scholarly journals Inclusive DFT Insight into Sensing Mechanism of Cyclotetrapyrole Towards Lung Irritants

2021 ◽  
Author(s):  
Saif Ullah ◽  
Haleema Sadia ◽  
Faizan Ullah ◽  
Tabish Jadoon
Keyword(s):  
Charge Transfer ◽  
Sensing Mechanism ◽  
Highly Sensitive ◽  
New Energy ◽  
Reduced Density Gradient ◽  
Reduced Density ◽  
Highly Sensitive Sensors ◽  
Homo Lumo ◽  
Enhanced Conductivity ◽  
Insight Into

Abstract The development of smart sensing devices for toxic analytes detection especially lung irritants is much essential. The cyclic conducting polymers having infinite 𝜋-conjugation are proved to be highly sensitive for toxic analytes. Herein, by using the DFT approach, we investigated the sensing mechanism of cyclotetrapyrole (CTPy) for accurate detection of phosgene, diphosgene, chloropicrin and chlorine at the B3LYP-D3/6-31+ G (d, p) level. The calculated interaction energies show the physisorption of lungs irritants over the CTPy surface. Natural bond orbital (NBO) and charge decomposition (CDA) analyses predict charge transfer interactions in the complexes. The reduced density gradient (RDG) approach reveals that charge transfer electrostatic hydrogen bonding interactions dominate in the complexes. The sensitivity of CTPy towards lung irritants is further illustrated by the reduction in HOMO-LUMO energy gaps, red shifting of \({{\lambda }}_{\text{m}\text{a}\text{x}}\) in UV–Visible specta. Density of state (DOS) analysis affirm that enhanced conductivity upon complexation is due to the origination of new energy states in occupied and virtual orbitals nearer to the Fermi level. Moreover, PDOS spectra show that CTPy primarily contributes to the energy of HOMO. The outcome of the current study depicts appreciable sensitivity of CTPy towards lung irritants. We believe that the upshot of the current findings and their forecasts will provide useful guidelines for an experimentalist to design highly sensitive sensors for toxic analytes using CTPy.

scholarly journals Μελέτη της δομής και της φυσικοχημικής συμπεριφοράς μέταλλο-υποκατεστημένων αρενίων με μέταλλα της 11ης ομάδας

2017 ◽  
Author(s):  
Δημήτριος Γκαρμπούνης
Keyword(s):  
Density Functional Theory ◽  
Chemical Shift ◽  
Density Functional ◽  
Natural Bond Orbital ◽  
Electron Localization ◽  
Functional Theory ◽  
Nucleus Independent Chemical Shift ◽  
Reduced Density Gradient ◽  
Reduced Density ◽  
Homo Lumo

Στην παρούσα διατριβή μελετήθηκε μια σειρά υποκατεστημένων βενζολικών δακτυλίων με άτομα μετάλλων νομισματοκοπείου του γενικού τύπου C6H6-nMn (M = Cu, Ag, Au, n = 1 – 6), με τη βοήθεια της μεθόδου συναρτησιακού πυκνότητας (Density Functional Theory), που χαρακτηρίζεται με το ακρώνυμο DFT. Συγκεκριμένα μελετήθηκαν διεξοδικά τόσο οι δομικές όσο και οι ενεργειακές, μαγνητοτροπικές και φασματοσκοπικές ιδιότητες των παραπάνω ενώσεων και συγκρίθηκαν με τις αντίστοιχες ιδιότητες του μη υποκαταστημένου αρωματικού βενζολικού δακτυλίου. Σε αντίθεση με τον βενζολικό δακτύλιο, τα μεταλλουποκαταστημένα βενζόλια του τύπου C6H6-nMn (M = Cu, Ag, Au, n = 1 – 6) παρουσιάζουν αρωματικό χαρακτήρα ακόμα και στην τριπλή διεγερμένη κατάστασή τους. Από τη μελέτη αυτή προέκυψαν πολύ καλές γραμμικές συσχετίσεις του τανυστή zz στο σημείο 1, NICSzz(1), του δείκτη αρωματικότητας NICS (Nucleus Independent Chemical Shift), 1) με το συνολικό αρνητικό φυσικό φορτίο που φέρει ο καρβοκυκλικός δακτύλιος και 2) με το μήκος κύματος (λ) της μετάπτωσης HOMO → LUMO στα φάσματα απορρόφησης των ενώσεων C6H6-nMn. Τα φάσματα εκπομπής των ενώσεων C6H6-nMn χαρακτηρίζονται από τις υψηλές τιμές της διαφοράς ενέργειας ΔE(S0-T1) ειδικά στις περιπτώσεις των δι-υποκατεστημένων μέτα- και πάρα- ισομερών. Η μέγιστη τιμή ΔE(S0-T1) που υπολογίστηκε για την ένωση m-C6H4Au2 είναι ίση με 67 kcal/mol. Μελετήθηκαν επίσης τα δεσμικά χαρακτηριστικά των μετάλλων Cu, Ag, Au με τους βενζολικούς δακτυλίους για κάθε περίπτωση, με τη βοήθεια διαφόρων υπολογιστικών κβαντοχημικών μεθόδων, όπως είναι η πλυθησμιακή ανάλυση φυσικών τροχιακών δεσμού (Natural Bond Orbital, NBO), η πλυθησμιακή ανάλυση με τη μέθοδο των Ατόμων-Στα-Μόρια (Atoms-In-Molecules, AIM), τη συνάρτηση ηλεκρονιακού εντοπισμού (Electron Localization Function, ELF), την κλίση ανηγμένης πυκνότητας (Reduced Density Gradient, RDG) και οι συναρτήσεις Sign(λ2(r))ρ(r) για ακόμα μεγαλύτερη ακρίβεια. Η θεωρητική μελέτη των ενώσεων C6H6-nMn (M = Cu, Ag, Au, n = 1 – 6) έδειξε ότι αυτές είναι θερμοδυναμικά σταθερές και κατά συνέπεια θα ήταν δυνατή η σύνθεση και απομόνωσή τους από πειραματικούς χημικούς.Επίσης, μελετήθηκε, με μεθόδους της DFT, η ικανότητα αντιπρωσοπευτικών ενώσεων, όπως του C6H5Cu και 1,3,5-Cu3C6H3 για τη δέσμευση και αποθήκευση μοριακού υδρογόνου και βρέθηκε να τηρούν τις απαιτήσεις του US DOE για χαμηλού κόστους υλικών αποθήκευσης υδρογόνου. Μια εμπεριστατωμένη ανάλυση των δεσμικών Cu∙∙∙(η2-H2) αλληλεπιδράσεων με τη βοήθεια υπολογιστικών μεθόδων ηλεκτρονικής δομής (NBO, AIM, ELF, RDG και συναρτήσεων Sign(λ2(r))ρ(r)) έδειξε ότι οι αλληλεπιδράσεις αυτές εμφανίζουν έναν μικτό ομοιοπολικό - ιοντικό χαρακτήρα που συνοδεύεται από ασθενείς διαμοριακές αλληλεπιδράσεις διασποράς.

Deep insight into the charge transfer interactions in 1,2,4,5-tetracyanobenzene-phenazine cocrystal

2021 ◽  
Author(s):  
Hongnan Wu ◽  
Yajing Sun ◽  
Lingjie Sun ◽  
Liwei Wang ◽  
Xiaotao Zhang ◽  
...  
Keyword(s):  
Charge Transfer ◽  
Deep Insight ◽  
Insight Into

scholarly journals Crystal Structure and Computational Study on Methyl-3-Aminothiophene-2-Carboxylate

Crystals ◽  
2020 ◽  
Vol 10 (1) ◽  
pp. 19 ◽  
Author(s):  
Yaping Tao ◽  
Ligang Han ◽  
Andong Sun ◽  
Kexi Sun ◽  
Qian Zhang ◽  
...  
Keyword(s):  
Crystal Packing ◽  
Computational Study ◽  
Three Dimensional ◽  
X Ray Diffraction ◽  
Dispersion Energy ◽  
Monoclinic Crystal ◽  
Hydrogen Bond Interactions ◽  
Calculation Results ◽  
Reduced Density Gradient ◽  
Reduced Density

Methyl-3-aminothiophene-2-carboxylate (matc) is a key intermediate in organic synthesis, medicine, dyes, and pesticides. Single crystal X-ray diffraction analysis reveals that matc crystallizes in the monoclinic crystal system P21/c space group. Three matc molecules in the symmetric unit are crystallographically different and further linked through the N–H⋯O and N–H⋯N hydrogen bond interactions along with weak C–H⋯S and C–H⋯Cg interactions, which is verified by the three-dimensional Hirshfeld surface, two-dimensional fingerprint plot, and reduced density gradient (RDG) analysis. The interaction energies within crystal packing are visualized through dispersion, electrostatic, and total energies using three-dimensional energy-framework analyses. The dispersion energy dominates in crystal packing. To better understand the properties of matc, electrostatic potential (ESP) and frontier molecular orbitals (FMO) were also calculated and discussed. Experimental and calculation results suggested that amino and carboxyl groups can participate in various inter- and intra-interactions.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document