Microsolvation of the pyrrole cation (Py+) with nonpolar and polar ligands: infrared spectra of Py+–Ln with L = Ar, N2, and H2O (n ≤ 3)

文献情報

出版日 2017-01-05
DOI 10.1039/C6CP07251H
インパクトファクター 3.676
著者

Markus Schütz, Yoshiteru Matsumoto, Aude Bouchet, Murat Öztürk, Otto Dopfer


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要旨

The solvation of aromatic (bio-)molecular building blocks has a strong impact on the intermolecular interactions and function of supramolecular assemblies, proteins, and DNA. Herein we characterize the initial microsolvation process of the heterocyclic aromatic pyrrole cation (Py+) in its 2A2 ground electronic state with nonpolar, quadrupolar, and dipolar ligands (L = Ar, N2, and H2O) by infrared photodissociation (IRPD) spectroscopy of cold mass-selected Py+–Ln (n ≤ 3) clusters in a molecular beam and dispersion-corrected density functional theory calculations at the B3LYP-D3/aug-cc-pVTZ level. Size- and isomer-specific shifts in the NH stretch frequency (ΔνNH) unravel the competition between various ligand binding sites, the strength of the respective intermolecular bonds, and the cluster growth. In Py+–Ar, linear H-bonding of Ar to the acidic NH group (NH⋯Ar) is competitive with π-stacking to the aromatic ring, and both Py+–Ar(H) and Py+–Ar(π) are observed. For L = N2 and H2O, the linear NH⋯L H-bond is much more stable than any other binding site and the only observed binding motif. For the Py+–Ar2 and Py+–(N2)2 trimers, the H/π isomer with one H-bonded and one π-bonded ligand strongly competes with a 2H isomer with two bifurcated nonlinear NH⋯L bonds. The latter are equivalent for Ar but nonequivalent for N2. Py+–H2O exhibits a strong and linear NH⋯O H-bond with charge-dipole configuration and C2v symmetry. IRPD spectra of cold Py+–H2O–L clusters with L = Ar and N2 reveal that Ar prefers π-stacking to the Py+ ring, while N2 forms an OH⋯N2 H-bond to the H2O ligand. The ΔνNH frequency shifts in Py+–Ln are correlated with the strength of the NH⋯L H-bond and the proton affinity (PA) of L, and a monotonic correlation between ΔνNH of the Py+–L(H) dimers and PA is established. Comparison with neutral Py–L dimers reveals the strong impact of the positive charge on the acidity of the NH group, the strength of the NH⋯L H-bond, and the preferred ligand binding motif.

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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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