Roles of the scalar and vector components of the solvation effects on the vibrational properties of hydrogen- or halogen-bond accepting stretching modes

文献情報

出版日 2016-03-09
DOI 10.1039/C5CP08008H
インパクトファクター 3.676
著者

Saori Noge


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要旨

Solvation-induced vibrational frequency shifts and infrared (IR) intensity changes of the hydrogen- or halogen-bond accepting stretching modes, especially their dependence on the angular position of the hydrogen- or halogen-bond donating molecule, are examined theoretically. Calculations are carried out for some modes of hydrogen- or halogen-bonding molecular complexes, including the SO stretch of dimethyl sulfoxide-13C2⋯H2O, the CN stretch of acetonitrile⋯H2O, and the amide I′ mode of the N-methylacetamide-d1⋯BrNC 1 : 1 complex. It is shown that, in all the example cases dealt with in this study, the frequency shift depends rather strongly on the hydrogen- or halogen-bond angle (e.g., SO⋯H angle), with a larger low-frequency shift as the hydrogen or halogen bond becomes more bent, indicating the generality of the results obtained for the amide I′ mode of the N-methylacetamide-d1⋯2H2O 1 : 1 complex in a previous study. Contrary to our vague expectation, the frequency shift is not well correlated to the hydrogen- or halogen-bond distance or strength, but nevertheless, it is well reproduced by an electrostatic interaction model if it is carefully constructed by considering the scalar and vector components separately in a reasonable way. On the basis of this electrostatic interaction model, the reason why our vague expectation is not realized is clarified, and a unified understanding is achieved on the hydration-induced high-frequency shift of the CN stretch and the low-frequency shifts of the SO stretch and amide I′. With regard to the IR intensity, it is shown that, in some of the example cases, it also has rather strong angular position dependence. The mechanism of the IR intensity changes is estimated by analyzing the dipole derivative vector, especially its angular relation with the hydrogen or halogen bond.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
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自己引用率: 10.3%
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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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