Effect of ion–ligand binding on ion pairing dynamics studied by two-dimensional infrared spectroscopy

文献情報

出版日 2017-03-24
DOI 10.1039/C6CP08852J
インパクトファクター 3.676
著者

YoungAh Kwon, Junho Lee, Sungnam Park


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要旨

Cation-specific ion pairing dynamics between M+ (M = Ag or Cu) and SCN− in N,N-dimethylthioformamide (DMTF) are studied by probing the nitrile (CN) stretching vibration. The SCN− ion, which is an ambidentate ligand, readily associates with cations to form two different types of contact ion pairs (CIPs) (i.e., M-SCN or M-NCS) and its CN stretching frequency is significantly blue-shifted so that free SCN− and CIPs can be well-distinguished in the FTIR spectra. Interestingly, Ag+ ions prefer the formation of Ag-SCN in DMTF (Ag+ + SCN− Ag-SCN) but Cu+ ions form Cu-NCS (Cu+ + SCN− Cu-NCS). We have studied the effect of ion–ligand binding on the ion pairing equilibria and dynamics in great detail by using FTIR, IR pump–probe (IR PP), and two-dimensional infrared (2DIR) spectroscopy combined with quantum chemical calculations. First, our quantum chemical calculations corroborate that Ag-SCN and Cu-NCS of the two possible CIP configurations (M-SCN or M-NCS) are energetically stable and favored in DMTF. Second, the thermodynamic properties (ΔH and ΔS) of ion pairing equilibria are determined by temperature-dependent FTIR experiments. Finally, IR PP and 2DIR experiments are used to measure the association and dissociation rate constants. The ion pairing dynamics between Cu+ and SCN− are found to occur on much faster timescales than those between Ag+ and SCN−. Our current results provide important insights into understanding the effect of ion–ligand binding on the ion pairing equilibria and dynamics in polar solvents.

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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%
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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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