پایان نامه ارشد:طراحی چند رنگ آلی نیتروژن دار و بررسی توتومری درآنها بر اساس محاسبات مکانیک کوانتومی Ab initio

متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته :شیمی

گرایش :آلی

عنوان : طراحی چند رنگ آلی نیتروژن دار و بررسی توتومری درآنها بر اساس محاسبات مکانیک کوانتومی Ab initio

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران مرکزی

دانشکده علوم پایه   گروه شیمی

(M.SC) پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

گرایش :آلی

عنوان :

Ab initio طراحی چند رنگ آلی نیتروژن دار و بررسی توتومری درآنها بر اساس محاسبات مکانیک کوانتومی

استاد راهنما:

دکتر مرجانه صمدی زاده

 

استاد مشاور:

دکتر نادر زبرجد شیراز

پاییز 92

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب                                                         صفحه

فصل اول: رنگ………………………………………………………………………………………………………………….1

1-1 مقدمه رنگ……………………………………………………………………………………………………………….. 2

1-1-1   تاریخچه و تئوری رنگ و نحوه ی ایجاد آن ……………………………………………………………..3

2-1-1   تعریف کلی رنگ………………………………………………………………………………………………….4

2-1    مبانی شیمی رنگ…………………………………………………………………………………………………… 4

1-2-1   تعریف فیزیکی رنگ ……………………………………………………………………………………………..4

2-2-1   رنگ و طیف رنگی………………………………………………………………………………………………. 5

3-1     تعریف چند اصطلاح مهم در زمینه ی شیمی رنگ………………………………………………………..7

1-3-1 کروموفور………………………………………………………………………………………………………………7

2-3-1   اکسوکروم………………………………………………………………………………………………………….. 7

3-3-1  کروموژن……………………………………………………………………………………………………………….9

4-1    اوربیتال های مولکولی و ارتباط آن ها با رنگ……………………………………………………………….9

1-4-1  انتقال الکترونی……………………………………………………………………………………………………….9

2-4-1    انواع انتقالات الکترونی……………………………………………………………………………………… 11

1-2-4-1 انتقالات *σ σ………………………………………………………………………….. 11

2-2-4-1   انتقالات *σ n …………………………………………………………………………………………..12

3-2-4-1   انتقالات *π n و *π π ………………………………………………………………………….12

3-4-1   ارتباط ساختار مولکول با λmax……………………………….……………………………………………………………………..13

5-1    کلی ترین دسته بندی رنگ ها…………………………………………………………………………………..14

6-1    اجزای رنگ…………………………………………………………………………………………………………..15

1-6-1   رنگدانه ها …………………………………………………………………………………………………………15

1-1-6-1   رنگدانه و خواص فیزیکی آن ها……………………………………………………………………….. 16

2-6-1   رزین یا پلیمر………………………………………………………………………………………………………17

3-6-1   حلال…………………………………………………………………………………………………………………17

4-6-1   مواد افزودنی………………………………………………………………………………………………………17

7-1    رنگدانه و رنگینه ، پیگمان………………………………………………………………………………………..17

8-1  دسته بندی رنگها………………………………………………………………………………………………………18

1-8-1  دسته بندی شیمیایی رنگ ها……………………………………………………………………………………18

9-1    طبقه بندی رنگ ها بر اساس کاربرد…………………………………………………………………………..18

1-9-1  رنگهای اسیدی……………………………………………………………………………………………………..18

2-9-1   رنگهای بازی………………………………………………………………………………………………………19

3-9-1   رنگ های گوگردی………………………………………………………………………………………………20

4-9-1    رنگ های حلال………………………………………………………………………………………………….21

5-9-1    رنگ های راکتیو…………………………………………………………………………………………………21

6-9-1    رنگ های مستقیم……………………………………………………………………………………………….22

7-9-1   رنگ های کلوئیدی……………………………………………………………………………………………..23

8-9-1   رنگ های دیسپرس………………………………………………………………………………………………23

9-9-1   رنگ های اینگرین……………………………………………………………………………………………….23

10-9-1   رنگ های دندانه ای یا کمپلکس فلزی…………………………………………………………………..24

1-10-9-1    روش های دندانه زدن الیاف…………………………………………………………………………..24

11-9-1   رنگ های خمی…………………………………………………………………………………………………24

12-9-1   رنگ های آزو……………………………………………………………………………………………………25

فصل دوم :مبانی نظری شیمی محاسبات و معرفی نرم افزار های محاسباتی شیمی…………26

1-2   مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………………27

2-2   معرفی………………………………………………………………………………………………………………….. 27

3-2   کاربردهای کلی کامپیوتر…………………………………………………………………………………………..27

4-2   عملکرد کامپیوتر……………………………………………………………………………………………………..28

5-2   مزایای کامپیوتری……………………………………………………………………………………………………28

6-2   سه دسته از علم کامپیوتر…………………………………………………………………………………………..28

7-2   شیمی محاسباتی………………………………………………………………………………………………………29

1-7-2   مزایای شیمی محاسباتی………………………………………………………………………………………..30

8-2   بررسی روش های محاسباتی……………………………………………………………………………………..30

1-8-2  روشهای مکانیک مولکولی……………………………………………………………………………………..30

2-8-2   روش های نیمه تجربی………………………………………………………………………………………….31

9-2   معرفی چند نرم افزار محاسباتی………………………………………………………………………………….31

1-9-2   نرم افزار هایپرکم ……………………………………………………………………………………………………….31

2-9-2   معرفی نرم افزار کم آفیس…………………………………………………………………………………….32

1-2-9-2   کاربرد نرم افزار کم آفیس…………………………………………………………………………………32

3-9-2   معرفی نرم افزارهای Mopac  ……………………………………………………………………………33

4-9-2 نرم افزار Gaussian 98w ………………………………………………………………………………….33

5-9-2 معرفی نرم افزار Gaussview ……………………………………………………………………………..34

10-2 روش های محاسباتی و معرفی نرم افزار های مورد استفاده دراین پروژه …………………………..34

11-2  مطالعه بر روی مشخصات مولکول در گوسین …………………………………………………………….36

12-2   آشنایی بیشتر با نرم افزا ر Gaussian 98  ………………………………………………………36

13-2  پیش بینی خواص مولکولی حاصل شده از گوسین ………………………………………………………37

14-2   روش های مکانیک مولکولی و روش های نیمه تجربی ………………………………………………..38

15-2  روش های محاسباتی initio  Ab ………………………………………………………………………….38

1-15-2  توانایی روش initio Ab ………………………………………………………………………………….39

2-15-2 مراحل اجرای یک محاسبه با روش initio Ab ……………………………………………………..39

3-15-2 شرایط روش initio Ab…………………………………………………………………………………….40

4-15-2 نکات قوت روش initio Ab …………………………………………………………………………….41

فصل سوم : رنگهای آزو………………………………………………………………………………………… 42

13   مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………………43

2-3  روش کلی در ساختن رنگ های آزو……………………………………………………………………………43

3-3  فرآیند تهیه رنگ های آزو…………………………………………………………………………………………..44

1-3-3   تشکیل رنگ آزو در نیمه ی فرآیند دی آزوتاسیون…………………………………………………….44

1-1-3-3  دی آزوتاسیون مستقیم……………………………………………………………………………………….45

2-1-3-3  دی آزوتاسیون غیر مستقیم………………………………………………………………………………….45

3-1-3-3  دی آزوتاسیون آمین های با خاصیت بازی ضعیف………………………………………………….45

4-1-3-3  دی آزوتاسیون در حلال آلی ……………………………………………………………………………..45

2-3-3  تشکیل رنگ ازو در نتیجه ی فرآیند جفت شدن…………………………………………………………45

1-4-3  رنگ های مونو آزو……………………………………………………………………………………………….46

2-4-3  رنگ های دی آزو…………………………………………………………………………………………………46

3-4-3  رنگ های تترا آزونیوم……………………………………………………………………………………………47  5 -3  اصول شیمی رنگ……………………………………………………………………………………………………47

6-3   تاثیر کروموفور برای ساخت رنگ………………………………………………………………………………48

7-3  اهمیت سیستم ترکیبی در تولید رنگ……………………………………………………………………………49

8-3 اثر جانشینی در رنگ آزو……………………………………………………………………………………………49

9- 3   تاملی در طراحی رنگ…………………………………………………………………………………………….50

10-3   بررسی سم شناسی رنگ………………………………………………………………………………………….52

11-3   ارتباط ویژگی ساختاری………………………………………………………………………………………….53

12-3   رنگ مو……………………………………………………………………………………………………………….55

13-3 Triazole  ……………………………………………………………………………………………………………57

14-3 Pyrazoline  ………………………………………………………………………………………………………..58

فصل چهارم بخش تجربی و نتیجه گیری…………………………………………………… 59

1-4 : مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………..60

2-4  روش کار ……………………………………………………………………………………………………………….61

3-4  رنگ های آلی نیتروژن داری که در این پروژه به انان پرداخته شده است …………………………..61

1-3-4 :  تغییرات قسمت اول ……………………………………………………………………………………………62

2-3-4  : بحث ونتیجه گیری جدول 1-4……………………………………………………………………………. 64

3-3-4 : تغییرات مولکول   TAZ  در قسمت دوم ………………………………………………………………..64

4-3-4 : نتایج تجربی جدول 2-4  …………………………………………………………………………………….68

5-3-4: تغییرات مولکول TAZ در قسمت سوم ……………………………………………………………………69

6-3-4 : نتایج جدول 3-4 ……………………………………………………………………………………………….72

7-3-4 : نتایج جدول 4-4 ………………………………………………………………………………………………..76

8-3-4  : نتایج جدول 5-4 ………………………………………………………………………………………………79

9-3-4 : بررسی تاثیر کروموفور  NO2  برروند پایداری و λmax  در رنگ مو …………………………….80

10-3-4 : نتایج بدست آمده از جدول 6-4 …………………………………………………………………………83

11-3-4 : بررسی تاثیر کروموفور  CN  برروند پایداری و λmax  در رنگ مو…………………………… 84

12-3-4 : نتایج جدول 7-4 ………………………………………………………………………………………………86

13-3-4 : بررسی تاثیر کروموفور    OCH3   برروند پایداری و λmax  در رنگ مو  ……………………87

14-3-4 : نتایج بدست آمده از جدول 8-4 ………………………………………………………………………….90

15-3-4 : بررسی تاثیر کروموفور    HC=NH برروند پایداری و λmax  در رنگ مو …………………..91

16-3-4 : نتایج تجربی بدست آمده از جدول 9-4……………………………………………………………… 93

17-3-4 : رنگ مو قسمت اول ………………………………………………………………………………………….98

18-3-4 : نتایج تجربی بدست آمده از جدول 13-4…………………………………………………………….. 99

19-3-4 : رنگ مو قسمت دوم ………………………………………………………………………………………..100

20-3-4 : نتایج جدول 14-4…………………………………………………………………………………………. 101

21-3-4 : رنگ مو قسمت سوم………………………………………………………………………………………. 102

22-3-4 :نتایج جدول 15-4 ……………………………………………………………………………………………103

فهرست شکل ها                                                                صفحه

شکل : 1-1 ساختار مولکولی بنزن……………………………………………………………………………………… 3

شکل 2-1 : محدوده نور مرئی…………………………………………………………………………………………….. 4

شکل  3-1 : دایره رنگ……………………………………………………………………………………………………… 6

شکل  4-1  : نور های جذب شده و منعکس شده در محدوده ی طول موج های مرئی………………… 6

شکل 5-1 : ساختار متیل نارنجی…………………………………………………………………………………………..8

شکل 6-1 : ساختار آزوبنزن………………………………………………………………………………………………..8

شکل 7-1 : مثال هایی از مواد رنگی قوی………………………………………………………………………………9

شکل 8-1  : نمایش اوربیتال های مولکولی…………………………………………………………………………..10

شکل 9-1 : انتقالات الکترونی…………………………………………………………………………………………….12

شکل 10-1 : طیف طول موج ناحیه مرئی……………………………………………………………………………..13

شکل 11-1 : طول موج نواحی مختلف………………………………………………………………………………..14

شکل 12-1 : دسته بندی رنگ…………………………………………………………………………………………….14

شکل 13-1 :  انواع شناساگرهای اسیدوباز……………………………………………………………………………20

شکل 14-1 : رنگ گوگردی……………………………………………………………………………………………….20

شکل  1-3 :    ساختار کلی رنگ های آزو…………………………………………………………………………..43

شکل 2-3 : نمونه هایی از گروه های کروموفوری موجود در رنگ های آلی………………………………48

شکل 3-3 : اهمیت داشتن یک کروموفور در یک سیستم کونژوگه Conjugated………………………48

شکل 4-3 : سیستم های مزدوج در ویتامین A ( بالا ) و β کاروتن ( پایین )………………………….. 49

شکل 5-3 : تاثیر رنگ زایی کروموفورها……………………………………………………………………………. 49

شکل 6- 3  :شکل گیری یون Nitrenium از متابولیسم آمین های آروماتیک………………………….. 51

شکل 7-3 : چند ترکیب تجاری برای رنگ های آزو …………………………………………………………….51

شکل 8- 3  :کاهش برش مستقیم 28 قرمز ( 1 ) با استفاده از یک آنزیم ردوکتاز………………………..52

شکل 9-3  : نمونه هایی از آمین های آروماتیک سرطان زا و ترکیبات آزو…………………………………53

شکل 10-3 : مسیرهای واکنشی برای nitrenium یون 9 متابولیت از ایزومر آزوبنزن azobenzen.54

شکل 11-3  : سرطان زا ( 12 ) و غیر سرطان زا ( 13 ) محلول در آب monoAZO…………………54

شکل 12-3  : اکسیداسیون تشکیل رنگ مو از واسطه های اولیه ( X=O , NH ) ………………………56

شکل 13-3  : تشکیل رنگ موی اکسیدی از جفت شونده و ماده میانی اولیه……………………………..56

شکل 14-3 : مثال هایی از ساختار های رنگ مو های غیر دایمی ……………………………………………57

شکل 1-4:فایل out   تغییرات دسته اول …………………………………………………………………………….63

شکل 2-4 : فایل OUT تغییرات دسته دوم ………………………………………………………………………… 67

شکل 3-4 : فایل OUT تغییرات دسته سوم  ………………………………………………………………………. 71

شکل 4-4: فایلOUT پیرازولین………………………………………………………………………………………… 76

شکل5-4: فایل OUT  رنگ مو دایمی…………………………………………………………………………………… 79

شکل 4-6 : فایل OUT  رنگ مو دایمی با کروموفور NO2 …………………………………………………….82

شکل 7-4 : فایل OUT رنگ مو دایمی با کروموفور CN………………………………………………………. 85

شکل 8-4 : فایل OUT رنگ مو دایمی با کروموفور OCH3  …………………………………………………..89

شکل 9-4 : فایل OUT رنگ مو دایمی با کروموفور HCNH  ….………………………… 93……………….

فهرست جداول                                                                 صفحه

 جدول 1-4 : انرژی تشکیل HF ، سطح انرژی LUMO  ، HOMO ،  maxλ 63…….….……….………..

 جدول 2-4 :  انرژی تشکیل HF ، سطح انرژی LUMO  ، HOMO ،  maxλ 68…….………………..….

جدول 3-4 : انرژی تشکیل HF ، سطح انرژی LUMO  ، HOMO ،  maxλ 72…….……………….…….

جدول 4-4 : انرژی تشکیل HF ، سطح انرژی LUMO  ، HOMO ،  maxλ 76……….……………………

 جدول 5-4 : انرژی تشکیل HF ، سطح انرژی LUMO  ، HOMO ،  maxλ 79………….………………..

جدول 6-4 : انرژی تشکیل HF ، سطح انرژی LUMO  ، HOMO ،  maxλ 82……….…………………..

جدول 7-4: انرژی تشکیل HF ، سطح انرژی LUMO  ، HOMO ،  maxλ 86………….……………..…..

جدول 8-4 : انرژی تشکیل HF ، سطح انرژی LUMO  ، HOMO ،  maxλ 89……………………………..

جدول9-4 : انرژی تشکیل HF ، سطح انرژی LUMO  ، HOMO ،  maxλ 93………………………..……

جدول 10-4: انرژی تشکیل HF ، سطح انرژی LUMO  ، HOMO ،  maxλ:95….…………………….….

جدول 11-4 : انرژی تشکیل HF ، سطح انرژی LUMO  ، HOMO ،  maxλ 96.………………………….

جدول 12-4 :انرژی تشکیل HF ، سطح انرژی LUMO  ، HOMO ،  maxλ 97………..……………..……

جدول 13-4 :انرژی تشکیل HF ، سطح انرژی LUMO  ، HOMO ،  maxλ 99…….……………….…….

جدول 14-4 : انرژی تشکیل HF ، سطح انرژی LUMO  ، HOMO ،  maxλ 101….………………..…..

جدول 15-4 : انرژی تشکیل HF ، سطح انرژی LUMO  ، HOMO ،  maxλ 103………………………….

 

چکیده

شیمی محاسباتی با به کاربردن نرم افزارهای کامپیوتری ابزاری قدرتمند در طراحی مولکولهایی با خواص ویژه است.شیمی محاسباتی عبارتی عمومی و کلی است که گستره وسیعی از روش هاو تقریب هارا دربر میگیرد وبا استفاده از قوانین ریاضی و تئوری به حل مسائل شیمی می پردازد.امروزه روش های محاسبات مکانیک کوانتومی به عنوان ابزاری مهم در پژوهش های مربوط به علم شیمی به شمار می آیند زیرا توانایی محاسبه و پیش بینی انرژی ساختارو سایر ویژگی های موجود در مولکول را دارا هستند.این محاسبات کمک می کنند تا دریابیم چه مواردی برای بررسی آزمایشگاهی مناسب اند یا چه مولکولهایی پایداری لازم را برای تشکیل دارند.در واقع شیمی محساباتی شاخه ای از علم در ارتباط با تحلیل و اندازه گیری خواصی از مواد می باشد که به طور مستقیم قابل اندازه گیری نیستند و از علومی نظیر ریاضی و آمار سود می برند در حالیکه نتایج بدست آمده کامل کننده اطلاعات بدست آمده از آزمایش های شیمیایی هستند.

از جمله نرم افزارها و برنامه هایی که در این تحقیق از آن ها استفاده می شود ، نرم افزار گوسین 98 و Gaussview وChemoffice است.

توسط این نرم افزارها ، طراحی چند دسته از رنگ های آلی نیتروژن دار و بررسی توتومری آن ها همچنین تاثیرگروههای  اکسوکروم از لحاظ پایداری  بر اساس محاسبات  مکانیک کوانتومی Ab initio صورت  می گیرد توسـط دستــــــور DFT ، opt+freq ، HF/6-31G  مقدار انرژی تشــکیل HF ،انرژی HOMO  بالاترین اوربیتال مولکولی پر ( اوربیتالی که به عنوان دهنده ی الکترون عمل می کند که همان خارجی ترین لایه پر با بالاترین سطح انرژی ) ، سطح انرژی LUMO پایین ترین اوربیتال مولکولی خالی ( اوربیتالی که به عنوان گیرنده ی الکترون عمل می کند ، داخلی ترین لایه خالی با کمترین سطح انرژی  )  و λmax و اختلاف H-L محاسبه میشود.

به همین منظور ابتدا ساختار ترکیبات مورد نظر رسم شده است و سپس با استفاده از نرم افزارهای مربوطه و همچنین انتخاب دستور مناسب ، ساختار ترکیبات  بهینه می شود و در گام بعدی ، مقدار انرژی تشکیل ترکیبات بررسی می گردد .

هدف از این تحقیق ، بررسی تاثیر هترواتم ها در پایداری رنگ های آلی است ، به این صورت که با جایگزینی چند هترواتم و محاسبه HF برای توتومری هر مولکول میزان پایداری توتومری ها تعیین شود.

فصل اول

رنگ

مقدمه رنگ

رنگها ترکیبات آلی سنتزی هستند که تولید آنها افزایش یافته و به عنوان رنگ دهنده ها ، در بسیاری از صنایع نساجی ، پلاستیک سازی ، کاغذ سازی و … استفاده می شوند .

رنگ از ابتدای تاریخ زندگی انسان وجود داشته ، بطوریکه انسان های اولیه و غارنشین از خاک سرخ به عنوان رنگ قرمز و از گل سفید به عنوان رنگ سفید و از زغال سیاه به عنوان رنگ سیاه استفاده می نمودند. استفاده از رنگ در ابتدای تمدن انسان به منظور جذابیت آن و آراستگی بوده و گفته می شود قدمت آن به پنج هزار سال قبل از مسیح بر میگردد . مصریان اولین سازندگان رنگ آبی از سولفات مس و رنگ قرمز از سولفور جیوه و رنگ زرد از آرسنیک بوده اند.

اولین رنگ سنتز شده توسط ویلیام هنری پرکین ، یک دانشجوی شیمی درکالج رویان کشــف شد. او سعی به ساختار دارو گوئینین از آنیلین ( یک ماده شیمیایی یافت شده در زغال سنگ ) داشت که در نتیجه آزمایش ، یک لجن سیاه و ضخیم تولید شد. او سعی کرد که بتواند ابریشم را با آن رنـگ کند که رنـــگی پایدار و مقاوم در برابر شویش و از بین رفتن در برابر نور بود.

پس از کشف اولین رنگ سنتزی در اواسط سده نوزدهم ، شیمیدانان به کشف چگونگی ارتباط بین رنگینه و ساختار مولکولی آن علاقه مند شدند . در سالهای اخیر موضوع منشأ رنگ در مولکولهای آلی به صورت علمی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است . علاوه بر آن شناخت رنگ و نحوه ی ایجاد آن ها ، امروزه اهمیت فراوانی در طراحی روز داد.

در اولین روز های پیدایش شیمی سنتز رنگ ، دانش بسیار کمی در مورد ساختار مولکول های آلی وجود داشت . پس از پیشنهاد فرضیه ککوله در مورد ساختار بنزن ، شیمی آلی پیشرفت سریعی داشت. رنگهای جدید در بازار از روش تحقیقی ککوله ، روی ساختار مولکولی بنزن در سال 1868 بوجود آمده اند.

شکل : 1-1 ساختار مولکولی بنزن

در اوایل قرن بیستم مواد رنگی سنتزی با رنگهای طبیعی کاملا جایگزین شدند

تعداد صفحه : 132

قیمت : 14000تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        09199970560        info@arshadha.ir

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

شماره کارت :  6037997263131360 بانک ملی به نام محمد علی رودسرابی

11

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید