Oddziaływania międzycząsteczkowe z udziałem atomów halogenów w obojętnych i naładowanych układach modelowych

Abstract

Rozprawa doktorska wpisuje się w nurt badań dotyczących niekowalencyjnych oddziaływań międzycząsteczkowych. Głównym założeniem pracy była analiza natury słabych oddziaływań, w które zaangażowane są atomy fluorowców tj. wiązań wodorowych i halogenowych. Przedstawione wielopłaszczyznowe badania oparto o teoretyczne obliczenia kwantowo-chemiczne oraz analizę gęstości elektronowej w ramach Kwantowej Teorii Atomów w Cząsteczce (QTAIM). Praca obejmuje: • opis zmian w charakterystyce wspomaganych ładunkiem międzycząsteczkowych wiązań wodorowych typu D−HˑˑˑA (D = N, P; A = Cl, Br) spowodowanych obecnością ładunków formalnych, • opis metody pozwalającej na ilościowe wyznaczenie stopnia anizotropii atomów halogenów opartego na pomiarze gęstości elektronowej oraz analizę wpływu zastosowanej w obliczeniach metody i bazy na stopień anizotropii rozkładu ładunku atomów Cl i Br w układach H3C−X oraz F3C−X (X = Cl, Br), • badania dotyczące kooperatywności oraz antykooperatywności wiązań wodorowych i halogenowych w kompleksach pochodnych 2,6-diaminopirydyny i pirydyny z cząsteczkami: CH3Cl, CH3Br, CF3Cl oraz CF3Br oraz analizę wpływu podstawników elektrono-donorowych i elektrono-akceptorowych obecnych przy pierścieniu aromatycznym na moc oraz charakter tworzących się wiązań międzycząsteczkowych.

The dissertation enters the mainstream research on non-covalent intermolecular interactions. The main objective of the study was to analyse a nature of the weak interactions, in which halogen atoms are involve, i.e. hydrogen bonds and halogen bonds. The multifaceted study was based on theoretical quantum-chemical calculations and analysis of the electron density distribution performed within framework on the Quantum Theory of Atoms in Molecules (QTAIM). The main aims were: • to determine changes in the character of intermolecular charge-assisted hydrogen bonds D−HˑˑˑA type (where D = N, P; A = Cl, Br) caused by the presence of formal charges in molecular systems, • to devise a method for numerical quantification of the anisotropy of the halogen atoms based on the electron density measurements and to determine the influence of the method and the basis set, used in calculations, on the degree of anisotropic charge distribution around halogen nuclei, • to determine the cooperativity and anty-cooperativity of hydrogen bonds and halogen bonds in two-element complexes of 2,6-diaminopyridine and pyridine derivatives with small molecules like: CH3Cl, CH3Br, CF3Cl, CF3Br and to analyse the influence of electron-donating and electron-accepting substituents groups attached to the aromatic ring on the strength and the character of intermolecular bonds.