Naslov (srp)

Испитивање водоничних веза између комплекса аминокиселина са прелазним металима и воде анализом кристалографских података и методама квантне хемије  : докторска дисертација

Autor

Zrilić, Sonja S., 1995-

Doprinosi

Živković, Jelena, 1983-
Glišić, Biljana, 1985-
Zarić, Snežana, 1962-
Etinski, Mihajlo, 1981-
Milovanović, Milan, 1987-
Ristić, Miroslav, 1981-
Petković, Milena, 1976-

Opis (eng)

a water molecule, and understanding them is important due to their presence in aqueoussolutions of biological systems and applications in medicine, biology and catalysis. UsingCambridge Structural Database (CSD) search and quantum chemical calculations, thiswork investigated NH/O and O/HO hydrogen bonds of amino acids as zwitter ions withwater, and NH/O, O1/HO and O2/HO hydrogen bonds of free protonated and coordinatedamino acids with water, where N belongs to the α-amino group, O1 is a hydroxyl, andO2 carbonyl oxygen of α-carboxyl group, and where amino acid coordinates to the metalion via mentioned nitrogen and O1 oxygen. CSD analysis reveals that free waters withNH/O and O1/HO hydrogen bonds probably have additional interactions, which is notthe case for O2/HO, and also, that zwitter ions and free protonated amino acids could havestronger interactions than the coordinated ones. Quantum chemical calculations of interactionenergies and their decomposition analysis for all mentioned amino acids were done for rigidsystems with linear hydrogen bonds. Free amino acids have very strong hydrogen bondsbecause of the highly charged groups and absence of steric hindrance, which for NH/Obonds of free protonated amino acids can reach up to -17,4 kcal/mol. To ensure greaterdiversity of complexes, octahedral cobalt(III) and nickel(II), square pyramidal copper(II)and square planar copper(II), palladium(II) and platinum(II) complexes were investigated,all with different charges. In systems with complexes, NH/O hydrogen bonds are generallythe strongest and range from -4,8 to -16,9 kcal/mol, followed by O2/HO with interactionenergies from -2,8 to -9,0 kcal/mol, while the weakest are O1/HO hydrogen bonds, from -2,2to -8,9 kcal/mol. Zwitter ions have stronger interaction strength than neutral, but similarto complexes with charge +1 and -1, while free protonated amino acids are even strongerthan complexes with charge +2. Amino acid type didn’t show significant influence for neitherfree nor coordinated amino acid hydrogen bonds. Strengthening of NH/O interactions andtheir decomposition terms can be achieved with increasing complex positive charge, metal ionoxidation and atomic number, and decreasing of the metal ion coordination number, whilefor O1/HO and O2/HO the conclusions are generally opposite. Changing the complex chargehas the greatest effects, followed by the metal ion oxidation and coordination number, whilechanging јust the atomic number provides the smallest change in interaction energies. Also,all the changes are less pronounced for O2/HO interaction because of its larger distancefrom the metal ion. Electrostatics is dominant for all interactions, for strong hydrogenbonds polarization is also significant, and for weak interactions dispersion. Implicit solvationgenerally produces weaker hydrogen bonds comparing to the vacuum. Geometrical parametersof optimized systems are in better correlation with CSD results, but the free waters in thesesystems have multiple simultaneous interactions, so the total interaction energy depends onthe number of them.

Opis (srp)

Аминокиселине и њихови комплекси могу градити неколико типова водоничних веза саводом чије је разумевање од значаја због њиховог присуства у воденим растворима, какоу биолошким системима тако и у случају њихове примене у медицини, биологији иликатализи. У оквиру ове дисертације су помоћу претраге Кембриџкe базe података (енг.Cambridge Structural Database, CSD) и квантнохемијских прорачуна изучаване NH/O иO/HO водоничне везе цвитер-јона аминокиселина са водом, и NH/O, O1/HO и O2/HOинтеракције слободних протонованих аминокиселина и координованих аминокиселинаса водом, где азот припада α-амино групи, О1 је хидроксилни, а О2 карбонилни кисео-ник α-карбоксилне групе, и где се координација аминокиселине врши преко поменутогазота и О1 кисеоника. Анализа резултата добијених из CSD банке указује да молекуливоде који граде NH/O и O1/HO водоничне везе имају додатне интеракције, што нијеслучај код O2/HO, као и да цвитер-јони и слободне протоноване аминокиселине имајујаче интеракције од координованих. Квантнохемијски прорачуни енергије интеракције ињена декомпозиција за поменуте облике аминокиселина урађени су за ригидне системеса линеарном водоничном везом. Слободне аминокиселине имају врло јаке водоничневезе због великог наелектрисања и малих стерних сметњи, које код NH/O водонич-них веза протонованих аминокиселина достижу чак -17,4 kcal/mol. Код координованихаминокиселина, како би се обезбедила што већа разноврсност комплекса, изучавани суоктаедарски комплекси кобалта(III) и никла(II), квадратно-пирамидални комплекси ба-кра(II) и квадратно-планарни комплекси бакра(II), паладијума(II) и платине(II), и то саразличитим наелектрисањима. Код комплекса, NH/O водоничне везе са водом су гене-рално најјаче и износе од -4,8 до -16,9 kcal/mol, након чега следе O2/HO са енергијамаинтеракција од -2,8 до -9,0 kcal/mol, а O1/HO су најслабије, од -2,2 до -8,9 kcal/mol.Водоничне везе цвитер-јона су јаче од интеракција неутралних комплекса и упоредивеса комплексима +1 и -1 наелектрисања, док су NH/O водоничне везе слободних прото-нованих аминокиселина јаче чак и од комплекса са наелектрисањем +2. Утицај врстеаминокиселине се није показао значајним ни код слободних ни код координованих ами-нокиселина. Јачање енергије NH/O водоничне везе и њених компоненти декомпозицијеможе се постићи повећањем позитивног наелектрисања комплекса, већим оксидационими атомским бројем и мањим координационим бројем јона метала, док су код O1/HOи O2/HO резултати најчешће обрнути. Највећи утицај има наелектрисање комплекса,након чега следе оксидациони и координациони број, а најмањи ефекат настаје про-меном атомског броја. Електростатика је доминантна код свих интеракција, код јакихводоничних веза се поред ње јавља и значајна поларизација, а код слабих дисперзија.Утицај растварача моделованог имплицитним растварачем скоро увек даје слабије водо-ничне везе него у вакууму. Геометријски параметри оптимизованих система су у бољојкорелацији са резултатима добијеним претрагом CSD банке, али се код њих јавља вишеинтеракција, па укупна енергија интеракције зависи од њиховог броја.

Opis (srp)

Физичка хемија - квантна хемија / Physical chemistry - quantum chemistry Datum odbrane: 02.10.2025.

Jezik

srpski

Datum

2025

Licenca

Ovo delo je licencirano pod uslovima licence
Creative Commons CC BY-NC-ND 3.0 AT - Creative Commons Autorstvo - Nekomercijalno - Bez prerada 3.0 Austria License.

http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/at/legalcode

Predmet

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Fundamentalna hemija. Fizička hemija

hydrogen bonds, amino acid complexes, Cambridge Structural Database, quantum chemistry calculations

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Fundamentalna hemija. Fizička hemija

водоничне везе, комплекси аминокиселина, Кембриџка база података, квантнохемијски прорачуни