Analysis of chemical bonding and aromaticity from electronic delocalization descriptors

Abstract

Interactions between electrons determine the structure and properties of matter from molecules to solids. Therefore, the understanding of the electronic structure of molecules will enable us to extract relevant chemical information. In the first part of this thesis, we focus our attention on the analysis of chemical bonding by means of the Electron Localization Function (ELF) and the Domain-Averaged Fermi Hole analysis (DAFH). In the second part, we assess the performance of some indicators of aromaticity by analyzing their advantages and drawbacks. We propose a series of tests based on well-known aromaticity trends that can be applied to evaluate the aromaticity of current and future indicators of aromaticity in both organic and inorganic species. Moreover, we investigate the nature of electron delocalization in both aromatic and antiaromatic systems in the light of Hückel’s (4n + 2) rule. Finally, we analyze the phenomenon of multiple aromaticity in all-metal clusters.

Les interaccions entre electrons determinen l’estructura i propietats de la matèria. Per tant, la comprensió de l’estructura electrònica de les molècules ens permetrà extreure informació química rellevant. En la primera part d’aquesta tesi, centrem la nostra atenció en l’anàlisi de l’enllaç químic per mitjà de la funció de localització electrònica (ELF) i l’anàlisi dels anomenats domain averaged Fermi holes (DAFH). En la segona part, s’avalua el comportament d’alguns indicadors d’aromaticitat analitzant els seus avantatges i inconvenients. Al llarg d’aquesta part, es proposen una sèrie de tests basats en tendències d’aromaticitat conegudes que es poden aplicar per avaluar el comportament dels indicadors actuals en espècies tan orgàniques com inorgàniques. A més a més, s’investiga la naturalesa de la deslocalització d’electrons en sistemes aromàtics i antiaromàtics que segueixen la regla 4n+2 que proposà Hückel. Finalment, analitzem el fenomen de l’aromaticitat múltiple en sistemes metàl•lics