From Theory to Experiment: A Computational Chemistry Perspective on Dative Bond and Non-Covalent Interactions

Mgr. Maximilián LAMANEC

Doctoral thesis

Accurate quantum-chemical calculations of non-covalent interactions

Abstract:

This thesis explores advanced computational chemistry methods to investigate chemical bonding and molecular interactions. It uses computational approaches like DFT, MP2, CCSD(T), alongside other methods of computational chemistry, to analyze electronic structures and various properties of molecular systems. The study further examines dative bonds in p-group elements, elucidating their formation, unexpected behavior upon solvation, and significant role in addition reactions of secondary amines with fullerenes. Subsequently, it focuses on the behavior of molecules with hydridic hydrogen, highlighting their unique interactions when hydrogen acts as an electron donor and interacts with electrophiles. Finally, the thesis combines advanced computational chemistry methods with atomic force microscopy and for the first time demonstrates the anisotropic charge distribution on the surface of a covalently bonded halogen (-hole) and in the center of an aromatic ring with electronwithdrawing substituents (-hole), showing excellent correlation between computational models and experimental observations.

Abstract:

Táto dizertačná práca používa pokročilé metódy výpočtovej chémie na skúmanie chemických väzieb a molekulových interakcií. Pomocou výpočtových metód ako DFT, MP2, CCSD(T) a ďalších metód výpočtovej chémie, analyzuje elektrónové štruktúry a rôzne vlastnosti molekulových systémov. Dizertačná práca odhaľuje tvorbu datívnej väzby v prvkoch p-skupiny, jej neočakávané správanie pri solvatácii a významnú úlohu v adičných reakciách sekundárnych amínov s fulerénmi. Následne sa zameriava na molekuly obsahujúce hydridický vodík, zdôrazňujúc ich jedinečné interakcie, kde vodík pôsobí ako donor elektrónov a interaguje s elektrofilmi. Nakoniec práca spája pokročilé metódy výpočtovej chémie s mikroskopiou atomárnych síl a po prvýkrát ukazuje nerovnomerné rozloženie náboja na povrchu kovalentne viazaného halogénu (-dieru) a v strede aromatického kruhu s elektrofilnými substituentmi (-dieru), ukazujúc vynikajúcu koreláciu medzi výpočtovými modelmi a experimentálnymi pozorovaniami.

Keywords

datívna väzba, nekovalentné interakcie, hydridický vodík, -diera, kvantovomechanické výpočty

Jazyk práce: English

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 25. 3. 2024

Obhajoba závěrečné práce

• Vedúci: prof. Ing. Pavel Hobza, DrSc.

Palacký University Olomouc

Faculty of Science

Doctoral programme / odbor:
Chemistry / Physical Chemistry