Главная цель проекта – создание и апробирование на конкретных моделях новой квантовохимической методики построения карты "внешнего" электронного строения молекул и молекулярных ионов (а также атомов, одноатомных анионов и катионов) и их комплексов с водородной связью (ВС), поиск эффективных дескрипторов водородной связи. Таким образом, данный проект относится к исследованию нековалентных взаимодействий на основе анализа электронного строения взаимодействующих партнеров.
Задачи проекта следующие:
1) Расчет 3D-поверхностей энергии дисперсионного взаимодействия (ПЭДВ) исследуемых объектов с нейтральной пробной частицей ("щупом", "зондом"), в качестве которой предлагается использовать атом гелия. Основные преимущества атома гелия – это минимальная энергия дисперсионного (Ван дер Ваальсового, ВдВ) взаимодействия с объектом, т.е. минимальное искажение структуры объекта при взаимодействии и минимальный размер зондирующей частицы, т.е. максимальное пространственное разрешение при построении карты. Для сравнения, расчеты ПЭДВ для отдельных систем будут выполнены с использованием атома неона в качестве "щупа".
2) Создание методов спектральной диагностики внешнего электронного строения исследуемых объектов. Прежде всего, предполагается расчет поверхностей спектральных параметров ЯМР (химических сдвигов и констант спин-спинового взаимодействия, КССВ) при зондировании объектов атомом гелия с ядром 3He. Химические сдвиги (как мера экранирования ядра электронной оболочкой партнера) и КССВ (как мера обобществления электронов при образовании химической связи) являются потенциально высокоинформативными параметрами, дополняющими прямые расчеты особенностей электронной плотности. Кроме того, расчет параметров ЯМР принципиально открывает возможность экспериментальной проверки данных о внешнем электронном строении. Дополнительными спектральными параметрами могут служить константы квадрупольного взаимодействия (для ядер со спином >1/2) и колебательные частоты.
Также будут проведены параллельные расчёты ядерно-независимого химического экранирования (NICS). NICS является обобщением тензора экранирования на все точки пространства, и может быть использован для количественного и визуального анализа электронной структуры молекулы (S. Scheiner, ChemPhysChem 2016, 17, 2263-2271; D. Sebastiani, ChemPhysChem 2006, 7, 164-17). Такой подход будет реализован в проекте для выяснения перспектив беззондового описания особенностей электронной оболочки, важных для невалентных взаимодействий.
