Nghiên cứu sự hình thành liên kết cộng hóa trị một phần trong chất hữu cơ bằng phương pháp hóa tính toán - NCS. Nguyễn Hoàng Lâm

Tên đề tài: Nghiên cứu sự hình thành liên kết cộng hóa trị một phần trong chất hữu cơ bằng phương pháp hóa tính toán
Ngành: Hóa lý thuyết và hóa lý
Mã số ngành: 9440119
Họ tên nghiên cứu sinh: Nguyễn Hoàng Lâm
Khóa đào tạo: 2020-2024
Người hướng dẫn khoa học: GS.TS. Trương Nguyện Thành, PGS.TS. Phạm Trần Nguyên Nguyên
Cơ sở đào tạo: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG.HCM
1. Tóm tắt nội dung luận án:
Những kết quả nghiên cứu từ luận án sẽ bổ sung những kiến thức về khái niệm liên kết sigma (σ) một phần, cụ thể hơn:
1. Luận án này cung cấp một cái nhìn toàn diện hơn về tầm quan trọng của liên kết sigma (σ) một phần trong các cấu trúc lồng hữu cơ.
Sau đây là một số đặc tính của liên kết sigma một phần:
- Trạng thái liên kết sigma một phần: Điện tử trong liên kết sigma một phần là linh hoạt giữa các orbital phân tử liên kết và phản liên kết.
- Đặc trưng liên kết: Bậc liên kết dao động từ 0.4 đến 0.5, và chiều dài liên kết thay đổi từ 2.6 Å đến 5.9 Å, giữa bậc liên kết và độ dài liên kết không có sự liên hệ với nhau.
- Biểu hiện của sự phân bố điện tử: Các yếu tố không gian ảnh hưởng đến sự phân bố điện tử trên orbital liên kết hoặc phản liên kết. Trong các cấu trúc lồng nhỏ, điện tử có xu hướng ở trong “orbital phản liên kết” với các thùy orbital hướng ra bên ngoài có kích thước lớn hơn. Trong khi đó, ở các cấu trúc lồng lớn hơn, điện tử phân bố nhiều hơn ở “orbital liên kết” với thùy liên kết lớn hơn hướng vào giữa các tâm nguyên tử hình thành liên kết.
- Các yếu tố ổn định liên kết sigma một phần: Hiện tượng siêu liên hợp (hyperconjugation) trung hòa được đánh giá là yếu tố quan trọng giữ cho sự hình thành của liên kết sigma một phần. Ngoài ra, quá trình fluorine hóa góp phần làm tăng bậc liên kết của liên kết sigma một phần.
2. Luận án làm rõ về bản chất của liên kết trong các phức chất ion bạc Ag+ với các phối tử chứa tâm liên kết nguyên tử nitrogen (N). Nghiên cứu phát hiện rằng sự tạo thành liên kết giữa nguyên tử trung tâm và phối tử trong các phức chất một phối trí và hai phối trí thuận lợi hơn so với các phức chất ba phối trí và bốn phối trí. Kết quả nghiên cứu được củng cố bởi phân tích NEDA (Natural Energy Decomposition Analysis). Nghiên cứu cũng cho thấy cặp điện tử độc thân của nitrogen từ orbital lai hóa sp3 có sự đóng góp sigma (σ) lớn nhất vào orbital trống của ion bạc 5s0 khi so sánh với sự đóng góp của cặp điện tử đến từ các nguyên tử N lai hóa sp2 và N lai hóa sp.
3. Luận án cung cấp kiến thức về hiệu ứng siêu liên hợp âm trong các carbanion alkyl và carbanion fluorine hóa cho thấy ảnh hưởng của hiệu ứng này đến các đặc tính vật lý như phân bố điện tích và chiều dài liên kết bằng cách sử dụng hai mô hình đánh giá dựa trên lý thuyết Valence Bond (VB) và lý thuyết Molecular Orbital (MO). Cụ thể hơn, trong trường hợp carbanion fluorine hóa toàn phần, lý thuyết VB biểu hiện không phù hợp trong phân tích phân bố điện tích và tính chất ion của liên kết do ảnh hưởng cảm ứng mạnh và tương tác đẩy từ các nguyên tử fluorine. Mô hình lý thuyết MO vẫn giải thích tốt các tính chất hình học, đặc biệt là sự kéo dài liên kết C-F và cấu dạng của nhóm CF3. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng xu hướng lai hóa của carbon giữa cặp điện tử độc thân thay đổi thành phần đặc tính s và đặc tính p tùy thuộc vào kích thước của các nhóm thế lân cận.
2. Những kết quả mới của luận án:
1. Luận án đóng góp những hiểu biết về liên kết sigma một phần trong cấu trúc lồng hữu cơ.
2. Luận án lý giải bản chất liên kết trong phức chất ion bạc với các phối tử chứa tâm liên kết nitrogen.
3. Luận án chứng minh hiệu ứng siêu liên hợp âm trong các carbanion alkyl và alkyl fluorine hóa, từ đó nói lên tính hiệu quả của việc vận dụng lý thuyết Valence Bond và Molecular Orbital khi lý giải hiện tượng hóa học có liên quan đến hiệu ứng siêu liên hợp.
3. Các ứng dụng/ khả năng ứng dụng trong thực tiễn hay những vấn đề còn bỏ ngỏ cần tiếp tục nghiên cứu
Nghiên cứu sẽ mở rộng tiếp tục với việc lựa chọn mô hình phù hợp để làm rõ vai trò của các orbital sigma phản liên kết C-F và hiện tượng nhiễu spin trong sự hình thành liên kết sigma một phần.