Исследование электронной структуры индиго и его анионов методом dft study of the electronic structure of indigo and its anions dft method

Рисунок 2. Распределение заряда в атомах для цис- и транс-состояний молекулы индиго
Одним из наиболее широко используемых параметров при определении межмолекулярных взаимодействий, нуклеофильных и электрофильных реакционных центров соединений является электростатический потенциал (ЭСП). В литературе [23, 24] значение уровней ЭСП в выражении межмолекулярных взаимодействий выше, чем распределение заряда в атомах. Правильность этих представлений подтверждается расчетами максимального и минимального значений ЭСП для транс- и цис-случаев индиго. Зарядовые распределения транс- и цис-состояний индиго частично отличаются друг от друга (из-за заряда атома O). Однако положительные и отрицательные значения уровня ЭСП вдвое больше, чем в цис-состоянии, чем в транс-состоянии (рисунки 3 и 4). В этом случае минимальный и максимальный уровни, имеющие относительно большое значение, образуются при совмещении электронодонорной и электроноакцепторной частей.

Рисунок 3. Максимальный и минимальный уровни электростатического потенциала для транс-состояния индиго
(показаны на поверхности и на виде сбоку молекулы). Коричневые сферические пузыри представляют максимумы ЭСП. Голубые сферические пузыри представляют собой минимумы ЭСП.

Рисунок 4. Максимальный и минимальный уровни электростатического потенциала для цис-состояния индиго
(показаны на поверхности и виде молекулы сбоку)
Коричневые сферические пузыри представляют максимумы ЭСП. Голубые сферические пузыри представляют собой минимумы ЭСП.
Известно, что уровень электростатического потенциала является важным индикатором при определении реакционных центров молекул, особенно для ковалентно несвязанных взаимодействий, указывая на нуклеофильные и электрофильные центры молекулы [23, 24]. На рисунках 3 и 4 красная область представляет собой отрицательную область поверхности ЭСП, которая является богатой электронами областью, расположенной вокруг атома кислорода. Это говорит о том, что атом кислорода может участвовать в качестве донора электронов в межмолекулярных взаимодействиях. Черная область - это положительная область уровня ЭСП, указывающая на области дефицита электронов. Анализ уровня ЭСП показывает, что группа NH имеет наибольшее положительное значение вокруг атома N, и что этот атом обладает способностью образовывать межмолекулярные N-связи и является центром нуклеофильной атаки.
Однако даже если самый большой отрицательный заряд локализован в атомах азота, они не могут участвовать в межмолекулярных взаимодействиях непосредственно в качестве электронодонорного центра. Только в случае моноаниона и дианиона атомы азота становятся ионными (или донорно-акцепторными) реакционными центрами, образующими связь (рис. 5).