Complexes of Bromine and Its Derivatives with Nitrogen-Containing Donors: A Quantum Chemical Study

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

Structural and thermodynamic characteristics of molecular donor-acceptor complexes of BrCl, Br2, IBr with nitrogen-containing Lewis bases are computed by using quantum chemical method M06-2X/def2-TZVP in the gas phase, benzene and acetonitrile solutions in the framework of SMD model. It is shown that the polarity of the solvent significantly influences the structural features and stabilization of the complex with respect to the dissociation process. In case of BrCl complexes with all studied Lewis bases the three center four electron N–Br–Cl bond is realized in acetonitrile solution.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A. V. Pomogaeva

Saint Petersburg State University

Author for correspondence.
Email: a.y.timoshkin@spbu.ru
ORCID iD: 0000-0002-5131-4240
Russian Federation, Saint Petersburg, 199034

A. S. Lisovenko

Saint Petersburg State University

Email: a.y.timoshkin@spbu.ru
ORCID iD: 0000-0001-7443-0124
Russian Federation, Saint Petersburg, 199034

A. Yu. Timoshkin

Saint Petersburg State University

Email: a.y.timoshkin@spbu.ru
ORCID iD: 0000-0002-1932-6647
Russian Federation, Saint Petersburg, 199034

References

  1. Murray J.S., Paulsen K., Politzer P. // Proc. Indian Acad. Sci. (Chem. Sci.) 1994. Vol. 106. P. 267. doi: 10.1007/BF02840749
  2. Desiraju G.R., Shing Ho P., Kloo L., Legon A.C., Marquardt R., Metrangolo P., Politzer P., Resnati G., Rissanen K. // Pure Appl. Chem. 2013. Vol. 85. P. 1711. doi: 10.1351/PAC-REC-12-05-10
  3. Varadwaj P.R., Varadwaj A., Marques H.M., Yamashita K. // Cryst. Growth Des. 2024. Vol. 24. P. 5494. doi: 10.1021/acs.cgd.4c00228
  4. Ma Y.X., Yin H.L., Yang J., Lin H.T., Chen S.H., Zhou J., Zhuo S.P., Wang X.D. // Adv. Opt. Mater. 2022. Vol. 11. P. 2201000. doi: 10.1002/adom.202201000
  5. Tepper R., Schubert U.S. // Angew. Chem. Int. Ed. 2018. Vol. 57. P. 6004. doi: 10.1002/anie.201707986
  6. Yang H., Wong M.W. // Molecules. 2020. Vol. 25. P. 1045. doi: 10.3390/molecules25051045
  7. Mahmudov K.T., Gurbanov A.V., Guseinov F.I., Guedes da Silva M.F.C. // Coord. Chem. Rev. 2019. Vol. 387. P. 32. doi: 10.1016/j.ccr.2019.02.011
  8. Gropp C., Quigley B.L., Diederich F. // J. Am. Chem. Soc. 2018. Vol. 140. P. 2705. doi: 10.1021/jacs.7b12894
  9. Peluso P., Chankvetadze B. // Chem. Rev. 2022. Vol. 122. P. 13235. doi: 10.1021/acs.chemrev.1c00846
  10. Ivanov D.M., Bokach N.A., Kukushkin V.Yu., Frontera A. // Chem. Eur. J. 2022. Vol. 28. P. e202280262. doi: 10.1002/chem.202280262
  11. Teyssandier J., Mali K.S., De Feyter S. // ChemistryOpen. 2020. Vol. 9. P. 225. doi: 10.1002/open.201900337
  12. Costa P.J., Nunes R., Vila-Viçosa D. // Expert Opin. Drug. Discov. 2019. Vol. 14. P. 805. doi: 10.1080/17460441.2019.1619692
  13. Brammer L., Peuronen A., Roseveare T.M. // Acta Crystallogr. (C). 2023. Vol. 79. P. 204. doi: 10.1107/S2053229623004072
  14. Marstokk K.-M., Stromme K.O. // Acta Crystallogr. (B). 1968. Vol. 24. P. 713. doi: 10.1107/S0567740868003067
  15. Mascal M., Richardson J.L., Blake A.J., Li W.-S. // Tetrahedron Lett. 1996. Vol. 37. P. 3505. doi: 10.1016/0040-4039(96)00564-3
  16. Weinberger C., Hines R., Zeller M., Rosokha S.V. // Chem. Commun. 2018. Vol. 54. P. 8060, doi: 10.1039/C8CC04629H
  17. Kunkel F., Maichle-Mossmer C., Strahle J., Dehnicke K. // Z. anorg. allg. Chem. 2001. Vol. 627. P. 2445. doi: 10.1002/1521-3749(200111)627:11<2445::AID-ZAAC2445>3.0.CO;2-W
  18. Pomogaeva A.V., Lisovenko A.S., Timoshkin A.Y. // Russ. J. Gen. Chem. 2024. Vol. 94. P. S40. doi: 10.1134/S1070363224140068
  19. Pomogaeva A.V., Lisovenko A.S., Timoshkin A.Y. // J. Comp. Chem. 2025. Vol. 46. P. e27507. doi: 10.1002/jcc.27507
  20. Pröhm P., Berg W., Rupf S.M., Müller C., Riedel S. // Chem. Sci. 2023. Vol. 14. P. 2325. doi: 10.1039/D2SC06757A
  21. Pomogaeva A.V., Lisovenko A.S., Timoshkin A.Y. // J. Comp. Chem. 2025. Vol. 46. P. e27549. doi: 10.1002/jcc.27549
  22. Pomogaeva A.V., Lisovenko A.S., Timoshkin A.Y. // J. Comput. Chem. 2024. Vol. 45. P. 903. doi: 10.1002/jcc.27300
  23. Reed A.E., Weinstock R.B., Weinhold F. // J. Chem. Phys. 1985. Vol. 83. P. 1736. doi: 10.1063/1.449486.
  24. Reed A.E., Curtiss L.A., Weinhold F. // Chem. Rev. 1988. Vol. 88. P. 899. doi: 10.1021/CR00088A005
  25. Prokudina Y.V., Davydova E.I., Virovets A., Stöger B., Peresypkina E., Pomogaeva A.V., Timoshkin A.Y. // Chem. Eur. J. 2020. Vol. 26. P. 16338. doi: 10.1002/chem.202002261
  26. Эмсли Дж. Элементы. М.: Мир, 1993.
  27. Bader R.F.W. Atoms in Molecules, A Quantum Theory. Oxford: Clarendon Press, 1990, p. 438.
  28. Zhao Y., Truhlar D.G. // Theor. Chem. Acc. 2008. Vol. 120. P. 215. doi: 10.1007/s00214-007-0310-x
  29. Weigend F., Ahlrichs R. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2005. Vol. 7. P. 3297. doi: 10.1039/B508541A
  30. Marenich A.V., Cramer C.J., Truhlar D.G. // J. Phys. Chem. (B). 2009. Vol. 113. P. 6378. doi: 10.1021/jp810292n
  31. Frisch M.J., Trucks G.W., Schlegel H.B., Scuseria G.E., Robb M.A., Cheeseman J.R., Scalmani G., Barone V., Petersson G.A., Nakatsuji H., Li X., Caricato M., Marenich A.V., Bloino J., Janesko B.G., Gomperts R., Mennucci B., Hratchian H.P., Ortiz J.V., Izmaylov A.F., Sonnenberg J.L.,Williams-Young D., Ding F., Lipparini F., Egidi F., Goings J., Peng B., Petrone A., Henderson T., Ranasinghe D., Zakrzewski V.G., Gao J., Rega N., Zheng G., Liang W., Hada M., Ehara M., Toyota K., Fukuda R., Hasegawa J., Ishida M., Nakajima T., Honda Y., Kitao O., Nakai H., Vreven T., Throssell K., Montgomery J.A., Peralta J.E., Ogliaro F., Bearpark M.J., Heyd J.J., Brothers E.N., Kudin K.N., Staroverov V.N., Keith T.A., Kobayashi R., Normand J., Raghavachari K., Rendell A.P., Burant J.C., Iyengar S.S., Tomasi J., Cossi M., Millam J.M., Klene M., Adamo C., Cammi R., Ochterski J.W., Martin R.L., Morokuma K., Farkas O., Foresman J.B., Fox D.J. // Gaussian 16, Revision A.03; Gaussian, Inc.: Wallingford, CT. 2016.
  32. Lu T., Chen F. // J. Comput. Chem. 2012. Vol. 33. P. 580. doi: 10.1002/jcc.22885

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Optimised geometries of donor-acceptor complexes: NEt3 - Br2 (a), NMe3 - Br2 (b), apy - Br2 (c), bpa - Br2 (d), Py - Br2 (e), bpe - Br2 (f), bipy - Br2 (g), pyz - Br2 (h), apy - Br2 (π) (i), Py - Br2 (π) (k), pyz - Br2 (π) (l), apy - Br2 (vdW) (m), Py - Br2 (vdW) (n), pyz - Br2 (vdW) (o). Inter-nuclear distances are given in Å, angles are given in degrees. The M06-2X/def2-TZVP level of theory has been used. Gas phase values are given in regular font, for benzene solution - in bold, for acetonitrile solution - in italics.

Download (103KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Dependence of E(2) on NCC for donor-acceptor bonds in σ- (white fill) and π-complexes (grey fill) in the gas phase. The line is an approximation by the exponential function y = 94452 ē7.729x, R² = 0.969. Level of theory M06-2X/def2-TZVP.

Download (12KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Dependence of the enthalpy of dissociation ΔdisH°298 on the value |V(r)|/G(r) calculated at the critical points of N-X bonds in the gas phase for σ-complexes (white fill) and π-complexes (grey fill). Linear approximation y = 99.018x - 74.924, R² = 0.964. Level of theory M06-2X/def2-TZVP.

Download (11KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Molecular orbitals of the BrCl-NEt3 complex: HOMO-7 in acetonitrile (a), HOMO-9 in the gas phase (b). Level of theory M06-2X/def2-TZVP.

Download (19KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 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».