти полосы относятся в основном к переходам с участием бен зольных колец [380, 164].
Новые полосы появляются также в случае фенилзамещенных АВИ [164] и АВТК. Например, в спектре последних одна фенильная группа вызывает батохромный сдвиг длинноволно вой полосы по сравнению с алифатическими аналогами [544] более чем на 50 нм, и в ультрафиолетовой области спектра по является по крайней мере еще одна полоса [75].
При некотором выворачивании арильного или ариламинового заместителя из плоскости цепи —С= С—С= 0 данного карбо нильного соединения наблюдается значительная аддитивность
впоглощении отдельных хромофоров [179, 190, 460, 490]. Квантовохимический анализ эффекта я-электронных замести
телей по методу 'Хюккеля проведен на |
примере |
АВК (I). |
Для |
расчета выбраны следующие системы: |
одна 6-я-электронная |
||
система (VI), четыре 8-я-электронные |
системы |
(VII—X), |
три |
12-я-электронные системы (XI—XIII) и одна 18-я-электронная система (XIV).
С использованием параметров, указанных в таблице 2, были определены собственные значения энергетических матриц при веденных я-систем и вычислены энергии оптических переходов в виде Д£ = пр0 [эв] [216]. В этом расчете не учитывался эф фект алкильных групп, имеющий место в реальных молекулах, взятых для сравнения.
1. ЭЛЕКТРОННАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ ЕНАМИНОВ |
85. |
vn 6
N\q^C\^^.0 -NsC^C\c /
XII |
XIV |
6 |
|
Для каждого типа л-систем (VI—XIV) в качестве примеров подбирались спектроскопические данные нескольких реальных молекул, всего для 25 АВК. Это: 2-аминопентен-2-он-4 (1) [63], 5,5-диметил-3-аминоциклогексен-2-он-1 [216] (2), 5,5-диметил- 3-бутиламиноциклогексен-2-он-1 [216] (3), 2-бутиламинопентен- 2-он-4 (4) [63], 1-амино-1 -фенил-2-этилгексен-1-он-3 (5) [433], 2-(а-аминобензаль)-циклогексанон-1 (6) [433], 2-(а-аминобен- заль) циклопентанон-1 (7) [496], 6-диэтиламиногексадиен-2-5-он- 4 (8) [328], 6-пиперидино-гексадиен-2,5-он-4 (9) [328], 5, 8, 9, 10-тетрагидро-6,7-бензакридон-5 (10) [374], 4-диэтиламиногек- садиен-3,5-он-2 (11) [328], 4-диэтил амино-5-метилгексадиен-3,5-
он-2 (12) [328], 1-диметиламинопентадиен-1,3-аль-5 (13) [599], 1-диэтиламино-1-метилпентадиен-1,3-аль-5 (14) [639], 1-диме- тиламино-1,2-диметилпентадиен-1,3-аль-5 (15) [639], 3-формил- 1,4-дигидропиридин (16) [151, 663], 5,5-диметил-З-анилиноцик-
логексен-2-он-1 (17) [328], 2-анилинопентен-2-он-4 (18) [689], 1-анилинобутен-1-он-3 (19) [328], 2-формилметилен-1-метилин- долйн (20) [460], 2-ацетилметилен-1-метилиндолин (21) [460], 1-фенил-1-морфолинобутен-1-он-3 (22) [380], 4-фенил-З-бензоил- тетрагидропиридин-А2 (23) [597], 1-амино-3-фенил-пропен-1-он-3 (24) [328], 2-морфолино-4-фенилбутен-2-он-1 [380].
Для полос электронных спектров АЕЭКСП= 0,1236-10~3v
А
[эв] [732]. Известные трудности в многоэлектронных системах (типы XI—XIV, где число л-электронов больше восьми) возни кают при отборе переходов и отнесении их к эксперименталь ным полосам поглощения, так как уровни энергий МО и энергии переходов расположены близко и их больше, чем наблюдаемых в эксперименте спектральных полос. В этом случае отнесение рассчитанного перехода к конкретной полосе в спектре енамина
86 ГЛАВА IV. СПЕКТРОСКОПИЯ СОПРЯЖЕННЫХ ЕНАМИНОВ
проведено исходя из ожидаемых вероятностей различных пере ходов для каждого соединения в отдельности [216].
Квантовохимический расчет описывает состояние изолирован ной молекулы. Поэтому следует отбирать такие эксперименталь ные данные, которые получены в условиях минимальных меж молекулярных взаимодействий, а именно если спектр снимался с использованием углеводородного растворителя. В случаях, когда спектры, приводимые по литературным данным, сняты с применением спиртовых растворов, расчеты проводились с уче том поправки на углеводородный растворитель.
Расчетные величины с экспериментальными данными сопо ставлены на рисунке 7. Налицо явная линейная корреляция. Характеристические точки группируются вокруг прямой с нак лоном, соответствующим для данного приближения спектроско пическому |5о = 3,36 эв.
На рис. 8 приведены некоторые энергетические уровни МОХ ряда винил- и фенилзамещенных АВК. При введении этих за местителей исходные фронтальные уровни системы АВК сбли жаются, остальные раздвигаются, и между ними помещаются
Рис. 7. Сопоставление расчетных энергий перехода со спектроскопическими
данными для 25 различных р-аминовинилкетонов. Номера точек соответст вуют номерам соединений в тексте.
1. |
ЭЛЕКТРОННАЯ |
СПЕКТРОСКОПИЯ |
ЕНАМИНОВ |
|
|
87 |
|||||||
уровни, |
|
по |
|
локализации |
|
|
|
|
|||||
электронной плотности соот |
|
|
|
|
|||||||||
ветствующие связям С=С |
|
|
|
|
|||||||||
или |
уровням |
|
фенильных |
|
|
|
|
||||||
групп (Ph). Оптически мо |
|
|
|
|
|||||||||
гут проявляться лишь пере |
|
|
|
|
|||||||||
ходы 1—1*, С= С^1*, РЬ-> |
|
|
|
|
|||||||||
-*-1*. |
1-^С = С* |
или 1-э-РЬ*. |
|
|
|
|
|||||||
Как видно |
из |
диаграммы, |
|
|
|
|
|||||||
переходы фенилзамещенных |
|
|
|
|
|||||||||
соединений |
с участием орби |
|
|
|
|
||||||||
талей |
заместителя |
весьма |
|
|
|
|
|||||||
близки по энергиям, поэ |
|
|
|
|
|||||||||
тому часто |
может |
наблю |
|
|
|
|
|||||||
даться |
слияние |
|
отдельных |
|
|
|
|
||||||
полос или полная маскиров |
|
|
|
|
|||||||||
ка полос под соседнюю ин |
|
|
|
|
|||||||||
тенсивную полосу. Этот вы |
|
|
|
|
|||||||||
вод |
полностью |
согласуется |
|
|
|
|
|||||||
с экспериментом. |
|
|
что |
|
|
|
|
||||||
|
Интересно |
отметить, |
|
|
|
|
|||||||
аналогично р-дикарбониль- |
|
|
|
|
|||||||||
ным |
системам, |
|
изученным |
|
|
|
|
||||||
Э. Греном [39], в ряду ен- |
|
|
|
|
|||||||||
аминов |
должно наблюдаться |
|
|
|
|
||||||||
значительное снижение энер |
|
|
|
|
|||||||||
гии перехода |
1 — 1* при смы |
|
|
|
|
||||||||
кании 2-го и 4-го |
атомов уг |
|
|
|
|
||||||||
лерода |
винильной |
|
или |
фе- |
|
|
|
|
|||||
нильной группой |
(I). |
Выс- |
1 |
i 2 , 3 А |
5 6 7 |
' 8 ; 9 | |
|||||||
|
|
. |
i |
i |
i |
|
|
|
|
|
Номер |
соеаинения |
|
- |
• |
|
|
l |
|
|
|
3 |
|
||||
>N-C=C -C=0 |
|
Рис. 8. |
Диаграмма |
энергий |
важней- |
||||||||
|
|
1 |
\ |
Д 4 |
|
5 |
|
|
|||||
ших МО енаминов с я-электронными
заместителями.
шая занятая МО мало ме няется по сравнению с тако
вой в обычных винилили фенилзамещенных соединениях, зато сильно снижается низшая разрыхляющая орбиталь. В приложе нии к другим системам этот вопрос обсуждается в работе [44]. Соединения 8 и 9 (см. рис. 8) не получены, однако 2-замещен- ные инденовые АВК, согласно предсказаниям расчета, имеют первую полосу поглощения далеко в видимой области спектра
(см. с. 106).
Аналогичный ход расчета возможен и для других сопряжен ных енаминов — II, III. Очевидно, только зависимость величин
88 ГЛАВА IV. СПЕКТРОСКОПИЯ СОПРЯЖЕННЫХ ЕНАМИНОВ
■—-— и значение л|30 были бы иными, и для каждого ряда сое-
динений, строго говоря, мы должны получить, другой спектро скопический р0Далее, наклон прямой на рис. 7, разумеется, будет другим при улучшенных вариантах расчета.
Недавно сопоставлены экспериментальные энергии переходов с рассчитанными по методу Паризера—Парра—Попла [1461 для
енаминов |
с |
общей |
формулой |
(CH3)2N— (С Н =С |
Н )И—СН =0„ |
п= 0-н4. |
При |
этом |
получены |
хорошие линейные |
зависимости |
опытных и расчетных величин. |
|
|
|||
ИНТЕНСИВНОСТЬ ПОГЛОЩЕНИЯ
Интенсивность поглощения квантовохимически описывается моментом перехода M = Q2. Учитывая существующие линейные
зависимости [395, 33, 132, 632], имеем:
e ~ f ~ Q i j 2= ( f t y i 2 p r b d v )2>
где Q2= Qx2 + Qy2+ Qz2-
Для приближенного расчета [674] можно записать
Qx,y,z = У 2 ( c t r i Q r j p r ( x , y , z ) ) ,
где аг — коэффициент r-й атомной орбитали для t-й запол ненной или j-й вакантной молекулярных орбиталей; рг^хм — координата г-го атома. Все л-системы копланарны, следова
тельно, pz=0.
Для расчета Qa были выбраны следующие оценочные длины
и углы связей: d c = c = 1,37 A; d c - c = 1,42 A; |
dc=c6eH3= 1,40 |
А; |
d c a p - N = l,47 A; cfc—n = 1,41 A; dc==o=l,27 |
А ; ^с-сар= 1>50 |
A i |
все углы связей принимались равными 120°.
Вычисления проводились без учета алкильных групп, исполь зовались параметры, приведенные в таблице 2 и в работе [216]. Расчет был выполнен для нескольких конфигураций связей дан ного типа енамина и для нескольких оптических переходов
(табл. 13).
Определить экспериментальные значения силы осциллятора не представлялось возможным, так как подавляющее большин ство авторов не приводят кривой поглощения, ограничиваясь числовыми значениями Хмакс и е. Поэтому отнесение вычислен ных переходов к экспериментальным полосам поглощения про водилось путем сравнения коэффициента экстинкции последних с вычисленными Q2ц. Хотя такой способ весьма груб, все же
!. ЭЛЕКТРОННАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ ЕНАМИНОВ |
89 |
расшифровка спектра обычно осуществима; в худшем случае такой подсчет дает общую вероятность целой группы близко стоящих переходов, которые должны соответствовать одной рас ширенной, составной полосе поглощения.
Т а б л и ц а 13 |
РАСЧЕТНЫЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ р а с п р е д е л е н и я |
|
ИНТЕНСИВНОСТЕЙ ПЕРЕХОДОВ |
Вещество
2-(а-Аминобенз- аль) -циклопента ион-1
6 -Пиперидино-
гексадиен-2,б-он-4
4-Фенил-З-бензо- илтетрагидропипе- ридеин-Д2
1-Фенил-1-мор- фолино-бутен-1-
он-3
2-Ацетилмети- лен-1-метиЛиндо-
ЛИН
2-Анилинопен- тен-2-он-4
5,5-Диметил-З- анилино-циклогек- сен-2 -он-1
Наиболее вероятная конфигурация
O y y
О
о
II
у ^
N. /
N
(о у у -
I
у \ /
( g r N s 5
|
Энергия |
|
^ Нрасч |
|
|
Ис- |
|
перехода |
|
|
|
||
ход |
перехо- |
или труп- |
еэксп |
ник |
||
|
да, |5о |
пы пере- |
|
|
|
|
|
|
|
ходов |
|
|
|
1— 1* |
1,0713 |
|
1,13 |
15 000 |
[433] |
|
2 — 1* |
1,3648 |
|
0,18 |
2 300 |
|
|
3— 1* |
1,5041 |
|
0,17 |
|
600 |
|
1—2 * |
1,7065 |
|
0,96 |
6 980 |
|
|
1— 1* |
1,1786 |
|
2,78 |
25 500 |
[328] |
|
2 — 1* |
1,4695 |
|
1,28 |
11 |
0 0 0 |
|
1— 1* |
1,1613 |
} |
3,87 |
24 000 |
|
|
2 — 1* |
1,3485 |
|
||||
3— 1* |
1,3707 |
1 |
|
|
|
[597] |
1—2 * |
1,8128 |
) |
|
|
|
|
1,49 |
10 400 |
|
||||
1— 3* |
1,8820 |
} |
|
|||
2— 2 * |
2 ,0 0 0 0 |
1 |
|
|
|
|
1— 1* |
1,0713 |
|
0,52 |
4 340а |
[704] |
|
2 — 1* |
1,3648 |
} |
1,44 |
10 500а |
|
|
3— 1* |
1,5041 |
|
||||
|
|
|
|
|
||
1— 2 * |
1,7065 |
| |
1,38 |
9 570а |
|
|
1— 3* |
1,7697 |
|
||||
|
|
|
|
|
||
1____[* |
1,0934 |
|
1,51 |
31 600 |
[460] |
|
2 — 1* |
1,4487 |
|
0,36 |
4 460 |
|
|
3— 1* |
1,5270 |
|
0,80 |
2 |
0 0 0 |
|
1— 1* |
1,0934 |
|
0,70 |
16 800а |
[216] |
|
2 — 1* |
1,4487 |
|
0,34 |
— 1 2 0 0 а |
|
|
3— 1* |
1,5270 |
|
0,47 |
> 2 |
0 0 0 » |
|
1— 1* |
1,0934 |
|
1,51 |
2,08® |
[216] |
|
2 — 1* |
1,4487 |
|
0,36 |
0,35® |
|
|
3— 1* |
1,5270 |
|
0,80 |
0,50® |
|
|
Все соединения растворялись в гептане; если применялся другой раст воритель, то положение длинноволновой полосы корригировалось согласно сказанному на с. 98.
В случаях, помеченных буквой «а», полосы расшифрованы по экспери ментальной кривой по методу, предложенному в работе [534]. В случаях, помеченных буквой «б», раствор в гептане неизвестной концентрации, ин тенсивность поглощения в произвольных единицах.