Binding of viologen derivatives to cucurbit[8]uril

小提琴手 化学 取代基 部分 氢键 密度泛函理论 亚甲基 结晶学 分子 电子顺磁共振 光化学 立体化学 计算化学 核磁共振 有机化学 物理
作者
Swarada R. Peerannawar,Vivekanand V. Gobre,Shridhar P. Gejji
出处
期刊:Computational and Theoretical Chemistry [Elsevier BV]
卷期号:983: 16-24 被引量:14
标识
DOI:10.1016/j.comptc.2011.12.013
摘要

Molecular interactions between cucurbit[8]uril host and methyl -(MV2+), ethyl -(EV2+), propyl -(PV2+) and butyl -(BV2+) viologen have been analyzed employing the density functional theory. The complexation of viologen guests with CB[8] favors complete encapsulation of guest within host cavity over lateral interactions from host portals. The lowest energy complex reveals that both α- and methylene protons of alkyl substituent interact with hydrophilic exterior of CB[8] via hydrogen bond interactions. These host–guest interactions are analyzed using quantum theory of atoms in molecules. It has been shown that amongst viologen derivatives, methyl viologen binds strongly to CB[8] and strength of binding decreases steadily with increasing aliphatic chain length of the substituent. Normal vibration analyses reveal that CO stretching vibrations from CB[8] (1788 cm−1) downshifts to 1754 cm−1 when ureido oxygens interact with viologen guest. The CO vibrations from hydrogen bonded interactions (1754 cm−1) and those from noninteracting ones (1792 cm−1) engender distinct vibrations in the complex. The CN stretching vibration of viologen cation exhibits a blue shift of 22 cm−1 on encapsulation within CB[8] cavity. The direction of frequency shift of CO and CN stretching vibrations has been explained by combining MED topography with difference electron density maps and further been supported by natural bond orbital analysis. Calculated 1H NMR chemical shifts predict that β-protons of bipyridinium moiety are shielded due to encapsulation within the host cavity unlike α- or methylene protons participating in CO⋯H interactions which exhibit deshielding. These inferences are in consonant with 1H NMR experiments.

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