Aminotoluen molekülünün hesapsal yöntemlerle reaksiyon kinetiğinin incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada aminotoluen(o-toluidin) molekülünün OH radikali ile olası reaksiyon yolları teorik olarak incelenmiştir. Optimize geometrileri Gauss View 5 ile çizilmiştir.Daha sonra, Gaussian 09 programı ile geometrik optimizasyon yapılarak en düşük enerjili halleri bulunmuştur. Geometrik yapı analizi yapılmış ve bağ uzunlukları ile bağ açıları hesaplanmıştır.Bu çalışmadaki amaç, gaz fazı ve sulu ortam içinde aminotoluen ve OH radikali etkileşiminin ürün dağılımı için en muhtemel yolu belirlemektir. Kuantum mekanik yöntemler reaksiyon hızı üzerinden birincil, hidroksillenmiş ara ürün ve bunun ardından da su çözücü etkisini açıklamak için kullanılmıştır. Aminotoluen degradasyon reaksiyonunda oluşan ara ürünlerin belirlenebilmesi amacı ile, reaktan ve geçiş konumu komplekslerinin geometrik optimizasyonları yarı-ampirik AM1 ve PM3, ab initio Hartree-Fock HF/3-21G, HF/6-31G* ve Fonksiyonel Yoğunluk Teorisi (DFT) yöntemleri ile gerçekleştirilmiştir. Kuantum mekaniksel hesaplama sonuçlarına dayanılarak, olası tüm reaksiyon yollarının hız sabitleri (TS) Geçiş Konumu Teorisi'nin kullanımı ile hesaplanmıştır. Reaksiyon geçiş durumları belirlenmesinde C-O bağları referans alınmıştır. Tüm geçiş durumu komplekslerinin olası reaksiyon yolları için aktivasyon enerjileri hesaplanıp gaz fazı ve sulu ortam için termodinamik açıdan en kararlı oldukları durumlar belirlenmiştir. Çözücü suyun etkisi, çözme modeli olarak COSMO kullanılmıştır. COSMO yöntemi, toplam elektrostatik potansiyel yüzeyini belirler. Boşluk yüzeyi üzerinde dağıtılmış belirgin polarizasyonlar vasıtasıyla, çözücü, reaksiyon alanını belirlemektedir. Bu nedenle, bu çalışmada tercih edilen bir yöntemdir. Su gibi bir dielektrik ortamın varlığı bu mekanizma için enerjiyi azaltan stabilize edici bir etkiye sahiptir.

In this study, the most probable reaction paths of aminotoluene (o-toluidine) molecule with OH radical have been analyzed. The optimized geometry was calculated via Gauss View 5. Subsequently, the lowest energy status was found out through geometric optimization via Gaussian 09 programme. The geometrical structure analysis and bond lengths were also calculated.This study aims to determine the most probable path for the product distribution of aminotoluene and OH radical interaction in gas phase and aqueous media. Quantum mechanical methods were used to indicate the impact of reaction rate over primary intermediate, hydroxylated intermediate, and finally the impact of water solvent.With the aim to determine the intermediates occurring at the reaction of aminotoluene degradation, geometric optimization of the reactant and transition status complexes were realized through semi-empirical AM1 and PM3, ab initio Hartree-Fock HF/3-21G, HF/6-31G* and Density Functional Theory (DFT) methods. Based on the Quantum Mechanical calculation, all probable rate constants of reaction paths were calculated by using Transition Statue Theory (TS). For the determination of the transition statue of the reaction, C-O bonds were taken as reference. Activation energy for probable reaction paths of all transition status complexes was calculated, and their most stable state from the thermodynamic perspective for the gas phase and aqueous media. The impact of water solvent was investigated by using COSMO as the solvation model. The COSMO method describes the solvent reaction field by means of apparent polarization charges distributed on the cavity surface, which are determined by imposing that the total electrostatic potential cancels out at the surface. This condition can describe the solvation in polar liquids. Hence, it is the method of choice in this study. The presence of a dielectric media such as water has the effect of a stabilizer reducing the energy for this mechanism.