Keplerates: from Electronic Structure to Dynamic Properties

Abstract

Aquesta tesi està centrada en l'estudi dels Keplerats, una família de polioxometalats amb simetria icosaèdrica. Els polioxometalats són clústers inorgànics aniònics formats per uniats MOn, on M és un metall de transició normalment en el seu estat d'oxidació més elevat. (Mo(VI), W(VI), V(V)...). Per una banda, l'estructura electrònica dels Keplerats s'ha estudiat des d'un punt de vista de la Teoría del Funcional de la Densitat (DFT). A més, s'ha analitzat la interacció entre la càpsula Mo132 i els seus corresponents lligands interns. Per altra banda, amb col·laboració amb altres grups, tant experimentals com teòrics, es proposa un mecanisme de formació de la càpsula Mo132 a partir de dades obtingudes mitjançant espectroscòpia Raman. Part d'aquesta informació obtinguda mitjançant DFT s'ha utilitzat per obtenir els paràmetres necessaris per portar a terme una sèrie de simulacions de Dinàmica Molecular amb la finalitat d'estudiar el comportament del macro-ió Mo132 en solució aquosa en presència de diferents cations (centrant-se en la importància de la hidrofobicitat del catió), així com els efectes de la temperatura en aquest comportament.

Esta Tesis está centrada en el estudio de Kepleratos, una familia de polioxometalatos con simetría icosaédrica. Los polioxometalatos son clusters inorgánicos anionicos compuestos por unidades MOn, donde M es un metal de transición normalmente en su estado de oxidación más alto (Mo(VI), W(VI), V(V)...). Por un lado, la estructura electrónica de los Kepleratos se ha estudiado desde un punto de vista de la Teoría del Funcional Densidad (DFT). Además, se ha analizado la interacción entre la cápsula Mo132 y sus correspondientes ligandos internos. Por otro lado, en colaboración con otros grupos, tanto experimental como teórico, se propone un mecanismo de formación de la cápsula Mo132 a partir de los datos obtenidos mediante espectroscopía Raman. Parte de la información obtenida mediante DFT se ha utilizado para obtener los parámetros necesarios para realizar una serie de simulaciones de Dinámica Molecular con el fin de estudiar el comportamiento del macro-ión Mo132 en solución acuosa en presencia de diferentes cationes (centrándose en la importancia de la hidrofobicidad del catión), así como los efectos de la temperatura en dicho comportamiento.

This Thesis is aimed at the study of a family of icosahedral symmetry polyoxometalates: the so-called Keplerates. Polyoxometalates are inorganic anionic clustters composed of MOn units, where M represents a transition metal atom usually at its highest state of oxidation Mo(VI), W(VI), V(V)...). On one hand, the electronic structure of Keplerates is studied from a Density Functional Theorey (DFT) point of view. Furthermore, the interaction between the Mo132 capsule and its inner ligands has been analyzed. On the other hand, in collaboration with both experimental and theoretical groups, a formation mechanism for the Mo132 capsule is proposed, based on Raman espectroscopy data. Part of the information achieved by DFT has been used to obtain the parameters required in order to perform Molcular Dynamics simulations regarding the behaviour of the Mo132 macro-ion in aqueous solution in the presence of different cations (focusing on the relevance of the hydrophobic character of teh cation), as well as the effects that temperature has on the system.