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Interpretation of the differential UV-visible absorbance spectra of metal-NOM complexes based on the quantum chemical simulations for the model compound esculetin
Chemosphere ( IF 5.778 ) Pub Date : 2021-02-22 , DOI: 10.1016/j.chemosphere.2021.130043
Chenyang Zhang; Xuze Han; Gregory V. Korshin; Andrey M. Kuznetsov; Mingquan Yan

In this study, the model compound esculetin that has functional groups typical for natural organic matter (NOM) was used to ascertain the nature of the characteristic bands in the differential UV-visible absorbance spectra (DAS) associated with the formation of metal-NOM complexes. The binding of ten different metal ions (Cu(II), Ni(II), Co(II), Fe(III), Cr(III), Al(III), Zn(II), Ca(II), Mg(II) and Pb(II)) with esculetin generate four bands in the DAS. These bands are similar to those present in the DAS of metal-NOM complex. The UV-visible absorbance spectra of the metal-esculetin systems were calculated using time-dependent density functional theory (TD-DFT). The TD-DFT results demonstrate that the prominent features of the DAS of esculetin are primarily associated with the electron transitions between the molecular orbitals near the highest occupied molecular orbital (HOMO) and the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) in the metal-esculetin complex. Charge decomposition analysis (CDA) results demonstrated that these electron transitions originate from the esculetin fragment to the Zn(II) fragment in the complex. Covalent indexes [(χm)2rc] of the metal ions were found to be correlated with the metal-specific features of the DAS of metal-esculetin systems. The strength of the linear correlations between the quantitative parameters of the electron density of the bond critical points (BCP) is indicative of the strength of the metal-esculetin interactions.



中文翻译:

基于模型七叶皂甙的量子化学模拟解释金属-NOM配合物的紫外-可见光吸收光谱的差异

在这项研究中,使用具有天然有机物质(NOM)典型官能团的模型化合物七叶红素来确定与金属NOM络合物形成相关的差异紫外可见吸收光谱(DAS)中特征谱带的性质。 。十种不同金属离子(Cu(II),Ni(II),Co(II),Fe(III),Cr(III),Al(III),Zn(II),Ca(II),Mg( II)和Pb(II))与七叶皂甙在DAS中产生四个谱带。这些谱带类似于金属-NOM络合物的DAS中存在的谱带。使用时变密度泛函理论(TD-DFT)计算了金属-七叶亭系统的紫外-可见吸收光谱。TD-DFT结果表明,七叶皂苷DAS的突出特征主要与金属-七叶亭复合物中最高占据分子轨道(HOMO)和最低未占据分子轨道(LUMO)附近的分子轨道之间的电子跃迁有关。 。电荷分解分析(CDA)结果表明,这些电子跃迁从七叶亭片段到复合物中的Zn(II)片段。共价指数[(χm2 r c ]的金属离子被发现与金属-七叶亭系统的DAS的金属特异性特征相关。键临界点(BCP)的电子密度的定量参数之间的线性相关性强度表明金属-七叶亭相互作用的强度。

更新日期:2021-02-22
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