UACH > VÝZKUM > Chemie sloučenin bóru > Výpočetní chemie v oddělení syntéz

Výpočetní chemie v oddělení syntéz


Kontaktní osoba: Drahomír Hnyk

Výpočetní chemie a řešení struktur boranových, heteroboranových a metalaboranových klastrů probíhá na několika rovinách. Nejvýznamnější nosnou plochou jsou teoretické výpočty různých kvantově-chemických proměnných, z nichž převažuje molekulová geometrie a výpočty stínícího tensoru, který tvoří základ pro konverzi stínících konstant na 11B chemické posuny. 11B NMR spektroskopie je totiž esenciální experimentální metodou pro zjišťování architektury této skupiny látek a příslušné vypočtené 11B chemické posuny jsou pak konfrontovány s hodnotami naměřenými a míra souhlasu je pak měřítkem správnosti navržené architektury na základě experimentu.

Ve spolupráci s ÚOCHB AV ČR, v.v.i. se též výpočetně sledují interakce boranů s biomolekulami (též ve spolupráci s Ústavem chemické fyziky CSIC v Madridu), jakož i nekovalentní interakce v krystalech, kde dominují vodíkové vazby, nepravé vodíkové vazby (stejně jako při interakcích s biomolekulami) a tzv. interakce σ-děr, které jsou příčinou halogenové, chalkogenové a pniktogenové vazby, hnacího motoru při krystalizaci těchto látek.

  1. chalkogenová vazba, (b) pniktogenová vazba, (c) halogenová vazba

Experimentální metody zjišťování struktury se opírají o mezinárodní spolupráci s univerzitami v Bielefeldu a Yorku. V Edinburghu se provádějí experimenty v podobě rozptylování elektronů na plynné fázi příslušného boranu, tj. je aplikována metoda elektronové difrakce v plynné fázi a získané difrakční obrazce se pak analyzují v Řeži. Příklady molekulových struktur  heteroboranů stanovených elektronovou difrakcí v plynné fázi jsou na obrázku dole. Vzájemným porovnáním vypočtených hodnot vazebných vzdáleností s hodnotami experimentální lze pak testovat spolehlivost teoretických výpočtů.

Interakce makroplolyhedrálních klastrů se světlem je též součástí výzkumu, i když se jedná o počáteční stadium. Stejně tak se jedná i o výpočetní návrhy makropolyhedrálních látek pro účely dopování polovodičů.

Seznam literatury

Hnyk, D., Wann, D., Holub, J., Samdal, S. and Rankin, D.W.H.: WHY IS THE ANTIPODAL EFFECT IN CLOSO-1-SB9H9 SO LARGE? A POSSIBLE EXPLANATION BASED ON THE GEOMETRY FROM THE CONCERTED USE OF GAS ELECTRON DIFFRACTION AND COMPUTATIONAL METHODS, Dalton Trans., 2011, 40, 5734-5737.

Wann, D.A., Lane, P.D., Robertson, H.E., Baše, T. and Hnyk, D.: THE GASEOUS STRUCTURE OF CLOSO9,12-(SH)2-1,2-C2B10H10, A MODIFIER OF GOLD SURFACES, AS DETERMINED USING ELECTRON DIFFRACTION AND COMPUTATIONAL METHODS, Dalton Trans., 2013, 42, 12015-12019.

Fanfrlík, J., Přáda, A., Padělková, Z., Pecina, A., Macháček, J., Lepšík, M., Holub, J., Růžička, A., Hnyk, D. and Hobza, P.: THE DOMINANT ROLE OF CHALCOGEN BONDING IN THE CRYSTAL PACKING OF 2D/3D AROMATICS, Angew. Chem. Int. Ed., 2014, 53, 10139 – 10142.

Růzičková, Z.; Holub, J.; Melichar, P.; Moncol, J.; Wann, D. A.; Fanfrlík, J.; Růzička, A. and Hnyk, D.: THE π COMPLEX OF THE HYDRONIUM ION FROZEN ON THE PATWAY OF ELECTROPHILIC AROMATIC SUBSTITUTION, Eur. J. Org. Chem. 2016, 4473 – 4475.

Eyrilmez, S. M., Bernhardt, E., Dávalos, J. Z., Lepšík, M., Hobza, P., Assaf, K. I., Nau, W. M., Holub, J., Oliva, J. M., Fanfrlík, J. and Hnyk, D. : BINARY TWINNED-ICOSAHEDRAL [B21H18]¯ INTERACTS WITH CYCLODEXTRINS AS A PRECEDENT FOR ITS COMPLEXATION WITH OTHER ORGANIC MOTIFS, Phys. Chem. Chem. Phys., 2017, 19, 11748-11752.

Fanfrlík, J., Pecina, A., Řezáč, J., Sedlak, R., Hnyk, D., Lepšik, M. and Hobza, P.: B-H…π: A NONCLASSICAL HYDROGEN BOND OR DISPERSION CONTACT?, Phys. Chem. Chem. Phys., 2017, 19, 18194 – 18200.

Melichar, P., Hnyk, D. and Fanfrlík, J.: A SYSTEMATIC EXAMINATION OF CLASSICAL AND MULTI-CENTER BONDING IN HETEROBORANE CLUSTERS, Phys. Chem. Chem. Phys., 2018, 20, 4666-4675.

Baše, T.; Holub, J.; Fanfrlík, J.; Hnyk, D.; Lane, P. D.; Wann, D. A.; Vishnevskiy, V.; Tikhonov, D.; Reuter, Ch. and Mitzel, N. W.: ICOSAHEDRAL CARBABORANES WITH PERIPHERAL HYDROGEN-CHALCOGENIDE FUNCTIONS: THEIR STRUCTURES FROM GAS ELECTRON DIFFRACTION AND CHEMICAL SHIELDING IN SOLUTION, Chem. Eur. J., 2019, 25, 2313 – 2321.