Energetics, dynamics and infrared spectra of the DNA base-pair analogue 2-pyridone·2-hydroxypyridine

文献情報

出版日 2003-05-22
DOI 10.1039/B212732F
インパクトファクター 3.676
著者

Markus Meuwly, Andreas Müller, Samuel Leutwyler


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要旨

The energetics and infrared (IR) spectrum of the double proton transfer (DPT) in the hydrogen bonded 2-pyridone·2-hydroxypyridine (2PY·2HP) dimer are studied using quantum chemical and classical molecular dynamics methods and compared with recent experimental work. The experimental spectrum shows IR absorption between 2500 and 3000 cm−1 (with peak absorption at 2700 cm−1). High resolution spectroscopy of the S1 ← S0 origin of 2PY·2HP have revealed a tunneling splitting which was attributed to DPT. MP2 and density functional calculations predict DPT barriers between 8 and 8.5 kcal mol−1 in the electronic ground state. Two-dimensional potential energy surfaces and the minimum-energy reaction path (MEP) for double proton transfer are calculated: Near the minima, the MEP is dominated by the 2PY·2HP intermolecular stretch, whereas close to the transition state the MEP corresponds to almost purely biprotonic exchange motion. Classical MD trajectories are calculated using the self consistent charges–density functional tight binding method at six different internal energies. Using activated dynamics, classical IR spectra are calculated from the time-dependence of the dipole moment function. The first ≈500 fs of the dynamics show broad spectral features in the mid-IR between 2000–2800 cm−1, as found in the experiment. These early phases of the activated dynamics are associated with large-amplitude vibrations of the N–H and O–H protons and may lead to double proton transfer. After 500 fs, the broad IR features disappear from the 2000–2800 cm−1 range.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
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Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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