Study on the influence of oxygen by sulfur replacing in the EDTA molecule on its potential to bind selected, toxic for the environment, heavy metal ions (Ni2+, Cd2+, Hg2+, Pb2+).

The aim of this project is the molecular modeling of metal complexes containing some heavy metal ions (the Pb2+, Ni2+, Cd2+ and Hg2+ are considered) and EDTA or its selected thio derivatives. EDTA is recognized as very powerful ligand in coordination chemistry. It forms very strong complexes with metals ions. In order to obtain a compound with potentially better properties than EDTA, investigation of its thio derivatives have been performed. The EDTA molecule has been modifed by in silico replacement of one or two oxygen(s) by sulfur atom(s). It seems that the EDTA thio derivatives could be used as effective water purificators (especially in case of dangerous pollution by heavy metal ions). Consequently, the results of the research are not only of theoretical interest, but also very promising from practical point of view. Five EDTA’s thio derivatives were investigated. Calculations of formed metal complexes stability were performed in the frame of the Density Functional Theory. The B3LYP functional together with the LANL2DZ basis set were employed. Performed calculations shown, that all proposed thio derivatives bind strongly considered metal ions. However, their binding power is a bit smaller than EDTA alone. Among studied thio derivatives, the strongest metal complexes are formed by the derivative with one sulfur atom.

Celem wykonanego projektu było modelowanie molekularne kompleksów EDTA i jego wybranych tiopochodnych z kilkoma jonami toksycznych metali ołowiu, kadmu, rtęci i niklu. EDTA jest powszechnie znanym ligandem w chemii koordynacyjnej. Tworzy bardzo silne kompleksy z jonami metali. W celu otrzymania liganda o potencjalnie jeszcze lepszych właściwościach podjęto badania nad pochodnymi EDTA. Modyfikacja cząsteczki EDTA ujęta w pracy, polega na wirtualnej zamianie atomów tlenu na atomy siarki. W związku z potencjalnym zastosowaniem badanych ligandów do oczyszczania wody z jonów metali ciężkich, wyniki przeprowadzonych badań są nie tylko interesującym zadaniem teoretycznym, ale mają również znaczny potencjał aplikacyjny. Zaproponowano do przebadania pięć pochodnych siarkowych EDTA. Obliczenia stabilności badanych kompleksów wykonano metodą Teorii Funkcjonałów Gęstości przy pomocy funkcjonału B3LYP i bazy funkcyjnej LANL2DZ. Przeprowadzone obliczenia pokazały, że wszystkie tiopochodne silnie wiążą badane jony metali, aczkolwiek ich siła wiązania jest nieco mniejsza niż samego EDTA. Spośród badanych tiopochodnych najsilniejsze kompleksy tworzy związek z jednym atomem siarki.