Variational and perturbational calculations of interaction energies of noncovalent clusters

Abstract

Souhrn Hlavním předmětem předkládané práce jsou výpočty nekovalentních interakcí komplexů obsahujících halogeny. Byla testována řada kvantově mechanických semiempirických metod (AM1, RM1, PM3, PM6 a SCC-DFTB s empirickou korekcí pro disperzní interakce a vodíkové vazby (D3H4)). SCC-DFTB-D3H4 vykazovala nejméně hrubých chyb pro různé typy interakcí s vyjímkou halogenových vazeb, které jsou silně podceněny. Byla zkonstruována specifická korekce pro halogenové vazby jako čistě empirická oprava vážného podcenění interakční energie v halogenových komplexech, která poskytuje výsledky velmi blízké referenční metodě CCSD(T) s průměrnou chybou 0.3 kcal/mol odpovídající 6% interakční energie. Jako referenční metoda byla použita metoda CCSD(T) extrapolovaná do nekonečné báze podle Helgakera s poměrně velkou korelačně konzistentní bazí. Prezentované výsledky mohou být využity v návrzích nových halogenovaných inhibitorů jakož i při výzkumu dalších halogenem obohacených sloučenin.

Calculation of noncovalent interactions in set of complexes containing halogen atom (called Halogensx10) is the main subject of this thesis. Wide variety of semiempirical quantum mechanical (SQM) methods (AM1, RM1, PM3, PM6 and SCC-DFTB augmented with empirical correction for dispersion interaction and hydrogen bonding (D3H4)) have been tested and their accuracy was discussed. The SCC-DFTB-D3H4 method showed the advantage of no artificial behaviour for other types of interactions with exception of halogen bonding which is underestimated. Specific correction for halogen bonding was designed as a purely empirical fix of serious underestimation of interaction energy in halogen bonded complexes that yields results for validation set very close to benchmark interaction energies with average error is 0.3 kcal/mol ~ 6% of the interaction energy. As a benchmark method the CCSD(T) extrapolated to the CBS limit, according to Helgaker's scheme with rather large correlation consistent basis sets has been used. The results presented herein can be used in the rational design of halogenated ligands as well as in research of another halogen enriched compounds.