ВОДОРОДНОЕ СВЯЗЫВАНИЕ В КОМПЛЕКСАХ ГЛИЦЕРИНА И ДИМЕТИЛСУЛЬФОКСИДА
Аннотация
Методом теории функционала электронной плотности DFT с гибридным трехпараметрическим функционалом Беке, Ли-Янга-Парра B3LYP с учетом дисперсионной поправки Гримме D3 и базисным набором Попла 6-311++G(d,p), включающим как поляризационные, так и диффузные функции, c помощью программного пакета Gaussian 16 проведены квантово-химические расчеты димеров глицерина и диметилсульфоксида, а также комплексов глицерин–диметилсульфоксид состава 1:1, 2:1, 1:2, 3:1, 1:3, без и с учетом сольватации с применением модели формализма интегральных уравнений IEFPCM. Рассчитаны энергии взаимодействия с учетом поправки суперпозиции базисных наборов, вклады дисперсионных взаимодействий в энергию взаимодействия, как разность энергий взаимодействия без и с учетом дисперсионной поправки. Рассчитаны геометрические и топологические параметры Н-связей с использованием методов анализа натуральных орбиталей связей – NBO Вейнхольда и квантовой теории атомов в молекуле QTAIM Бейдера. Показано, что в изученной системе возможно образование различных связей, как классических водородных О–H···O связей, так и взаимодействий C–H···O, O···O, O···S и C–H···S. Межмолекулярные водородные связи О–H···O между молекулами глицерина сильнее внутримолекулярных Н-связей О–H···O. Вклады дисперсионных взаимодействий в комплексах глицерин–диметилсульфоксид составляют 30-40%, в случае димеров глицерина – 30%. У димеров диметилсульфоксида этот вклад является максимальным: от 40% до 60%. Молекулы диметилсульфоксида встраиваются в сетку водородных связей глицерина. Учет сольватации приводит к усилению межмолекулярных связей О–H···O и ослаблению других межмолекулярных взаимодействий. В некоторых случаях наблюдается разрыв слабых межмолекулярных связей C–H···O и внутримолекулярных связей О–H···O.
Для цитирования:
Круглякова А.А., Крестьянинов М.А., Никитин М.Е., Егоров Г.И. Водородное связывание в комплексах глицерина и диметилсульфоксида. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 10. С. 46-57. DOI: 10.6060/ivkkt.20256810.7180.
Литература
Weinhold F., Klein R.A. // Mol. Phys. 2012. V. 110. P. 565-579. DOI: 10.1080/00268976.2012.661478.
Likhonina, A.E., Berezin M.B., Krest’yaninov M.A., Berezin D.B. // ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64. N 10. P. 29-39. DOI: 10.6060/ivkkt.20216410.6464.
Fedorov M.S., Filippov A.A., Filippov I.A., Giricheva N.I., Syrbu S.A., Kiselev M.R. // ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2022. V. 65. N 12. P. 12-23. DOI: 10.6060/ivkkt.20226512.6665.
Ustinov I.I., Blokhin I.V., Atroshchenko Yu.M., Shakhkel'dyan I.V., Kobrakov K.I. // ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2019. V. 62. N 1. P. 11-19. DOI: 10.6060/ivkkt.20196201.5893.
Rodnikova M.N., Agayan G.M., Balabaev N.K., Solonina I.A., Shirokova E.V. // Russ. J. Phys. Chem. A. 2021. V. 95. N 5. P. 974–982. DOI: 10.1134/S0036024421050216.
Yongye A.B., Foley B.L., Woods R.J. // J. Phys. Chem. A. 2008. V. 112. P. 2634-2639. DOI: 10.1021/jp710544s.
Jahn D.A., Akinkunmi F.O., Giovambattista N. // J. Phys. Chem. B. 2014. V. 118. P. 11284−11294. DOI: 10.1021/jp5059098.
Chelli R., Gervasio F.L., Gellini C., Procacci P., Cardini G., Schettino V. // J. Phys. Chem. A. 2000. V. 104. P. 5351−5357. DOI: 10.1021/jp0000883.
Towey J.J., Soper A.K., Dougan L. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2011. V. 13. P. 9397–9406. DOI: 10.1039/C0CP02136A.
Koley S., Kaur H., Ghosh S. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2014. V. 16. P. 22352. DOI: 10.1039/C4CP03525A.
Angulo G., Brucka M., Gerecke M., Grampp G., Jeannerat D., Milkiewicz J., Mitrev Y., Radzewicz C., Rosspeintner A., Vauthey E., Wnuk P. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2016. V. 18. P. 18460. DOI: 10.1039/C6CP02997C.
Schrader A.M, Cheng C.-Y., Israelachvili J.N., Han S. // J. Chem. Phys. 2016. V. 145. P. 041101. DOI: 10.1063/1.4959904n.
Vergenz R.A., Yazji I., Whittington C., Daw J., Tran K.T. // J. Am. Chem. Soc. 2003. V. 125. P. 12318–12327. DOI: 10.1021/jo8012435.
Paolantoni M., Gallina M.E., Sassi P., Morresi A. // J. Chem. Phys. 2009. V. 130. P. 164501. DOI: 10.1063/1.3116250.
Mandumpal J.B., Krecl C.A., Mancera R.L. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2011. V. 13. P. 3839−3842. DOI: 10.1039/c0cp 02326d.
Senent M.L., Dalbouha S., Cuisset A., Sadovskii D. // J. Phys. Chem. A. 2015. V. 119. P. 9644−9652. DOI: 10.1021/acs.jpca. 5b06941.
Kirillov S.A., Gorobets M.I., Gafurov M.M., Ataev M.B., Rabadanov K.Sh. // J. Phys. Chem. B. 2013. V. 117. P. 9439−9448. DOI: 10.1021/jp403858c.
Chalaris M., Marinakis S., Dellis D. // Fluid Phase Equilib. 2008. V. 267. P. 47−60. DOI: 10.1016/j.fluid.2008.02.019.
Vishnyakov A., Lyubartsev A.P., Laaksonen A. // J. Phys. Chem. A. 2001. V. 105. P. 1702−1710. DOI: 10.1021/jp0007336.
Gogelein C., Wagner D., Cardinaux F., Nagele G., Egelhaaf S.U. // J. Chem. Phys. 2012. V. 136. P. 015102. DOI: 10.1063/1.3673442.
Chattoraj S., Chowdhury R., Ghosh S., Bhattacharyya K. // J. Chem. Phys. 2013. V. 138. P. 214507. DOI: 10.1063/1.4808217.
Daschakraborty S. // J. Chem. Phys. 2018. V. 148. P. 134501. DOI: 10.1063/1.5019239.
Kaur H., Koley S., Ghosh S. // J. Phys. Chem. B. 2014. V. 118. P. 7577−7585. DOI: 10.1021/jp502003x.
Flamig M., Gabrielyan L., Minikejew R., Markarian S., Rossler E.A. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2020. V. 22.
P. 9014−9028. DOI: 10.1039/D0CP00501K.
Egorov G.I., Kruglyakova A.A., Nikitin M.E. // J. Chem. Eng. Data. 2025. V. 70. P. 105–114. DOI: 10.1021/ acs.jced.4c00330.
Johnson M.E., Malardier-Jugroot C. Head-Gordon T. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2010. V. 12. P. 393–405 DOI: 10.1039/B915888J.
Becke A.D. // J. Chem. Phys. 2005. V. 122. N 6. P. 064101. DOI: 10.1063/1.1844493.
Grimme S., Antony J., Ehrlich S., Krieg H. // J. Chem. Phys. 2010. V. 132. P. 154104. DOI: 10.1063/1.3382344.
McLean A.D., Chandler G.S. // J. Chem. Phys. 1980. V. 72. P. 5639–5648. DOI: 10.1063/1.438980.
Raghavachari K., Binkley J.S., Seeger R., Pople J.A. // J. Chem. Phys. 1980. V. 72. P. 650–654. DOI: 10.1063/1.438955.
Frisch M.J., Trucks G.W., Schlegel H.B., Scuseria G.E., Robb M.A., Cheeseman J.R., Scalmani G., Barone V., Petersson G.A., Nakatsuji H., Li X., Caricato M., Marenich A.V., Bloino J., Janesko B.G., Gomperts R., Mennucci B., Hratchian H.P., Ortiz J.V., Izmaylov A.F., Sonnenberg J.L., Williams-Young D., Ding F., Lipparini F., Egidi F., Goings J., Peng B., Petrone A., Henderson T., Ranasinghe D., Zakrzewski V.G., Gao J., Rega N., Zheng G., Liang W., Hada M., Ehara M., Toyota K., Fukuda R., Hasegawa J., Ishida M., Nakajima T., Hon-da Y., Kitao O., Nakai H., Vreven T., Throssell K., Montgomery J.A., Jr., Peralta J.E., Ogliaro F., Bearpark M.J., Heyd J.J., Brothers E.N., Kudin K.N., Staroverov V.N., Keith T.A., Kobayashi R., Normand J., Raghavachari K., Rendell A.P., Burant J.C., Iyengar S.S., Tomasi J., Cossi M., Millam J.M., Klene M., Adamo C., Cammi R., Ochterski J.W., Martin R.L., Morokuma K., Farkas O., Foresman J.B., Fox D.J. Gaussian 16. Revision C.01 (Gaussian. Inc. Wallingford CT. 2019).
Lipparini F., Scalmani G., Mennucci B., Cances E., Car-icato M., Frisch M.J. // J. Chem. Phys. 2010. V. 133. P. 014106-11. DOI: 10.1063/1.3454683.
Foresman J.B., Frisch A.E. Exploring Chemistry with Electronic Structure Methods. Wallingford, CT: Gaussian, Inc. 2015.
Grabowski S.J. Hydrogen Bonding – New Insights. Dor-drecht, Netherlands: Springer. 2006. P. 524. DOI: 10.1007/ 978-1-4020-4853-1.
Weinhold F., Landis C.R. Valency and Bonding - A Natural Bond Orbital Donor-Acceptor Perspective. Cambridge University Press. 2005.
Bader R.F.W. // Monatsh. fur Chem. 2005. V. 136. N 6. P. 819–854. DOI: 10.1007/s00706-005-0307-x.
Espinosa E., Molins E., Lecomte C. // J. Chem. Phys. Lett. 1998. V. 285. P. 170–173. DOI: 10.1016/S0009-2614(98)00036-0.
