مهدی ایرانی

واکنش دیلز– آلدر، به عنوان یکی از واکنش‌های کلیدی و پرکاربرد در شیمی آلی، نوعی واکنش افزایشی از نوع [4+2] سیکلو افزایشی بین یک دی‌ان و یک دی‌انوفیل است که منجر به تشکیل یک حلقه شش‌عضوی با ایجاد هم‌زمان پیوندهای جدید و مراکز فضایی می‌شود. این واکنش به دلیل کارایی بالا و عدم نیاز به کاتالیزور در بسیاری موارد، جایگاه ویژه‌ای در سنتز ترکیبات دارویی و طبیعی دارد. در این پروژه، با استفاده از روشهای محاسباتی، به بررسی سینتیک واکنش 1و4-نفتوکینون با سیکلوپنتا دی‌ان می‌پردازیم. جهت بررسی دقیق‌تر مسیر واکنش دیلز– آلدر در فاز گازی و محیط‌های مختلف حلال، از محاسبات چندمقیاسی در قالب طرح QM1/QM2،QM/MM استفاده شد. در این چارچوب، ناحیه‌ی واکنش‌دهنده در سطح کوانتومی (QM) و محیط اطراف آن شامل مولکول‌های حلال در سطح مکانیک مولکولی (MM) مدل‌سازی گردید. برای بخش کوانتومی از سه سطح نظری متفاوت شامل TPSSH/def2-SVP، TPSSH/def2-TZVPP و M06-2X-SVP بهره گرفته شد تا اثر تابعی و مجموعه‌پایه بر انرژی‌های محاسبه‌شده مورد بررسی قرار گیرد. مقادیر انرژی الکترونی، انرژی آزاد گیبس و پارامترهای ترمودینامیکی (نظیر تصحیحات حرارتی و انرژی نقطه‌ی صفر) برای هر سه حالت واکنش‌دهنده (Re)، حالت گذار (TS) و محصول (Pr) در حالت های اندو و اگزو محاسبه شدند. در روش QM1/QM2، هر دو بخش در سطح کوانتومی محاسبه می‌شوند، با دو سطح نظری متفاوت: سطح بالاتر QM1 برای ناحیه‌ی واکنش‌پذیر و سطح پایین‌تر QM2 برای محیط اطراف به‌کار می‌رود تا دقت مناسب در کنار کاهش هزینه‌ی محاسباتی حاصل شود. به‌منظور تحلیل دقیق‌تر، در هر یک از این روش‌ها، دو نوع طرح تعبیه الکتروستاتیکی و مکانیکی مورد بررسی قرار گرفت تا نحوه‌ی تعامل بین نواحی مختلف QM و MMبهتر مشخص شود. در مجموع، محاسباتQM/MM ، QM1/QM2 نشان دادند که: مسیر اندو از نظر ترمودینامیکی و سینتیکی مطلوب‌تر از مسیر اگزو است. تابعی M06-2X-SVP پایداری محصولات را بیش از سایر روش‌ها پیش‌بینی می‌کند. افزایش قطبیت محیط منجر به کاهش سد انرژی و تسریع واکنش می‌شود. نتایج حاصل در محیط آبی و حلال‌های الکلی با گزارش‌های تجربی موجود در ادبیات علمی تطابق قابل قبولی دارد.