Квантово-химическое моделирование термохимических свойств молекул высокоэнергетических тетразинов

Вадим Маркович Волохов, Елена Сергеевна Амосова, Александр Вадимович Волохов, Татьяна Сергеевна Зюбина, Давид Борисович Лемперт, Леонид Самойлович Яновский, Дмитрий Анатольевич Варламов

Аннотация


В статье приведены результаты расчетов структурных и термохимических характеристик ряда потенциально высокоэнергетических соединений: C2N6O4, C2N6O5, C2N6O6, C2H2N6O4, C3HN7O6, C3HN7O4F2, C4N10O12, C3HN6O4F, C4N10O8F4, C4N8O8F2 с использованием квантово-химических ab initio методов. Квантово-химическое моделирование выполнено с применением прикладного программного комплекса GAUSSIAN 09. С использованием гибридного функционала плотности B3LYP проведен поиск оптимальной геометрии молекул, рассчитаны ИК-спектры поглощения, структурные параметры и смещения атомов для наиболее интенсивных колебаний. Методом атомизации получены величины энтальпий образования (ЭО). Расчеты выполнены с использованием комбинированных методов G4(MP2) и G4. Продемонстрирована зависимость ЭО от структуры молекулы. Приведены примеры использованных вычислительных конфигураций на базе нескольких вычислительных ресурсов, описаны некоторые особенности проведенных расчетов. Сделано сопоставление временных затрат и погрешностей при использовании разных методов на одинаковых структурах.


Ключевые слова


квантово-химические расчеты; пакет Gaussian; энтальпия образования; высокоэнтальпийные вещества; ИК-спектры газообразных молекул; комбинированные методы G4 и G4(MP2)

Полный текст:

PDF

Литература


Hosseini S.G., Moeini K., Abdelbaky M.S.M., Garcia-Granda S. Synthesis, characterization, crystal structure, and thermal behavior of a new triazolium salt along with docking studies. J. Struct. Chem. 2020. Vol. 61, no. 3. P. 389–399. DOI: 10.26902/JSC_id52850.

Abdulov Kh.Sh., Mulloev N.U., Tabarov Kh.S., Khodiev M.Kh. Quantum Chemical Determination of the Molecular Structure of 1,2,4-Triazole and the Calculation of its Infrared Spectrum. J. Struct. Chem. 2020. Vol. 61, no. 4. P. 510–514. DOI: 10.1134/S0022476620040022.

Lv G., Zhang D.-L., Wang D., Pan L., Liu Y. Synthesis, crystal structure, anti-bone cancer activity and molecular docking investigations of the heterocyclic compound 1-((2S,3S)-2-(benzyloxy)pentan-3-yl)-4-(4-(4-(4-hydroxyphenyl)piperazin-1-yl) phenyl)-1H-1,2,4-triazol-5(4H)-one. J. Struct. Chem. 2019. Vol. 60, no. 7. P. 1219–1225. DOI: 10.26902/JSC_id43057.

Volokhov V.M., Zyubina T.S., Volokhov A.V., Amosova E.S., Varlamov D.A., Lempert D.B., Yanovskii L.S. Quantum Chemical Simulation of Hydrocarbon Compounds with High Enthalpy. Russian Journal of Physical Chemistry B. 2021. Vol. 15, no. 1. P. 12–24. DOI: 10.1134/S1990793121010127.

Volokhov V.M., Zyubina T.S., Volokhov A.V., Amosova E.S., Varlamov D.A., Lempert D.B., Yanovskii L.S. Predictive Modeling of Molecules of High-Energy Heterocyclic Compounds. Russian Journal of Inorganic Chemistry. 2021. Vol. 66, no. 1. P. 78–88. DOI: 10.1134/S0036023621010113.

Frisch M.J., Trucks G.W., Schlegel H.B. et al. Gaussian 09, Revision B.01. Gaussian, Inc., Wallingford CT, 2010. 487 p.

Becke A.D. Density functional calculations of molecular bond energies. J. Chem. Phys. 1986. Vol. 84. P. 4524 DOI: 10.1063/1.450025.

Johnson B.J., Gill P.M.W., Pople J.A. The performance of a family of density functional methods. J. Chem. Phys. 1993. Vol. 98, no. 4. P. 5612. DOI: 10.1063/1.464906.

Curtiss L.A. Gaussian-4 theory. J. Chem. Phys. 2007. Vol. 126, no. 8. P. 084108. DOI: 10.1063/1.2436888.

Curtiss L.A., Redfern P.C., Raghavachari K. Gn theory. WIREs Comput. Mol. Sci. 2011. Vol. 1. P. 810–825. DOI: 10.1002/wcms.59.

Curtiss L.A., Raghavachari K., Redfern P.C., Pople J.A. Assessment of Gaussian-2 and density functional theories for the computation of enthalpies of formation. J. Chem. Phys. 1997. Vol. 106, no. 3. P. 1063. DOI: 10.1063/1.473182.

NIST-JANAF Thermochemical tables URL: https://janaf.nist.gov (accessed: 27.09.2020)

Computational Chemistry Comparison and Benchmark DataBase URL: https://cccbdb.nist.gov/hf0k.asp (accessed: 10.10.2020).

Efimov A.I., Belorukova L.P., Vasilkova I.V. et al. Properties of inorganic compounds. Reference book. Khimiya, Leningrad. 1983. 392 p. (in Russian)

Gurvich L.V. Bond Dissociation Energies. Nauka, Moscow. 1974. 351 p. (in Russian)

Grigorenko B., Mironov V., Polyakov I., Nemukhin A. Benchmarking quantum chemistry methods in calculations of electronic excitations. Supercomput. Front. Innov. 2019. Vol. 5, no. 4. P. 62–66. DOI: 10.14529/jsfi180405.

Voevodin Vl.V., Antonov A.S., Nikitenko D.A., Shvets P.A., Sobolev S.I., Sidorov I.Yu., Stefanov K.S., Voevodin Vad.V., Zhumatiy S.A. Supercomputer Lomonosov-2: Large scale, deep monitoring and fine analytics for the user community. Supercomput. Front. Innov. 2019. Vol. 6, no. 2. P. 4–11. DOI: 10.14529/jsfi190201.

Voevodin V.V. et al. Practice of "Lomonosov" supercomputer. Open Systems. 2012. Vol. 7. P. 36–39. (in Russian)

Nikitenko D., Voevodin V., Zhumatiy S. Deep analysis of job state statistics on "Lomonosov-2" supercomputer. Supercomput. Front. Innov. 2019. Vol. 5, no. 2. P. 4–10. DOI: 10.14529/jsfi180201.




DOI: http://dx.doi.org/10.14529/cmse210206