Утворення водневих зв’язків та коливальні процеси в диметилсульфоксиді та його водних розчинах: раманівська спектроскопія та ab initio розрахунки
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe68.6.375Ключові слова:
диметилсульфоксид, раманiвська спектроскопiя, розрахунки ab initio, водневий зв’язокАнотація
Методами раманiвської спектроскопiї та ab initio розрахункiв дослiджено мiжмолекулярну взаємодiю в диметилсуль-фоксидi (ДМСО), який є сильним розчинником, та її прояв у коливальних спектрах. Розраховано оптимальну структуру та коливальнi спектри мономера, димера та тримера ДМСО, а також комплексiв ДМСО з молекулами води та проведено аналiз розподiлу потенцiальної енергiї (PED). У раманiвських спектрах ДМСО та його водних розчинiв було виявлено червоний зсув смуги валентних S=O коливань внаслiдок утворення звичайного водневого зв’язку та синiй зсув смуги валентних C–H коливань внаслiдок утворення некласичного водневого зв’язку. Побудовано поверхнi MEP (змiни в розподiлi заряду) мономера i димера ДМСО, а також кластера ДМСО-вода.
Посилання
L. Ma, H. Li, C. Wang, Y. Xu, Sh. Han. Prediction of vapor-liquid equilibria data from C-H band shifts of Raman spectra and activity coefficients at infinite dilution in some aqueous systems. Ind. Eng. Chem. Res. 44, 6883 (2005).
https://doi.org/10.1021/ie050078u
V. Pogorelov, L. Bulavin, I. Doroshenko, O. Fesjun, O. Veretennikov. The structure of liquid alcohols and the temperature dependence of vibrational bandwidth. J. Mol. Struct. 708, 61 (2004).
https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2004.03.003
L. Bulavin, I. Doroshenko, O. Lizengevyich, V. Pogorelov, L. Savransky, O. Veretennikov. Raman study of molecular associations in methanol. Proc. SPIE 5507, 138 (2004).
V. Pogorelov, A. Yevglevsky, I. Doroshenko, L. Berezovchuk, Yu. Zhovtobryuch. Nanoscale molecular clusters and vibrational relaxation in simple alcohols. Superlattices Microstruct. 44, 571 (2008).
https://doi.org/10.1016/j.spmi.2008.01.014
A. Jumabaev, B. Khudaykulov, I. Doroshenko, H. Hushvaktov, A. Absanov. Raman and ab initio study of intermolecular interactions in aniline. Vib. Spectrosc. 122, 103422 (2022).
https://doi.org/10.1016/j.vibspec.2022.103422
H. Hushvaktov, B. Khudaykulov, A. Jumabaev, I. Doroshenko, A. Absanov, G. Murodov. Study of formamide molecular clusters by Raman spectroscopy and quantum-chemical calculations. Mol. Cryst. Liq. Cryst. 749, 124 (2022).
https://doi.org/10.1080/15421406.2022.2068478
E.N. Kozlovskaya, G.A. Pitsevich, A.E. Malevich, O.P. Doroshenko, V.E. Pogorelov, I.Yu. Doroshenko, V. Balevicius, V. Sablinskas, A.A. Kamnev. Raman spectroscopic and theoretical study of liquid and solid water within the spectral region 1600-2300 cm−1. Spectrochim. Acta A 196, 406 (2018).
https://doi.org/10.1016/j.saa.2018.01.071
B.A. Marekha, K. Sonoda, T. Uchida, T. Tokuda, A. Idrissi, T. Takamuku. ATR-IR spectroscopic observation on intermolecular interactions in mixtures of imidazolium-based ionic liquids C mimTFSA ( = 2-12) with DMSO. J. Mol. Liq. 232, 431 (2017).
https://doi.org/10.1016/j.molliq.2017.02.068
R. Thomas, C.B. Shoemaker, K. Eriks. The molecular and crystal structure of dimethyl sulfoxide. Acta Cryst. 21, 12 (1966).
https://doi.org/10.1107/S0365110X66002263
H. Torii, M. Tasumi. Raman noncoincidence effect and intermolecular interactions in liquid dimethyl sulfoxide: Simulations based on the transition dipole coupling mechanism and liquid structures derived by Monte Carlo method. Bull. Chem. Soc. Jpn. 68, 128 (1995).
https://doi.org/10.1246/bcsj.68.128
E.V. Ivanov, E.Yu. Lebedeva, V.K. Abrosimov, N.G. Ivanova. Densimetric studies of binary solutions involving H2O or D2O as a solute in dimethylsulfoxide at temperatures from (293.15 to 328.15) K and atmospheric pressure. J. Solution Chem. 41, 1311 (2012).
https://doi.org/10.1007/s10953-012-9877-5
P.P. Wiewior, H. Shirota, E. Castner. Aqueous dimethyl sulfoxide solutions: Inter- and intra-molecular dynamics. J. Chem. Phys. 116, 4643 (2002).
https://doi.org/10.1063/1.1449864
Q. Zhang, X. Zhang, D.X. Zhao. Polarizable force field for water-dimethyl sulfoxide systems: II properties of mixtures by molecular dynamics simulations. J. Mol. Liq. 145, 67 (2009).
https://doi.org/10.1016/j.molliq.2009.01.003
E. Mrazkova, P. Hobza. Hydration of sulfo and methyl groups in dimethyl sulfoxide is accompanied by the formation of red-shifted hydrogen bonds and improper blueshifted hydrogen bonds: an ab initio quantum chemical study. J. Phys. Chem. A 107, 1032 (2003).
https://doi.org/10.1021/jp026895e
B. Yang, X. Cao, Ch. Wang, Sh. Wang, Ch. Sun. Investigation of hydrogen bonding in Water/DMSO binary mixtures by Raman spectroscopy. Spectrochim. Acta A 228, 117704 (2020).
https://doi.org/10.1016/j.saa.2019.117704
Sh. Singh, S.K. Srivastava, D.K. Singh. Raman scattering and DFT calculations used for analyzing the structural features of DMSO in water and methanol. RSC Adv. 3, 4381 (2013).
https://doi.org/10.1039/c3ra22730h
A. Jumabaev, F.H. Tukhvatullin, U.N. Tashkenbaev, Z. Mamatov. Raman spectra of S=O vibrations of dimethylsulphoxide in liquid state. Proc. SPIE 4812, 4812 (2002).
https://doi.org/10.1117/12.451389
M.J. Frisch, G.W. Trucks, H.B. Schlegel, G.E. Scuseria, M.A. Robb et al. Gaussian 09, Revision A.02.
S.J. Grabowski. Hydrogen Bonding - New Insights (Springer, 2006).
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
