Nghiên cứu liên kết hydro, cấu trúc và độ bền các phức CH3­­­­­­CHZ∙∙∙nH2O (z= o, s, se, te; n=1, 2, 3) bằng phương pháp hóa học lượng tử

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN NGUYỄN THỊ THANH CÚC NGHIÊN CỨU LIÊN KẾT HYDRO, CẤU TRÚC VÀ ĐỘ BỀN CÁC PHỨC CH3CHZ∙∙∙nH2O (Z=O, S, Se, Te; n=1, 2, 3) BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC LƯỢNG TỬ LUẬN VĂN THẠC SĨ HĨA HỌC Bình Định – Năm 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN NGUYỄN THỊ THANH CÚC NGHIÊN CỨU LIÊN KẾT HYDRO, CẤU TRÚC VÀ ĐỘ BỀN CÁC PHỨC CH3CHZ∙∙∙nH2O (Z=O, S, Se, Te; n=1, 2, 3) BẰNG PHƯƠNG PHÁP HĨA HỌC LƯỢNG TỬ Chun ngành: Hóa lý thuyết hóa lý Mã số: 8440119 Người hướng dẫn: PGS.TS NGUYỄN TIẾN TRUNG LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu kết sử dụng luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khoa học khác Việc tham khảo nguồn tài liệu trích dẫn ghi nguồn theo quy định Tác giả Nguyễn Thị Thanh Cúc LỜI CẢM ƠN Luận văn thực phòng thí nghiệm Hóa học tính tốn Mơ phỏng– Trường Đại học Quy Nhơn Với kính trọng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn Thầy PGS.TS Nguyễn Tiến Trung ln nhiệt tình hướng dẫn, bảo động viên em suốt trình nghiên cứu, học tập thực luận văn Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Vũ Thị Ngân, thầy Nguyễn Ngọc Trí tận tình giúp đỡ, giảng dạy cho em nhiều ý kiến bổ ích suốt q trình nghiên cứu, góp ý chỉnh sửa để em hoàn thiện tốt luận văn Em xin gửi lời cảm ơn quý Thầy Cô giáo Khoa Khoa học Tự nhiên, trường Đại học Quy Nhơn trang bị cho em kiến thức khoa học giá trị, ý nghĩa để em hồn thành tốt luận văn Ngoài ra, em xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến chị Phan Đặng Cẩm Tú anh chị nhóm Hóa học tính tốn mơ nhiệt tình giúp đỡ em suốt trình học tập thực đề tài Cuối cùng, tơi xin gửi lời cảm ơn gia đình, bạn bè bên cạnh động viên tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp Bình Định, ngày 10 tháng 10 năm 2021 Tác giả Nguyễn Thị Thanh Cúc MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Tổng quan tài liệu tình hình nghiên cứu Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu 5.1 Nghiên cứu sở lý thuyết 5.2 Phương pháp tính tốn hóa học lượng tử Ý nghĩa khoa học thực tiễn Cấu trúc luận văn Chương Cơ sở lý thuyết hóa học lượng tử Chương Khái quát liên kết hydro hệ chất nghiên cứu Chương Kết thảo luận CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT HÓA HỌC LƯỢNG TỬ 1.1 Phương trình Schrưdinger 1.2 Sự gần Born-Oppenheimer 1.3 Ngun lý phản đối xứng hay nguyên lý loại trừ Pauli 1.4 Hàm sóng hệ nhiều electron 1.5 Cấu hình trạng thái spin electron 1.6 Bộ hàm sở 1.6.1 Một số khái niệm hàm sở 1.6.2 Phân loại hàm sở 1.7 Các phương pháp gần hoá học lượng tử 1 6 6 8 8 10 10 11 12 12 13 14 14 14 16 1.7.1 Sự tính bán kinh nghiệm 16 1.7.2 Phương pháp Hartree–Fock phương trình Roothaan 16 1.7.3 Phương pháp nhiễu loạn 20 1.7.4 Phương pháp tương tác cấu hình (Configuration Interaction – CI) 22 1.7.5 Phương pháp chùm tương tác CC (Coupled cluster) 23 1.7.6 Thuyết phiếm hàm mật độ (Density Functional Theory – DFT) 24 1.8 Orbital phân tử khu trú (LMO), orbital thích hợp (NO), orbital nguyên tử thích hợp (NAO) orbital liên kết thích hợp (NBO) 26 1.8.1 Orbital phân tử khu trú 26 1.8.2 Orbital thích hợp, orbital nguyên tử thích hợp orbital liên kết thích hợp 26 1.9 Sai số chồng chất sở (BSSE) 27 1.10 Thuyết AIM 28 1.11 Thuyết nhiễu loạn phù hợp đối xứng (Symmetry Adapted Perturbation Theory - SAPT) 31 CHƯƠNG LIÊN KẾT HYDRO VÀ HỆ CHẤT NGHIÊN CỨU 34 2.1 Liên kết hydro 34 2.1.1 Khái niệm phân loại liên kết hydro 34 2.1.2 Tầm quan trọng liên kết hydro 36 2.1.3 Liên kết hydro chuyển dời đỏ (Red-shifting hydrogen bond) liên kết hydro chuyển dời xanh (Blue-shifting hydrogen bond) 36 2.1.4 Phương pháp thực nghiệm lý thuyết nghiên cứu liên kết hydro 39 2.2 Hệ chất nghiên cứu 41 2.2.1 Giới thiệu chung hệ chất nghiên cứu 41 2.2.2 Phương pháp nghiên cứu 42 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 45 3.1 Thơng số hình học monomer 45 3.2 Tương tác CH3CHZ với nH2O (Z=O, S, Se, Te; n=1, 2, 3) 46 3.2.1 Cấu trúc hình học phân tích AIM 46 3.2.2 Năng lượng tương tác lượng cộng kết 54 3.2.3 Phân tích SAPT2+ 57 3.2.4 Phân tích NBO NCIplot 3.2.5 Sự thay đổi độ dài, tần số dao động hóa trị liên kết C–H, O–H phức hình thành KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI 59 66 71 73 74 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Các kí hiệu ∆E: Năng lượng tương tác phức ∆r: Sự thay đổi độ dài liên kết ∆ν: Sự thay đổi tần số dao động hóa trị ρ(r): Mật độ electron điểm tới hạn liên kết λ1, λ2, λ3: Các trị riêng ma trận mật độ Hessian 2ρ(r): Laplacian điểm tới hạn liên kết H(r): Tổng mật độ lượng electron khu trú BCP V(r): Mật độ electron khu trú BCP G(r): Mật độ động electron khu trú BCP ∆%s: Sự thay đổi phần trăm đặc tính orbital s ∆σ*: Sự thay đổi mật độ electron orbital phản liên kết Các chữ viết tắt AIM: Atom In Molecule (thuyết nguyên tử phân tử) BCP: Bond Critical Point (điểm tới hạn liên kết) BSHB: Blue-Shifting Hydrogen Bond (liên kết hydro chuyển dời xanh) BSSE: Basis Set Superposition Error (sai số chồng chất sở) CC: Coupled Cluster (chùm tương tác) CP: Critical Point (điểm tới hạn) DFT: Density Functional Theory (thuyết phiếm hàm mật độ) DPE: Deprotonation Enthalpy (enthalpy tách proton) EDT: Electron Density Transfer (sự chuyển mật độ electron) GTO: Gaussian Type Orbital (orbital kiểu Gaussian) HF: Hartree – Fock (ký hiệu tên phương pháp) LMO: Local Molecular Orbital (orbital phân tử khu trú) MP2: Moller Plesset (phương pháp nhiễu loạn bậc 2) NAO: Natural Atom Orbital (orbital nguyên tử thích hợp) NBO: Natural Bond Orbital (orbital liên kết thích hợp) NMR: Nuclear Magnetic Resonance (phổ cộng hưởng từ hạt nhân) NO: Natural Orbital (orbital thích hợp) PA: Proton Affinity (ái lực proton) SCF: Self Consistent Field (trường tự hợp) STO: Slater Type Orbitan (orbital kiểu Staler) VBSCF: Valence Bond Self Consistent Field (cộng hóa trị trường tự hợp) ZPE: Zero Point Energy (năng lượng dao động điểm không) DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Tên bảng Trang Thơng số hình học monomer CH3CHO, CH3CHS, 3.1 CH3CHSe, CH3CHTe H2O MP2/6-311++G(3df,2pd) 45 giá trị thực nghiệm tương ứng Enthalpy tách proton Csp2–H (DPE, kJ.mol-1) 3.2 monomer CH3CHZ lực proton (PA, kJ.mol-1) Z 48 CH3CHZ MP2/6-311++G(3df,2pd) Mật độ electron ((r)), Laplacian (2((r))), mật độ 3.3a lượng electron khu trú (H(r)) lượng liên kết hydro (EHB) BCP tiếp xúc phức 50 CH3CHZ∙∙∙1,2H2O tính MP2/6-311++G(3df,2pd) Mật độ electron ((r)), Laplacian (2((r))), mật độ 3.3b lượng electron khu trú (H(r)) lượng liên kết hydro (EHB) BCP tiếp xúc phức 51 CH3CHZ∙∙∙3H2O tính MP2/6-311++G(3df,2pd) Năng lượng tương tác với hiệu chỉnh ZPE (E), lượng 3.4 tương tác với hiệu chỉnh ZPE BSSE (E*) phức Z-n lượng cộng kết hệ Z-2 mức lí thuyết 55 CCSD(T) /6-311++G(3df,2pd)//MP2/6-311++G(3df,2pd) 3.5 Kết phân tích SAPT2+ phức tương tác CH3CHZ (Z=O, S, Se, Te) với nH2O (kJ.mol-1) 58 Sự chuyển mật độ electron tổng (EDT) phức CH3CHZ với nH2O (n=1, 2), lượng tương tác siêu liên 3.6a hợp (Einter, kJ.mol-1) độ giảm lượng tương tác siêu liên hợp nội phân tử (ΔEintra, kJ.mol-1) mức lý thuyết ωB97X-D/6-311++G(3df,2pd) 60 -67- CH3CHS∙∙∙H2O (24 cm-1), CH3CHS∙∙∙2H2O (33 cm-1) [87] mức lí thuyết MP2/aug-cc-pVDZ Thêm vào đó, mối tương quan tuyến tính giá trị ∆r với ∆ν liên kết Csp2–H biểu thị Hình 3.8 Theo ∆r âm giá trị ∆ν dương, liên kết Csp2–H∙∙∙O chuyển dời xanh mạnh Đáng ý, chuyển dời xanh đáng kể Csp2–H với tần số dao động hóa trị lên đến 109 cm-1 O-3, tìm thấy nghiên cứu trước Sự tăng tần số dao động hóa trị Csp2–H từ 8196 cm-1 53 cm-1 liên kết Csp2–H∙∙∙O quan sát nghiên cứu tương tác formaldehyde, thioformaldehyde với acid formic (81-96 cm-1) nitrosyl hydrua (53 cm-1) [31], [74] Trong đó, tăng tần số dao động hóa trị yếu liên kết Csp3–H tìm thấy hệ phức Cl3CH∙∙∙NCCH3 (8,7 cm-1) [61], F3CH∙∙∙OH2 (20,3-32,3 cm-1) [18], CHX3∙∙∙NH2Y (X=F, Cl; Y=H, F, Cl, Br) (9,4-36,3 cm-1) [89], DMSO∙∙∙H2O/CO2 (8,4-44,5 cm-1) [90], độ phân cực liên kết cộng hóa trị Csp3–H so với Csp2–H Kết cho thấy vai trò quan trọng việc thêm nhiều phân tử H2O vào hệ binary, điều góp phần làm tăng đáng kể tần số dao động hóa trị Csp2–H liên kết hydro Csp2–H∙∙∙O Theo đó, rút ngắn độ dài liên kết Csp2–H tăng đáng kể tần số kéo dài phụ thuộc vào việc thêm H2O diện liên kết hydro O–H∙∙∙O phức bên cạnh độ phân cực thấp liên kết cộng hóa trị Csp2–H monomer ban đầu Sự chuyển dời xanh tần số dao động hóa trị C sp2–H liên kết hydro Csp2–H∙∙∙O giảm thay nguyên tử O CH3CHO nguyên tử S, Se Te Thật vậy, tăng tần số dao động hóa trị liên kết Csp2–H liên quan đến loại liên kết hydro Csp2–H∙∙∙O 49,4-109,0 cm-1 hệ phức O-n; 19,9-51,6 cm-1 với hệ S-n; 15,4–43,3 cm-1 với hệ Se-n 11,537,8 cm-1 cho hệ Te-n Kết định giảm mật độ -68- electron obital phản liên kết σ*(Csp2–H) phức so với monomer ban đầu Giá trị ΔEintra[n(Z)→σ*(Csp2–H)] O-n âm đáng kể so với hệ phức S/Se/Te-n, điều dẫn đến giá trị σ*(Csp2–H) tăng dần Z từ O đến S, Se Te Do đó, chuyển dời xanh lớn tần số dao động hóa trị Csp2–H liên kết Csp2–H∙∙∙O tìm thấy hệ phức On, đặc biệt phức O-3 lên đến 109 cm-1 Các kết thu cho thấy giảm trình chuyển electron nội phân tử chiếm ưu so với trình chuyển electron liên phân tử, góp phần quan trọng vào trình rút ngắn độ dài liên kết Csp2–H liên kết hydro Csp2–H∙∙∙O Hình 3.8 Mối liên hệ thay đổi tần số dao động hóa trị thay đổi độ dài liên kết Csp2–H phức Việc thêm phân tử H2O vào hệ binary gây nên phân bố lại mật độ electron đáng kể orbital xích ma phản liên kết đặc biệt giảm mạnh chuyển electron nội phân tử từ n(Z) đến σ*(Csp2–H) so với chuyển electron từ n(O) đến σ*(Csp2–H) Điều dẫn đến giảm lớn giá trị σ*(Csp2–H) phức nghiên cứu, liên kết chuyển dời xanh tăng n từ đến đến Cụ thể, giá trị ΔEintra[n(O)→σ*(Csp2–H)] Einter[n(O)→σ*(Csp2–H)] O-1 -14,8; 0,7, giá trị phức O-2 -69- -28,1; 12,6 phức O-3 -31,3; 17,3, dẫn đến giá trị σ*(Csp2– H) âm lớn thêm phân tử H2O Từ cho thêm phân tử H2O vào hệ, có mặt liên kết O–H∙∙∙O đóng góp mạnh vào cộng kết làm tăng độ bền mức độ rút ngắn liên kết, tăng tần số dao động hóa trị liên kết Csp2–H Csp2–H∙∙∙O Nhận định phù hợp với công bố Qingzhong Li cộng cộng kết loại liên kết hydro C–H∙∙∙O O–H∙∙∙O DMSO với 2H2O [91] Đối với liên kết hydro O–H∙∙∙O/S/Se/Te, kết Bảng 3.7 cho thấy độ dài O–H tăng lên khoảng 6,6-18,0 mÅ với tần số dao động hóa trị giảm mạnh từ 139,0 đến 358,2 cm-1, liên kết hydro mang đặc tính liên kết hydro chuyển dời đỏ Sự chuyển dời đỏ tần số dao động hóa trị O–H liên kết O–H∙∙∙Y (Y=O, S, Se) lớn phát hệ phức rhodanin∙∙∙YH2 (97-144 cm-1) [92], C6H5OH∙∙∙Y(CH3)2 (119-326 cm-1) [24], 4-H-C6H4-OH+∙∙∙YH2 (740-836 cm-1) [28] Sự chuyển dời đỏ liên kết O2–H1∙∙∙Z lớn so với liên kết O5–H4∙∙∙O2 O8–H7∙∙∙O5 hệ O/S-2,3, nhiên hệ Se/Te2,3 chuyển dời đỏ tần số dao động hóa trị liên kết O5–H4∙∙∙O2 xấp xỉ, chí mạnh liên kết cịn lại, điều lực hút tĩnh điện liên kết O2–H1∙∙∙Z phức O/S-2,3 mạnh so với Se/Te-2,3 Sự tăng tần số dao động hóa trị O2–H1, O5–H4, O8-H7 liên quan đến liên kết hydro O2–H1∙∙∙Z, O5–H4∙∙∙O2, O8–H7∙∙∙O5 Z-n tăng lên đáng kể từ n=1 đến đến 3, kết phù hợp với tăng giá trị Δσ*(O2–H1/O5–H4/O8–H7) Nói cách khác, chuyển dời đỏ tần số dao động hóa trị liên kết hydro O2–H1∙∙∙Z, O5–H4∙∙∙O2 O8–H7∙∙∙O5 tăng mạnh số lượng phân tử H2O phức tăng lên Với n, kéo dài độ dài liên kết hydro O2–H1∙∙∙Z có xu hướng giảm Z thay đổi từ O sang S đến Se sau đến Te Ví dụ với n=1, giá trị r(O2–H1) -70- liên kết O2–H1∙∙∙O, O2–H1∙∙∙S, O2–H1∙∙∙Se O2–H1∙∙∙Te giảm từ 9,0; 7,8; 7,3; 6,6 mÅ; với giá trị ( Csp2–H) tương ứng -181,7; -163,3; -153,8; -139,0 cm-1 Điều cho thấy lực hút tĩnh điện Z=O H đóng vai trị quan trọng so với Z=S, Se, Te H Trong giảm giá trị σ*(O5–H4) σ*(O8–H7) dẫn đến mức độ chuyển dời đỏ liên kết O5–H4∙∙∙O2 O8–H7∙∙∙O5 trở nên yếu từ Z=O đến Z=S, Se, Te Bảng 3.7 Sự thay đổi độ dài liên kết (∆r, mÅ), tần số dao động hóa trị (∆ν, cm-1) liên kết C/O–H phức tương tác CH3CHZ (Z= O, S, Se, Te) với nH2O (n=1, 2, 3) so với monomer tương ứng Phức O-1 S-1 Se-1 Te-1 r(Csp2–H) -3,5 -0,7 -0,4 -0,1 r(O2–H1) 9,0 7,8 7,3 6,6 (Csp2–H) 49,4 19,9 15,4 11,5 (O2–H1) -181,7 -163,3 -153,8 -139,0 O-2 S-2 Se-2 Te-2 r(Csp2–H) -5,9 -0,9 -0,1 0,5 r(O2–H1) 15,4 13,4 12,7 11,8 r(O5–H4) 13,2 12,7 12,5 12,2 (Csp2–H) 86,9 27,7 16,4 7,5 (O2–H1) -303,0 -273,0 -259,2 -239,4 (O5–H4) -260,4 -250,8 -248,1 -241,1 O-3 S-3 Se-3 Te-3 r(Csp2–H) -7,4 -3,1 -2,5 -2,1 r(O2–H1) 17,9 15,3 14,3 13,1 r(O5–H4) 18,0 15,9 15,7 15,3 r(O8–H7) 15,8 14,7 14,5 14,1 (Csp2–H) 109,0 51,6 43,3 37,8 (O2–H1) -358,2 -317,0 -298,0 -280,7 (O5–H4) -354,2 -313,1 -298,7 -300,0 (O8–H7) -311,3 -289,5 -284,7 -276,7 Phức Phức -71- KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Nghiên cứu liên kết hydro, cấu trúc độ bền phức tương tác CH3CHZ (Z=O, S, Se, Te) với nH2O (n=1, 2, 3) phương pháp hóa lượng tử, chúng tơi đạt số kết tiêu biểu sau: Đã thu 12 phức bền với dạng hình học Các phức thu bền với lượng tương tác khoảng -11,1 đến -64,0 kJ.mol-1 mức lý thuyết CCSD(T)/6-311++G(3df,2pd)//MP2/6-311++G(3df,2pd) Độ bền phức O-n lớn nhiều so với phức S/Se/Te-n Khả cộng kết dương giảm dần theo thứ tự O-2 >> S-2 ~ Se-2 > Te-2, xu hướng phù hợp với chiều giảm độ bền phức ternary Kết thu cho thấy vai trò quan trọng tương tác tĩnh điện nguyên tử O so với nguyên tử S/Se/Te CH3CHZ việc ổn định phức hình thành Độ bền phức tăng đáng kể thêm phân tử nước vào hệ binary, phức hệ quaternary bền gấp đơi so với hệ ternary gấp bốn lần hệ binary Độ bền liên kết hydro O–H∙∙∙S/Se/Te xấp xỉ Csp2–H∙∙∙O, bền gấp đôi so với O–H∙∙∙O Liên kết Csp2–H∙∙∙O phức O-1,2 bền phức S-1,2, Se-1,2 Te-1,2 Độ bền liên kết hydro O– H∙∙∙Z Csp2–H∙∙∙O tăng n tăng từ đến Phân tích SAPT2+ cho thấy lượng tương tác tĩnh điện (đóng góp khoảng 50,7-59,4%) chiếm ưu so với hai hợp phần phân tán cảm ứng việc làm bền phức Khi thay Z=O Z=S, Se, Te, vai trò lớn hợp phần tĩnh điện việc ổn định phức O-n so S/Se/Te-n, ngược lại vai trò hợp phần phân tán phức S/Se/Te-n lớn so với phức O-n Việc bổ sung phân tử H2O vào phức Z-1 làm -72- giảm phần trăm đóng góp hợp phần phân tán làm tăng phần trăm đóng góp hợp phần cảm ứng, phần trăm đóng góp hợp phần tĩnh điện không đổi n từ sang sang Sự rút ngắn độ dài liên kết Csp2–H liên kết hydro Csp2–H∙∙∙O giảm thay nguyên tử O CH3CHO nguyên tử S, Se Te Sự chuyển dời xanh tần số dao động hóa trị C sp2–H lên đến 109 cm-1 phát phức CH3CHO∙∙∙3H2O, chưa công bố trước Việc thêm phân tử H2O vào hệ phức dẫn đến tăng đáng kể cường độ chuyển dời xanh Csp2–H liên kết hydro Csp2–H∙∙∙O Sự giảm trình chuyển electron nội phân tử chiếm ưu so với trình chuyển electron liên phân tử gây giảm mật độ electron σ*(Csp2–H) phát định rút ngắn độ dài tăng tần số dao động hóa trị liên kết Csp2–H liên kết hydro Csp2–H∙∙∙O Các liên kết O–H∙∙∙O, O–H∙∙∙S, O–H∙∙∙Se, O–H∙∙∙Te thuộc loại liên kết hydro chuyển dời đỏ Sự kéo dài liên kết O–H liên kết O2–H1∙∙∙Z, O5–H4∙∙∙O2 O8–H7∙∙∙O5 có xu hướng giảm Z thay đổi từ O đến S, Se Te Sự chuyển dời đỏ tần số dao động hóa trị O–H liên kết tăng đáng kể số lượng phân tử H2O phức tăng lên KIẾN NGHỊ 1) Mở rộng nghiên cứu so sánh tương tác XCHZ (X=H, halogen) với phân tử H2O 2) Nghiên cứu làm rõ độ bền vai trò H2Z (Z=O, S, Se, Te) chuyển dời xanh, đỏ liên kết hydro Csp2–H∙∙∙Z hệ phức tương tác XCHO (X=H, halogen, CH3) với phân tử H2Z -73- DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ ĐƯỢC CƠNG BỐ Nguyen Thi Thanh Cuc, Le Thi Tu Quyen, Ho Cong Hau, Nguyen Thi Dieu Cam, Vu Thi Ngan, Nguyen Tien Trung (2021), Effect of substituents on complex stability and characteristics of Csp2‐H∙∙∙O/S and O/S‐H∙∙∙S/Se hydrogen bonds in the systems of monosubstituted selenoformaldehyde with H2O and H2S Vietnam Journal of Chemistry, 59(4), 527-535 Nguyen Thi Thanh Cuc, Cam-Tu Dang Phan, Nguyen Thi Ai Nhung, Minh Tho Nguyen, Nguyen Tien Trung and Vu Thi Ngan (2021), Theoretical aspects of Nonconventional Hydrogen bonds in the Complexes of Aldehydes and Hydrogen Chalcogenides, Journal of Physical Chemistry A, accepted 29/10/2021 Nguyen Thi Thanh Cuc, Nguyen Truong An, Vu Thi Ngan, Asit K Chandra, Nguyen Tien Trung, “Importance of Water and Intramolecular Interaction Governs Substantial Blue Shift of Csp2–H Stretching Frequency in the Complexes between Chalcogenoaldehydes and Waters”, submitted to RSC Advances in 7/10/2021 -74- DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Desiraju, G R., Steiner, T (2001), The weak hydrogen bond: in structural chemistry and biology (Vol 9), International Union of Crystal [2] Grabowski, S J (Ed.) (2006), Hydrogen bonding: new insights (Vol 3), Dordrecht: Springer [3] Mandel-Gutfreund, Y., Margalit, H., Jernigan, R L., Zhurkin, V B (1998), “A role for CH∙∙∙O interactions in protein-DNA recognition”, J Mol biol., 277(5), pp 1129-1140 [4] Dom, J J., Michielsen, B., Maes, B U., Herrebout, W A., Van der Veken, B J (2009), “The C–H⋯π interaction in the halothane/ethene complex: A cryosolution infrared and Raman study”, Chem Phys Lett., 469(1-3), pp 8589 [5] Hermida‐Ramón, J M., Gra, A M (2007), “Blue‐shifting hydrogen bond in the benzene–benzene and benzene–naphthalene complexes”, J Comput Chem., 28(2), pp 540-546 [6] Keefe, C D., Isenor, M (2008), “Ab initio study of the interaction of CHX3 (X= H, F, Cl, or Br) with benzene and hexafluorobenzene”, J Phys Chem A, 112(14), pp 3127-3132 [7] Crabtree, R H., Lei, A (2017), “Introduction: CH activation”, Chem Rev., 117(13), pp 8481-8482 [8] Wang, V C C., Maji, S., Chen, P P Y., Lee, H K., Yu, S S F., Chan, S I (2017), “Alkane oxidation: methane monooxygenases, related enzymes, and their biomimetics”, Chem Rev., 117(13), pp 8574-8621 [9] Yang, B., Cui, J F., Wong, M K (2017), “Selective C–H bond hydroxylation of cyclohexanes in water by supramolecular control”, RSC Adv., 7(49), pp 30886-30893 [10] Sremaniak, L S., Whitten, J L., Truitt, M J., White, J L (2006), “Weak Hydrogen Bonding Can Initiate Alkane C−H Bond Activation in Acidic Zeolites”, J Phys Chem B, 110(42), pp 20762-20764 [11] Plata, R E., Hill, D E., Haines, B E., Musaev, D G., Chu, L., Hickey, D P., Blackmond, D G (2017), “A role for Pd(IV) in catalytic enantioselective C– H functionalization with monoprotected amino acid ligands under mild conditions”, J Am Chem Soc., 139(27), pp 9238-9245 [12] Klopper, W., Schütz, M (1995), “Ab Initio Calculations of the Binding Energies of Small (H2O)n Clusters (n=1-4)”, Ber Bunsenges Phys Chem., 99(3), pp 469-473 [13] Xantheas, S S., Dunning Jr, T H (1993), “Ab initio studies of cyclic water clusters (H2O)n, n= 1–6 I Optimal structures and vibrational spectra”, J Chem Phys., 99(11), pp 8774-8792 [14] Bene, J E D (1971), “Theoretical study of open chain dimers and trimers containing CH3OH and H2O” J Chem Phys., 55(9), pp 4633-4636 -75- [15] Campen, R K., Kubicki, J D (2010), “Interaction energy and the shift in OH stretch frequency on hydrogen bonding for the H2O→H2O, CH3OH→H2O, and H2O→CH3OH dimers”, J Comput Chem., 31(5), pp 963-972 [16] Bene, J E D.(1972), “Molecular Orbital Theory of the Hydrogen Bond III Dimers Containing NH2OH, H2O, HOF, and H2O”, J Chem Phys., 57(5), pp 1899-1908 [17] Alkorta, I., Maluendes, S (1995), “Theoretical study of CH∙∙∙O hydrogen bonds in H2O-CH3F, H2O-CH2F2, and H2O-CHF3”, J Phys Chem., 99(17), pp 6457-6460 [18] Gopi, R., Ramanathan, N., Sundararajan, K (2016), “Blue-shift of the CH stretching vibration in CHF3-H2O complex: Matrix isolation infrared spectroscopy and ab initio computations” Chem Phys., 476, pp 36-45 [19] Luzar, A., Chandler, D (1993), “Structure and hydrogen bond dynamics of water–dimethyl sulfoxide mixtures by computer simulations”, J Chem Phys., 98(10), pp 8160-8173 [20] Chivers, T., Laitinen, R S (2015), “Tellurium: a maverick among the chalcogens”, Chem Soc Rev., 44(7), pp 1725-1739 [21] Du, P., Saidu, N E B., Intemann, J., Jacob, C., Montenarh, M (2014), “A new tellurium-containing amphiphilic molecule induces apoptosis in HCT116 colon cancer cells”, Biochim Biophys Acta, 1840(6), pp 1808-1816 [22] Cunha, R L., Gouvea, I E., Juliano, L (2009), “A glimpse on biological activities of tellurium compounds”, An Acad Bras Ciênc., 81, pp 393-407 [23] Mishra, K K., Singh, S K., Kumar, S., Singh, G., Sarkar, B., Madhusudhan, M S., Das, A (2019), “Water-mediated selenium hydrogen-bonding in proteins: PDB analysis and gas-phase spectroscopy of model complexes”, J Phys Chem A, 123(28), pp 5995-6002 [24] Mishra, K K., Singh, S K., Ghosh, P., Ghosh, D., Das, A (2017), “The nature of selenium hydrogen bonding: gas phase spectroscopy and quantum chemistry calculations”, Phys Chem Chem Phys., 19(35), pp 24179-24187 [25] Mundlapati, V R., Sahoo, D K., Ghosh, S., Purame, U K., Pandey, S., Acharya, R., Biswal, H S (2017), “Spectroscopic evidences for strong hydrogen bonds with selenomethionine in proteins”, J Phys Chem Lett., 8(4), pp 794-800 [26] Chand, A., Biswal, H S (2020), “Hydrogen bonds with chalcogens: looking beyond the second row of the periodic table”, J Indian Institute Scien., 100(1), pp 77-100 [27] Hou, M., Li, Q Z., Scheiner, S (2019), “Comparison between hydrogen and halogen bonds in complexes of 6-OX-fulvene with pnicogen and chalcogen electron donors”, Chem Phys Chem., 20(15), pp [28] Das, B., Chakraborty, A., Chakraborty, S (2017), “Effect of ionic charge on OH⋯ Se hydrogen bond: A computational study”, Comput Theor Chem., 1102, pp 127-138 -76- [29] Chand, A., Sahoo, D K., Rana, A., Jena, S., Biswal, H S (2020), “The prodigious hydrogen bonds with sulfur and selenium in molecular assemblies, structural biology, and functional materials”, Accounts of Chemical Research, 53(8), pp 1580-1592 [30] Sahoo, D K., Jena, S., Dutta, J., Rana, A., Biswal, H S (2019), “Nature and strength of M–H···S and M–H···Se (M= Mn, Fe, & Co) hydrogen bond”, The J Phys Chem A, 123(11), pp 2227-2236 [31] Trung, N T., Khanh, P N., Carvalho, A J P., Nguyen, M T (2019), “Remarkable shifts of Csp2‐H and O‐H stretching frequencies and stability of complexes of formic acid with formaldehydes and thioformaldehydes”, J Comput Chem, 40(13), pp 1387-1400 [32] Chandra, A K., Zeegers‐Huyskens, T (2012), “A theoretical investigation of the interaction between substituted carbonyl derivatives and water: open or cyclic complexes?”, J Comput Chem., 33(11), pp 1131-1141 [33] Pauling, L (1931), “The nature of the chemical bond Application of results obtained from the quantum mechanics and from a theory of paramagnetic susceptibility to the structure of molecules”, J Am Chem Soc 53, pp 13671400 [34] Budesinsky, M., Fiedler, P., Arnold, Z (1989), “Triformylmethane: An efficient preparation, some derivatives, and spectra”, Synthesis (Stuttgart), (11), pp 858-860 [35] Hobza, P., Špirko, V., Selzle, H L., Schlag, E W (1998), “Anti-hydrogen bond in the benzene dimer and other carbon proton donor complexes”, J Phys Chem A, 102(15), pp 2501-2504 [36] Hobza, P., Havlas, Z (1999), “The fluoroform⋯ethylene oxide complex exhibits a C–H⋯O anti-hydrogen bond”, Chem Phys Lett., 303(3-4), pp 447452 [37] Hermansson, K (2002), “Blue-shifting hydrogen bonds”, J Phys Chem A, 106(18), pp 4695-4702 [38] Hobza, P., Havlas, Z (2002), “Improper, blue-shifting hydrogen bond”, Theor Chem Acc., 108(6), pp 325-334 [39] Hobza, P., Havlas, Z (2000), “Blue-shifting hydrogen bonds”, Chem Rev., 100(11), pp 4253-4264 [40] Joseph, J., Jemmis, E D (2007), “Red-, blue-, or no-shift in hydrogen bonds: a unified explanation”, J Am Chem Soc., 129(15), pp 4620-4632 [41] Delanoye, S N., Herrebout, W A., Van der Veken, B J (2002), “Improper or classical hydrogen bonding? A comparative cryosolutions infrared study of the complexes of HCClF2, HCCl2F, and HCCl3 with dimethyl ether J Am Chem Soc., 124(25), pp 7490-7498 [42] Alabugin, I V., Manoharan, M., Peabody, S., Weinhold, F (2003), “Electronic basis of improper hydrogen bonding: a subtle balance of hyperconjugation and rehybridization”, J Am Chem Soc., 125(19), pp 5973-5987 -77- [43] Pejov, L., Hermansson, K (2003), “On the nature of blueshifting hydrogen bonds: ab initio and density functional studies of several fluoroform complexes”, J Chem Phys., 119(1), pp 313-324 [44] Trung, N T., Hue, T T., Nguyen, M T., Zeegers-Huyskens, T (2008), “Theoretical study of the interaction between HNZ (Z= O, S) and H2XNH2 (X= B, Al) Conventional and dihydrogen bonds”, Phys Chem Chem Phys., 10(33), pp 5105-5113 [45] Trung, N T., Hue, T T., Nguyen, M T (2009), “Interaction of CHX3 (X= F, Cl, Br) with HNO induces remarkable blue shifts of both C–H and N–H bonds”, Phys Chem Chem Phys., 11(6), pp 926-933 [46] Michielssens, S., Trung, N T., Froeyen, M., Herdewijn, P., Nguyen, M T., Ceulemans, A (2009), “Hydrolysis of aspartic acid phosphoramidate nucleotides: a comparative quantum chemical study”, Phys Chem Chem Phys., 11(33), pp 7274-7285 [47] Trung, N T., Hue, T T., Nguyen, M T (2010), “Theoretical analysis of the (HNO)2, (HNO3∙∙∙HNS), and (HNS)2 dimers—A case of red and blue shifts of N–H stretching frequency”, Can J Chem., 88(8), pp 849-857 [48] Trudeau, G., Dumas, J M., Dupuis, P., Guérin, M., Sandorfy, C (1980), “Intermolecular interactions and anesthesia: Infrared spectroscopic studies” Van der Waals systems, pp 91-125 [49] Hobza, P., Špirko, V., Havlas, Z., Buchhold, K., Reimann, B., Barth, H D., Brutschy, B (1999), “Anti-hydrogen bond between chloroform and fluorobenzene”, Chem Phys Lett., 299(2), pp 180-186 [50] Taylor, R., Kennard, O (1982), “Crystallographic evidence for the existence of C–H∙∙∙O, C–H∙∙∙N and C–H∙∙∙Cl hydrogen bonds”, J Am Chem Soc., 104(19), pp 5063-5070 [51] Boldeskul, I E., Tsymbal, I F., Ryltsev, E V., Latajka, Z., Barnes, A J (1997), “Reversal of the usual ν(CH/D) spectral shift of haloforms in some hydrogen-bonded complexes”, J Mol Struct., 436, pp 167-171 [52] Reimann, B., Buchhold, K., Vaupel, S., Brutschy, B (2001), “Blue-Shift in the Frequencies of the C–H Stretches of Chloro-and Fluoroform Induced by C– H∙∙∙π Hydrogen Bonding with Benzene Derivatives: the Influence of Electron Donating and Withdrawing Substituents” Z Phys Chem., 215, pp 777 [53] Herrebout, W A., Delanoye, S N., Maes, B U., van der Veken, B J (2006), “Infrared spectra of the complexes of trifluoroethene with dimerthyl ether, acetone, and oxirane: a cryosolution study”, J Phys Chem A, 110(51), pp 13759-13768 [54] Michielsen, B., Herrebout, W A., van der Veken, B J (2008), “C–H bonds with a Positive Dipole Gradient Can Form Blue‐Shifting Hydrogen Bonds: The Complex of Halothane with Methyl Fluoride”, Chem Phys Chem., 9(12), pp 1693-1701 -78- [55] Shirhatti, P R., Wategaonkar, S (2010), “Blue shifted hydrogen bond in 3methylindole·CHX3 complexes (X= Cl, F)”, Phys Chem Chem Phys., 12(25), pp 6650-6659 [56] Shirhatti, P R., Maity, D K., Wategaonkar, S (2013), “C–H···Y Hydrogen Bonds in the Complexes of p-Cresol and p-Cyanophenol with Fluoroform and Chloroform”, J Phys Chem A, 117(11), pp 2307-2316 [57] Herrebout, W A., Melikova, S M., Delanoye, S N., Rutkowski, K S., Shchepkin, D N., van der Veken, B J (2005), “A cryosolution infrared study of the complexes of fluoroform with ammonia and pyridine: Evidence for a CH∙∙∙N blue-shifting hydrogen bond”, J Phys Chem A, 109(13), pp 30383044 [58] Rutkowski, K S., Melikova, S M., Rospenk, M., Koll, A (2011), “Strong and weak effects caused by non covalent interactions between chloroform and selected electron donor molecules”, Phys Chem Chem Phys., 13(31), pp 14223-14234 [59] Oliveira, B G., de Araujo, R C M U., Ramos, M N (2009), “A theoretical study of blue-shifting hydrogen bonds in π weakly bound complexes”, J Mol Struct., 908(1-3), pp 79-83 [60] Reimann, B., Buchhold, K., Vaupel, S., Brutschy, B., Havlas, Z., Špirko, V., Hobza, P (2001), “Improper, blue-shifting hydrogen bond between fluorobenzene and fluoroform”, J Phys Chem A, 105(23), pp 5560-5566 [61] Behera, B., Das, P K (2019), “Blue-shifted hydrogen bonding in the gas phase CH/D3CN···HCCl3 complexes”, J Phys Chem A, 123(9), pp 1830-1839 [62] Levine, I.N (1999), Quantum Chemistry, Prentice Hall, New Delhi [63] Lâm Ngọc Thiềm, Phạm Văn Nhiêu, Lê Kim Long (2008), Cơ sở hóa học lượng tử, NXBKHKT [64] Nguyễn Đình Huề, Nguyễn Đức Chuy (2003), Thuyết lượng tử nguyên tử phân tử, tập 1, 2, NXBGD [65] Nguyễn Tiến Trung (2009), Nghiên cứu lý thuyết liên kết hydro, đihydro chuyển dời xanh chuyển dời đỏ phương pháp hóa học lượng tử, Luận án Tiến sĩ hóa học - Trường ĐHSP Hà Nội [66] Choi, H.S., Kim, K.S (2000), "Theoretical Study of Microscopic Molecular Structure of Helicenebisquinone Aggregates", J Phys Chem B., 104, pp 11006–11009 [67] Alkorta, I., Rozas, I., Elguero, J (2002), "Theoretical study of the Si–H group as potential hydrogen bond donor", Int J Quantum Chem., 86, pp 122–129 [68] Hibbert, F., Emsley, J (1990), “Hydrogen Bonding and Chemical Reactivity”, Adv Phys Org Chem., 26, pp 255–379 [69] Alkorta, I., Rozas, I., Elguero, J (1998), "Non-conventional hydrogen bonds", Chem Soc Rev., 27, pp 163–170 [70] Jeffrey, G.A (1997), An introduction to hydrogen bonding, Oxford University Press, New York -79- [71] Scheiner, S (1997), Hydrogen Bonding: A Theoretical Perspective, Topics in Physical Chemistry, Oxford University Press, Oxford, New York [72] Bader, R.F.W (1994), Atoms in Molecules: A Quantum Theory, International Series of Monographs on Chemistry, Oxford University Press, Oxford, New York [73] Popelier, P.L (2000), Atoms in Molecules: An Introduction, Prentice Hall, Harlow [74] Trung, N T., Hue, T T., Nguyen, M T (2009), “Remarkable blue shifts of C−H and N−H stretching frequencies in the interaction of monosubstituted formaldehyde and thioformaldehyde with nitrosyl hydride”, J Phys Chem A, 113(13), pp 3245-3253 [75] Zhang, G., Ji, A., Chen, D (2008), “Origin of blue and red shifts of C–H and C–N stretching vibrations in formamide–HF/H2O/H2S/NH3 complexes”, J Mol Struct.: THEOCHEM, 853(1-3), pp 89-96 [76] Trung, N T., Hung, N P., Hue, T T., Nguyen, M T (2011), “Existence of both blue-shifting hydrogen bond and Lewis acid–base interaction in the complexes of carbonyls and thiocarbonyls with carbon dioxide”, Phys Chem Chem Phys., 13(31), pp 14033-14042 [77] Boys, S F., Bernardi, F J M P (1970), “The calculation of small molecular interactions by the differences of separate total energies Some procedures with reduced errors”, Mol Phys., 19(4), pp 553-566 [78] Bader R F W (1991), “A Quantum Theory of Molecular Structure and Its Application”, Chem Rev., 91, pp 893-928 [79] Espinosa E., Molins E., Lecomte C (1998), “Hydrogen bond strengths revealed by topological analyses of experimentally observed electron densities”, Chem Phys Lett, 285, pp 170–173 [80] Johnson, E R., Keinan, S., Mori-Sánchez, P., Contreras-García, J., Cohen, A J., Yang, W (2010), “Revealing noncovalent interactions”, J Am Chem Soc., 132(18), pp 6498-6506 [81] Contreras-García, J., Johnson, E R., Keinan, S., Chaudret, R., Piquemal, J P., Beratan, D N., Yang, W (2011), “NCIPLOT: a program for plotting noncovalent interaction regions”, J Chem Theor Comput., 7(3), pp 625-632 [82] Informatics, "NIST Chemistry WebBook" [83] Liu, H., Man, R., Wang, Z., Liao, J., Li, X., Ma, S., Yi, P (2014), “Study on the cooperativity of hydrogen bonds between H2Y and HX (X= F, Cl, Br; Y= O, S, Se)”, J Theor Comput Chem., 13(05), pp 1450037 [84] Chandra, A K., Zeegers-Huyskens, T (2012), “Theoretical Investigation of the Cooperativity in CH3CHO·2H2O, CH2FCHO·2H2O, and CH3CFO·2H2O Systems”, J At Mol Phys., 2012 [85] Chandra, A K.; Zeegers-Huyskens, T (2013), “Theoretical study of the cooperativity in substituted dimerthyl etherscomplexed with two water 61 molecules Red or blue shifts of the m(CH) vibrations”, Chem Phys., 410, pp 66-70 -80- [86] Masella, M., Flameny, J-P (1999), “A theoretical study of five water/ammonia/formaldehyde cyclic trimers: Influence of cooperative effects”, J Chem Phys, 110, pp.7245-7255 [87] Cuc, N T T., Dai, H Q., Nhung, N T A., Hung, N P., Trung, N T (2019), “Roles of H2O to hydrogen bonds, structure and strength of complexes of CH3CHS and H2O”, Vietnam J Chem., 57(4), pp 425-432 [88] Lei, J., Alessandrini, S., Chen, J., Zheng, Y., Spada, L., Gou, Q., Barone, V (2020), “Rotational spectroscopy meets quantum chemistry for analyzing substituent effects on non-covalent Interactions: The case of the trifluoroacetophenone-water complex”, Molecules, 25(21), pp 4899 [89] Thi Hong Man, N., Le Nhan, P., Vo, V., Tuan Quang, D., Tien Trung, N (2017), “An insight into C–H···N hydrogen bond and stability of the complexes formed by trihalomethanes with ammonia and its monohalogenated derivatives”, Inter J Quantum Chem., 117(6), pp e25338 [90] Khanh, P N., Phan, C T D., Ho, D Q., Van Vo, Q., Ngan, V T., Nguyen, M T., Trung, N T (2019), “Insights into the cooperativity between multiple interactions of dimethyl sulfoxide with carbon dioxide and water”, J Comput Chem., 40(2), pp 464-474 [91] Qingzhong, L., Xiulin, A., Baoan, G., Jianbo, C (2007), “Cooperativity between O–H∙∙∙O and C–H∙∙∙O Hydrogen Bonds Involving Dimethyl Sulfoxide-H2O-H2O Complex”, J Phys Chem A, 111, 10166-10169 [92] Guin, M., Rautela, K., Roopa, R A., Shantharam, C S., Elavarasi, S B (2021), “Hydrogen bonded complexes of rhodanine with H2X/CH3XH (X= O, S, Se)”, Comput Theor Chem., 1196, pp 113134 ... DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN NGUYỄN THỊ THANH CÚC NGHIÊN CỨU LIÊN KẾT HYDRO, CẤU TRÚC VÀ ĐỘ BỀN CÁC PHỨC CH3CHZ∙∙∙nH2O (Z =O, S, Se, Te; n=1, 2, 3) BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC LƯỢNG TỬ Chuyên... chất liên kết hydro, nghiên cứu độ bền liên kết hydro công bố trước O–H∙∙∙Se/Te, định chọn đề tài ? ?Nghiên cứu liên kết hydro, cấu trúc độ bền phức CH3CHZ∙∙∙nH2O (Z =O, S, Se, Te; n=1, 2, 3) phương. .. chất liên kết hydro hệ phức hình thành Phương pháp nghiên cứu 5.1 Nghiên cứu sở lý thuyết - Đọc tài liệu hóa học lượng tử, hóa học tính tốn, cơng trình nghiên cứu liên quan đến liên kết hydro, nghiên