A theoretical study of complexes formed between cations and curved aromatic systems: electrostatics does not always control cation–π interaction

文献情報

出版日 2017-03-24
DOI 10.1039/C7CP01491K
インパクトファクター 3.676
著者

Jorge A. Carrazana-García, Enrique M. Cabaleiro-Lago, Jesús Rodríguez-Otero


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要旨

The present work studies the interaction of two extended curved π-systems (corannulene and sumanene) with various cations (sodium, potassium, ammonium, tetramethylammonium, guanidinium and imidazolium). Polyatomic cations are models of groups found in important biomolecules in which cation–π interaction plays a fundamental role. The results indicate an important size effect: with extended π systems and cations of the size of potassium and larger, dispersion is much more important than has been generally recognized for cation–π interactions. In most of the systems studied here, the stability of the cation–π complexes is the result of a balanced combination of electrostatic, induction and dispersion contributions. None of the systems studied here owes its stability to the electrostatic interaction more than 42%. Induction dominates stabilization in complexes with sodium, and in some of the potassium and ammonium complexes. In complexes with large cations and with flat cations dispersion is the major stabilizing contribution and can provide more than 50% of the stabilization energy. This implies that theoretical studies of the cation–π interaction involving large or even medium-size fragments require a level of calculation capable of properly modelling dispersion. The separation between the cation and the π system is another important factor to take into account, especially when the fragments of the cation–π complex are bound (for example, to a protein backbone) and cannot interact at the most favourable distance.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
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Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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