Tên luận án:
Nghiên cứu và thiết kế các hợp chất vòng thơm chứa nitrogen có khả năng chống oxy hóa bằng phương pháp hóa tính toán
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Luận án này tập trung vào việc nghiên cứu và thiết kế các hợp chất vòng thơm chứa nitrogen có khả năng chống oxy hóa, sử dụng phương pháp hóa tính toán nhằm làm chậm quá trình suy thoái vật liệu polymer do oxy hóa. Vấn đề suy giảm chất lượng vật liệu polymer khi tiếp xúc với môi trường khí quyển, có sự hiện diện của oxy, nước, ánh sáng và nhiệt, là mối quan tâm lớn trong cả lĩnh vực học thuật và kinh tế. Các hợp chất vòng thơm chứa nitrogen, đặc biệt là các amine thơm, đã được xác định là những chất chống oxy hóa tiềm năng hiệu quả trong y học, thực phẩm và công nghiệp.
Mục tiêu chính của luận án là thông qua việc nghiên cứu các tính chất nhiệt động học liên quan đến cơ chế phản ứng dập tắt gốc tự do, từ đó thiết kế các chất chống oxy hóa hiệu quả có nguồn gốc từ các amine, sử dụng làm chất ổn định cho vật liệu polymer. Luận án đã triển khai nghiên cứu theo bốn nội dung chính: khảo sát các phương pháp tính toán có độ tin cậy để xác định các thông số nhiệt động (BDE(N–H), IE, PA, PDE và ETE); khảo sát ảnh hưởng của các nhóm thế ở vị trí meta và para; nghiên cứu cấu trúc và khả năng chống oxy hóa của các hợp chất vòng thơm chứa nitrogen như aniline, diphenylamine, và polyaniline; và thiết kế các dẫn xuất vòng thơm chứa nitrogen có khả năng chống oxy hóa, bao gồm phenoxazine, phenothiazine, các dẫn xuất của diphenylamine, và các hợp chất nano lai fulleren-polyaniline.
Các phương pháp hóa học lượng tử và hóa tính toán, cụ thể là lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT) với phiếm hàm M05-2X/6-311++G(d,p) và phương pháp ONIOM 2 lớp, đã được sử dụng. Các phần mềm Gaussian 09 và Gaussview là công cụ hỗ trợ chính. Luận án đã đưa ra những đóng góp mới như nghiên cứu hệ thống khả năng chống oxy hóa và ảnh hưởng của nhóm thế đến các hợp chất đã nêu thông qua các cơ chế HAT, PCET, SET-PT và SPLET. Kết quả cho thấy các nhóm thế đẩy electron (EDG) tạo nên chất chống oxy hóa tốt hơn theo quan điểm nhiệt động học trong cơ chế HAT và SET-PT. Đồng thời, cơ chế PCET được đánh giá là có tốc độ phản ứng nhanh hơn cơ chế HAT. Luận án cũng đã thành công trong việc thiết kế các hợp chất chống oxy hóa tiềm năng từ các dẫn xuất vòng thơm chứa nitrogen bằng phương pháp hóa tính toán.
Mục lục chi tiết:
- Mở đầu
- Chương 1: Tổng quan về hệ chất nghiên cứu
- Tổng quan về hợp chất chống oxy hóa
- Tổng quan về hợp chất vòng thơm chứa nitrogen có tác dụng chống oxy hóa
- Cơ chế chống oxy hóa của các hợp chất họ amine thơm
- Phương trình Hammett
- Tình hình ứng dụng hóa học tính toán trong nghiên cứu khả năng chống oxy hóa của hợp chất amine thơm
- Chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên cứu
- 2.1. Nội dung nghiên cứu
- 2.2. Tổng quan về phương pháp tính
- 2.2.1. Cơ sở phương pháp tính toán hóa lượng tử - phương trình Schrödinger
- 2.2.2. Bộ hàm cơ cở
- 2.2.3. Cấu hình electron và trạng thái của hệ
- 2.2.4. Phương pháp lí thuyết phiếm hàm mật độ
- 2.2.5. Phương pháp ONIOM
- 2.3. Các phần mềm tính toán
- 2.3.1. Phần mềm Gaussian 09
- 2.3.2. Phần mềm Gaussview
- 2.3.3. Phần mềm Eyringpy
- 2.4. Phương pháp nghiên cứu áp dụng trong luận án
- 2.4.1. Tính toán năng lượng điểm đơn (single point energy)
- 2.4.2. Tối ưu hóa cấu trúc (geometry optimization)
- 2.4.3. Xác định trạng thái chuyển tiếp và hàng rào năng lượng
- 2.4.4. Tính các thông số nhiệt động học
- 2.4.5. Tính các thông số động lực học các phản ứng hóa học
- 2.4.6. Quy ước kí hiệu các đại lượng sử dụng tính toán trong Luận án
- Chương 3: Kết quả và thảo luận
- 3.1. Khảo sát tính chính xác của phương pháp nghiên cứu
- 3.2. Nghiên cứu khả năng chống oxy hóa của aniline (C6H5NH2)
- 3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của nhóm thế tại các vị trí meta và para
- 3.2.2. Năng lượng ion hóa (IE) của các dẫn xuất ArNH2 chứa một nhóm thế
- 3.2.3. Động học của phản ứng dập tắt gốc tự do CH3OO• trong hệ ArNH2
- 3.2.4. Tiểu kết
- 3.3. Khả năng chống oxy hóa của dẫn xuất diphenylamine
- 3.3.1. Ảnh hưởng của nhóm thế tại vị trí para đến các thông số nhiệt động
- 3.3.2. Động học của phản ứng dập tắt gốc tự do CH3OO• trong hệ Ar2NH
- 3.3.3. Tiểu kết
- 3.4. Khả năng chống oxy hóa của dẫn xuất polyaniline (PANI)
- 3.4.1. Khảo sát giá trị các thông số nhiệt động của PANI ở dạng leucoemeraldine và emeraldine với n = 1
- 3.4.2. Bề mặt thế năng và động học của phản ứng giữa PANI với HOO
- 3.5. Thiết kế các dẫn xuất dị vòng thơm từ phenoxazine và phenothiazine có khả năng chống oxy hóa bằng phương pháp hóa tính toán
- 3.5.1. Ảnh hưởng của nhóm thế tại vị trí para đến các thông số nhiệt động
- Những kết luận chính của Luận án và kiến nghị
- Danh mục các công trình liên quan đến Luận án
- Tài liệu tham khảo
- Phụ lục