Химия и химические технологии / 5. Фундаментальные проблемы создания новых материалов и технологий

^*Цыба Ю.В., ^*Бондарев Н.В., ^**Зайцева И.С.

^*Национальный университет имени В.Н. Каразина, Харьков, Украина

^**Харьковская национальная академия городского хозяйства, Украина

Регрессионно-корреляционный и термодинамический

анализ влияния свойств растворителей вода-метанол,

вода-этанол, вода-пропан-2-ол на силу бензойной кислоты

Цель работы – построение регрессионных моделей зависимости силы бензойной кислоты от свойств смешанных водно-спиртовых растворителей и сопоставление результатов сольватационно-термодинамического и корреляционно-регрессионного анализа термодинамики диссоциации слабой кислоты.

Задачи исследования: сформировать базу данных по термодинамическим константам диссоциации бензойной кислоты в водно-органических растворителях вода-метанол, вода-этанол, вода-пропан-2-ол в аквамоляльной концентрационной шкале; выполнить корреляционный анализ зависимостей термодинамики диссоциации бензойной кислоты от физико-химических параметров смешанных водно-спиртовых растворителей; предложить адекватные модели для описания зависимости силы бензойной кислоты от состава смешанных растворителей; оценить вклад диэлектрических, "химических" свойств и плотности энергии когезии водно-органических растворителей на силу бензойной кислоты; сопоставить результаты корреляционно-регрессионного и сольватационно-термодинамического анализа влияния эффектов среды на силу слабой кислоты.

Научная новизна: получены корреляционные уравнения, связывающие энергии Гиббса диссоциации карбоновых кислот с параметром Димрота-Райхарда, диэлектрической проницаемостью и плотностью энергии когезии растворителя.

Практическая значимость: полученные в работе корреляционные зависимости могут быть использованы для прогнозирования силы карбоновых кислот и параметров их сольватации в еще неизученных растворителях.

Наиболее значимыми факторами, определяющими зависимость энергии Гиббса диссоциации бензойной кислоты от состава смешанных растворителей, являются (табл. 1) параметр Димрота-Райхардта (E_T^N, электроноакцепторные свойства растворителей) и плотность энергии когезии d²_N. Налицо мультиколлениарность факторов E_T^N и 1/e_N ( –0.87 ), B_KT (параметр Камлета-Тафта) и 1/e_N (0,88), B_KT и E_T^N ( –0.98 ).

Таблица 1. Корреляционная матрица

n=22	1/eN	ET^N	BKT	d^2N	DrG^od(HBz)
1/eN	1,00000	-0,87438	0,87785	-0,65965	0,92420
ET^N	-0,87438	1,00000	-0,97735	0,57887	-0,90689
BKT	0,87785	-0,97735	1,00000	-0,70820	0,94584
d^2N	-0,65965	0,57887	-0,70820	1,00000	-0,82687
DrG^od(HBz)	0,92420	-0,90689	0,94584	-0,82687	1,00000

В табл. 2. приведены результаты множественной регрессии для зависимости энергии Гиббса диссоциации бензойной кислоты от физико-химических свойств смешанных водно-органических растворителей.

Таблица 2. Статистические характеристики зависимости D_rG^o_d(HBz) от свойств водно-органических растворителей

	B	Std.Err.	t(19)	p-level
Intercept	67,28	1,66	40,4	0,000000
ET^N	-29,77	2,62	-11,4	0,000000
d^2N	-15,28	1,90	-8,0	0,000000

D_rG^o_d(HBz) = (67,3 ± 3,5) – (29,8 ± 5,5)·E_T^N – (15,3 ± 4,0)·d²_N

n =22; s = 0,998; F(2,19) = 225,2 F_кр(2,19) =3.52; t_кр(19) = 2,093; r = 0.980.

Электроноакцепторные свойства смешанного растворителя (рис. 1), проявляемые в отношении молекул бензойной кислоты и бензоат- ионов, как доноров электронной пары, в большей мере способствуют уменьшению сольватации анионов кислоты, что в свою очередь снижает силу бензойной кислоты, наряду с уменьшением плотности энергии когезии, способствующей стабилизации молекул кислоты.

Рис. 1. Влияние плотности энергии когезии и электроноакцепторных свойств растворителей вода-метанол на уменьшение силы бензойной кислоты

Рис. 2. Результаты сольватационно-термодинамического анализа бензойной кислоты в водно-метанольных растворителях

Выводы корреляционно-регрессионного анализа данных, подтверждают результаты сольватационно-термодинамического анализа (рис. 2) – уменьшение диссоциации бензойной кислоты в водно-метанольных растворителях по сравнению с водой в обусловлено возрастанием сольватации молекул кислоты, в то время как для сольватации протона и бензоат- ионов присущ компенсирующий эффект в растворителях с мольной долей спирта до 0.8.