Etanol, 1_propanol ve 2_propanol yapılarının su molekülü ile oluşturdukları dimer kümelerinin teorik incelenmesi

Zafer Maşlakcı

doi:10.17714/gumusfenbil.1055375

EN TR

Theoretical investigation of the dimer clusters formed by ethanol, 1_propanol and 2_propanol structures with water molecule

Abstract

Ethanol, 1_propanol and, 2_propanol structures, known as small alcohols, can form hydrogen bonds with water molecules. The hydroxyl groups of the ethanol, 1_propanol and, 2_propanol structures act as both proton acceptors and proton donors. The aim of this study is to examine the topological and structural properties that develop as a result of the interaction of alcohol structures with water molecules in different dimer clusters. Optimizations were made with the QUICKSTEP (CP2K) package program at the BLYP level and the QZV3P basis set. The iso-surfaces and electron densities changes are studied together with NCI theory. This study shows that in certain alcohol-water dimer complexes, weaker hydrogen bonds should be properly taken into account in Ab initio calculations.

Keywords

Ethanol , Hydrogen bonding , Topological , 1_propanol , 2_propanol

Etanol, 1_propanol ve 2_propanol yapılarının su molekülü ile oluşturdukları dimer kümelerinin teorik incelenmesi

Öz

Küçük alkoller olarak bilinen etanol, 1_propanol ve 2_propanol yapıları su molekülleri ile hidrojen bağı oluşturabilmektedirler. Etanol, 1_propanol ve 2_propanol yapılarının hidroksil grupları hem proton alıcı hem de proton verici olarak davranış göstermektedirler. Bu çalışmanın amacı, farklı dimer kümelerinde alkol yapılarının su molekülleri ile etkileşimi sonucu gelişen topolojik ve yapısal özellikleri incelemektir. QUICKSTEP (CP2K) paket programı ile BLYP seviyesinde ve QZV3P temel setinde optimizasyonları yapılmıştır. NCI teorisi ile birlikte iso-yüzeyleri belirlenmiş ve elektron yoğunlukları değişimleri incelenmiştir. Bu çalışma, belirli alkol-su dimer komplekslerinde, Ab initio hesaplamalarında daha zayıf hidrojen bağlarının uygun şekilde dikkate alınması gerektiğini göstermektedir.

Anahtar Kelimeler

Etanol , Hidrojen bağı , Topolojik , 1_propanol , 2_propanol

Kaynakça

Alagona, G., & Tani, A. (1981). Ab initio calculations as a source of intermolecular potential functions. Ethanol-water with a minimal basis set. Journal of Chemical Physics, 74 (7), 3980-3988. https://doi.org/10.1063/1.441578
Alavi, S., Takeya, S., Ohmura, R., Woo, T. K., & Ripmeester, J. A. (2010). Hydrogen-bonding alcohol-water interactions in binary ethanol, 1-propanol, and 2-propanol+methane structure II clathrate hydrates. Journal of Chemical Physics, 133 (7), 074505. https://doi.org/10.1063/1.3469776
Anisimov, V. M., Vorobyov, I. V., Roux, B., & MacKerell, A. D. (2007). Polarizable empirical force field for the primary and secondary alcohol series based on the classical drude model. Journal of Chemical Theory and Computation, 3 (6), 1927-1946. doi: 10.1021/ct700100a
Arunan, E., Desiraju, G. R., Klein, R. A., Sadlej, J., Scheiner, S., Alkorta, I., Clary, D. C., Crabtree, R. H., Dannenberg, J., Hobza, P., Kjaergaard, H. G., Legon, A. C., Mennucci, B., & Nesbitt, D. J. (2011). Definition of the hydrogen bond. Pure and Applied Chemistry, 83 (8), 1637-1641. https://doi.org/10.1351/PAC-REC-10-01-02
Bakkas, N., Bouteiller, Y., Loutellier, A., Perchard, J. P., & Racine, S. (1993). The water–methanol complexes. I. a matrix isolation study and an ab initio calculation on the 1‐1 Species. Journal of Chemical Physics, 99 (5), 3335-3342. https://doi.org/10.1063/1.465143
Balcı, F. M. (2007). Metantiyol hidrojen klorür dimer ve trimerleri üzerine kuantum mekaniksel bir çalışma [Yüksek Lisans Tezi Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü].
Curtiss, L. A., & Blander, M. (1988). Thermodynamic properties of gas-phase hydrogen-bonded complexes. Chemical Reviews, 88 (6), 827-841. https://doi.org/10.1021/cr00088a002
Desiraju, G. R., & Steiner, T. (1999). The weak hydrogen bond in structural chemistry and biology (International Union of Crystallography Monographs on Crystallography) (1nd ed.). Oxford University Press.
Dixit, S., Crain, J., Poon, W. C. K., Finney, J. L., & Soper, A. K. (2002). Molecular segregation observed in a concentrated alcohol-water solution. Nature, 416 (6883), 829-832. https://doi.org/10.1038/416829a
Evangelisti, L., Gou, Q., Feng, G., Caminati, W., Mead, G. J., Finneran, I. A., Carroll, P. B., & Blake, G. A. (2017). Conformational equilibrium and internal dynamics in the iso-propanol–water dimer. Physical Chemistry Chemical Physics, 19 (1), 568-573. https://doi.org/10.1039/C6CP06315B

Fileti, E. E., Chaudhuri, P., & Canuto, S. (2004). Relative strength of hydrogen bond interaction in alcohol–water complexes. Chemical Physics Letters, 400 (4-6), 494-499. https://doi.org/10.1016/j.cplett.2004.10.149
Finneran, I. A., Carroll, P. B., Allodi, M. A., & Blake, G. A. (2015). Hydrogen bonding in the ethanol–water dimer. Physical Chemistry Chemical Physics, 17 (37), 24210-24214. https://doi.org/10.1039/C5CP03589A
Franks, F., & Desnoyers, J. E. (1985). Water science reviews 1 (1nd ed.). Cambridge University Press.
Franks, F., & Ives, D. J. G. (1966). The structural properties of alcohol–water mixtures. Quarterly Reviews, Chemical Society, 20, 1-44. https://doi.org/10.1039/QR9662000001
Guo, J. H., Luo, Y., Augustsson, A., Kashtanov, S., Rubensson, J. E., Shuh, D. K., Agren, H., & Nordgren, J. (2003). Molecular structure of alcohol-water mixtures. Physical Review Letters, 91 (15), 157401. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.91.157401
Johnson, E. R., Keinan, S., Mori-Sánchez, P., Contreras-García, J., Cohen, A. J., & Yang, W. (2010). Revealing noncovalent interactions. Journal of the American Chemical Society, 132 (18), 6498−6506. https://doi.org/10.1021/ja100936w
Juurinen, I., Nakahara, K., Ando, N., Nishiumi, T., Seta, H., Yoshida, N., Morinaga, T., Itou, M., Ninomiya, T., Sakurai, Y., Salonen, E., Nordlund, K., Hämäläinen, K., & Hakala, M. (2011). Measurement of two solvation regimes in water-ethanol mixtures using X-ray compton scattering. Physical Review Letters, 107 (19), 197401. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.107.197401
Krack, M., Mohammed, F., Parinello, M., VandeVondele, J., Chassaing, T., & Hutter, J. (2005). Quickstep: Fast and accurate density functional calculations using a mixed Gaussian and plane waves approach. Computer Physics Communications, 167 (2), 103-128. https://doi.org/10.1016/j.cpc.2004.12.014
Masella, M., & Flament, J. P. (1998). Relation between cooperative effects in cyclic water, methanol/water, and methanol trimers and hydrogen bonds in methanol/water, ethanol/water, and dimethylether/water heterodimers. Journal of Chemical Physics, 108 (17), 7141-7151. https://doi.org/10.1063/1.476131
Peeters, D., & Huyskens, P. (1993). Endothermicity or exothermicity of water/alcohol mixtures. Journal of Molecular Structure, 300, 539-550. https://doi.org/10.1016/0022-2860(93)87046-C
Scheiner, S. (1997). Hydrogen bonding: A theoritical perspective (1nd ed.). Oxford University Press.
Sum, A. K., & Sandler, S. I. (2000). Ab initio calculations of cooperativity effects on clusters of methanol, ethanol, propanol, and methanethiol. Journal of Physical Chemistry A, 104 (6), 1121-1129. https://doi.org/10.1021/jp993094b

Ayrıntılar

Birincil Dil

Türkçe

Konular

-

Bölüm

Araştırma Makalesi

Yazarlar

Zafer Maşlakcı ^*
0000-0002-3661-8510
Türkiye

Yayımlanma Tarihi

15 Nisan 2022

Gönderilme Tarihi

9 Ocak 2022

Kabul Tarihi

22 Mart 2022

Yayımlandığı Sayı

Yıl 2022 Cilt: 12 Sayı: 2

DOI

https://doi.org/10.17714/gumusfenbil.1055375

IZ

https://izlik.org/JA24UD66YL

APA

Maşlakcı, Z. (2022). Etanol, 1_propanol ve 2_propanol yapılarının su molekülü ile oluşturdukları dimer kümelerinin teorik incelenmesi. Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 12(2), 676-686. https://doi.org/10.17714/gumusfenbil.1055375

e-ISSN: 2146-538X Yayın Modeli: Sürekli Yayın Atıf Dizinleri: TR Dizin , SCOPUS

Theoretical investigation of the dimer clusters formed by ethanol, 1_propanol and 2_propanol structures with water molecule

Abstract

Keywords

Etanol, 1_propanol ve 2_propanol yapılarının su molekülü ile oluşturdukları dimer kümelerinin teorik incelenmesi

Öz

Anahtar Kelimeler

Kaynakça

Ayrıntılar

Birincil Dil

Konular

Bölüm

Yazarlar

Yayımlanma Tarihi

Gönderilme Tarihi

Kabul Tarihi

Yayımlandığı Sayı

DOI

IZ

Kaynak Göster