An NMR crystallographic approach for the determination of the hydrogen substructure of nitrogen bonded protons

文献情報

出版日 2009-03-09
DOI 10.1039/B819319C
インパクトファクター 3.676
著者

Lena Seyfarth, Jürgen Senker


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要旨

We present an approach for determining the positions of the hydrogen atoms in NHx groups of crystalline materials. It is based on a combination of quantum-chemical DFT calculations and quantitative solid-state NMR measurements of N–H and H–H distances. The former provide the alignment of the NHx groups within the crystal structure whereas the latter define their internal geometry. For the model system melem (C6N7(NH2)3) the N–H and H–H distances were determined to 1.055(7) Å using a Lee–Goldburg CP experiment and to 1.79(2) Å based on homonuclear double-quantum excitation with a R1462 sequence, respectively. The thus-obtained positions of the hydrogen atoms were verified by analysing 1H–13C solid-state NMR cross-polarization build-up curves. The calculated polarization transfer rates depend on both the hetero- and the homonuclear second moments MHC2 and MHH2. Thus this experiment is highly sensitive to the positions of the hydrogen atoms within a given crystal structure. The agreement between calculated and experimentally observed transfer rate constants turned out to be poor if the calculations were based on single crystal diffraction data only. While the use of quantum chemical relaxed structure models improve the situation significantly, a satisfactory agreement could only be reached with the incorporation of the NMR distances into the optimized structure. Our results prove that the combination of DFT structure optimizations with quantitative solid-state NMR experiments is a powerful and very accurate tool for the determination of the hydrogen substructure for a known structure model of heavy atoms only. Since the localization of the hydrogen atoms is often not possible based on X-ray diffraction data, the presented approach appears to be very promising for future applications.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
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年間論文数: 3036

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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