Проучавање оријентације аква лиганда у комплексима метала и водоничних веза коришћењем квантно-хемијских и информатичких метода

Abstract

Нековалентне интеракције су од великог значаја у областима супрамолекулске хемије, кристалног инжењеринга, хемије материјала и биохемије. Поред значаја за фундаменталну науку, нековалентне интеракције имају и велики практични значај. Контролом процеса који су одговорни за препознавање и паковање могуће је добити материјале жељених хемијских и физичких особина. У оквиру ове докторске дисертације изучаване су водоничне везе координованих молекула воде у октаедарским и тетраедарским комплексима метала као и некоординованих молекула воде. С обзиром да координовани молекули воде (аква лиганди) имају различите оријентације, у раду су проучаване и оријентације координованих молекула воде у октаедарским и тетраедарским комплексима. Водоничне везе координованих и некоординованих молекула воде су анализиране на основу поређења геометријских параметара (дужине веза, углови веза, као и различити торзиони углови)добијених претрагом Кембричке базе структурних података (CSD).Ради испитивања утицаја координације на јачину водоничних веза урађени су и квантно-хемијски прорачуни на модел системима који су конструисани на основу анализе података који су добијени претрагом CSD-а. Прорачуни су показали да координација молекула воде значајно повећава јачину водоничних веза. Израчунате енергије интеракција су у доброј корелацији са израчунатим вредностима за критичне тачке на мапама електростатичког потенцијала. Испитивања оријентација молекула воде показују да окружење молекула игра значајану улогу. Поред окружења, на оријентацију координованог молекула воде утиче и наелектрисање комплекса као и природа лиганда.

Noncovalent interactions have great importance in area of supramolecular chemistry, crystal engineering, chemistry ofmaterialsand biochemistry. Beside importance for fundamental science, noncovalent interactions have great practical significance. Controlling the processes that are responsible for recognizing and crystal packing, it is possible to get materials with the desired chemical and physical properties. Within this doctoral thesis, hydrogen bonds of coordinating water molecules in octahedral and tetrahedral metal complexes as of noncoordinating water molecules are studied. Concerning the fact that coordinating water molecules (aqua ligands) have different orientations, in this work, the orientations of coordinating water molecules in octahedral and tetrahedral metal complexes were studied. The hydrogen bonds of coordinating and noncoordinating water molecules are analyzed on the basis of comparison of geometrical parameters (bond distances, bond angles, and different torsion angles) that are retrieved from Cambridge Structural Database (CSD). In order to estimate influence of water molecule coordination on the hydrogen bond strength, the quantum-chemical calculations were done on the model systems which constructions were based on the analysis of the crystallographic data from Cambridge Structural Database (CSD). The results of calculation showed that water molecule coordination significantly increase hydrogen bond strength. The calculated interaction energies are in good correlation with the calculated values at critical points on the map of electrostatic potential. The studies of orientation between water molecules showed that thе environment has significant influence. Besides surrounding molecules, charge of the complex and the nature of the ligands influence orientation of coordinated water molecule.