Estudio computacional de derivados de escuaramidas y sus agregados con agua

Abstract

El objetivo de este trabajo es realizar un estudio computacional de varios sistemas químicos de gran relevancia dentro de la Química Orgánica: la escuaramida, su derivado de azufre, la tioescuaramida, y diversos agregados moleculares relacionados (p. ej. dímeros y agregados con agua). La importancia de estos sistemas nace de su uso como organocatalizadores. En primer lugar, se ha realizado una comparativa teórico-experimental del ácido escuárico, molécula de la que derivan las dos amidas, la cual servirá como base fundamental para discutir la validez y calidad de nuestros resultados. Hemos desarrollado un estudio teórico de las especies monoméricas en fase gas (condiciones de aislamiento) y, a continuación, de los correspondientes agregados moleculares más sencillos, etapa preliminar y necesaria de un posible estudio en fases condensadas. Para ello, se han utilizado varios softwares químico-cuánticos: i) El paquete Gaussian16, con el cual se han realizado cálculos DFT nos ha permitido obtener datos estructurales, geométricos, energéticos, así como parámetros espectroscópicos de rotación y vibración de los diferentes sistemas; ii) El paquete AIMall, que basándose en la Teoría de Bader de Átomos en Moléculas permite analizar la direccionalidad y fortaleza de los enlaces de las diferentes moléculas, y caracterizar así las distintas interacciones y explicar la estabilidad de los sistemas. Finalmente, se espera que el Trabajo de Investigación aquí presentado facilite el posterior estudio y/o caracterización experimental de estos sistemas mediante espectroscopía de rotación o vibración y puedan servir como información de referencia para futuras comparativas con datos experimentales cuando estén disponibles.

The aim of this work is to perform a computational study of several systems of great relevance within Organic Chemistry: squaramide, its sulfur derivative, tiosquaramide and various related molecular complexes (e.g., dimers and water complexes). First, we have carried out a comparison of the theoretical and experimental data reported for squaric acid, molecule from which the above amides are derived, which will serve as fundamental basis for evaluating the quality and usefulness of our results. We have performed a computational study of the monomers in the gas phase (isolation conditions) and, subsequently, their molecular complexes, as a preliminary and mandatory step of a plausible study in the condensed phase. To do so, we have employed several quantum-chemical software packages: i) The Gaussian16 program package, which has been used to carry out the DFT computations, has allowed us to obtain structural, geometrical and energetic data for each system, as well as rotational and vibrational spectroscopic parameters; ii) The AIMall package, which is based on the Bader’s Theory of Atoms in Molecules, has allowed us to analyze the nature of the chemical bonds among the different molecules, characterize their interactions and further rationalize their stability. Finally, it is expected that the research work presented here will ease an eventual experimental characterization of these systems by high resolution rotational spectroscopy or vibrational spectroscopy, and it will also serve as benchmark information to be eventually compared against experimental data once available.