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

Abstract

Нековалентне интеракције су од великог значаја у областимасупрамолекулске хемије, кристалног инжењеринга, хемије материјала ибиохемије. Поред значаја за фундаменталну науку, нековалентне интеракцијеимају и велики практични значај. Контролом процеса који су одговорни запрепознавање и паковање могуће је добити материјале жељених хемијских ифизичких особина.У оквиру ове докторске дисертације изучаване су водоничне везекоординованих молекула воде у октаедарским и тетраедарским комплексимаметала као и некоординованих молекула воде. С обзиром да координованимолекули воде (аква лиганди) имају различите оријентације, у раду су проучаванеи оријентације координованих молекула воде у октаедарским и тетраедарскимкомплексима. Водоничне везе координованих и некоординованих молекула водесу анализиране на основу поређења геометријских параметара (дужине веза,углови веза, као и различити торзиони углови)добијених претрагом Кембричкебазе структурних података (CSD).Ради испитивања утицаја координације најачину водоничних веза урађени су и квантно-хемијски прорачуни на моделсистемима који су конструисани на основу анализе података који су добијенипретрагом CSD-а. Прорачуни су показали да координација молекула водезначајно повећава јачину водоничних веза. Израчунате енергије интеракција су удобројкорелацији са израчунатим вредностима за критичне тачке на мапама електростатичкогпотенцијала. Испитивања оријентација молекула воде показују да окружењемолекула игра значајану улогу. Поред окружења, на оријентацију координованогмолекула воде утиче и наелектрисање комплекса као и природа лиганда.

Noncovalent interactions have great importance in area of supramolecularchemistry, crystal engineering, chemistry ofmaterialsand biochemistry. Besideimportance for fundamental science, noncovalent interactions have great practicalsignificance. Controlling the processes that are responsible for recognizing and crystalpacking, it is possible to get materials with the desired chemical and physical properties.Within this doctoral thesis, hydrogen bonds of coordinating water molecules inoctahedral and tetrahedral metal complexes as of noncoordinating water molecules arestudied. Concerning the fact that coordinating water molecules (aqua ligands) havedifferent orientations, in this work, the orientations of coordinating water molecules inoctahedral and tetrahedral metal complexes were studied. The hydrogen bonds ofcoordinating and noncoordinating water molecules are analyzed on the basis ofcomparison of geometrical parameters (bond distances, bond angles, and differenttorsion angles) that are retrieved from Cambridge Structural Database (CSD). In order toestimate influence of water molecule coordination on the hydrogen bond strength, thequantum-chemical calculations were done on the model systems which constructionswere based on the analysis of the crystallographic data from Cambridge StructuralDatabase (CSD). The results of calculation showed that water molecule coordinationsignificantly increase hydrogen bond strength. The calculated interaction energies are ingood correlation with the calculated values at critical points on the map of electrostaticpotential. The studies of orientation between water molecules showed that thеenvironment has significant influence. Besides surrounding molecules, charge of thecomplex and the nature of the ligands influence orientation of coordinated watermolecule.