Нанообъекты, в частности, фуллерены и нанотрубки оказывают влияние на конформационные характеристики инкапсулированных молекул и существенно меняют свойства последних [1]. В частности, недавно было показано, что молекула этана в нанотрубках пребывает в заслоненной конформации [2]. В настоящей работе с помощью приближения РВЕ/3ζ в рамках программного обеспечения ПРИРОДА [3] впервые исследовано конформационное поведение молекулы диборана, В2Н4 (I) помещенной во внутреннюю полость модельной нанотрубки С96Н8.
Для самого диборана возможна реализация трех форм: неклассической (а, главный минимум), ортогональной (б, локальный минимум) и планарной (в, переходное состояние между двумя минимумами б, табл.).
Данные литературы подтверждают полученные расчетные результаты [4]. Однако для инкапсулированной молекулы диборана I в нанотрубке положение меняется.
Расчет для неклассической формы (а) провести не удалось. Планарная форма (б) неожиданно оказалась самой устойчивой (∆Е00, ∆Н2980). Ее гессиан, в отличие от свободной молекулы диборана, не содержит мнимых частот.
Энергетические параметры диборана (I)
|
Форма |
∆Е00 (ккал/моль) |
∆Н2980 (ккал/моль) |
∆G2980 (ккал/моль) |
∆S2980 (кал/моль К) |
|
Свободный диборан |
||||
|
а б в |
0 3.5 21.2 (∆Е0≠) |
0 3.8 21.1 (∆Н298≠) |
0 3.0 20.9 (∆G298≠) |
0 2.7 0.9 (∆S298≠) |
|
Диборан в нанотрубке |
||||
|
Б в |
0.2 0 |
0.3 0 |
0 0.5 |
0 -2.5 |
Следует также отметить, что инкапсулированная форма (в) отличается самым низким порядком связи В-В (0.64), который в 1.5 раза меньше, чем для формы (б) (0.95). В то же время в случае свободной молекулы В2Н4 порядок этой связи мало зависит от ее структуры: 1.13 для (а), 1.09 для (б) и 0.98 для (в). Помимо этого инкапсулированная молекула приобретает заметный отрицательный заряд (-1.53), хотя в целом система диборан-нанотрубка остается электрически нейтральной. Последнее характерно для всех исследованных кластеров, образованных нанотрубками и включенными в их полость молекулами [2, 5-7].
Таким образом, данные компьютерного моделирования показывают, что силовое поле нанотрубки заметно влияет на энергетические параметры инкапсулированной молекулы и способно существенно изменить характер ее конформационного поведения.
Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках базовой части госзадания образовательным организациям высшего образования.