Dự đoán giá trị pka của các phenolic bằng lý thuyết dft

1

ch(RLED BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

NGUYỄN THỊ MỸ

DỰ ĐOÁN GIÁ TRỊ pKa CỦA CÁC PHENOLIC BẰNG LÝ

THUYẾT DFT

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

CỬ NHÂN SƯ PHẠM

ĐÀ NẴNG, NĂM 2022

2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

DỰ ĐOÁN GIÁ TRỊ pKa CỦA CÁC PHENOLIC BẰNG LÝ

THUYẾT DFT

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

CỬ NHÂN SƯ PHẠM

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Thị Mỹ

Lớp : 18SHH

GV hướng dẫn : TS. Mai Văn Bảy

ĐÀ NẴNG, NĂM 2022

i

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả

nghiên cứu và các kết luận trong luận văn này là trung thực, được các đồng tác

giả cho phép sử dụng và chưa từng công bố trong bất kỳ một công trình nào khác.

Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được trích dẫn theo đúng quy định.

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả

NGUYỄN THỊ MỸ

ii

Trong quá trình học tập và nghiên cứu đề tài “Dự đoán giá trị pKa của các phenolic

bằng lý thuyết DFT”, tôi đã nhận được sự hướng dẫn và giúp đỡ nhiệt tình từ TS. Mai

Văn Bảy, với lòng biết ơn sâu sắc và kính trọng tôi chân thành gửi lời cảm ơn đến

thầy, người luôn tận tâm chỉ bảo và giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu và hoàn

thành đề tài.

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo đang công tác tại khoa Hóa học

trường Đại học Sư Phạm - Đại học Đà Nẵng, đã tận tình truyền đạt, hỗ trợ cho tôi

những kiến thức quý báu giúp tôi hoàn thành nội dung nghiên cứu.

Tuy đã nỗ lực hết sức nhưng trong đề tài không tránh khỏi những thiếu sót.

Tôi rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, chỉnh sửa và bổ sung của thầy cô để

đề tài được hoàn thiện, thành công hơn.

Tôi xin chân thành cảm ơn!

LỜI CẢM ƠN

Tác giả

Nguyễn Thị Mỹ

iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT v

DANH MỤC CÁC BẢNG vii

DANH MỤC HÌNH ẢNH viii

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

1.1. Cân bằng acid – base và giá trị pKa 3

1.1.1. Định nghĩa về giá trị pKa 3

1.1.2. Vai trò của giá trị pKa trong các ứng dụng thực tế 4

1.2. Các phương pháp xác định giá trị pKa 5

1.2.1. Các phương pháp thực nghiệm xác định giá trị pKa 5

1.2.2. Các phương pháp tính toán giá trị pKa 10

1.3. Các hợp chất phenolic 15

1.4. Các nghiên cứu tính toán giá trị pKa của các phenolic 16

CHƯƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18

2.1. Mục tiêu nghiên cứu 18

2.2. Nội dung nghiên cứu 18

2.3. Phương pháp nghiên cứu 18

2.3.1. Cơ sở phương pháp hóa học tính toán 18

2.3.2. Bộ hàm cơ sở (basis set) 20

2.3.3. Phương pháp phiếm hàm mật độ 24

2.3.4. Mô hình dung môi 28

2.3.5. Các phần mềm tính toán và phương pháp tính toán 31

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 32

3.1. Tính trực tiếp giá trị pKa 32

3.2. Tính giá trị pKa sau hiệu chỉnh thống kê 40

KẾT LUẬN 48

ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 49

iv

TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN 54

PHỤ LỤC 60

v

ρ(r) Hàm mật độ electron

∆���������� Năng lượng Gibbs solvat hóa

ArOH������ Acid tham chiếu

��0 Năng lượng của phân tử ở trạng thái cơ bản

Hằng số Planck

Ĥ Toán tử Hamilton

Ka Hằng số acid

K

eq

Hằng số cân bằng

����

������ Hằng số acid của ArOHre��

������

�������� pKa tính toán

������

������ pKa thực nghiệm

������

�������� p���� sau khi hiệu chỉnh thống kê

���� Hàm cơ sở

Xi Bộ mô tả

B3LYP Phiếm hàm mật độ Becke 3 tham số Lee–Yang–Parr

COSMO Conductor-like screening model

CSM Mô hình dung môi liên tục

DFT Density functional theory: thuyết phiếm hàm mật độ

DZ Double zeta: orbital hóa trị được mô tả bằng hai hàm cơ sở

ECP Effective core potential: thế năng lõi hiệu dụng

FRC First principles computations: phương pháp tính toán dựa vào các

nguyên tắt ban đầu

GTO Gaussian-type orbital

GGA Sự gần đúng độ dốc tổng quát

HOMO Highest occupied molecular orbital: orbital phân tử bị chiếm cao

nhất

HF Phương pháp Hartree – Fock

LANL2DZ The Los Alamos National Laboratory basis set

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

vi

LDA Local density approximation: sự gần đúng mật độ cục bộ

LUMO Lowest unoccupied molecular orbital: orbital phân tử không bị

chiếm thấp nhất

MAE Mean absolute error: sai số trung bình tuyệt đối

MD Molecular dynamic

MM Molecular mechanics

MO Molecular orbital: orbital phân tử

NTCD Bệnh mãn tính không lây

PBE Phiến hàm Perdew – Burke – Ernzerhof

PBE0 Phiếm hàm Perdew – Burke-Ernzerhof (PBE) lai Hartree – Fock

PCM Polarizable solvation model: mô hình solvat hóa phân cực

QM Quantum mechanics

QMM Quantum molecular mechanics

QSAR Quantitative structure – activity relationship: phương pháp định

lượng giữa cấu trúc và hoạt tính

QZ Quadruple zeta: orbital hóa trị được mô tả bằng bốn hàm cơ sở

SDD Stuttgart – Dresden ECP

SMD Solvation model based on density: mô hình solvat hóa dựa trên mật

độ

STO Slater-type orbital: orbital kiểu Slater

TZ Triple zeta: orbital hóa trị được mô tả bằng ba hàm cơ sở

VdW Bề mặt van der Waals được xây dựng từ bán kính van der Waals của

nguyên tử (trừ nguyên tử H).

ZPE Zero point energies: năng lượng điểm không