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Tuning the Adsorption Interactions of Imidazole Derivatives with Specific Metal Cations

机译：调节咪唑衍生物与特定金属阳离子的吸附相互作用

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In this work, we report a computational study of the interactions between metal cations and imidazole derivatives in the gas phase. We first performed a systematic assessment of various density functionals and basis sets for predicting the binding energies between metal cations and the imidazoles. We find that the M11L functional in combination with the 6-311++G(d,p) basis set provides the best compromise between accuracy and computational cost with our metal···imidazole complexes. We then evaluated the binding of a series of metal cations, including Li~+, Na~+, K~+, Co~(2+), Ni~(2+), Cu~(2+), Zn~(2+), Cd~(2+), Ba~(2+), Hg~(2+), and Pb~(2+), with several substituted imidazole derivatives. We find that electrondonating groups increase the metal-binding energy, whereas electron-withdrawing groups decrease the metal-binding energy. Furthermore, the binding energy trends can be rationalized by the hardness of the metal cations and imidazole derivatives, providing a quick way to estimate the metal···imidazole binding strength. This insight can enable efficient screening protocols for identifying effective imidazole-based solvents and membranes for metal adsorption and provide a framework for understanding metal···imidazole interactions in biological systems.
机译：在这项工作中，我们报告了气相中金属阳离子与咪唑衍生物之间相互作用的计算研究。我们首先对各种密度泛函和基集进行了系统评估，以预测金属阳离子与咪唑之间的结合能。我们发现，与我们的金属···咪唑配合物结合使用M11L官能团和6-311 ++ G（d，p）基础集可以在准确性和计算成本之间取得最佳折衷。然后，我们评估了一系列金属阳离子的结合，包括Li〜+，Na〜+，K〜+，Co〜（2 +），Ni〜（2 +），Cu〜（2 +），Zn〜（2 +），Cd〜（2 +），Ba〜（2 +），Hg〜（2+）和Pb〜（2+），以及几种取代的咪唑衍生物。我们发现给电子基团增加了金属结合能，而吸电子基团减少了金属结合能。此外，结合能的趋势可以通过金属阳离子和咪唑衍生物的硬度来合理化，从而提供了一种快速的方法来估计金属···咪唑的结合强度。这种见解可以实现有效的筛选方案，以识别用于金属吸附的有效咪唑基溶剂和膜，并为理解生物系统中金属·咪唑的相互作用提供框架。

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