Утицај координације воде и амонијака на њихове нековалентне интеракције са ароматичним прстеновима

Abstract

Интеракција молекула воде са ароматичним прстеновима има велики значај у многим системима, од биолошких молекула до материјала. Резултати истраживања ОН/π интеракција између течне воде и бензена показују да оне имају важну улогу у биолошким везивањима и препознавањима. Jачине интеракције између амонијака и ароматичних системима показале су да се NH/π интеракције могу узети у обзир при моделовању структура биолошких система. Поље изучавања ове докторске дисертације су нековалентне интеракције између молекула воде и амонијака са ароматичним системима, као и утицај координације воде, односно амонијака на поменуте интеракције. Када су у питању интеракције воде (некоординоване и координоване) са ароматичним прстеновима, испитиване су ОН/π и паралелне интеракције. Анализирани су подаци добијени из Кембричке базе структурних података (CSD) и подаци добијени на основу квантнохемијских прорачуна. Подаци добијени из CSD показују да су бројније паралелне од ОН/π интеракција, као и да су растојања између молекула воде и ароматичног прстена нешто краћа за координовану воду. Координација воде за јон метала утиче на јачину интеракција са ароматичним прстеном, интеракције аква комплекса су јаче. Прорачуни на MP2/def2-QZVP нивоу за систем H2O/C6H6 дају енергију ОН/π интеракције од -3,36 kcal/mol, док је за систем [Zn(H2O)6]2+/C6H6 она -13,96 kcal/mol. Координовани молекули воде преферирају паралелно-надоле оријентацију у односу на ароматичан прстен. Енергија ове интеракције за H2O/C6H6 систем је -3,11 kcal/mol, док је најјача израчуната интеракција -14,89 kcal/mol и односи се на систем [Zn(H2O)6]2+/C6H6. Координација амонијака за јон метала утиче на његове MLNH/π интеракције са бензеном. Координовани амонијак тежи приближавању арил-групи у односу на некоординовани амонијак. Енегрија NH/π интеракције за систем NH3/C6H6 износи -2,30 kcal/mol, док је за систем [Zn(NH3)6]2+/C6H6 она -14,77 kcal/mol. Квантнохемијски прорачуни показују слагање са закључцима добијеним на основу анализа кристалних структура из CSD.

The interaction of water molecules with aromatic rings is of great importance in many systems, from biological molecules to materials. The results of the research on OH/π interactions of liquid water and benzene show that they have an important role in biological binding and recognition. The strength of the interactions between ammonia and aromatic systems have shown that NH/π interactions can be taken into consideration during the modeling of the structures of biological systems. This doctoral dissertation is in the field of non-covalent interactions between water and ammonia molecules with aromatic systems, as well as the influence of water and ammonia coordination on those interactions. To study the interactions between water (noncoordinated and coordinated) and aromatic rings, OH/π and parallel interactions have been examined. Data obtained from the Cambridge Structural Database (CSD) and data obtained on the basis of the quantum-chemical calculations have been analyzed. The data obtained from the CSD show that parallel interactions are more numerous than OH/π interactions. Coordination of water to a metal ion affects the strength of interactions with aromatic ring, the interactions of the aqua complexes are stronger. Calculations at MP2/def2-QZVP level of the OH/π interactions in water/benzene system yield the energy of -3.36 kcal/mol, while for the [Zn(H2O)6]2+/C6H6 system it is -13.96 kcal/mol. Coordinated water molecules prefer parallel-down orientation relative to the aromatic ring. The energy of this interaction for H2O/C6H6 system is -3.11 kcal/mol, while the strongest calculated interaction is -14.89 kcal/mol and it refers to the [Zn(H2O)6]2+/C6H6 system. Coordination of ammonia to a metal ion affects its MLNH/π interactions with benzene. Coordinated ammonia tends to approach the aryl group closer than noncoordinated ammonia. The energy of NH/π interaction for the NH3/C6H6 system is -2.30 kcal/mol, while for the system [Zn(NH3)6]2+/C6H6 it is -14.77 kcal/mol. Quantum-chemical calculations show agreement with the conclusions derived from the crystal structures analysis from the CSD.