МОДЕЛИРОВАНИЕ КОЛЬЦЕВЫХ ТОКОВ В МАКРОГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИХ МОЛЕКУЛАХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭКВИВАЛЕНТНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

УДК 537.8+541.67

  • Прудников Никита Андреевич – студент. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). E-mail: mikita.prudnikov18@gmail.com

  • Крук Николай Николаевич – доктор физико-математических наук, доцент, заведующий кафедрой физики. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). E-mail: m.kruk@belstu.by

Ключевые слова: порфин, кольцевые токи, паратропный и диатропный ток, эквивалентная электрическая схема.

Для цитирования: Прудников Н. А., Крук Н. Н. Моделирование кольцевых токов в макрогетероциклических молекулах с использованием эквивалентной электрической схемы // Труды БГТУ. Сер. 3, Физико-математические науки и информатика. 2022. № 1 (254). С. 44–49. DOI: https://doi.org/10.52065/2520-6141-2022-254-1-44-49.

Аннотация

При преобразовании макрогетероциклической молекулы порфина в соответствующую эквивалентную электрическую схему оценено перераспределение электронной плотности посредством анализа распределения кольцевых токов в пиррольных и пирролениновых кольцах. Проведены расчеты глобальных и локальных диатропных и паратропных кольцевых токов посредством составления и решения системы линейных уравнений из интегрированных значений плотностей токов по методу GIMIC. Найдены значения основных элементов эквивалентной электрической схемы, такие как сопротивления внутренних и внешних ветвей и ЭДС индукции отдельных независимых контуров. Установлено, что значения прохождения соответствующих кольцевых токов зависят не только от полученных сопротивлений соответствующих элементов экзо- и эндоциклического путей, но и от тех небольших значений локальных кольцевых токов, среди которых преобладающими являются паратропные, что, в свою очередь, свидетельствует о недостаточной ароматичности колец в молекуле порфина. Протекание большего кольцевого тока через внутреннюю ветвь пирроленинового кольца объясняется его усилением и одновременным ослаблением экзогенных связей паратропным локальным кольцевым током. Выяснено, что именно паратропные токи (главным образом глобальный) изменяют наиболее вероятные пути протекания кольцевых токов.

Список литературы

  1. Крук Н. Н. Строение и оптические свойства тетрапиррольных соединений. Минск: БГТУ, 2019. 216 с.
  2. Аминова Р. М. Основы современной квантовой химии. Казань: КГУ, 2004. 106 с.
  3. Juselius J., Sundholm D. The aromatic pathways of porphins, chlorins and bacteriochlorins // Phys. Chem. Chem. Phys. 2000. Vol. 2, no. 19. P. 2145–2151. DOI: 10.1039/B000260G.
  4. Sundholm D., Fliegl H., Berger R. Calculations of magnetically induced current densities: theory and applications: Calculations of magnetically induced current densities // Wiley Interdiscip. Rev. Comput. Mol. Sci. 2016. Vol. 6, no. 6. P. 639–678 DOI: 10.1002/wcms.1270.
  5. Fliegl H., Sundholm D. Aromatic Pathways of Porphins, Chlorins, and Bacteriochlorins // J. Org. Chem. 2012. Vol. 77, no. 7. P. 3408–3414. DOI: 10.1021/jo300182b.
  6. The gauge including magnetically induced current method / H. Fliegl [et al.] // Phys. Chem. Chem. Phys. 2011. Vol. 13, no. 46. P. 20500–20518. DOI: 10.1039/C1CP21812C.
  7. Fliegl H., Juselius J., Sundholm D. Gauge-Origin Independent Calculations of the Anisotropy of the Magnetically Induced Current Densities // J. Phys. Chem. A. 2016. Vol. 120, no. 28. P. 5658–5664. DOI: 10.1021/acs.jpca.6b03950.
  8. Tuersun M., Kerim A. A study on the aromaticity and magnetic properties of N-confused porphyrins // R. Soc. Open Sci. 2020. Vol. 7, no. 7. P. 20069–20081. DOI: 10.1098/rsos.200069.
Поступила после доработки 07.12.2020