مطالعه نظری مایع‌های یونی ایمیدازولیوم جفت‌شده با آنیون دی‌سیانامید: تاثیر طول زنجیر جانبی و عامل‌دار کردن آن با اتر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه شیمی، دانشکده علوم، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران

10.22036/cr.2021.279445.1140

چکیده

خواص هندسی و الکترونی چهار مایع یونی بر پایه ایمیدازولیوم با طول زنجیره‌های آلکیلی جانبی مختلف که با آنیون دی‌سیانامید جفت شده‌اند، مطالعه شده و اثر عامل‌دار کردن با اتر نیز مورد بررسی قرار گرفته است. ساختار هندسی و پایداری نسبی جفت‌یون‌ها مورد بحث قرار گرفته است. در پایدارترین جهت‌گیری‌ها، آنیون در بالای صفحه ایمیدازولیوم قرار گرفته و ارتباط نزدیکی با C2–H کاتیون دارد. در مایعات یونی بر پایه ایمیدازولیوم، با افزایش طول زنجیره آلکیلی، انرژی برهمکنش کاتیون-آنیون از روند مشخصی تبعیت نمی‌کند. در حالی که در جفت‌یون‌های عامل‌دار شده روند انرژی برهمکنش کاهشی است. در اثر عامل‌دار کردن با اتر، انرژی برهمکنش افزایش می‌یابد. سطوح پتانسیل الکترواستاتیکی به منظور یافتن نحوه جهت‌گیری مطلوب کاتیون و آنیون ترسیم شده است. برهمکنش کاتیون-آنیون در پایدارترین کانفورمرها با انجام آنالیز اوربیتال پیوند طبیعی مورد بررسی قرار گرفته است. بارهای جزئی و انرژی پایداری اختلال مرتبه دوم محاسبه شده است. در آخر انتالپی استاندارد تشکیل فاز گازی جفت-یون‌های مورد مطالعه محاسبه شده است. تأثیر طول زنجیره جانبی آلکیلی بر انتالپی تشکیل مایعات یونی نیز مورد بررسی قرار گرفته است. با افزایش طول زنجیره جانبی آلکیلی، میزان نتالپی تشکیل محاسبه شده کاهش می‌یابد و سهم گروه CH2 نیز محاسبه شده است.

چکیده تصویری

مطالعه نظری مایع‌های یونی ایمیدازولیوم جفت‌شده با آنیون دی‌سیانامید: تاثیر طول زنجیر جانبی و عامل‌دار کردن آن با اتر

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Computational study of imidazolium-based ionic liquids paired with dicyanamide anion: The effect of side-chain length and ether-functionalization

نویسندگان [English]

  • Morteza Zare
  • Forouzan Arashnezhad
Department of Chemistry, Faculty of Science, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran
چکیده [English]

The geometrical and electronic structures of four imidazolium-based ILs with different alkyl chain length paired with dicyanamide anion were studied and the effect of ether functionalization was also investigated. The geometrical structures and relative stabilities of the ion pairs were discussed. In the most stable geometries, the anion locates above the imidazolium plane and has close contact with the C2–H of cation. The cation-anion interaction energies (Eint) were also calculated for the most stable conformers. The Eint values have no clear trend with alkyl chain lengthening for imidazolium-based ILs, whereas decrease for ether-functionalized ones. It was found that the interaction energies increase with ether functionalization. MEP surfaces were created in order to elucidate the sites of the cations and anions at which they are most likely to interact. The cation-anion interaction in the most stable conformers were investigated by performing the NBO analysis, the partial charges and E(2) were evaluated. Finally, the gas phase enthalpy of formation of the studied ionic liquids has been calculated by G3(MP2) level using atomization energy approach. The effect of the alkyl side chain length upon the enthalpy of formation of the ionic liquids was also studied. The calculated enthalpies of formation were found to decrease in magnitude with increasing alkyl side chain length and the contribution of the CH2 group was also calculated.

کلیدواژه‌ها [English]

  • DFT(D3)
  • Enthalpy of formation
  • Ether-functionalized
  • Imidazolium
  • Ionic Liquids
1 J. P. Hallett, T. Welton, Chem. Rev. 111, 3508 (2011).
2 A. E. Somers, P. C. Howlett, D. R. MacFarlane, M. Forsyth, Lubricants, 1, 3 (2013).
3 Z. B. Zhou, H. Matsumoto, K. Tatsumi, Chem. Eur. J. 10, 6581 (2004).
4 C. Ye, J. M. Shreeve, J. Org. Chem. 69, 8561 (2004).
5 Z. Fei, D. Zhao, T. J. Geldbach, R. Scopelliti, P. J. Dyson, S. Antonijevic, G. Bodenhausen, Angew. Chem. Int. Ed. 44, 5720 (2005).
6 L. C. Branco, J. N. Rosa, R. J. J. Moura, C. A. M. Alfonso, Chem. Eur. J. 8, 3671 (2002).
7 Z. B. Zhou, H. Matsumoto, K. Tatsumi, Chem. Eur. J. 12, 2196 (2006).
8 Z. Fei, W. H. Ang, D. Zhao, R. Scopelliti, E. E. Zvereva, S. A. Katsyuba, P. J. Dyson, J. Phys. Chem. B 111, 10095 (2007).
9 H. Shen, Z. Chen, T. Xiao, ChemistrySelect 2, 5545 (2017).
10 S. Grimme, J. Antony, S. Ehrlich, H. Krieg, J. Chem. Phys. 132, 154104 (2010).
11 S. Grimme, S. Ehrlich, L. Goerigk, J. Comput. Chem. 32, 1456 (2011).
12 Frisch, M, J.; Trucks, G, W.; Schlegel, H, B.; Scuseria, G, E.; Robb, M, A.; Cheeseman, J, R.; Scalmani, G.; Barone, V.; Mennucci, B. Petersson, G, A. et al., Gaussian 09 Gaussian. Inc., Wallingford CT, (2009).
13 S. Tsuzuki, H. Tokuda, K. Hayamizu, M. Watanabe, J. Phys. Chem. B 109, 16474 (2005).
14 E. Bodo, R. Caminiti, J. Phys. Chem. A 114, 12506 (2010).
15 L. A. Curtiss, P. C. Redfern, K. Raghavachari, V. Rassolov, J. A. Pople, J. Chem. Phys. 110, 4703 (1999).