Isotope effects on hydrogen bonding in acetylene ··· trimethylamine complexes isolated in liquid krypton: IR and MP2 study
DOI (Low Temperature Physics):
https://doi.org/10.1063/10.0044484Ключові слова:
acetylene isotopologues, IR spectroscopy, isotope effects, MP2 method, trimethylamine, weak hydrogen bondАнотація
У роботі методом ІR спектроскопії в кріорозчиннику та ангармонічних квантово-хімічних розрахунків на рівні MP2/6-311++G(d,p) детально досліджено комплекси з водневим зв’язком C–H···N, утворені ізотопологами ацетилену (C2H2, C2D2, C2DH) і триметиламіном [N(CH3)3]. Експериментальні ІR спектри, зареєстровані при 125 K у криптоні, виявили значний червоний зсув Δν та різке зростання інтенсивності валентних коливань ν(CH) і ν(CD) при утворенні комплексу. Уперше показано, що спостережувана різниця між червоними зсувами Δ(Δν), яка спричинена ізотопним заміщенням (H → D) в ацетилені, пояснюється різними змінами силових констант ΔK. Крім того, встановлено, що ізотопне заміщення істотно впливає на величину похідної дипольного моменту за нормальною координатою ∂μ/∂Qk, що підтверджує зв’язок змін ІR інтенсивностей зі змінами електричних властивостей комплексу. Отримані результати є важливими для розуміння механізму ізотопних ефектів у системах зі слабкими водневими зв’язками.
Посилання
1. G. C. Pimentel and A. L. McClellan, The Hydrogen Bond (W. H. Freeman and Company, San Francisco, 1960).
2. S. Scheiner, Hydrogen Bonding: A Theoretical Perspective (Oxford University Press, New York, 1997).
3. O. Mishchuk, I. Doroshenko, V. Sablinskas, and V. Balevicius, Struct. Chem. 27, 243 (2016). https://doi.org/10.1007/s11224-015-0692-7
4. A. Jumabaev, B. Khudaykulov, I. Doroshenko, H. Hushvaktov, and A. Absanov, Vibr. Spectrosc. 122, 103422 (2022). https://doi.org/10.1016/j.vibspec.2022.103422
5. I. Doroshenko, V. Pogorelov, V. Sablinskas, and V. Balevicius, J. Mol. Liq. 157, 142 (2010). https://doi.org/10.1016/j.molliq.2010.09.003
6. T. Steiner, Angew. Chem. Int. Ed. 41, 48 (2002). https://doi.org/10.1002/1521-3773(20020104)41:1<48::AID-ANIE48>3.0.CO;2-U
7. G. Nurmurodova, I. Doroshenko, G. Murodov, and U. Khujamov, Ukr. J. Phys. 70, 381 (2025). https://doi.org/10.15407/ujpe70.6.381
8. G. Nurmurodova, G. Murodov, G. Sharifov, and U. Khujamov, AIP Conf. Proc. 3377, 050002 (2025). https://doi.org/10.1063/5.0299558
9. G. R. Desiraju, Accounts Chem. Res. 29, 441 (1996). https://doi.org/10.1021/ar950135n
10. F. Weinhold and R. A. Klein, Mol. Phys. 110(9–10), 565 (2012). https://doi.org/10.1080/00268976.2012.661478
11. A. Jumabaev, H. Hushvaktov, B. Khudaykulov, A. Absanov, M. Onuk, I. Doroshenko, and L. Bulavin, Ukr. J. Phys. 68, 375 (2023). https://doi.org/10.15407/ujpe68.6.375
12. S. J. Grabowski, Chem. Rev. 111, 2597 (2011). https://doi.org/10.1021/cr800346f
13. P. Banerjee and T. Chakraborty, Int. Rev. Phys. Chem. 37, 83 (2018). https://doi.org/10.1080/0144235X.2018.1419731
14. M. L. H. Jeng, A. M. DeLaat, and B. S. Ault, J. Phys. Chem. 93, 3997 (1989). https://doi.org/10.1021/j100347a027
15. A. J. Reynolds and K. R. Leopold, J. Phys. Chem. A 127, 10632 (2023). https://doi.org/10.1021/acs.jpca.3c06768
16. K. S. Rutkowski, S. M. Melikova, J. Janski, and A. Koll, Chem. Phys. 375, 92 (2010). https://doi.org/10.1016/j.chemphys.2010.07.028
17. P. Banerjee and T. Chakraborty, Int. Rev. Phys. Chem. 37, 83 (2018). https://doi.org/10.1080/0144235X.2018.1419731
18. T. A. Iskanderov, M. Kimel’fel’d, and E. M. Smirnova, Chem. Phys. 112, 379 (1987). https://doi.org/10.1016/0301-0104(87)85106-6
19. A. B. M. de Aquino, L. A. Leal, V. H. Carvalho-Silva, R. Gargano, L. A. R. Junior, and W. F. da Cunha, Spectrochim. Acta Part A Mol. Biomol. Spectrosc. 205, 179 (2018). https://doi.org/10.1016/j.saa.2018.06.110
20. S. Sunuwar, H. Diez-y-Riega, and C. E. Manzanares, J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 289, 108299 (2022). https://doi.org/10.1016/j.jqsrt.2022.108299
21. S. Sunuwar, A. Diaz, H. Diez-y-Riega, and C. E. Manzanares, Spectrochim. Acta A 234, 118274 (2020). https://doi.org/10.1016/j.saa.2020.118274
22. R. F. W. Bader, Atoms in Molecules: A Quantum Theory (Oxford University Press, New York, 1990).
23. D. G. Fedorov and K. Kitaura, J. Chem. Phys. 121, 2483 (2004). https://doi.org/10.1063/1.1769362
24. A. T. Pudzianowski, J. Chem. Phys. 102, 8029 (1995). https://doi.org/10.1063/1.469001
25. V. Barone, J. Chem. Phys. 122, 014108 (2005). https://doi.org/10.1063/1.1824881
26. P. E. Hansen, Molecules 27, 2405 (2022). https://doi.org/10.3390/molecules27082405
27. A. D. Buckingham and W. Urland, Chem. Rev. 75, 113 (1975). https://doi.org/10.1021/cr60293a005
28. W. E. Richter and L. J. Duarte, Vibr. Spectrosc. 131, 103660 (2024). https://doi.org/10.1016/j.vibspec.2024.103660
29. M. Wolfsberg, Acc. Chem. Res. 5, 225 (1972). https://doi.org/10.1021/ar50055a001
30. M. J. Frisch, G. W. Trucks, H. B. Schlegel et al, Gaussian 16 Revision C.01 (Gaussian, Inc., Wallingford CT, 2016).
31. K. Y. Suponitsky, S. Tafur, and A. E. Masunov, “Applicability of hybrid density functional theory methods to calculation of molecular hyperpolarizability,” J. Chem. Phys. 129, 044109 (2008). https://doi.org/10.1063/1.2936121
32. S. Grimme, J. Comput. Chem. 24, 1529 (2003). https://doi.org/10.1002/jcc.10320
33. E. R. Davidson and D. Feller, Chem. Rev. 86, 681 (1986). https://doi.org/10.1021/cr00074a002
34. M. Katouda and S. Nagase, J. Chem. Phys. 133, 184103 (2010). https://doi.org/10.1063/1.3503153
35. H. Mitra and T. K. Roy, J. Phys. Chem. A 124, 9203 (2020). https://doi.org/10.1021/acs.jpca.0c06634
36. R. Dennington, T. Keith, and J. Millam, GaussView, Version 6.1 (Semichem Inc., Shawnee Mission, KS, 2016).
37. A. V. Zhurko and D. A. Zhurko, Chemcraft, Version 1.8, http://www.chemcraftprog.com (2019).
38. S. Simon, M. Duran, and J. J. Dannenberg, J. Chem. Phys. 105, 11024 (1996). https://doi.org/10.1063/1.472902
39. S. J. Grabowski, Chem. Rev. 111, 2597 (2011). https://doi.org/10.1021/cr800346f
40. E. Kanao, T. Kubo, T. Naito, T. Matsumoto, T. Sano, M. Yan, and K. Otsuka, J. Phys. Chem. C 122, 15026 (2018). https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.8b04144
41. E. Arunan, G. R. Desiraju, R. A. Klein, J. Sadlej, S. Scheiner, I. Alkorta, D. Clary, R. Crabtree, J. Dannenberg, P. Hobza, H. Kjaergaard, A. Legon, B. Mennucci, and D. Nesbitt, Pure Appl. Chem. 83, 1637 (2011). https://doi.org/10.1351/PAC-REC-10-01-02
42. C. M. Huggins and G. C. Pimentel, J. Phys. Chem. 60, 1615 (1956). https://doi.org/10.1021/j150546a004
43. A. L. Buchachenko, J. Phys. Chem. B 117, 2231 (2013). https://doi.org/10.1021/jp308727w
44. M. Szafran and Z. Dega-Szafran, J. Mol. Struct. 321(1–2), 57 (1994). https://doi.org/10.1016/0022-2860(93)08206-J
45. C. D. Keefe and J. E. Bertie, Spectrochim. Acta A 65(3–4), 638 (2006). https://doi.org/10.1016/j.saa.2005.12.024
