Um estudo teórico detalhado das estruturas e energias do ligante 1, 7, 11, 17-tetraoxa-2, 6, 12, 16-trazaocicloocsano ([20]aneN₄O₄) coordenado com íons metálicos de transição Fe²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Ru²⁺, Rh²⁺ e Pd²⁺ foi realizado em nível de teoria B3LYP/Lanl2DZ. As geometrias dos complexos foram totalmente otimizados em simetria C_s com os íons metálicos coordenados com quatro átomos de nitrogênio (complexos 1a e 1a_q) ou quatro átomos de oxigênios (complexos 1b e 1b_q) e duas moléculas de água. Os arranjos octaédricos (1a e 1b) e quadrado-planares (1a_q e 1b_q) foram consideremos neste trabalho. A estrutura teórica está em excelente acordo com a estrutura de difração de raio-x experimental determinada para o complexo octaédrico de Ni²⁺ de [20]AneN₄O₄. Os cátions M²⁺ ligam-se preferencialmente aos átomos de nitrogênios com energia de ligação que aumenta na ordem Fe²⁺ < Ru²⁺ < Co²⁺ < Ni²⁺ < Rh²⁺ < Pd²⁺. Para os metais de transição da primeira fila, os complexos de spin alto são mais estáveis que os complexos de spin baixo. Em contraste, para os metais de transição da segunda fila, os estados de spin baixo mostraram-se mais estáveis que os estados de spin alto. As ligações metal-ligante nos complexos foram analisadas em termo das interações covalentes e iônicas e ajudaram a entender porque os complexos (1a e 1a_q) são mais estáveis que os complexos (1b e 1b_q). Os complexos poliaminas [20]aneN4 e poliéteres [20]aneO4 foram obtidos substituindo os átomos de nitrogênio e oxigênio da posição alfa dos macrociclos [20]aneN4O4 e [20]aneO4N4, respectivamente. O macrociclo [20]aneO4 tem preferência em complexar íons metálicos da primeira fila, enquanto o macrociclo [20]aneN4 prefere complexar os íons metálicos da segunda fila.

A detailed theoretical study of structures and energies of the 1,7,1l,17-tetraoxa-2,6,12,16-tetraaza-cycloeicosane ligand ([20]AneN₄O₄) coordinated to Fe²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Ru²⁺, Rh²⁺ and Pd²⁺ transition metals ions was carried out with the B3LYP/Lanl2DZ method. The geometries of the complexes were fully optimized in C_s symmetry with the metal ions coordinated either to four atoms nitrogen (complexes 1a e 1b) or to the four atoms oxygen (complexes 1a_q e 1b_q). The octahedral and square planar arrangements were considered in this work. The theoretical structure is in excellent agreement with the experimental X-ray diffraction structure determination for the [20]AneN₄O₄ octahedral Ni²⁺ complex. The M²⁺ cations bind preferentially to the nitrogen atoms with binding energies that increase in the order Fe²⁺ < Ru²⁺ < Co²⁺ < Ni²⁺ < Rh²⁺ < Pd²⁺. For the first-row transition metals, the highspin complexes are more stable than the low-spin complexes. In contrast, for the second-row of transition metals, the low-spin states were found more stable than the high spin states. The metal-ligand bonds in the complexes were analyzed in terms of the covalent and ionic interactions and helped to understand why complexes (1a e 1a_q) are more stable than complexes (1b e 1b_q). The polyamines [20]aneN4 and polyethers [20]aneO4 complexes were obtained substituting the atoms N or O of the alfa position of the macrocycles [20]aneN4O4 and [20]aneO4N4, respectively. The macrocycle [20]aneO4 prefers to complex first-row transition metals; however, the macrocycle [20]aneN4 prefers to complex second-row transition metals.