Computational study of the adsorption of molecules on metal surfaces Characterization of metal-thiourea derivatives interactions

Resumen

En esta tesis se realiza un estudio te´orico sistem´atico para evaluar las propiedades qu´ımicas de los derivados de aril/aroiltiourea como posibles componentes b´asicos de un nanodispositivo de superficie. En este nanodispositivo funcionalizado, el sustrato y la mol´ecula de anclaje son los bloques de construcci´on fundamentales. Por lo tanto, para la predicci´on de aplicaciones potenciales, se requiere comprender los aspectos fundamentales de la estructura superficial despu´es de la adsorci´on. Esto implica la evaluaci´on individual de las interacciones entre ambiente-mol´ecula de anclaje y mol´ecula de anclaje-sustrato. Por lo cual, dedicamos esta tesis a caracterizar estas interacciones centr´andonos en la huella qu´ımica de las mol´eculas de anclaje. Para ello, hemos desarrollado una estrategia computacional que consiste, en primer lugar, en una b´usqueda minuciosa de las posibles geometr´ıas que pueden adoptar las mol´eculas de anclaje a nivel de fase gaseosa. En segundo lugar, a partir de las diversas estructuras obtenidas se describen m´ultiples configuraciones geom´etricas de la interacci´on mol´ecula-metal. A continuaci´on, utilizando la densidad de electrones como campo escalar principal, se lleva a cabo la evaluaci´on de la naturaleza del enlace, el an´alisis de la estructura electr´onica y las propiedades qu´ımicas del sistema mol´ecula-metal. Para ello se utilizan diferentes enfoques como la Teor´ıa Cu´antica de ´ Atomos en Mol´eculas (QTAIM, por sus siglas en ingl´es), el an´alisis topol´ogico de la densidad electr´onica y la descomposici´on de la densidad de carga. Aplicando tal estrategia, estudiamos las propiedades de complejaci´on de las N, N0-aril/aroil tioureas con los cationes Cd (II), Hg (II) y Pb (II) mediante el an´alisis del enlace qu´ımico cati´on-mol´ecula, sobre un conjunto de 479 estructuras totalmente optimizadas. Se observa evidencia de la quimioselectividad y regioselectividad del enlace cati´on-mol´ecula para los tres cationes. Posteriormente, las interacciones mol´ecula de anclaje-sustrato se investigan mediante la adsorci´on de aril/aroiltioureas N-monosustituidas y N, N0-disustituidas en una superficie de Au (111). La superficie de oro se selecciona como sustrato debido a la fuerte afinidad qu´ımica Au-S, previamente abordada en otros trabajos y revisada en esta tesis. La N-monosustituci´on de las tioureas nos permite identificar el papel de la funcionalizaci´on qu´ımica para ajustar la geometr´ıa de adsorci´on de la mol´ecula y la fuerza del enlace mol´ecula-superficie. En el caso de la N, N0-disustituci´on, acoplamos los efectos de la funcionalizaci´on qu´ımica para obtener m´as informaci´on sobre la interacci´on mol´ecula-superficie, pero tambi´en, para revelar la relevancia del v´ınculo existente entre las fuerzas intermolecular/mol´ecula-superficie. De esta forma, se han estudiado una gran variedad de posibles interacciones entre derivados de tiourea con metal; obteniendo as´ı un enfoque completo de la naturaleza de los enlaces formados. Esto permite predecir propiedades geom´etricas, de estabilidad y electr´onicas de materiales h´ıbridos basados en mol´eculas organosulfuradas-metal