文摘

文中提出了密度泛函理论(DFT)反应性和结构特性的研究席夫碱过渡金属配合物的配体2,2′(1 E, 1′E) - (ethane-1, 2-diylbis (azan-1-yl-1-ylidene)) bis (phenylmethan-1-yl-1-ylidene) dibenzoic酸(以下表示EDA2BB)与铜(II)、锰(II)、镍(II), (II)。atoms-in-molecules的量子理论(QTAIM)概念DFT,自然群体分析(NPA)和分子静电势(MEP)方法已经被使用。结果揭示了一个扭曲的八面体几何中心金属离子周围的每一个气相复杂。在DMSO溶剂,一般的轴向伸长涉及水辅助配体的金属氧债券已经观察到,暗示松散结合水分子的中心金属离子可以作为溶剂分子。弱、中、和强大的分子内氢键以及hydrogen-hydrogen和范德瓦耳斯相互作用已经阐明的复合物通过几何和QTAIM分析调查。从化学硬度值、复杂[有限公司(EDA2BB)(哦₂)₂是最难的,而铜(EDA2BB)(哦₂)₂是最柔软的。基于全球亲电性指数,复合物(Ni (EDA2BB)(哦₂)₂]和[铜(EDA2BB)(哦₂)₂分别是最强和最弱的亲电试剂的复合物的研究。总之,提高配合物的反应性与配体,和稳定的几何图形的复合物被识别出来,与著名的亲电、亲核站点。

1。介绍

抵抗的发展当前使用的药品由病原体药物滥用的一个直接后果,因此需要寻找新的和更有效的化学药剂与增加治疗属性对致病微生物(1]。这也解释了超级细菌的出现耐药菌株的微生物,只有应对最强大的抗生素,或在某些情况下,没有抗生素。在寻找新药,过渡金属已确定致病菌具有独特的生物活性,因此为新药的合成提供了一个途径(2]。

来自salen-type过渡金属配合物配体是特别感兴趣的药用化学抗菌药物的发展。事实上,席夫碱化合物及其金属配合物在金属领域杰出的药物。他们在这个角度看都进行了广泛的调查首先因其广泛的应用在医学(3]。其次,一直致力于他们的研究兴趣,因为合成的灵活性、选择性和灵敏度对中央金属原子/离子。有趣的是,席夫碱试剂的结构相似性(席夫碱配体及其金属配合物)的生物分子促进说明生物机制的转换和外消旋化反应(4]。

最近,Al-Shemary和Zaidan [5]报道成功的合成和表征的新tetradented席夫碱配体2,2′(1 E, 1′E) - (ethane-1, 2-diylbis (azan-1-yl-1-ylidene)) bis (phenylmethan-1-yl-1-ylidene) dibenzoic酸(EDA2BB)和铜^二世、镍^二世、锰^二世、有限公司^二世,Hg^二世复合物。尽管EDA2BB及其金属配合物表现出良好的抗菌活动在一些选定的目标,综合分析其几何和结构特性,以及它们的化学反应性和稳定性,还没有进行到目前为止,我们所知。为了解决这些问题,我们开始了结构性质和反应的量子化学研究网站EDA2BB及其金属配合物的选择性。分子对接的成功药物的受体部位,这通常涉及到一个相互作用的精确分子相互作用,很大程度上取决于几何,两个分子的构象和电子性质(6]。因此,我们当前的理论研究过渡金属复合物EDA2BB是一个特别重要的先决条件任何未来对接调查使用这些分子作为配体”。

本研究的主要目的是执行一个几何和结构分析在某些过渡金属配合物的配体EDA2BB,组成(一个),(B),(C),(D),使用密度泛函理论(DFT)方法和量子理论atoms-in-molecules (QTAIM)分析。一般这些配合物的分子结构是描绘在图1。此后,这些复合物的化学反应和反应网站选择性通过概念DFT,阐明分子静电势(MEP),和自然群体分析(NPA)研究。在Hatree-Fock DFT的选择和半经验的方法是出于其成本之间的良好折中(对计算时间和硬件需求)和准确性(7]。今天,与令人印象深刻的计算机硬件的发展,量子化学软件需要执行DFT的计算已经发展到可以执行状态,计算效率高和以用户友好的方式8]。

2。计算的细节

所有的理论计算进行了虎鲸3.0.3计算包(9]。输入文件准备使用阿伏伽德罗1.1.1 [10]。进行了几何优化和频率计算使用DFT方法结合def2-TZVP (f) Ahlrichs基础设置(11]。GGA功能BP86 [12,13)被选为这些计算,因为它提供了出色的几何图形和振动频率8]。加速几何优化和频率计算,但与边际损失精度,resolution-of-the-identity (RI-J)近似14)是用于集结合适当的辅助依据。溶剂效应模拟使用conductor-like筛选模型(COSMO) [15]这是相处融洽的虎鲸计划系统。二甲亚砜(DMSO)作为溶剂在这个工作为了采用相同的溶剂使用Al-Shemary和Zaiden5在他们的实验研究。此外,远程色散相互作用通过Grimme合并使用Becke-Johnson atom-pairwise色散修正阻尼方案(D3BJ) [16,17),因为纯exchange-correlation泛函,未能正确地考虑这种交互。

几何形状的铜(II)、公司(II)和锰(II)配合物的EDA2BB优化使用无限制Kohn-Sham(已经)形式主义,而镍(II)复杂的优化使用限制Kohn-Sham(地基)形式主义。没有约束对称,键长,键角,或二面角角度应用于几何优化计算。为了确保我们获得可靠和稳定的结构(最小值在PES),振动频率计算的优化结构,他们的分析显示,没有虚构的频率。

评估概念实现的DFT电离能和电子亲和力,混合元gga功能,M06 [18)是用于单点能量的计算基于BP86-optimized几何图形。这个函数被选中,因为它包含一个内置的色散修正和执行能源计算(18]。M06功能采用的基础设置金属离子和ma-def2-SVP ma-def2-TZVP其他元素。加速这些计算,RI-J近似结合chain-of-spheres (COSX)近似,引起RIJCOSX近似(19]。在我们的虎鲸的计算,数值正交网格至少4。NPA计算进行几何优化BP86 / def2-TZVP (f)水平,借助JANPA计算包(20.]。

3所示。结果与讨论

3.1。结构和几何分析

输入几何图形虎鲸由八面体配合物,每个都包含一个EDA2BB配体和两个水分子作为辅助配体过渡金属离子(II),正如前面所建议Al-Shemary和Zaiden5]。选定的几何参数(键长,键角,和二面角或扭转角)复合物的研究在此表中列出1。复合物的优化几何图形如图所示2使用Chemcraft 1.8可视化,可视化软件(21]。

从表可以看出1几乎所有metal-ligand(马丁)债券长度计算气相和DMSO债券距离,属于典型的马丁的范围1.849 - -2.087 au (22]。M-O相对较大的值₅₅和M-O₅₈债券长度目前调查的复合物,2.888 - -3.531 au表明水配体是松散绑定到中心金属离子。一般的轴向伸长M-O债券涉及水辅助配体是观察在DMSO,表明水配体更松散的中心金属离子溶剂阶段,可能作为溶剂分子。这可能是由于一些水分子之间的分子间的相互作用和DMSO溶剂分子。此外,配体取代反应的水配体取代了DMSO分子可能发生。

马丁债券角度表明扭曲的八面体几何图形在中心金属离子配合物的研究。这些扭曲可能是强加的螯合环。如果复合物在调查中被完美的八面体,所有的二面角角度表中列出1是0^o每一个,除了角O₂₁mn₃₇- c₁和O₁₉mn₃- c₂这将是180年^o代替。在检查表1然而,二面角角度O₂₁mn₃₇- c₁和O₁₉mn₃- c₂被发现在−−117.2°范围值分别135.4°和129.2°到164.1°,明显偏离180°。此外,其他扭转角显示的值从0°最大偏差为103.5°。这些结果证实了优化结构扭曲的八面体配合物的研究。

的分子内氢键复合物(HB)参数的研究,确定了基于Jeffrey(哈佛商学院的分类23),也列在表中1。几何截止限制HB交互(这里表示x h⋯,其中x h是供体和受体)在识别潜在的氢键情况下了。本文使用的截止限制是H⋯距离3.2 A和x H⋯角度≥90°。从表1,可以看出HB复合物优化气相的长度短于那些在溶剂中的复合物优化阶段,这意味着哈佛商学院在气相复合物可能比那些溶剂相对应。值得注意的是,所有的分子内哈佛商学院的供体肾中描述表1水配体。因此,哈佛商学院的伸长溶剂相可以归因于一些分子间HB水配体之间的相互作用和极性溶剂(DMSO)分子,可能作为HB受体。基于上述几何截止限制HB交互,一个完整的失踪的HB交互进行气相溶剂阶段观察到一些配合物,尤其是有限公司(II)、锰(II)、铜(II)配合物。

3.2。红外光谱法

在理论化学领域、频率计算不仅描述平稳点(最小值、过渡状态等等),但也被用来预测分子的红外光谱。在这方面,目前分子的红外光谱研究计算,和一些相关的表列出这些分子的振动频率2。也列在表2从Al-Shemary获得实验确定振动频率和Zaiden [5]。理论和实验红外频率比较在这工作的决定的可信度水平的理论用于几何优化。计算出的红外光谱也被用来提供一些见解分子的几何结构进行了研究。

通常,计算红外频率大于相应的实验值。获得一个良好的实验和计算波数之间的协议,后者通常与适当的规模或修正因素修正(24]。在目前的研究中,比例因子0.9953,适用于纠正BP86 / def2-TZVP级的波数计算理论(25),已被使用。

确定计算频率的有效性对实验值,相关方程(1)成立: 在哪里和代表(扩展)和实验计算红外频率,分别。相关系数()获得的理论和实验之间的傅立叶变换红外光谱频率显示这些值之间的线性关系,因此肯定水平的适应性理论用于几何优化。特别是,找到一个好的协议之间存在水的振动频率地配体和实验值。良好的理论和实验之间的协议的频率也发现存在脂肪族碳氢键,芳香族碳氢键,偶氮甲碱C = N, mn振动。

配体的红外光谱发现被金属协调或多或少的修改。络合后,地乐队的出现由于水配体的红外光谱中观察到该地区EDA2BB 3300 - 3600厘米⁻¹。此外,由于metal-ligand红外波段(Cu-O和Cu-N)振动也出现在EDA2BB的光谱范围350 - 700厘米⁻¹。此外,加强羰基和亚胺红外波段的观察EDA2BB络合后,也证实了中心金属离子的配位体坐标通过羰基氧和偶氮甲碱氮。相对应的红外波段的消失的地震动EDA2BB表明羧基的质子的损失在与金属离子络合。

3.3。QTAIM复合物调查分析

确定存在的哈佛商学院与其他复合物的相互作用,如范德华相互作用研究,巴德的量子理论atoms-in-molecules (QTAIM) [26方法采用。QTAIM分析对配合物进行了使用Multiwfn 3.3.9软件(27]。值得注意的是,过渡金属配合物的化学键的本质仍然是一个正在进行的研究领域(28]。临界点是通过电子密度拓扑分析搜索。在拓扑分析语言,点的梯度电子密度趋于零(除了在无穷远处)被称为临界点(CPs)。在本文中,债券CPs (BCP)是最感兴趣的。Pointcare-Hopf关系很满意每次搜索了临界点,指出所有CPs可能被发现。图3显示了EDA2BB-metal复合物的分子图研究,基于气相优化几何图形在RI-BP86-D3 (BJ) / def2-TZVP (f)的理论水平。

巴德QTAIM分析(26)已成为量子化学家所使用的首选工具分析的性质和优点结合交互。在目前的研究中,电子密度拓扑分析及其拉普拉斯算子进行债券临界点。大ρ(r)值和ρ(r)< 0表明极性和非极性共价键相互作用,而小ρ(r)值和ρ(r)> 0指示闭壳相互作用[29日]。一般来说,ρ(r)大于0.20 au共价键相互作用和小于0.10 au闭壳相互作用[29日]。的值∇²ρ(r),G(r)/V(r)也被用来描述键相互作用的复合物EDA2BB调查。一般来说,G(rBCP)动能密度(总是积极的),和V(rBCP)是潜在的能量密度(总是负面的)(30.]。当∇²ρ(r)> 0和-G(r)/ V (r)> 1,共价相互作用,而当∇²ρ(r<−)> 0和0.5G(r)/V(r)< 1,交互部分或部分共价[29日]。

QTAIM上下文中的分析,Popelier [31日开发一些有用的标准描述哈佛商学院,一直在利用这项工作。根据Popelier,形成一个HB取决于电子密度及其拉普拉斯算子BCP,应该躺在0.002 - -0.040的范围盟和0.024 - -0.139 au,分别。埃斯皮诺萨(32制定一个方程的形式E_int= 0.5V(r),这是用于估计弱原子间相互作用的能量,特别是HB能量。在这个方程,V(r)是潜在的能量密度。

计算参数在一些bcp复合物研究表中列出3。从这个表,所有∇很明显²ρ(r)价值观是积极的,除了交互H_64年C⋯₃₆在C (−0.584 au)这是负的。此外,ρ(r这种交互)值大于0.20天文单位,但小于0.10 au的所有其他在这个复杂的相互作用。这些结果表明,H_64年C⋯₃₆在C语言中是唯一的共价相互作用列表在表之间的交互3。这个结论是进一步支持的大型相互作用能(−80.949千卡每摩尔)的H_64年C⋯₃₆相互作用,而相互作用能量的交互,这是在0.314−−67.143千卡每摩尔。

基于能量的交互中列出的表3和杰弗里·哈佛商学院的分类(23),传统的哈佛商学院的复合物在调查中被分类为弱(0 - 4千卡每摩尔),介质学报》第4 - 14(千卡每摩尔),或强(14-40千卡每摩尔)。对于复杂的C,哈佛商学院H_63年⋯啊₅₈H₅₆⋯啊₁₉,HgydF4y2Ba₅₉⋯啊₁₈分别较弱、中、和强大的。复合体A和B,哈佛商学院H_63年⋯啊₅₈和O₂₁⋯H₆₀较弱,而H₅₉⋯啊₁₈和H₅₆⋯啊₁₉是媒介。D, HB H_63年⋯啊₅₈很弱,而H₅₉⋯啊₁₈H₅₆⋯啊₁₉阿,₂₁⋯H₆₀是媒介。此外,hydrogen-hydrogen(高度差)相互作用被发现存在于B (H₅₄⋯H_61年)和D (H₅₄⋯H₄₁)。此外,一些交互形式C⋯H的复合物研究已经确定为分子内范德瓦尔斯相互作用,因为他们的交互作用能量(0.914−−2.510千卡每摩尔)低于几乎所有的氢键相互作用能量的确定。

3.4。电子性质

3.4.1。自然群体分析(NPA)

确定电荷再分配和metal-ligand程度的电荷转移复合物的调查,NPA指控(也称为自然费用)计算在BP86-D3 (BJ) / def2-TZVP (f)气相的理论水平。自然指控调查选定原子的化合物是列在表中4。

很明显从表4形式电荷(+ 2)在每个与EDA2BB中央对络合金属离子减少。倪的形式电荷^{2 +}、铜^{2 +}、锰^{2 +}、有限公司^{2 +}减少到+ 0.9308 + 1.2323 + 0.9438 + 1.0003,分别。从这些结果,很明显,从每个中心金属离子的配位电子转移发生在复杂的形成。显然,这些metal-ligand电荷转移大量的镍(II)和锰(II)配合物、和不那么重要的铜(II)和(II)配合物。注意,在金属配合物,减少中央金属,极性越离域是π-electrons螯合环,这增强了亲油性的复合物33]。这亲油性增加反过来增强了复合物的渗透进脂质膜的屏蔽金属结合位点在某些酶中发现的微生物(33]。从这个角度来看,它可以从表确认4镍(II)和锰(II)配合物的EDA2BB可能高度亲脂性的对微生物的细胞膜的渗透,而铜(II)和有限公司(II)配合物穿透。

3.4.2。全球反应描述符(研磨)

配合物的稳定性和化学反应性调查研究通过概念密度泛函理论(CDFT),使用全球反应描述符。所需的能量这些全球反应的计算描述符从单点计算得到M06 / ma-def2-TZVP理论水平的金属离子和M06 / ma-def2-SVP所有其他元素的理论水平,基于优化的几何图形的复合物。明尼苏达功能,M06一直选择在这里因为它已经参数化提供准确的能量过渡金属配合物(18]。

CDFT框架内,全球反应描述符如化学势(),电负性指数()、化学硬度()和化学柔软(年代)定义的。这些反应描述符的详细描述中可以找到我们之前出版(34]。请注意,所有这些反应性参数变化与化学系统的响应数量的电子或外部潜在的变化,或两者兼而有之,提供信息关于他们的反应35]。为了更好地描述分子复合物的反应研究,我们的讨论都是基于分子的电子密度理论(MEDT)多明戈和同事提出的35]。这一理论指出,“而在基态电子密度分布负责物理和化学分子性质,电子密度的变化的能力,而不是分子轨道相互作用,负责分子反应”。

电子化学势, ,与系统交换的可行性在基态电子密度与环境。电负性, ,是一个测量电子密度的阻力损失。化学硬度, ,被认为是一个分子的抗电子密度与环境交换。另一方面,化学柔软,年代化学硬度的倒数, 。全球反应描述符的值计算在这个工作报告在表5。

仔细检查表5透露,不同的顺序B<D<C<一个,这表明铜(II)复杂是最无功electron-donation,而镍(II)是最复杂反应的电子收购。另一方面,因此不同一个<C<D<B证实了镍(II)复杂的电子是最容易获得,而铜(II)复杂是最耐电子密度增加。很明显的排名值一个<C<B<D所有复合物的研究,公司(II)复杂是最难的(化学)和铜(II)是最复杂化学柔软。全球亲电性指数, ,衡量一个分子的能量稳定时获得一个额外的电子密度,是最重要的一个反应性指数。一般来说,亲电试剂的特点是高值(35]。在此基础上,最强的亲电试剂分子中研究了镍(II)是复杂的,而铜(II)复杂的是最弱的亲电试剂。

3.5。分子静电势(MEP)的表面

分子静电势, ,已被广泛用于预测的网站容易亲核,亲电,和自由基攻击分子物种,以及分子对接模式很长一段时间。计算使用 在哪里代表核和电子电荷密度。集成的分子体积代表了原子的位置相对于相同的起源。集成包括只有一个分子的原子,因此并不直接包括邻近分子的电荷分布的影响(36]。

阐明分子反应的网站研究了复合物在气相,他们的议员地图计算在RIJCOSX-M06 / def2-TZVP气相的理论水平,和可视化(如图4)通过Molekel 4.3图形用户界面(37]。在这个图中,颜色代码红色到黄色表示地区低静电势和与亲电反应,而蓝色,绿色表示区域的高静电势亲核活性相关的网站。应该注意的是,传说中在非盟的值。

最消极的地区议员地图与水的氧原子配体和席夫碱配体。特别是,氧原子O₂₃和O₁₈在每个复杂(静电势从D−0.14337−0.1537盟盟在B)被发现是最适合亲电攻击的网站。C₁⋯H_63年C₁⋯H_64年C₂⋯H_61年C₂⋯H_62年债券,以及氢原子(H₅₇H₆₀H₅₉,HgydF4y2Ba₅₆)的水配体的配合物是看似最可能的网站的亲核攻击。这是相对较高的静电势所示在附近的原子,在C范围从0.16355 au 0.09409 au b。值得注意的是,这些氢原子负责分子内和分子间HB形成的复合物的研究。这样的分子间哈佛商学院可以形成蛋白质分子与原子的电负性存在于微生物的细胞壁,导致干扰正常细胞的过程(5]。

4所示。结论

文献认为,一些合成板凳四齿席夫碱过渡金属配合物的配体2,2′(1 E, 1′E) - (ethane-1, 2-diylbis (azan-1-yl-1-ylidene)) bis (phenylmethan-1-yl-1-ylidene) dibenzoic酸(此处EDA2BB)和两个水分子作为辅助配体拥有有趣的抗菌效果(5]。这项工作地址详细分析的结构特性和化学反应通过理论研究在一些过渡金属复合物EDA2BB:(铜(EDA2BB)(哦₂)₂],(倪(EDA2BB)(哦₂)₂],(Mn (EDA2BB)(哦₂)₂],(公司(EDA2BB)(哦₂)₂]通过DFT方法。DFT研究已经使用了BP86 exchange-correlation泛和M06执行。这些泛函,采用基础集ma-def2-SVP一起ma-def2-TZVP, def2-TZVP (f)。在气相计算进行,以及在DMSO为了模拟溶剂效应。atoms-in-molecules的量子理论(QTAIM)概念DFT,自然群体分析(NPA)和分子静电势(MEP)方法也使用。获得的结果揭示了一个扭曲的八面体几何中心金属离子周围的每一个复杂的研究气相。在DMSO溶剂,一般的轴向伸长的金属氧债券涉及水配体被观察到,这表明水配体是松散绑定到中心金属离子和可能充当溶剂分子。弱、中、强分子内氢键,hydrogen-hydrogen和范德华相互作用,阐明了复合物,通过几何和QTAIM分析。从NPA指控中心金属离子,发现配体的电子转移EDA2BB中央金属离子发生在复杂的形成。显然,这些metal-ligand电荷转移大量的镍(II)和锰(II)配合物和不那么重要的铜(II)和(II)配合物。 From the chemical hardness values, the complex(公司(EDA2BB)(哦₂)₂]是最难的,(铜(EDA2BB)(哦₂)₂]是最柔软的。基于全球亲电性指数,最强的亲电试剂的复合物的研究(倪(EDA2BB)(哦₂)₂],而(铜(EDA2BB)(哦₂)₂]是最弱的亲电试剂。最消极的地区议员地图与水的氧原子配体和席夫碱配体。特别是,氧原子O₂₃和O₁₈在每一个复杂的发现为亲电攻击最合适的网站。C₁⋯H_63年C₁⋯H_64年C₂⋯H_61年C₂⋯H_62年债券,以及氢原子(H₅₇H₆₀H₅₉,HgydF4y2Ba₅₆水配体的配合物的研究似乎是最可能的亲核攻击的网站。简而言之,因此,我们已经表明,复合物的活动是改善与配体,和稳定的复合物已确定的几何图形,与著名的亲电、亲核站点。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作受益从研究现代化的高等教育提供的津贴喀麦隆教员,作者的感激。

补充材料

原子的笛卡尔坐标几何优化的配体(EDA2BB)气相,连同它的复合物在气态和DMSO,所有这些计算BP86-D3 (BJ) / def2-TZVP (f)的理论,提出了在表S1-S9。EDA2BB谐波振动频率及其配合物在气相计算S10-S14相同级别的理论提出了在表。基于任何范围的红外光谱振动频率EDA2BB及其复合物在气相数据S1-S5所示。(补充材料)