NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG NHÓM THẾ ĐẾN NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT NH VÀ ÁI LỰC PROTON CỦA DẪN XUẤT DIPHENYLAMIN BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHIẾM HÀM MẬT ĐỘ B3P86

Nguyen Minh Thong, Nguyễn Hữu Chơn, Phạm Thị Thu Thảo, Võ Văn Quân, Phạm Cẩm Nam

DOI: http://dx.doi.org/10.26459/hueuni-jns.v127i1B.4870

Abstract


Trong bài báo này, phương pháp B3P86/6-311G được sử dụng để tính giá trị năng lượng phân ly liên kết (BDE) N-H của các dẫn xuất hai nhóm thế diphenylamin (Y-Ar)2-NH (Y = H, NH2, NO2, CF3, N(CH3)2, Cl, F, OCH3, CH3, CN) với độ chính xác cao. Sự ảnh hưởng của nhóm thế và vị trí nhóm thế lên BDE(N-H) tại vị trí meta là không đáng kể còn ở vị trí para hiệu ứng nhóm thế rõ hơn vị trí meta. Giá trị BDE(N-H) giảm mạnh với các nhóm đẩy điện tử như OCH3, NH2, N(CH3)2 ở vị trí para và có mối tương quan cao với hằng số thế Hammett. Nhìn chung, các nhóm đẩy điện tử làm giảm và nhóm hút điện tử làm tăng BDE(N-H). Bề mặt thế năng của phản ứng dập tắt gốc tự do với CH3COO·, ái lực proton và độ dài liên kết r(C-N) cũng được xây dựng và tính toán nhằm làm rõ ảnh hưởng của nhóm thế đến cơ chế và khả năng chống oxy hóa của các hợp chất diphenylamin.

Keywords


Diphenylamin, chất chống oxi hóa, năng lượng phân ly liên kết (BDE), ái lực proton (PA), bề mặt thế năng (PES)

References


M. Lucarini, P.P., G.F. Pedulli, L. Valgimigli, D. Gigmes, P. Tordo, Bond Dissociation Energies of the N−H Bond and Rate Constants for the Reaction with Alkyl, Alkoxyl, and Peroxyl Radicals of Phenothiazines and Related Compounds, J. Am. Chem. Soc. 121(49) (1999) 11546-11553.

E.T. Denisov, T.G.D., Dissociation energies of N-H bonds in aromatic amines (review), Petro. Chem. 55(2) (2015) 85-103.

D.A. Pratt, G.A.D., L. Valgimigli, G.F. Pedulli, K.U. Ingold, Substituent Effects on the Bond Dissociation Enthalpies of Aromatic Amines, J. Am. Chem. Soc. 124(37) (2002) 11085-11092.

J. Rittle, J.C.P., N-H Bond Dissociation Enthalpies and Facile H Atom Transfers for Early Intermediates of Fe-N-2 and Fe-CN Reductions, J. Am. Chem. Soc. 139(8) (2017) 3161-3170.

J. Lalevee, X.A., J.P. Fouassier, N-H and alpha(C-H) bond dissociation enthalpies of aliphatic amines, J. Am. Chemi. Soci. 124(32) (2002) 9613-9621.

M. Najafi, M.N., H. Najafi, DFT/B3LYP study of the substituent effects on the reaction enthalpies of the antioxidant mechanisms of Indole-3-Carbinol derivatives in the gas-phase and water, Computat. Theor. Chem. 999 (2012) 34-42.

A. Vagánek, J.R., M. Ilčin, P. Škorňa, V. Lukeš, E. Klein, Homolytic N–H bond cleavage in anilines: Energetics and substituent effect, Computat. Theor. Chem. 1014 (2013) 60-67.

D. Kaur, R.P.K., R. Kohli, Substituent Effect on N-H Bond Dissociation Enthalpies of Amines and Amides: A Theoretical Study, Int. J. Quantum Chem. 109(3) (2009) 559-568.

E. Klein, M.M., V. Lukes, Z. Cibulkova, The applicability of AM1 and PM3 semi-empirical methods for the study of N-H bond dissociation enthalpies and ionisation potentials of amine type antioxidants, Polym. Degrad. Stabil. 91(2) (2006) 262-270.

K.U. Ingold, D.A.P., Advances in radical-trapping antioxidant chemistry in the 21st century: a kinetics and mechanisms perspective, Chem. Rev. 114(18) (2014) 9022-46.

R. Shah, E.A.H., L. Valgimigli, D.A. Pratt, Unprecedented inhibition of hydrocarbon autoxidation by diarylamine radical-trapping antioxidants, J. Am. Chem. Soc. 137(7) (2015) 2440-3.

P.A. MacFaul, K.U.I., J. Lusztyk, Kinetic solvent effects on hydrogen atom abstraction from phenol, aniline, and diphenylamine. The importance of hydrogen bonding on their radical-trapping (antioxidant) activities, J. Org. Chem. 61(4) (1996) 1316-1321.

J.J. Hanthorn, L.V., D.A. Pratt, Incorporation of Ring Nitrogens into Diphenylamine Antioxidants: Striking a Balance between Reactivity and Stability, J. Am. Chem. Soc. 134(20) (2012) 8306-8309.

S. Avirah, R.J., Studies on natural rubber-bound diphenylamine antioxidants, Polymer Degradation and Stability 46(2) (1994) 251-257.

E.T. Denisov, I.B.A.e., Oxidation and antioxidants in organic chemistry and biology, CRC press, 2005.

E. Denisov, T.D., Handbook of Antioxidants: Bond Dissociation Energies, Rate Constants, Activation Energies, and Enthalpies of Reactions, Boca Raton (2000).

I. Puškárová, Z.C., M. Breza, On NMR prediction of the antioxidant effectiveness of heterocyclic nitrogen compounds and substituted amines in styrene-butadiene rubber, Polym. Degrad. Stabil. 144 (2017) 1-6.

DiLabio, G.A. and D.A. Pratt, Density Functional Theory Based Model Calculations for Accurate Bond Dissociation Enthalpies. 2. Studies of X−X and X−Y (X, Y = C, N, O, S, Halogen) Bonds. The Journal of Physical Chemistry A, 2000. 104(9): p. 1938-1943.

Gillies, M.B., et al., A DFT Study of R−X Bond Dissociation Enthalpies of Relevance to the Initiation Process of Atom Transfer Radical Polymerization. Macromolecules, 2003. 36(22): p. 8551-8559.

Johnson, E.R., O.J. Clarkin, and G.A. DiLabio, Density Functional Theory Based Model Calculations for Accurate Bond Dissociation Enthalpies. 3. A Single Approach for X−H, X−X, and X−Y (X, Y = C, N, O, S, Halogen) Bonds. The Journal of Physical Chemistry A, 2003. 107(46): p. 9953-9963.

Nam, P.C., A.K. Chandra, and M.T. Nguyen, Performance of an integrated approach for prediction of bond dissociation enthalpies of phenols extracted from ginger and tea. Chemical Physics Letters, 2013. 555: p. 44-50.

Nam, P.C. and M.T. Nguyen, The Se–H bond of benzeneselenols (ArSe-H): Relationship between bond dissociation enthalpy and spin density of radicals. Chem. Phys., 2013. 415: p. 18-25.

Nam, P.-C., M.T. Nguyen, and A.K. Chandra, The C− H and α (C− X) Bond Dissociation Enthalpies of Toluene, C6H5-CH2X (X= F, Cl), and Their Substituted Derivatives: A DFT Study. J. Phys. Chem. A, 2005. 109(45): p. 10342-10347.

Luo, Y.-R., Handbook of bond dissociation energies in organic compounds. 2002: CRC press.

F.G. Bordwell, J.C., Substituent effects on the stabilities of phenoxyl radicals and the acidities of phenoxyl radical cations, J. Am. Chem. Soc. 113(5) (1991) 1736-1743.

Z. Li, J.-P.C., A Detailed Investigation of Subsitituent Effects on N− H Bond Enthalpies in Aniline Derivatives and on the Stability of Corresponding N-Centered Radicals, J. Org. Chem. 68(19) (2003) 7350-7360.

C. Hansch, A.L., R. Taft, A survey of Hammett substituent constants and resonance and field parameters, Chem. Rev. 91(2) (1991) 165-195.