Квантно-хемијско и кристалографско испитивање С-Н/О интеракција ароматичних молекула

Abstract

Нековалентне интеракције имају велики значај у различитимхемијским и биохемијским системима. Оне утичу на структуре биолошкихмакромолекула као што су ДНК и РНК, а познавање ових интеракција јеод кључног значаја и за дизајнирање лекова и нових материјала. У овомраду проучаване су енергије и геометрије С-Н/О интеракција измеђуароматичних С-Н донора и различитих кисеоничних акцептора. Урађенаје анализа геометријских података из кристалних структура преузетих изКембричке банке кристалографских података, као и квантно-хемијскипрорачуни на модел системима.Анализом геометријских података из кристалних структура којесадрже С-Н/О контакате између С-Н група С6-Н ароматичних фрагменатаи пиридина и различитих типова кисеоничних акцептора показано је даС-Н/О интеракције у овим ароматичним системима не теже увек калинеарном распореду. Геометрија С-Н/О интеракција у великој меризависи од супституената у орто- положају у односу на интерагујућу С-Нгрупу. Квантно-хемијски прорачуни рађени на различитим моделсистемима показали су да су бифурковане интеракције јаче од линеарниху оваквим системима. У случају С-Н/О интеракција нуклеинских базастатистичка анализа геометријских података је такође показала да овеинтеракције не теже увек линеарном распореду. Квантно-хемијскипрорачуни су показали да су најјаче С-Н/О интеракције у овим системимабифурковане интеракције C-H/N-H типа, док су интеракције С-Н/С-Нтипа слабије од линеарних. Да би се објасниле наведене енергијеинтеракција, израчунати су електростатички потенцијали молекула иприказани у виду мапа електростатичког потенцијала.

Noncovalent interactions are of great importance in different chemicaland biochemical systems. They influence the structure of biologicalmacromolecules like DNA and RNA and knowledge of these interactions iscrucial in drug and material design. In this work energies and geometries ofC-H/O interactions between aromatic C-H donors and different oxygenacceptors were studied. Analysis of geometrical data from crystal structuresfrom Cambridge structural database and quantum chemical calculations wereperformed.Analysis of geometrical data from crystal structures which containС-Н/О contacts between С-Н groups from С6-Н aromatic molecules as well aspyridine molecule and different types of oxygen acceptors showed that С-Н/Оinteractions of these aromatic systems do not show clear preference for lineararrangement. Geometry of С-Н/О interactions mostly depends on type ofsupstituent in ortho- position to interacting C-H group. Quantum chemicalcalculations performed on different model systems showed that bifurcatedC-H/O interactions are stronger than linear interactions in these systems. Incase of С-Н/О interactions of nucleic bases statistical analysis ofcrystallographic data also showed that these interactions do not showpreference towards linear arrangement. Quantum chemical calculationsshowed that the strongest С-Н/О interactions in these systems are bifurcatedC-H/N-H interactions, and that С-Н/С-Н interactions are weaker than linearС-Н/О interactions. To explain these interaction energies electrostaticpotentials of these molecules were calculated and visualized in form ofelectrostatic potential map.