Metal-mediated thymine base pair complexes: A DFT study

Year 2017, Volume: 1 Issue: 1, 35 - 41, 15.06.2017

Ayhan Üngördü Nurten Tezer

Abstract

The
most stable of thymine-metal-thymine complexes and their geometries were determined.
Method was used density functional
theory, B3LYP. The calculations of systems containing C, H, N, O were described
by the standard 6–311++G(d,p) basis set and for transition metals standard
LANL2DZ basis set were used. E_gap energy values of complexes were
calculated by Chemissian program. Metal-mediated thymine base pair complexes
which will used as nanowires in nanotechnology were predicted. In nanoworld,
this study is expected to be shown the way for future practical applications.

Keywords

electrical conductivity, nanowires, metal-DNA, DFT calculations, semiconductors

References

• [1] L. Berti, G. A. Burley, Nature nanotechnology 2008, 3, 81.
• [2] (a) E. Braun, Y. Eichen, U. Sivan, G. Ben-Yoseph, Nature 1998, 391, 775. b) J. Richter, M. Mertig, W. Pompe, I. Mnch, H. K. Schackert, Appl. Phys. Lett. 2001, 78, 536. c) L. Berti, A. Alessandrini, P. Facci, J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 11216. (d) G. Maubach, D. Born, A. Csa´ki, W. Fritzsche, Small 2005, 1, 619.
• [3] J. V. Burda, J. Ŝponer, P. Hobza, J. Phys. Chem. 1996, 100, 7250.
• [4] J. V. Burda, J. Ŝponer, J. Leszczynski, P. Hobza, J. Phys. Chem. B 1997, 101, 9670.
• [5] L. Rulisek, J. Ŝponer, J. Phys. Chem. B 2003, 107, 1913.
• [6] M. Noguera, J. Bertran, M. Sodupe, J. Phys. Chem. A 2004, 108, 333.
• [7] R. Di Felice, A. Calzolari, H. Y. Zhang, Nanotechnology. 2004, 15, 1256.
• [8] M. Fuentes-Cabrera, B. G. Sumpter, J. E. Ŝponer, J. Ŝponer, L. Petit, J. C. Wells, J. Phys. Chem. B 2007, 111, 870.
• [9] S. S. Alexandre, J. M. Soler, L. Seijo, F. Zamora, Phys. Rev. B 2006, 73, 205112.
• [10] M. Noguera, V. Branchadell, E. Costantino, R. Ríos-Font, M. Sodupe, L. Rodríguez-Santiago, J. Phys. Chem. A 2007, 111, 9823.
• [11] Y. Takezawa, M. Shionoya, Acc. Chem. Res. 2012, 45, 2066.
• [12] K. Tanaka, M. Shionoya, J. Org. Chem. 1999, 64, 5002.
• [13] a) S. S. Mallajosyula, S. K. Pati, Angew. Chem. 2009, 121, 5077; Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 4977. b) G. H. Clever, S. J. Reitmeier, T. Carell, O. Schiemann, Angew. Chem. 2010, 122, 5047; Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 4927.
• [14] D. Porath, G. Cuniberti, R. Di Felice, Top. Curr. Chem. 2004, 237, 183.
• [15] M. Di Ventra, M. Zwolak, American Scientific Publishers, 2004, 2, 475.
• [16] R. G. Endres, D. L. Cox, R. R. P. Singh, Rev. Mod. Phys. 2004, 76, 195.
• [17] S. S. Mallajosyula, S. K. Pati, J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 1881.
• [18] P. U. Civcir, J. Mol. Struct. 2000, 532, 157.
• [19] M. Orozco, B. Hernandez, F. Luque, J. Phys. Chem. B 1998, 102, 5228.
• [20] a) Y. Miyake, H. Togashi, M. Tashiro, H. Yamaguchi, S. Oda, M. Kudo, Y. Tanaka, Y. Kondo, R. Sawa, T. Fujimoto, T. Machinami, A. Ono, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 2172. b) Y. Tanaka, S. Oda, H. Yamaguchi, Y. Kondo, C. Kojima and A. Ono, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 244. c) Y. Tanaka, H. Yamaguchi, S. Oda, Y. Kondo, M. Nomura, C. Kojima, A. Ono, Nucleosides Nucleotides Nucleic Acids 2006, 25, 613. d) Y. Tanaka, A. Ono, Dalton Trans. 2008, 4965.
• [21] G. H. Clever, C. Kaul, T. Carell, Angew. Chem. 2007, 119, 6340; Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 6226.
• [22] Y. Miyake, H. Togashi, M. Tashiro, H. Yamaguchi, S. Oda, M. Kudo, Y. Tanaka, Y. Kondo, R. Sawa, T. Fujimoto, T. Machinami, A. Ono, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 2172.
• [23] a)Y. Miyake, H. Togashi, M. Tashiro, H. Yamaguchi, S. Oda, M. Kudo, Y. Tanaka, Y. Kondo, R. Sawa, T. Fujimoto, T. Machinami, A. Ono, J. Am. Chem. Soc, 2006, 128, 2172. b) Y. Tanaka, S. Oda, H. Yamaguchi, Y. Kondo, C. Kojima, A. Ono, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 244.
• [24] Lippert, B. Coord. Chem. ReV. 2000, 200-202, 487-516.
• [25] J. Ruiz, J. Lorenzo, L. Sanglas, N. Cutillas, C. Vicente, M. D. Villa, F. X. Avilés, G. López, V. Moreno, J. Pérez, D. Bautista, Inorg. Chem. 2006, 45, 6347.
• [26] H. Engelking, B. Krebs, J. Chem. Soc., Dalton Trans. 1996, 2409.
• [27] G. H. Clever, C. Kaul, T. Carell, Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 6226.
• [28] a) J. S. Lee, L. J. P. Latimer, R. S. Reid, Biochem. Cell. Biol. 1993, 71, 162. b) P. Aich, S. L. Labiuk, L. W. Tari, L. J. T. Delbaere, W. J. Roesler, K. J. Falk, R. P. Steer, J. S. Lee, J. Mol. Biol. 1999, 294, 477.
• [29] S. D. Wettig, C. Z. Li, Y. T. Long, H. B. Kraatz, Analytical Sciences 2003, 19, 23.
• [30] J. S. Lee, L. J. P. Latimer, R. S. Reid, Biochem. Cell Biol. 1993, 71, 162.
• [31] A. Rakitin, P. Aich, C. Papadopoulos, Y. Kobzar, A. S. Vedeneev, J. S. Lee, J. M. Xu, Phys. Rev. Lett. 2001, 86, 3670.
• [32] F. Moreno-Herrero, P. Herrero, F. Moreno, J. Colchero, C. Gomez-Navarro, J. Gomez-Herrero, A. M. Baro, Nanotechnology 2003, 14, 128.
• [33] B. Liu, A. J. Bard, C. Z. Li, H. B. Kraatz, J. Phys. Chem. B 2005, 109, 5193.
• [34] G. Brancolini, R. Di Felice, J. Phys. Chem. B 2008, 112, 14281.
• [35] G. Brancolini, R. Di Felice, J. Chem. Phys. 2011, 134, 205102.
• [36] (a) A. Schaefer, H. Horn, R. Ahlrichs. J. Chem. Phys. 1992, 93, 2571. (b) P. J. Hay, W. R. Wadt .J. Chem. Phys. 1985, 82, 270. (c) P. J. Hay, W.R. Wadt. J. Chem. Phys. 1985, 82, 284. (d) P. J. Hay, W.R. Wadt. J. Chem. Phys. 1985, 82, 299.
• [37] Gaussian 09, Revision D.01, M. J. Frisch, G. W. Trucks, H. B. Schlegel, G. E. Scuseria, M. A. Robb, J. R. Cheeseman, G. Scalmani, V. Barone, B. Mennucci, G. A. Petersson, H. Nakatsuji, M. Caricato, X. Li, H. P. Hratchian, A. F. Izmaylov, J. Bloino, G. Zheng, J. L. Sonnenberg, M. Hada, M. Ehara, K. Toyota, R. Fukuda, J. Hasegawa, M. Ishida, T. Nakajima, Y. Honda, O. Kitao, H. Nakai, T. Vreven, J. A. Montgomery, Jr., J. E. Peralta, F. Ogliaro, M. Bearpark, J. J. Heyd, E. Brothers, K. N. Kudin, V. N. Staroverov, T. Keith, R. Kobayashi, J. Normand, K. Raghavachari, A. Rendell, J. C. Burant, S. S. Iyengar, J. Tomasi, M. Cossi, N. Rega, J. M. Millam, M. Klene, J. E. Knox, J. B. Cross, V. Bakken, C. Adamo, J. Jaramillo, R. Gomperts, R. E. Stratmann, O. Yazyev, A. J. Austin, R. Cammi, C. Pomelli, J. W. Ochterski, R. L. Martin, K. Morokuma, V. G. Zakrzewski, G. A. Voth, P. Salvador, J. J. Dannenberg, S. Dapprich, A. D. Daniels, O. Farkas, J. B. Foresman, J. V. Ortiz, J. Cioslowski, and D. J. Fox, Gaussian, Inc., Wallingford CT, 2010.
• [38] R. Dennington, T. Keith, J. Millam, GaussView, Version 5, Semichem Inc., Shawnee Mission, KS, 2009.
• [39] L. V. Skripnikov, Chemissian V. 4.43, Visualization Computer Program, www.chemissian.com, 2016.
• [40] M. M. Kerileng, M. N. Peter, F. A. Rachel, M. Gcineka, M. M. Stephen, N. Njagi, M. Milua, B. Priscilla, I. I. Emmanuel, Int. J. Electrochem. Sci. 2012, 7, 11859.
• [41] Y. Cheng, S. H. Yang, C. Hsu, Chem. Rev. 2009, 109, 5868.
• [42] A. Rakitin, P. Aich, C. Papadopoulos, Y. Kobzar, A. S.Vedeneev, J. S. Lee, J. M. Xu, Physical Review Letters 2001, 86, 3670.
• [43] P. J. Dandliker, R. E. Holmin, J. K. Barton, Science 1997, 275, 1465.
• [44] D. B. Hall, R. E. Holmin, J. K. Barton, Nature 1996, 382, 731.
• [45] M. R. Arkin, E. D. A. Stemp, R. E. Holmlin, J. K. Barton, A. Hörmann, E. J. C. Olson, P. F. Barbara, et al., Science 1996, 273, 475.