Межмолекулярное связывание С…H–Cl в комплексах метана, этана и пропана с молекулой хлористого водорода

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Методом MP2/aug-cc-pVTZ проведены квантово-химические расчеты бинарных комплексов с межмолекулярной связью С…H–Cl, образованных молекулами метана, этана и пропана с молекулой хлористого водорода. Показано, что связывание углеводорода с молекулой HCl возможно при различной взаимной ориентации мономеров; при этом свойства образующихся комплексов сходны со свойствами молекулярных систем с типичной водородной (Н-) связью. При комплексообразовании наблюдается удлинение ковалентной связи H–Cl с частотным смещением соответствующей ИК-полосы валентного колебания в длинноволновую область, а также характерный для Н-связанных комплексов химический сдвиг на мостиковом атоме водорода. Анализ природы межмолекулярной связи включал разложение энергии связи на компоненты, а также NBO-анализ и исследование топологии электронной плотности методом AIM теории Бейдера. Построены потенциальные кривые межмолекулярного взаимодействия и карты сдвига электронной плотности при образовании комплекса из мономеров.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. Н. Исаев

Институт органической химии им. Н. Д. Зелинского РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: isaevaln@ioc.ac.ru
Россия, 119991, Москва

Список литературы

  1. Gilli G., Gilli P. The nature of the hydrogen bond. Oxford: University Press. U.K. 2009.
  2. Hydrogen Bonding – New Insights / ed. S.J. Grabowski. New York: Springer, 2006.
  3. Pauling L. The Nature of the Chemical Bond, third ed. New York: Cornell University Press, Ithaca, 1960.
  4. Parthasarathi R., Subramanian V., Sathyamurthy N. // J. Phys. Chem. A. 2006. V. 110. P. 3349.
  5. Grabowski S.J., Sokalski W.A., Dyguda E., Leszczynski J. // J. Phys. Chem. B. 2006. V. 110. P. 6444.
  6. Kollman P.A., Allen L.C. // Chem. Rev. 1972. V. 72. P. 283.
  7. Hobza P., Havlas Z. // Ibid. 2000. V. 100. P. 4253.
  8. Steiner T., Koellner G. // J. Mol. Biol. 2001. V. 305. P. 535.
  9. de Oliveira D.G. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2013. V. 15. P. 37.
  10. Saggu M., Levinson N.M., Boxer S.G. // J. Am. Chem. Soc. 2012. V. 134. P. 18986.
  11. Nishio M. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2011. V. 13. P. 13873.
  12. Grabowski S.J., Sokalski W.A., Leszczynski J. // Chem. Phys. Lett. 2006. V. 432. P. 33.
  13. Grabowski S.J. // J. Phys. Chem. A. 2007. V. 111. P. 3387.
  14. Desiraju G.R., Steiner T. The Weak Hydrogen Bond in Structural Chemistry and Biology. New York: Oxford, 1999.
  15. Nishio M. Encyclopedia of Supramolecular Chemistry / Eds. J.L. Atwood., J.W. Steed. New York: Marcel Dekker Inc., 2004.
  16. Arunan E., Desiraju G.R., Klein R.A. et al. // Pure Appl. Chem. 2011. V. 83. P. 1637.
  17. Novoa J.J., Tarron B. // J. Chem. Phys. 1991. V. 95. P. 5179.
  18. Gu Y., Kar T., Scheiner S. // J. Am. Chem. Soc. 1999. V. 121. P. 9411.
  19. Cubero E., Orozco M., Hobza P., Luque F.J. // J. Phys. Chem. A. 1999. V. 103. P. 6394.
  20. Hartman M., Wetmore S.D., Radom L. // Ibid. 2001. V. 105. P. 4470.
  21. Davis S.R., Andrews L. // J. Chem. Phys. 1987. V. 86. P. 3765.
  22. Legon A.C., Roberts B.P., Wallwork A.I. // Chem. Phys. Lett. 1990. V. 173. P. 107.
  23. Craw J.S., Bone R.G.A., Bacskay G.B. // J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1993. V. 89. P. 2363.
  24. Dore L., Cohen R.C., Schmuttenmaer C.A., et al. // J. Chem. Phys. 1994. V. 100. P. 863.
  25. Suenram R.D., Fraser G.T., Lovas F.J., Kawashima Y. // J. Chem. Phys. 1994. V. 101. P. 7230.
  26. Szczęśniak M.M., Chałasiński G., Cybulski S.M., Cieplak P. // J. Chem. Phys. 1993. V. 98. P. 3078.
  27. Cao Z., Tester J.W., Trout B.L. // J. Chem. Phys. 2001. V. 115. P. 2550.
  28. Akin-Ojo O., Szalewicz K. // J. Chem. Phys. 2005. V. 123. 134311.
  29. Martins J.B.L., Politi J.R.S., Garcia E., et al. // J. Phys. Chem. A. 2009. V. 113. P. 14818.
  30. Qu C., Conte R., Houston P.L., Bowman J.M. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2015. V. 17. P. 8172.
  31. Mukhopadhyay A. // Comput. Theor. Chem. 2016. V. 1083. P. 19.
  32. Ambrosetti A., Costanzo F., Silvestrelli P.L. // J. Phys. Chem. C2011. V. 115. P. 12121.
  33. Parajuli R., Arunan E. // J. Chem. Sci. 2015. V. 127. P. 1035.
  34. Chandra A.K., Nguyen M.T. // J. Phys. Chem. A. 1998. V. 102. P. 6865.
  35. Raghavendra B., Arunan E. // Chem. Phys. Lett. 2008. V. 467. P. 37.
  36. Koch U., Popelier P.L.A. // J. Phys. Chem. 1995. V. 99. P. 9747.
  37. Popelier P. Atoms in Molecules: An Introduction. Harlow: Pearson Education. 2000.
  38. Isaev A.N. // Comput. Theor. Chem. 2016. V. 1090. P. 180.
  39. Kendall R.A., Dunning T.H. Jr., Harrison R.J. // J. Chem. Phys. 1992. V. 96. P. 6796.
  40. Frisch M.J., Trucks G.W., Schlegel H.B., Scuseria G.E., et al. Gaussian 09, Revision D.01, Gaussian, Inc., Wallingford CT, 2009.
  41. Moller C., Plesset M.S. // Phys. Rev. 1934. V. 46. P. 618.
  42. Lu T., Chen F. // J. Comp. Chem. 2012. V. 33. P. 580.
  43. Frisch M.J., Pople J.A., Binkley J.S. // J. Chem. Phys. 1984. V. 80. P. 3265.
  44. Reed A.E., Weinhold F., Curtiss L.A., Pochatko D.J. // Ibid.1986. V. 84. P. 5687.
  45. Ditchfield R. // Mol. Phys. 1974. V. 27. P. 789.
  46. Wolinski K., Hilton J.F., Pulay P. // J. Am. Chem. Soc. 1990. V. 112. P. 8251.
  47. Bader R.F.W. // Chem. Rev. 1991. V. 91. P. 893.
  48. Bader R.F.W. Atoms in molecules, a quantum theory. Oxford: Clarendon Press, 1993.
  49. Morokuma K., Kitaura K. // Molecular Interactions. New York: Wiley, 1980. P. 21.
  50. Schmidt M.W., Baldridge K.K., Boatz J.A., et al. // J. Comput. Chem. 1993. V. 14. P. 1347.
  51. Gordon M.S., Schmidt M.W. Theory and Applications of Computational Chemistry: the First Forty Years / Eds. C.E. Dykstra, G. Frenking, K.S. Kim, G.E. Scuseria. Asterdam: Elsevier, 2005. P. 1167.
  52. Lee E.P.F., Wright T.G. // J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1998. V. 94. P. 33.
  53. Isaev A.N. // Comput. Theor. Chem. 2018. V. 1142. P. 28.
  54. Baron M., Giorgi-Renault S., Renault J., et al. // Can. J. Chem. 1984. V. 62. P. 526.
  55. Isaev A.N. // Russ. J. Phys. Chem. A 2016. V. 90. P. 1978.
  56. Gu Ya., Kar T., Scheiner S. // J. Amer. Chem. Soc. 1999. V. 121. P. 9411.
  57. Popelier P.L.A. // J. Phys. Chem. A. 1998. V. 102. P. 1873.
  58. Mó O., Yánez M., Elguero J. // J. Mol. Struct. (Theochem). 1994. V. 314. P. 73.
  59. Espinosa E., Molins E., Lecomte C. // Chem. Phys. Lett. 1998. V. 285. P. 170.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Молекулярные комплексы (1–5), образованные молекулами метана, этана и пропана с молекулой хлористого водорода при связывании С…H–Cl. Числа показывают межатомные расстояния в Å.

Скачать (200KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Максимумы (красные сферы) и минимумы (синие сферы) электростатического потенциала (ESP) на ван-дер-ваальсовой поверхности молекул CH₄, C₂H₆ и С₃Н₈. Числа показывают значение максимумов ESP (ккал/моль); значения множественных минимумов варьируют в пределах от –2.15 ккал/моль в молекуле метана до –3.2 ккал/моль в молекуле пропана.

Скачать (207KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Молекулярыe графы электронной плотности, построенные для комплексов 1, 3 и 5, которые метан, этан и пропан образуют с молекулой HCl. Пурпурные и оранжевые сферы отвечают критическим точкам (3, –3) и (3, –1), соответственно; желтым цветом на графе комплекса 5 показана кольцевая критическая точка (3, +1), коричневые линии обозначают связевые пути. Числа указывают расстояние в Å от ядра атома до критической точки (3, –1) межмолекулярного контакта.

Скачать (189KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Карты сдвига электронной плотности для комплексов 1, 3 и 5, построенные по данным MP2/aug-cc-pVTZ расчетов; граница контура проходит по изолинии 0,0005 а. е. Фиолетовый цвет указывает на увеличение электронной плотности, а голубой цвет – на ее потерю при образовании молекулярного комплекса из мономеров.

Скачать (160KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Потенциальные кривые взаимодействия молекул этана и хлористого водорода при образовании комплексов 2 (красная ломаная кривая) и 3 (синяя ломаная кривая). Ось абсцисс показывает расстояние между атомами углерода и водорода мономеров, образующими межмолекулярную связь. Ось ординат дает значения энергии межмолекулярного взаимодействия.

Скачать (55KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025