Фторированные циклические молекулы углеводородов представляют большой научный интерес, так как они обладают высокой химической и термической стойкостью, негорючи, у них отсутствует влагопроницаемость и хрупкость. Эти соединения незаменимы при создании материалов для медицины и в других отраслях промышленности. Атомы фтора могут имитировать атомы водорода в живом организме. Благодаря этому многие фторированные органические соединения обладают физиологической активностью. Введение фтора в систему усиливает стерические эффекты, что приводит к изменениям, происходящим в структуре.
Стерическое напряжение вызывает деформацию цикла, т.е. изменение длин связей, искажение валентных углов, образование двугранного угла (или угла складчатости), взаимодействие несвязанных атомов, что приводит к различиям упаковки молекул в кристаллах. Напряжение в молекуле приводит к высокой реакционной способности соединения, увеличивается внутренняя энергия, уменьшается стабильность системы. Поэтому изучение структурных особенностей конденсированных четырехчленных циклов в кристаллах, является важной задачей для дальнейшего изучения фторированных циклических соединений, что в дальнейшем позволит получать вещества с заданными свойствами и давать более точный прогноз их физико-химическим свойствам.
Целью настоящей работы является поиск факторов, отвечающих за образование угла складчатости в конденсированных четырехчленных циклах.
В связи с поставленной целью НИР сформулированы следующие задачи:
1) Построение молекулярных моделей объектов исследования.
2) Проведение расчетов методом молекулярной механики в газовой фазе под действием разных силовых полей с оптимизацией геометрии.
3) Проведение квантово-химических расчетов для изолированных молекул в рамках теории функционала плотности с оптимизацией геометрии.
4) Расчет волновых функций и топологических характеристик электронной плотности в критических точках, характеризующих цикл для неконденсированных и конденсированных систем.
Новизна работы: впервые исследованы особенности электронного строения кристаллической структуры транс-диперфториндено-цис-1,2-дифторциклобутана на субатомном уровне с позиций свойств электронной плотности.
По результатам проведенных исследований в работе сделаны следующие выводы.
1. Методами молекулярной механики и квантово-химического моделирования в газовой фазе установлено, что угол складчатости четырёхчленного цикла в исследуемых системах увеличивается сильнее при введении объемных инденовых заместителей, чем при фторировании молекул.
2. Структурные параметры модельных молекул, полученные методом квантово-химических расчетов, лучше согласуются с экспериментальными данными, чем параметры, полученные методом молекулярной механики.
3. Показано, что фторирование систем приводит к закономерному изменению топологических характеристик электронной плотности в критических точках цикла, но мало влияет на изменение угла складчатости.
