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 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

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».