Calculation of the formation enthalpy and the ionic equilibrium constant of organic substances by quantum chemistry methods

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Using composite methods of quantum chemical calculations and the atomization method, the values of the enthalpy of formation for a test set of 79 compounds in gas phase were calculated with an accuracy of 3.8, 4.5, 4.7 kJ/mol for the G4, G4MP2, CBS-QB3 methods, respectively. According to the results of statistical analysis of deviations of theoretical values from experimental ones, the presence of an error occurring at the geometry optimization step due to unaccounted correlation effects was revealed. For aliphatic amines and alcohols from the considered set of compounds, the values of the p K a for aqueous solutions were calculated by the G4 method including solvent effects by CPCM model. The existence of a correlation between the error in the p K a calculation and the differences in energy values between the highest occupied and lowest unoccupied molecular orbitals for conjugated acidic and basic forms in the solution phase is revealed. A method is put forward to refine the calculation results, using which the p K a values for 20 amines and 20 alcohols were determined with an accuracy of 0.67 and 0.87 p K a units, respectively.

About the authors

V. E. Maltseva

St. Petersburg State Institute of Technology (Technical University)

A. A. Oskorbin

St. Petersburg State Institute of Technology (Technical University)

Email: oskorbin-a@mail.ru

References

  1. Брусина М.А., Лысова С.С., Оскорбин А.А., Рамш С.М. // ЖОХ. 2023. Т. 93. № 5. С. 717
  2. Brusina M.A., Lysova S.S., Oskorbin A.A., Ramsh S.M. // Russ. J. Chem. 2023. Vol. 93. N 5. P. 717. doi: 10.31857/S0044460X23050074
  3. Alongi K.S., Shields G.S. // Annu. Rep. Comput. Chem. 2010. Vol. 6. P. 113. doi: 10.1016/S1574-1400(10)06008-1
  4. Curtiss L.A., Redfern P.C., Raghavachari K. // J. Chem. Phys. 2007. Vol. 126. N 8. P. 84108. doi: 10.1063/1.2436888
  5. Curtiss L.A., Redfern P.C., Raghavachari K. // J. Chem. Phys. 2007. Vol. 127. N 12. P. 124105. doi: 10.1063/1.27707014.cbs-qb3
  6. Montgomery J.A., Frisch M.J., Ochterski J.W., Petersson G.A. // J. Сhem. Phys. 1999. Vol. 110. N 6. P. 2822. doi: 10.1063/1.477924
  7. Narayanan B., Redfern P.C., Assary R.S., Curtiss L.A. // Chem. Sci. 2019. Vol. 10. N 31. P. 7449. doi: 10.1039/C9SC02834J
  8. He X., Zhang J., Gao H. // Int. J. Quantum Chem. 2012. Vol. 112. N 6. P. 1688. doi: 10.1002/qua.23163
  9. Dorofeeva O.V., Filimonova M.A., Marochkin I.I. // J. Chem. Eng. Data. 2019. Vol. 64. N 12. P. 5630. doi: 10.1021/acs.jced.9b00680
  10. Dorofeeva O.V., Filimonova M.A. // J. Chem. Thermodynamics. 2020. Vol. 145. P. 106092. doi: 10.1016/j.jct.2020.106092
  11. da Silva G., Bozzelli J.W. // J. Phys. Chem. 2006. Vol. 110. N 48. P. 13058. doi: 10.1021/jp063772b
  12. Liptak M.D., Shields G.C. // J. Am. Chem. Soc. 2001. Vol. 123. N 30. P. 7314. doi: 10.1021/ja010534f12.
  13. Liptak M.D., Gross K.C., Seybold P.G., Feldgus S., Shields G.C. // J. Am. Chem. Soc. 2002. Vol. 22. N 124. P. 6421. doi: 10.1021/ja012474j
  14. Casasnovas R., Frau J., Ortega-Castro J., Salva A., Donoso J., Munoz F. // J. Mol. Struct. 2009. Vol. 912. N 1. P. 5. doi: 10.1016/j.theochem.2008.11.020
  15. Kallies B., Mitzner R. // J. Phys. Chem. 1997. Vol. 101. N 15. P. 2959. doi: 10.1021/jp962708z
  16. Busch M., Ahlberg E., Ahlberg E., Laasonen K. // ACS Omega. 2022. Vol. 7. N 20. P. 17369. 10.1021/acsomega.2c01393
  17. Karton, A. // WIREs Comput. Mol. Sci. 2016. Vol. 6. N 3. P. 292. doi: 10.1002/wcms.1249
  18. Casanovas R., Ortega-Castro J., Frau J., Donoso J., Munoz F. // Int. J. Quantum Chem. 2014. Vol. 114. N 20. P. 1350. doi: 10.1002/qua.24699
  19. Lewars E.G. Computational Chemistry. Introduction to the Theory and Applications of Molecular and Quantum Mechanics. Dordrecht: Springer, 2011. 728 p.
  20. 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., Nakatsuji H., Caricato M., Li X., Hratchian H.P., Izmaylov A.F., Bloino J., Zheng G., Sonnenberg J.L., Hada M., Ehara M., Toyota K., Fukuda R., Hasegawa J., Ishida M., Nakajima T., Honda Y., Kitao O., Nakai H., Vreven T., Montgomery Jr.J.A., Peralta J.E., Ogliaro F., Bearpark M., Heyd J.J., Brothers E., Kudin K.N., Staroverov V.N., Keith T., Kobayashi R., Normand J., Raghavachari K., Rendell A., Burant J.C., Iyengar S.S., Tomasi J., Cossi M., Rega N., Millam J.M., Klene M., Knox J.E., Cross J.B., Bakken V., Adamo C., Jaramillo J., Gomperts R., Stratmann R.E., Yazyev O., Austin A.J., Cammi R., Pomelli C., Ochterski J.W., Martin R.L., Morokuma K., Zakrzewski V.G., Voth G.A., Salvador P., Dannenberg J.J., Dapprich S., Daniels A.D., Farkas O., Foresman J.B., Ortiz J.V., Cioslowski J., Fox D.J., Gaussian 09, Gaussian Inc., Wallingford CT, 2013.
  21. Гурвич Л.В., Вейц И.В., Медведев В.А., Хачкурузов Г.А., Юнгман В.С., Бергман Г.А., Байбуз В.Ф., Иориш В.С., Юрков Г.Н., Горбов С.И., Назаренко И.И., Дорофеева О.В., Куратова Л.Ф., Осина Е.Л., Гусаров А.В., Леонидов В.Я., Пржевальский И.Н., Рогацкий А.Л., Ефремов Ю.М., Рябова В.Г., Зицерман В.Ю., Хайт Ю.Г., Шенявская Е.А., Ефимов М.Е., Кулемза В.А., Ходеев Ю.С., Томберг С.Э., Вдовин В.Н., Якобсон А.Я., Демидова М.С. Термодинамические свойства индивидуальных веществ. / Под ред. В.П. Глушко. М.: Наука, 1979-1982. Т. 1. 440 c.
  22. Active Thermochemical Tables (ATcT), Version 1.122d, 2022.
  23. NIST Chemistry Webbook, NIST Standard Reference Database Number 69, 2023.
  24. Verevkin S.P., Emel'yanenko V.N., Notario R., Roux M.V., Chickos J.S., Liebman J.F. // J. Phys. Chem. Lett. 2012. Vol. 3. N 23. P. 3454. doi: 10.1021/jz301524c
  25. National Library of Medicine. https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
  26. Thapa B. and Schlegel B.H. // J. Phys. Chem. (A). 2017. Vol. 121. N 24. P. 4698. doi: 10.1021/acs.jpca.7b03907
  27. Haynes W.M., Lide D.R., Bruno T.J. CRC Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton: CRC Press LLC, 2014. 2666 p.
  28. Болч Б., Хуань К.Дж. Многомерные статистические методы для экономики: Пер. с англ. М.: Статистика, 1979. 317 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».