Hydrogen bonding and chemical shift assignments in carbazole functionalized isocyanides from solid-state NMR and first-principles calculations

文献情報

出版日 2011-06-15
DOI 10.1039/C1CP20304E
インパクトファクター 3.676
著者

Chandrakala M. Gowda, Filipe Vasconcelos, Erik Schwartz, Ernst R. H. van Eck, Martijn Marsman, Jeroen J. L. M. Cornelissen, Alan E. Rowan, Gilles A. de Wijs, Arno P. M. Kentgens


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要旨

Carbazole functionalized polyisocyanides are known to exhibit excellent electronic properties (E. Schwartz, et al., Chemistry of Materials, 2010, 22, 2597). The functionalities and properties of such materials crucially depend on the organization and stability of the polymer structure. We combine solid-state Nuclear Magnetic Resonance (NMR) experiments with first-principles calculations of isotropic chemical shifts, within the recently developed converse approach, to rationalize the origin of isotropic chemical shifts in the crystalline monomer L-isocyanoalanine 2-(9H-carbazol-9-yl) ethyl amide (monomer 1) and thereby gain insight into the structural organization of its polymer (polymer 2). The use of state-of-the-art solid-state NMR experiments combined with Density Functional Theory (DFT) based calculations allows an unambiguous assignment of all proton and carbon resonances of the monomer. We were able to identify the structure stabilising interactions in the crystal and understand the influence of the molecular packing in the crystal structure on the chemical shift data observed in the NMR spectra. Here the Nuclear Independent Chemical Shift (NICS) approach allows discriminating between ‘physical’ interactions amongst neighboring molecules such as ring-current effects and ‘chemical’ interactions such as hydrogen bonding. This analysis reveals that the isocyanide monomer is stabilized by multiple hydrogen bonds such as a bifurcated hydrogen bond involving –N–H, –C–H and OC– moieties and Ar–H⋯CN– hydrogen bonding (Ar = aromatic group). Based on the geometrical arrangement it is postulated that the carbazole units are involved in the weak σ–π interactions giving rise to a Herringbone packing of the molecules. The chemical shift analysis of the polymer spectra readily establishes the existence of N–H⋯OC hydrogen bonds despite the limited resolution exhibited by the polymer spectra. It is also elucidated that the relative arrangement of the carbazole units in the polymer differs significantly from that of the monomer.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
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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