بررسی ساختارها، انرژی‌های بستگی و خواص ترمودینامیکی مایع یونی متیل‌ایمیدازولیوم تتراسیانوبورات

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی سیرجان، سیرجان، ایران

2 گروه شیمی، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران

3 دانشگاه آزاد اسلامی سیرجان، سیرجان، ایران

چکیده

در این تحقیق تمام برهمکنشهای مولکولی بین کاتیون و آنیون در مایع یونی متیل ایمیدازولیوم تترا سیانو بورات در سطح نظری B3LYP/6-311++G(2d,2p) مورد مطالعه قرار گرفته است. چهار جفت یون روی سطح انرژی پتانسیل مشخص شد. ساختارها، انرژی‌های برهمکنش، پیوندهای هیدروژنی، خواص فیزیکی و خواص ترمودینامیکی جفت یونها بررسی شدند. همچنین، اثر حلالهای مختلف روی پایداری کمپلکسها و مونومرها بررسی شد. نتایج نشان می‌دهد پایداری کمپلکسها در حضور حلالهای مختلف نسبت به مونومرها کاهش می یابد و با افزایش قطبیت حلال، تجمع یون‌ها برای تشکیل جفت یونها کاهش یافته است. محاسبات COSMO-RS برای بدست آوردن بعضی از خواص ترمودینامیکی در مایع یونی متیل ایمیدازولیوم تترا سیانو بورات انجام شد. روش جابجایی شیمیایی مستقل از هسته(NICS) برای شناسایی آروماتیسیته حلقه کاتیونی روی کمپلکسها استفاده شد. نتایج نشان می‌دهد که مقدار مطلق NICS در کمپلکس ها افزایش می‌یابد، در نتیجه، آروماتیسیته حلقه کاتیون در اثر تشکیل جفت یونها افزایش می‌یابد که باعث افزایش عدم استقرار الکترونهای Π می‌شود. بر اساس آنالیز اوربیتال پیوند طبیعی (NBO) در همه جفت یونها انتقال بار از آنیون به کاتیون صورت می‌گیرد. آنالیز اتمها در مولکول(AIM) نشان می دهد که همه برهمکنش ها ماهیت الکترواستاتیکی دارند و برهمکنش N…H-N قوی‌تر از N…H-C است.

چکیده تصویری

بررسی ساختارها، انرژی‌های بستگی و خواص ترمودینامیکی مایع یونی متیل‌ایمیدازولیوم تتراسیانوبورات

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigation of structures, binding energies and thermodynamic properties of ionic liquid [Mim+][B(CN)4−]

نویسندگان [English]

  • Batoul Makiabadi 1
  • Mohammad Zakarianezhad 2
  • Khadijeh Eghbali 3
1 Associate Professor-Physical Chemistry Department of Chemical Engineering, Sirjan University of Technology
2 دانشگاه پیام نور سیرجان
3 دانشگاه آزاد سیرجان
چکیده [English]

In the present study, intermolecular interactions between cation and anion in methylimidazolium tetracyanoborate ionic liquid [Mim+][B(CN)4−] have been studied using B3LYP/6-311G(2d,2p) level of theory. Four ion pairs were found on the potential energy surface. The most stable structures contain both N∙∙∙H–N and N∙∙∙H–C hydrogen bonds. Structures, interaction energies, hydrogen bonding, physical and thermodynamic properties as well as topological properties have been investigated. The effect of different solvents on the stability of complexes and monomers was examined. The thermodynamic properties of ion pairs were calculated using COSMO-RS model. NICS used for indicating of aromaticity of cation ring upon complexation. The NBO results show that in all the ion pairs, the charge transfer taking place from anion to cation. Also, the LPN * (N–H) and LPN* (C-H) donor–acceptor interactions are most important interactions in these complexes. The QTAIM results reveal that all interactions have electrostatic nature. It is predicted that N…H-N interaction is stronger than N…H-C one.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Effect of solvent
  • Ionic liquid
  • Interaction energy
  • Thermodynamic properties

مراجع

1) W. Liu, L. Cheng, Y. Zhang, H. Wang, M. Yu, J. Mol. Liq, 140, 68 (2008).
2) A. Triolo, O. Russina, B. Fazio, G. B. Appetecchi, M. Carewska, S. Passerini, J. Chem. Phys, 130, 164521 (2009).
3) S. H. Shamsi, N. D, Danielson, J Sep Sci 30, 1729 (2007).
4) M. A. P. Martins, C. P. Frizzo, D. N. Moreira, N. Zantta, H. G. Bonacorso, Chem. Rev, 713, 2015 (2008).
5) F. Van Rantwijk, R. A. Sheldon, Chem. Rev, 107, 2757 (2007).
6) R. Hagiwara, Y. J. Ito, Fluorine Chem, 105, 221 (2000).
7) J. G. Huddleston, A. E. Visser, W. M. Reichert, H. D. Willauer, G. A. Broker, R. D. Rogers, Green Chem, 3, 154 (2001).
8) T. Welton, Chem .Rev, 99, 2071 (1999).
9) S. Werner, M. Haumann, P. Wasserscheid,  Annu. Rev. Chem. Biomol. Eng, 1, 203 (2010).
10) H. Ohno, Electrochemical Aspects of Ionic Liquids, Wiley: Hoboken NJ. 2011.
11) W. L. Hough, R. D. Rogers, Bull. Chem. Soc. Jpn, 80, 2262 (2007).
12) H. Roohi, S. Khyrkhah, J Mol Liq 177,119 (2013).
13) J. J. Allen, S. R. Bowser, K. Krishnan Damodaran, Phys Chem Chem Phys, 16, 8078 (2014).
14) H. Roohi, R. Salehi. J Mol Liq, 161, 63–71 (2011).
15) A. Giełdoń, M. Bobrowski, A. Bielicka-Giełdoń, C. Czaplewski. J Mol Liq, 225, 467 (2016).
16) Q. Zhang, Y. Lan, H. Liu, X. Zhang, X. Zhang, Y. Wei, J Chem Eng Data, 61, 2002 (2016).
17) V. Znamenskiy, M. N. Kobrak, J. Phys. Chem. B, 108, 1072 (2004).
18) M. Kermanioryani, M. I. A. Mutalib, Y. Dong, K. C. Lethesh, O. B. O. Ben Ghanem, K. A. Kurnia, J. M. Leveque, J Chem Eng Data, 61, 2020 (2016).
19) E. I. Izgorodina, Z. L. Seeger, D. L. A. Scarborough, S. Y. S. Tan, Chem Rev, 117, 6696 (2017).
20) P. Wang, S. M. Zakeeruddin, R. Humphry-Baker, M. Gratzel, Chem. Mater. 16, 2694 (2004).
21) S. F .Boys, F.Bernardi, Mol Phys, 19, 553 (1970).
22) M. J. Frisch, G. W. Trucks, H. B. Schlegel, G. E. Scuseria, M. A. Robb, J. R. Cheeseman, G. Scalmani, V. Barone, B. Mennucci, G. A. Petersson, H. Nakatsuji, M. Caricato, X. Li, H. P. Hratchian, A. F. Izmaylov, J. Bloino, G. Zheng, J. L. Sonnenberg, M. Hada, M. Ehara, K. Toyota, R. Fukuda, J. Hasegawa, M. Ishida, T. Nakajima, Y. Honda, O. Kitao, H. Nakai, T. Vreven, J. A. Montgomery Jr., J. E. Peralta, F. Ogliaro, M. Bearpark, J. J. Heyd, E. Brothers, K.N. Kudin, V.N. Staroverov, R. Kobayashi, J. Normand, K. Raghavachari, A. Rendell, J. C. Burant, S. S. Iyengar, J. Tomasi, M. Cossi, N. Rega, J. M. Millam, M. Klene, J. E. Knox, J. B. Cross, V. Bakken, C. Adamo, J. Jaramillo, R. Gomperts, R. E. Stratmann, O. Yazyev, A. J. Austin, R. Cammi, C. Pomelli, J. W. Ochterski, R. L. Martin, K. Morokuma, V. G. Zakrzewski, G. A. Voth, P. Salvador, J. J. Dannenberg, S. Dapprich, A. D. Daniels, O. Farkas, J. B. Foresman, J. V. Ortiz, J. Cioslowski, D. J. Fox, Gaussian, Inc., Wallingford CT, 2009.
23) E. D. Glendening, A. E. Reed, J. E. Carpenter, F. Weinhold, NBO, Version 3.1. Gaussian Inc, Pittsburgh, PA, 1992.
24) F. Biegler-Knig, J. Schnbohm, D. Bayles, J Comput Chem, 22, 545 (2001).
25) S. Miertus, E. Scrocco, J. Tomasi, Chem. Phys. 55, 117 (1981).
26) K. Wolinski, J. F. Hilton, P. Pulay, J Am Chem Soc, 112, 8251 (1990).
27) A. Klamt, J. Phys. Chem, 99, 2224 (1995).
28) J. Palomar, V. R. Ferro, J. S. Torrecilla, F. Rodrıguez, Industrial and Engineering Chemistry Research, 46, 6041 (2007).
29) U. P. R. M. Preiss, J. M. Slattery, I. Krossing, Industrial and Engineering Chemistry Research, 48, 2290 (2009).
Chemistry Researches
دوره 2، شماره 1 - شماره پیاپی 2
اردیبهشت 1398
صفحه 33-42

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 19 تیر 1397
  • تاریخ بازنگری: 20 مهر 1397
  • تاریخ پذیرش: 24 خرداد 1398

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار