Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-12-21T12:24:14Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Rênica Alves de Morais Rocha - 2017.pdf: 2260972 bytes, checksum: a83ed3f29bbd36d22772760b5f5354b2 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-12-21T12:24:55Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Rênica Alves de Morais Rocha - 2017.pdf: 2260972 bytes, checksum: a83ed3f29bbd36d22772760b5f5354b2 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-12-21T12:24:55Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Rênica Alves de Morais Rocha - 2017.pdf: 2260972 bytes, checksum: a83ed3f29bbd36d22772760b5f5354b2 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-11-30 / Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy is one powerful experimental techniques for obtaining three-dimensional structures of complex molecules, mainly for the analysis of the relative and absolute configurations of organic compounds. For this reason, this has become one of the most promising tools in the field of chemistry. From the theoretical point of view, advanced computational protocols have been developed for calculating NMR, mainly 1 H and 13 C, parameters of isolated molecules, in which the environmental effects are neglected. These effects are predominantly related to the inherently large size of such systems, making conventional ab initio theories either very computationally demanding or even prohibitive. Despite the current advances in spectroscopic techniques, instances of revision of structures erroneously established for natural products are still common in the literature. Therefore, it is still necessary the development of quantum-chemical protocols that may assist in the correct structural determination of these compounds. This work aimed to generate a universal scaling factor, based on a linear regression, for the calculation of 13 C NMR chemical shifts for rigid molecules, which has low computational cost and great accuracy to aid in the structural determination of natural products. So, 22 small molecules, whose chemical shifts were obtained experimentally, were selected and submitted to randomized conformational searches using Monte Carlo method and MMFF force field. The most significant conformations for each compound were selected to energy minimization calculations carried out at the PM7 level of theory, followed by vibrational frequency calculations at the same level. The 13 C chemical shifts were calculated using the GIAO-mPW1PW91/3-21G level of theory. Scaled chemical shifts (δesc) were obtained according to the relation δ esc = 1,14 δ cal – 4,71. The robustness of the new protocol and its applicability to practical problems was evaluated by the calculation of the chemical shifts for two natural compounds with biological and therapeutic interest: tryptanthrin and (-)-loliolide. In order to test the application of the created scaling factor to problems related to stereochemistry, we investigated its ability to differentiate pentacyclic triterpenes regioisomers. Thus the 13 C NMR chemical shifts of the α-amirin, β-amirin, glutinol, α-amirin acetate, β-amirin acetate and glutinyl acetate molecules were calculated and scaloned. Our results show that the GIAO-mPW1PW91/3-21G//PM7 level of theory applied to the calculations, together with the use of the scaling factor, is an efficient and low-cost tool as an alternative to computational requirement approaches, usually applied to the calculation of 13 C NMR chemical shifts. / A espectroscopia de Ressonância Magnética Nuclear (RMN) é uma técnica experimental poderosa para a obtenção de estruturas tridimensionais de moléculas complexas, principalmente para a análise das configurações relativas e absolutas de compostos orgânicos. Por esta razão, esta se tornou uma das ferramentas mais promissoras no campo da química. Do ponto de vista teórico, protocolos computacionais avançados foram desenvolvidos para o cálculo de RMN, principalmente de 1 H e 13 C, parâmetros de moléculas isoladas, em que os efeitos do meio ambiente são negligenciados. Estes efeitos são predominantemente relacionados com o tamanho inerentemente elevado de tais sistemas, tornando teorias convencionais ab initio computacionalmente muito exigentes ou mesmo inviáveis. Apesar dos recentes avanços em técnicas espectroscópicas, casos de revisão de estruturas de produtos naturais erroneamente estabelecidas ainda são encontrados na literatura. Portanto, é necessário o desenvolvimento de protocolos de cálculos quânticos que possam auxiliar na determinação estrutural correta destes compostos. Neste trabalho buscou-se gerar um fator de escalonamento universal, baseado emuma regressão linear, para o cálculo de deslocamentos químicos de RMN de 13 C, para moléculas rígidas, com baixo custo computacional e grande acurácia para auxiliar na determinação estrutural de produtos naturais. Para tal, 22 pequenas moléculas, cujos deslocamentos químicos foram obtidos experimentalmente, foram selecionadas e submetidas a buscas conformacionais estocásticas utilizando o método de Monte Carlo e o campo de forças MMFF. As conformações de menor energia de cada molécula foram selecionadas para a etapa de otimização de geometria, realizada no nível PM7, seguido por cálculos de frequência vibracional em mesmo nível. Os deslocamentos químicos de 13 C foram calculados utilizando o nível de teoria GIAO- mPW1PW91/3-21G. Já os deslocamentos químicos escalonados (δ esc ) foram obtidos de acordo com a relação δ esc = 1,14 δ cal – 4,71. A robustez do novo protocolo e sua aplicabilidade a problemas práticos foi avaliada através do cálculo de deslocamentos químicos para dois compostos naturais com interesse biológico e terapêutico: triptantrina e loliolida. De maneira a testar a aplicação do fator de escalonamento criado a problemas relacionados à estereoquímica investigou-se a sua capacidade em diferenciar triterpenos pentacíclicos regioisômeros. Assim os deslocamentos químicos de RMN de 13 C das moléculas de α-amirina, β-amirina, glutinol, acetato de α-amirina, acetato de β-amirin e acetato de glutinila, foram calculados e escalonados. Os resultados mostram que o nível de teoria GIAO-mPW1PW91/3-21G//PM7 aplicado para os cálculos, juntamente com a utilização do fator de escalonamento se mostra uma ferramenta eficaz e de baixo custo como uma alternativa para abordagens de exigência computacional, que são usualmente aplicados para a obtenção de cálculo de deslocamentos químicos de RMN de 13 C.

O estudo das reações de agregação em sistemas automontados é de grande interesse científico pela grande variedade de aplicações que tais colunas podem desempenhar. O presente trabalho teve como objetivo investigar as propriedades gerais de colunas supramoleculares formadas por complexos de coordenação que contêm platina, paládio e zinco. Esta investigação foi feita através do método semiempírico PM7. Os agregados supramoleculares investigados tiveram suas geometrias otimizadas e foram submetidos a cálculos termoquímicos. Pôde-se investigar as influências do metal e dos ligantes nos mecanismos gerais e propriedades das colunas, uma vez que utilizaram-se dois ligantes distintos. Estudou-se compostos de coordenação cujos ligantes foram o 2,6-bis(1H-1,2,4-triazol-5-il)piridina e oligofenilenoetinilenos (OPE) piridínicos. Realizou-se cálculos utilizando o modelo de solvatação contínua COSMO com água e metilciclohexano (MCH), o que permitiu avaliar os efeitos dos solventes nas energias de dimerização dos sistemas estudados. Os resultados obtidos para os derivados de OPE indicaram que as colunas supramoleculares desta classe que contêm Zn(II) apresentam anticooperatividade, exibindo energias de Gibbs de formação para o vácuo a 298 K positivas do dímero ao decâmero. Os resultados de solvatação contínua indicaram que a formação de um dímero deste composto é termodinamicamente favorável de 278 K para água e 267 K para o MCH, enquanto que para o vácuo a temperatura na qual a energia de Gibbs de dimerização é negativa ocorre em 246 K. Tal resultado aponta que o principal efeito de formação de colunas baseadas neste composto em altas temperaturas é primariamente um efeito solvofóbico que depende da polaridade do solvente. Observou-se a cooperatividade em vácuo e em ambos os solventes das colunas de derivados de OPE que contêm Pd(II) e Pt(II). Além destes fatos, as distâncias entre os centros metálicos diminuíram conforme monômeros eram adicionados à coluna, o que indica a existência de interações metalofílicas no sistema. Este resultado é corroborado experimentalmente por um artigo de Albuquerque el al. no caso do sistema de derivado de OPE que contém Pd(II). Para os sistemas cujos ligantes eram a 2,6-bis(1H-1,2,4-triazol-5-il)piridina, houve cooperatividade para ambas as colunas baseadas em Pd(II) e Pt(II), e houve para o sistema cujos centros metálicos são o Pt(II) uma transição não observada para todos os outros sistemas estudados; houve comportamento distinto das mudanças de distâncias entre monômeros no sistema triazol pridínico baseado em Pd(II) em relação àquele baseado em Pd(II) derivado de OPE. Este resultado indica a soma de dois efeitos no sistema OPE baseado em Pd(II): o de interações metalofílicas e de empilhamentos π-π. Como um todo, os resultados indicam que as principais interações envolvidas nas formações das colunas supramoleculares são interações de empilhamento π-π e metalofílicas para quatros compostos em graus diversos, exceto para o derivado de OPE baseado em Zn(II), que tem como principal força-motriz de agregação interações solvofóbicas. Perspectivas para este projeto: continuação da modelagem dos sistemas estudados por dinâmica molecular, com a simulação das interações de várias colunas formadas pelos monômeros estudados através do CP2K e publicação de um artigo com os resultados obtidos. / The study of aggregation reactions in self-assembled systems is of great scientific interest due to the wide range of applications which such resulting columns can play. Herein, we had the objective of investigating the general properties of supramolecular columns formed coordination complexes which contain platinum, palladium and zinc. This investigation was carried through the semiempirical method PM7. The investigated supramolecular aggregates were optimized, and their optimized geometries were subjected to thermochemical calculations. In this sense we could probe the influences of metals and ligands onto the general mechanisms and columnar properties, once were herein used two different ligands. The two ligands were 2,6-bis(1H-1,2,4-triazol-5-il)pyridine and oligophenyleneethynediyl (OPE) pyridine derivatives. COSMO solvation model -based calculations in water and methylcyclohexane (MCH) were performed in order to evaluate solvents effects on dimerization Gibbs energies of the studied systems. The results obtained for the OPE derivative based on Zn(II) pointed an anticooperative process in vacuum at 298K, exhibiting positive Gibbs energies of formation from the dimer to the decamer. The results from continuum solvation calculations indicate the formation of a dimer based on this Zn(II) molecule to be thermodynamically favorable at 278 K for water and at 267 K for MCH, while in vaccum this point lies at 246 K. This results indicates the formation of supramolecular columns based on this compound are formed in higher temperatures primarily due to solvophobic effects, and the intensity of this effect depends on the solvent polarity. The columns of OPE derviatives which contained Pd(II) and Pt(II) both showed cooperativity in the aggregation process. Besides these thermodynamic results, both of those columns showed monotonic distance shortening due to columns increasing process. This is an indicative of metallophilic interactions taking place in these aggregates. This result for Pd(II) is experimentally supported by a paper od Albuquerque et al. for the columns containing 2,6-bis(1H-1,2,4-triazol-5-il)pyridine cooperativity was observed for both the columns--those which contain Pd(II) and Pt(II)--, and for the Pt(II)-based columns of this class it was observed a transition not of most eneregetically favoured mechanisms not observed for all the other systems studied. A difference on the behavior of average monomer distances took place in the triazol pyridine Pd(II) compound when compared to its metal-related OPE derivative. This result indicates the summation of effects in the OPE-based Pd(II) system: the one of metallophilic interactions and π-π stacking interactions. As a whole, the results indicate π-π stacking and metallophilic interactions to be responsible for aggregation processes in diverse intensities for four of the compounds, except for that in the Zn(II)-based OPE derivative, which has the main aggregation effect as solvophobic interactions. The main perspectives for this project are the continuation of the modelling of the herein studied systems by molecular dynamics, simulating the interactions of many columns by the CP2K program, and the publication of a paper which contains the results obtained and presented in this dissertation.

Made available in DSpace on 2017-07-24T19:37:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ageo Meier Andrade.pdf: 3358892 bytes, checksum: c2798e568b2f1bcb11fc21644c783df2 (MD5) Previous issue date: 2016-02-22 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The search for materials with conductive capacity has been gaining attention in the scienti c community for its many technological applications. Moreover, understanding the charge transport phenomena in these materials it is still seen as a challenge to the scientic community. Poly (3,4-ethylenedioxythiophene), PEDOT features desirable characteristics where planar molecular structure ensures process of charge transfer and charge separation. In the investigation of these properties, computational tools emerge as an alternative with low nancial cost when compared to experimental techniques. Knowing that several semi-empirical methodologiess are available and the class of conductive polymers exhibit unique macromolecular characteristics; the objective of this study was to investigate the structural properties of 1-EDOT to 10-EDOT by the latest methodologies available in MOPAC2012 program, that is, PM6, PM7 and RM1. It was found that among them, PM6 methodology provided good results, especially for presenting the planar polymer chain to oligomers of 2-EDOT to 10-EDOT. DFT calculations have been used for organic polymeric systems with conductive characteristics and has evolved as a major computational tools for electronic properties. Thus, for 1-EDOT to 10-EDOT optimized by PM6 methodology, single point calculations were applied using DFT B3LYP/6-31++G(d,p) obtaining information related to the charge transport, especially reducing band-gap energy, border orbital location and formation of an intramolecular charge hall. From these informations, were investigated electrostatic potential map and Density of States (DOS) based on energy levels. In computational analysis of excited states, calculations based on TDDFT using B3LYP/6-31+G were applied to molecular systems, where it was possible to investigate discrete levels of excitation energy in the UV-visible range. In small oligomers of 1-EDOT to 6-EDOT using PM6 optimized structures such calculations showed the possibility of investigating the main configuration related to discrete levels, showing the reduction in energy required for excitation with increasing polymer chain for this material. Having noted both the reduction of energy band-gap and the singlet excitation energy, relatedto increasing polymeric chain, it was investigated these properties for a macromolecular system considering infinite oligomers. In this analysis, linear regression applied to the results of 2-EDOT to 6-EDOT had the lowest band-gap energy. Subsequently, band-gap energy was related to the wavelength of maximum absorption of the singlet excitation energy. It was concluded that it is possible to apply semi-empirical calculations followed by single-pint DFT and TDDFT calculations in the investigation of conductive properties of polymeric materials providing significant results to understand charge transport and the prediction of structural and electronic properties. / A busca por materiais com capacidades condutoras vem ganhando atenção na comunidade científica por suas inúmeras aplicações tecnológicas. Além disso, o entendimento do fenômeno de transporte de carga continua sendo visto como um desafio para a comunidade cientifica. Poli (3,4-etilenodioxitiofeno), PEDOT apresenta caracteristicas condutoras desejáveis porque sua estrutura molecular planar garante que haja o processo de transferência e separação de carga. Na investigação dessa propriedade, ferramentas computacionais surgem como uma alternativa de baixo custo financeiro quando comparados a técnicas experimentais. Sabendo que diversas metodologias semi-empíricas estão disponíveis e que a classe de polímeros condutores apresentam caracteressticas macromoleculares únicas; objetivou-se neste estudo a investigação das propriedades estruturais de 1-EDOT a 10-EDOT pelas mais recentes metodologias disponíveis no programa MOPAC2012, isto é, PM6, PM7 e RM1. Verificou-se que dentre elas, a metodologia PM6 forneceu bons resultados em relação aos resultados experimentais, principalmente por apresentar a cadeia polimérica planar para oligômeros de 2-EDOT a 10-EDOT. Cálculos em DFT tem sido usados para sistemas poliméricos orgânicos com características condutoras e evoluiu como uma das principais ferramentas computacionais para propriedades eletrônicas. Sendo assim, foram aplicados cálculos pontuais em DFT usando B3LYP/6-31++G(d,p)) de 1-EDOT a 10-EDOT a partir de estruturas otimizadas em PM6 obtendo-se informações relevantes ao transporte de carga, principalmente, redução da energia de band-gap, localizaçãoo dos orbitais de fronteiras e formação de um corredor de carga intramolecular. Investigou-se a partir destas informações o mapa de potencial eletrostático e a Densidade de Estados (DOS) por meio dos níveis discretos de energia. Na análise computacional de estados excitados, cálculos baseados em TDDFT usando B3LYP/6-31+G foram aplicados a sistemas moleculares, onde é possível investigar níveis discretos de excitação na faixa do UV-Visível. Nos pequenos oligomeros de 1-EDOT a 6-EDOT, utilizando a estrutura otimizada em PM6, tais cálculos mostraram a possibilidade de investigar as principais configurações de excitação do estado singlete em níveis discretos, mostrando a redução da energia necessária para excitação com o aumento da cadeia polimérica para esse material. Por ter verificado tanto a redução da energia de band-gap quanto da energia de excitação de singlete, e que ambos s~ao relacionados ao aumento da cadeia polimérica, investigou-se a previsão por extrapolação para um sistema macromolecular com infinitos oligômeros. Nessa análise, a regressão linear aplicada aos resultados de 2-EDOT a 6-EDOT apresentou a menor energia de band-gap. Posteriormente, o band-gap foi relacionado ao comprimento de onda máximo da absorção de singlete. Concluiu-se que é possível aplicar cálculos semi-empíricos em conjunto com cálculos pontuais em DFT e TDDFT na investigação de propriedades condutoras de materiais poliméricos proporcionando resultados expressivos para entender o transporte de carga e a prediação de propriedades estruturais e eletrônicas.

O estudo das reações de agregação em sistemas automontados é de grande interesse científico pela grande variedade de aplicações que tais colunas podem desempenhar. O presente trabalho teve como objetivo investigar as propriedades gerais de colunas supramoleculares formadas por complexos de coordenação que contêm platina, paládio e zinco. Esta investigação foi feita através do método semiempírico PM7. Os agregados supramoleculares investigados tiveram suas geometrias otimizadas e foram submetidos a cálculos termoquímicos. Pôde-se investigar as influências do metal e dos ligantes nos mecanismos gerais e propriedades das colunas, uma vez que utilizaram-se dois ligantes distintos. Estudou-se compostos de coordenação cujos ligantes foram o 2,6-bis(1H-1,2,4-triazol-5-il)piridina e oligofenilenoetinilenos (OPE) piridínicos. Realizou-se cálculos utilizando o modelo de solvatação contínua COSMO com água e metilciclohexano (MCH), o que permitiu avaliar os efeitos dos solventes nas energias de dimerização dos sistemas estudados. Os resultados obtidos para os derivados de OPE indicaram que as colunas supramoleculares desta classe que contêm Zn(II) apresentam anticooperatividade, exibindo energias de Gibbs de formação para o vácuo a 298 K positivas do dímero ao decâmero. Os resultados de solvatação contínua indicaram que a formação de um dímero deste composto é termodinamicamente favorável de 278 K para água e 267 K para o MCH, enquanto que para o vácuo a temperatura na qual a energia de Gibbs de dimerização é negativa ocorre em 246 K. Tal resultado aponta que o principal efeito de formação de colunas baseadas neste composto em altas temperaturas é primariamente um efeito solvofóbico que depende da polaridade do solvente. Observou-se a cooperatividade em vácuo e em ambos os solventes das colunas de derivados de OPE que contêm Pd(II) e Pt(II). Além destes fatos, as distâncias entre os centros metálicos diminuíram conforme monômeros eram adicionados à coluna, o que indica a existência de interações metalofílicas no sistema. Este resultado é corroborado experimentalmente por um artigo de Albuquerque el al. no caso do sistema de derivado de OPE que contém Pd(II). Para os sistemas cujos ligantes eram a 2,6-bis(1H-1,2,4-triazol-5-il)piridina, houve cooperatividade para ambas as colunas baseadas em Pd(II) e Pt(II), e houve para o sistema cujos centros metálicos são o Pt(II) uma transição não observada para todos os outros sistemas estudados; houve comportamento distinto das mudanças de distâncias entre monômeros no sistema triazol pridínico baseado em Pd(II) em relação àquele baseado em Pd(II) derivado de OPE. Este resultado indica a soma de dois efeitos no sistema OPE baseado em Pd(II): o de interações metalofílicas e de empilhamentos π-π. Como um todo, os resultados indicam que as principais interações envolvidas nas formações das colunas supramoleculares são interações de empilhamento π-π e metalofílicas para quatros compostos em graus diversos, exceto para o derivado de OPE baseado em Zn(II), que tem como principal força-motriz de agregação interações solvofóbicas. Perspectivas para este projeto: continuação da modelagem dos sistemas estudados por dinâmica molecular, com a simulação das interações de várias colunas formadas pelos monômeros estudados através do CP2K e publicação de um artigo com os resultados obtidos. / The study of aggregation reactions in self-assembled systems is of great scientific interest due to the wide range of applications which such resulting columns can play. Herein, we had the objective of investigating the general properties of supramolecular columns formed coordination complexes which contain platinum, palladium and zinc. This investigation was carried through the semiempirical method PM7. The investigated supramolecular aggregates were optimized, and their optimized geometries were subjected to thermochemical calculations. In this sense we could probe the influences of metals and ligands onto the general mechanisms and columnar properties, once were herein used two different ligands. The two ligands were 2,6-bis(1H-1,2,4-triazol-5-il)pyridine and oligophenyleneethynediyl (OPE) pyridine derivatives. COSMO solvation model -based calculations in water and methylcyclohexane (MCH) were performed in order to evaluate solvents effects on dimerization Gibbs energies of the studied systems. The results obtained for the OPE derivative based on Zn(II) pointed an anticooperative process in vacuum at 298K, exhibiting positive Gibbs energies of formation from the dimer to the decamer. The results from continuum solvation calculations indicate the formation of a dimer based on this Zn(II) molecule to be thermodynamically favorable at 278 K for water and at 267 K for MCH, while in vaccum this point lies at 246 K. This results indicates the formation of supramolecular columns based on this compound are formed in higher temperatures primarily due to solvophobic effects, and the intensity of this effect depends on the solvent polarity. The columns of OPE derviatives which contained Pd(II) and Pt(II) both showed cooperativity in the aggregation process. Besides these thermodynamic results, both of those columns showed monotonic distance shortening due to columns increasing process. This is an indicative of metallophilic interactions taking place in these aggregates. This result for Pd(II) is experimentally supported by a paper od Albuquerque et al. for the columns containing 2,6-bis(1H-1,2,4-triazol-5-il)pyridine cooperativity was observed for both the columns--those which contain Pd(II) and Pt(II)--, and for the Pt(II)-based columns of this class it was observed a transition not of most eneregetically favoured mechanisms not observed for all the other systems studied. A difference on the behavior of average monomer distances took place in the triazol pyridine Pd(II) compound when compared to its metal-related OPE derivative. This result indicates the summation of effects in the OPE-based Pd(II) system: the one of metallophilic interactions and π-π stacking interactions. As a whole, the results indicate π-π stacking and metallophilic interactions to be responsible for aggregation processes in diverse intensities for four of the compounds, except for that in the Zn(II)-based OPE derivative, which has the main aggregation effect as solvophobic interactions. The main perspectives for this project are the continuation of the modelling of the herein studied systems by molecular dynamics, simulating the interactions of many columns by the CP2K program, and the publication of a paper which contains the results obtained and presented in this dissertation.

Metal Organic Materials (MOM) are composed of transition metal ions as connectors and organic ligands as linkers. MOMs have been found to have high porosity, catalytic, and optical properties. Here we study the gas adsorption, color change, and non-linear optical properties of MOMs. These properties can be predicted using theoretical methods, and the results may provide experimentalists with guidance for rational design and engineering of novel MOMs. The theory levels used include semi-empirical quantum mechanical calculations with the PM7 Hamiltonian and, Density Functional Theory (DFT) to predict the geometry and electronic structure of the ground state, and Time Dependent DFT (TD-DFT) to predict the excited states and the optical properties. The molecular absorption capacity of aldoxime coordinated Zn(II) based MOMs (previously measured experimentally) is predicted by using PM7 Theory level. The 3D structures were optimized with and without host molecules inside the pores. The absorption capacity of these crystals was predicted to be 8H2 or 3N2 per unit cell. When going beyond this limit, the structural integrity of the bulk material becomes fractured and microcrystals are observed both experimentally and theoretically. The linear absorption properties of Co(II) based complexes are known to change color when the coordination number is altered. In order to understand the mechanism of this color change TD-DFT methods are employed. The chromic behavior of the Co(II) based complexes studied was confirmed to be due to a chain in coordination number that resulted in lower metal to ligand distances. These distances destabilize the occupied metal d orbitals, and as a consequence of this, the metal to ligand transition energy is lowered enough to allow the crystals to absorb light at longer wavelengths. Covalent organic frameworks (COFs) present an extension of MOM principles to the main group elements. The synthesis of ordered COFs is possible by using predesigned structures andcarefully selecting the building blocks and their conditions for assembly. The crystals formed by these systems often possess non-linear optical (NLO) properties. Second Harmonic Generation (SHG) is one of the most used optical processes. Currently, there is a great demand for materials with NLO optical properties to be used for optoelectronic, imaging, sensing, among other applications. DFT calculations can predict the second order hyperpolarizability ?2 and tensor components necessary to estimate NLO. These calculations for the ?2 were done with the use of the Berry's finite field approach. An efficient material with high ?2 was designed and the resulting material was predicted to be nearly fivefold higher than the urea standard. Two-photon absorption (2PA) is another NLO effect. Unlike SHG, it is not limited to acentric material and can be used development of in vivo bio-imaging agents for the brain. Pt(II) complexes with porphyrin derivatives are theoretically studied for that purpose. The mechanism of 2PA enhancement was identified. For the most efficient porphyrin, the large 2PA cross-section was found to be caused by a HOMO-LUMO+2 transition. This transition is strongly coupled to 1PA allowed Q-band HOMO-LUMO states by large transition dipoles. Alkyl carboxyl substituents delocalize the LUMO+2 orbital due to their strong ?-acceptor effect, enhancing transition dipoles and lowering the 2PA transition to the desirable wavelengths range. The mechanism 2PA cross-section enhancement of aminoxime and aldoxime ligands upon metal addition of is studied with TD-DFT methods. This mechanism of enhancement is found to be caused by the polarization of the ligand orbitals by the metal cation. After polarization an increase in ligand to ligand transition dipole moment. This enhancement of dipole moment is related to the increase in 2PA cross-sections.