Hydrogen-bonded dialkylcarboxamide cations and their dihalogenohalogenates
- Authors: Zarechnaya О.М.1, Mikhailov V.А.1
-
Affiliations:
- L. M. Litvinenko Institute of Physical Organic and Coal Chemistry
- Issue: Vol 95, No 5-6 (2025)
- Pages: 154-183
- Section: Articles
- URL: https://genescells.com/0044-460X/article/view/688753
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0044460X25050013
- EDN: https://elibrary.ru/FIOYMP
- ID: 688753
Cite item
Abstract
Molecular geometry, electron structure and thermodynamic parameters for a representative group of tertiary amides and bis(amide)hydrogen cations were computed by density functional theory at ωB97X-V/dgdzvp//ωB97X/dgdzvp level, trihalide salts of these cations were synthesized, and NMR manifestations of short hydrogen bond in these cations were experimentally demonstrated. With a vocabulary of computational techniques, a number of intramolecular noncovalent interactions such as H···O+···H, C–H···O, C–H···Н–С were revealed, and the role of these interaction in the stabilization of hemiprotonated amides and their saline forms evaluated.
Full Text

About the authors
О. М. Zarechnaya
L. M. Litvinenko Institute of Physical Organic and Coal Chemistry
Email: mikhail0vvasilii@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-6069-3967
Russian Federation, Donetsk, 283048
V. А. Mikhailov
L. M. Litvinenko Institute of Physical Organic and Coal Chemistry
Author for correspondence.
Email: mikhail0vvasilii@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-4184-1805
Russian Federation, Donetsk, 283048
References
- Le Bras J., Muzart J. // Molecules 2018. Vol. 23. Art. 1939. doi: 10.3390/molecules23081939
- Heravi M.M., Ghavidel M., Mohammadkhani L. // RSC Adv. 2018. Vol. 8. Art. 27832. doi: 10.1039/c8ra04985h
- Chenault H.K. In: Handbook of Pyrrolidone and Caprolactam Based Materials / Ed. O.M. Musa. Wiley, 2021. 69 p. doi: 10.1002/9781119468769.HPCBM001
- Meot-Ner (Mautner) M. // Chem. Rev. 2012. Vol. 112. P. PR22. doi: 10.1021/cr200430n
- Hunter E.P.L., Lias S.G. // J. Phys. Chem. Ref. Data. 1998. Vol. 27. P. 413. doi: 10.1063/1.556018
- Meot-Ner M. // Int. J. Mass Spectr. 2003. Vol. 227. P. 525. doi: 10.1016/S1387-3806(03)00100-3
- Laurence C., Brameld K.A., Graton J., Le Questel J.-Y., Renault E. // J. Org. Chem. 2021. Vol. 86. P. 4143. doi: 10.1021/acs.joc.0c02964
- Meot-Ner M. // J. Am. Chem. Soс. 1984. Vol. 106. P. 278. doi: 10.1021/ja00314a003
- Witt M., Kreft D., Grutzmacher H.F. // Eur. J. Mass Spectrom. 2003. Vol. 9. P. 81. doi: 10.1255/ejms.535
- Witt M., Grutzmacher H.F. // Int. J. Mass Spectrom. 1997. Vol. 165−166. P. 49. doi: 10.1016/S0168-1176(97)00152-3
- Hussain M.S., Schlemper E.O. // J. Chem. Soc. Dalton Trans. 1980. Vol. 35. P. 750. doi: 10.1039/DT9800000750
- Hill C.L., Bouchard D.A., Kadkhodayan M., Williamson M.M., Schmidt J.A., Hilinski E.F. // J. Am. Chem. Soc. 1988. Vol. 110. P. 5471. doi: 10.1021/ja00224a035
- Nishio Y., Yubata K., Wakai Y., Notsu K., Yamamoto K., Fujiwara H., Matsubara H. // Tetrahedron. 2019. Vol. 75. P. 1398. doi: 10.1016/J.TET.2019.01.055
- Parmar S., Pal S., Biswas A., Gosavi S., Chakraborty S., Reddy M.C., Ogale S. // ChemComm. 2019. Vol. 55. P. 7562. doi: 10.1039/C9CC03485D
- Bortoluzzi M., Marchetti F., Pampaloni G., Zacchini S. // New J. Chem. 2016. Vol. 40. P. 8271. doi: 10.1039/C6NJ01822J
- Azadmanesh J., Slobodnik K., Struble L.R., Lutz W.E., Coates L., Weiss K.L., Myles D.A.A., Kroll T., Borgstahl G.E.O. // Nature Comm. 2024. Vol. 15. Art. 5973. doi: 10.1038/s41467-024-50260-w
- Buergi H.B., Dunitz J.D. // Acc. Chem. Res. 1983. Vol. 16. P. 153. doi: 10.1021/ar00089a002
- Malaspina L.A., Hoser A.A., Edwards A.J., Woińska M., Turner M.J., Price J.R., Sugimoto K., Nishibori E., Bürgi H.-B., Jayatilaka D., Grabowsky S. // CrystEngComm. 2020. Vol. 22. P. 4778. doi: 10.1039/d0ce00378f
- Krawczuk A., Genoni A. // Acta Crystallogr. (B). 2024. Vol. 80. P. 249. doi: 10.1107/S2052520624003421
- Behmel P., Jones P.G., Sheldrick G.M., Ziegler M. // J. Mol. Struct. 1980. Vol. 69. P. 41. doi: 10.1016/0022-2860(80)85262-8
- Behmel P., Clegg W., Sheldrick G.M., Weber G., Ziegler M. // J. Mol. Struct. 1981. Vol. 74. P. 19. doi: 10.1016/0022-2860(81)80003-8
- Frydrych R., Muschter T., Brudgam I., Hartl H. // Z. Naturforsch. (B). 1990. Vol. 45. P. 679. doi: 10.1515/znb-1990-0516
- Wang J.P., Han Q.X., Niu J.Y. // Trans. Metal Chem. 2004. Vol. 29. P. 170. doi: 10.1023/B:TMCH. 0000019415.56825.1a
- Hazin K., Serin S.C., Patrick B.O., Ezhova M.B., Gates D.P. // Dalton Trans. 2017. Vol. 46. P. 5901. doi: 10.1039/C6DT04820J
- Kolesov B.A., Chupina A.V., Berezin A.S., Kompankov N.B., Abramov P.A., Sokolov M.N. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2020. Vol. 22. P. 25344. doi: 10.1039/D0CP04152A
- Huggins M.L. // Angew. Chem. Int. Ed. 1971. Vol. 10. P. 147. doi: 10.1002/anie.197101471
- Emsley J. // Chem. Soc. Rev. 1980. Vol. 9. P. 91. doi: 10.1039/CS9800900091
- Gilli G., Gilli P. // J. Mol. Struct. 2000. Vol. 552. P. 1.
- Crabtree R.H. // Chem. Soc. Rev. 2017. Vol. 46. P. 1720. doi: 10.1039/C6CS00688D
- Echeverría J., Alvarez S. // Chem. Sci. 2023. Vol. 14. P. 11647. doi: 10.1039/D3SC02238B
- Gilli G., Gilli P. The Nature of the Hydrogen Bond. Oxford: Oxford University Press, 2009. 317 p.
- Grabowski S.J. // Chem. Rev. 2011. Vol. 111. P. 2597. doi: 10.1021/cr800346f
- Jablonski M. // Molecules. 2020. Vol. 25. Art. 5512. doi: 10.3390/molecules25235512
- Grabowski S.J. // Chem. Commun. 2024. Vol. 60. P. 6239. doi: 10.1039/D4CC01769B
- Weinhold F. // Molecules. 2023. Vol. 28. Art. 3776. doi: 10.3390/molecules28093776
- Shaik S., Danovich D., Zare R.N. // J. Am. Chem. Soc. 2023. Vol. 145. P. 20132. doi: 10.1021/jacs.3c08196
- Civiš S., Lamanec M., Špirko V., Kubišta J., Špetko M., Hobza P. // J. Am. Chem. Soc. 2023. Vol. 145. P. 8550. doi: 10.1021/jacs.3c00802
- Politzer P., Murray J. In: Chemical Reactivity in Confined Systems / Eds. P.K. Chattaraj, D. Chakraborty. Wiley, 2021. P. 113. doi: 10.1002/9781119683353.ch7
- Krokidis X., Vuilleumier R., Borgis D., Silvi B. // Mol. Phys. 1999. Vol. 96. P. 265. doi: 10.1080/00268979909482959
- Grabowski S.J., Ugalde J.M. // Chem. Phys. Lett. 2010. Vol. 493. P. 37. doi: 10.1016/j.cplett.2010.05.008
- Fuster F., Grabowski S.J. // J. Phys. Chem. (A). 2011. Vol. 115. P. 10078. doi: 10.1021/jp2056859
- Weinhold F., Klein R.A. // Mol. Phys. 2012. Vol. 110. P. 565. doi: 10.1080/00268976.2012.661478
- Vener M.V., Levina E.O., Astakhov A.A., Tsirelson V.G. // Chem. Phys. Lett. 2015. Vol. 638. P. 233. doi 10.1016/ j.cplett.2015.08.053
- Silvi B., Ratajczak H. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2016. Vol. 18. P. 27442. doi: 10.1039/C6CP05400E
- Molčanov K., Jelsch C., Wenger E., Stare J., Madsen A.Ø., Kojić-Prodić B. // CrystEngComm. 2017. Vol. 19. P. 3898. doi: 10.1039/C7CE00501F
- Guevara-Vela J.M., Gallegos M., Valentín-Rodríguez M.A., Costales A., Rocha-Rinza T., Pendás A.M. // Molecules. 2021. Vol. 26. P. 4196. doi 10.3390/ molecules26144196
- Platts J.A., Laidig K.E. // J. Phys. Chem. 1996. Vol. 100. P. 13455. doi: 10.1021/jp9603849
- Schiøtt B., Iversen B.B., Madsen G.K.H., Bruice T.C. // J. Am. Chem. Soc. 1998. Vol. 120. P. 12117. doi: 10.1021/ja982317t
- Saunders L.K., Pallipurath A.R., Gutmann M.J., Nowell H., Zhang N., Allan D.R. // CrystEngComm. 2021. Vol. 23. P. 6180. doi: 10.1039/D1CE00355K
- Weinhold F., Schleyer P.R., McKee W.C. // J. Comput. Chem. 2014. Vol. 35. P. 1499. doi: 10.1002/jcc.23654
- Taylor R. // CrystEngComm. 2020. Vol. 22. P. 7145. doi: 10.1039/D0CE00270D
- Roth S., Schnick W. // Z. Naturforsch. (B). 2001. Vol. 56. P. 1020. doi: 10.1515/znb-2001-1010
- Suzuki H., Ishiguro S. // Acta Crystallogr. (E). 2006. Vol. 62. P. m576. doi: 10.1107/S1600536806005575
- Siu P.W., Gates D.P. // Organometallics. 2009. Vol. 28. P. 4491. doi: 10.1021/om9003187
- Shabari A.R., Pourazouvi M., Rad S.D. // Acta Crystallogr. (E). 2012. Vol. 68. P. m1226. doi: 10.1107/S1600536812036677
- Bekaert A., Barberan O., Kaloun E.B., Danan A., Brion J.D., Lemoine L., Viossat B. // Z. Kristallogr. N.C.S. 2001. Vol. 216. P. 457 doi: 10.1524/ncrs.2001.216.14.479
- Mammadova G.Z., Mertsalov D.F., Shchevnikov D.M., Grigoriev M.S., Akkurt M., Yıldırım S.Ö., Bhattarai A. // Acta Crystallogr. (E). 2023. Vol. 79. P. 690. doi: 10.1107/S2056989023005509
- Molina Molina J., Dobado J. // Theor. Chem. Acc. 2001. Vol. 105. P. 328. doi: 10.1007/s002140000231
- Durrant M.C. // Chem. Sci. 2015. Vol. 6. P. 6614. doi: 10.1039/C5SC02076J
- Siiskonen A., Priimagi A. // J. Mol. Model. 2017. Vol. 23. Art. 50. doi: 10.1007/s00894-017-3212-4
- Gnanasekar S.P., Arunan E. // Austr. J. Chem. 2020. Vol. 73. P. 767. doi: 10.1071/CH19557
- Koch U., Popelier P.L.A. // J. Phys. Chem. 1995. Vol. 99. P. 9747. doi: 10.1021/j100024a016
- Howard E.I., Guillot B., Blakeley M.P., Haertlein M., Moulin M., Mitschler A., Cousido-Siah A., Fadel F., Valsecchi W.M., Tomizaki T., Petrova T., Claudot J., Podjarny A. // IUCrJ. 2016. Vol. 3. P. 115. doi: 10.1107/S2052252515024161
- Popelier P.L.A. // J. Phys. Chem. (A). 1998. Vol. 102. P. 1873. doi: 10.1021/jp9805048
- Wolstenholme D.J., Cameron T.S. // J. Phys. Chem. (A). 2006. Vol. 110. P. 8970. doi: 10.1021/jp061205i
- Hathwar V.R., Sist M., Jørgensen M.R.V., Mamakhel A.H., Wang X., Hoffmann C.M., Sugimoto K., Overgaard J., Iversen B.B. // IUCrJ. 2015. Vol. 2. P. 563. doi: 10.1107/S2052252515012130
- Fugel M., Ponomarenko M., Hesse M., Malaspina L., Kleemiss F., Sugimoto K., Genoni A., Röschenthaler G.-V., Grabowsky S. // Dalton Trans. 2019. Vol. 48. P. 16330. doi: 10.1039/c9dt02772f
- Monteiro N.K.V., Firme C.L. // J. Phys. Chem. (A). 2014. Vol. 118. P. 1730. doi: 10.1021/jp500131z
- Lomas J.S. // Magn. Res. Chem. 2019. Vol. 57. P. 1121. doi: 10.1002/mrc.4900
- Bertolasi V., Gilli P., Ferretti V., Gilli G. // J. Chem. Soc. Perkin Trans. 2. 1997. P. 945. doi: 10.1039/A606862F
- Kumar G.A., McAllister M.A. // J. Org. Chem. 1998. Vol. 63. P. 6968. doi: 10.1021/jo980759h
- Pacios L.F., Gómez P.C. // J. Phys. Chem. (A). 2004. Vol. 108. P. 11783. doi: 10.1021/jp0466892
- Siskos M.G., Tzakos A.G., Gerothanassis I.P. // Org. Biomol. Chem. 2015. Vol. 13. P. 8852. doi: 10.1039/C5OB00920K
- Benedetti E., Di Blasio B., Baine P. // J. Chem. Soc. Perkin Trans. 2. 1980. P. 500. doi: 10.1039/P29800000500
- Perumalla S.R., Sun C.C. // CrystEngComm. 2013. Vol. 15. P. 8941. doi: 10.1039/C3CE41271G
- Popov A.I., Swensen R.F. // J. Am. Chem. Soc. 1955. Vol. 77. P. 3724. doi: 10.1021/ja01619a015
- Михайлов В.А. // Укр. хим. ж. 1989. T. 35. C. 1225.
- Jaconelli H.S., Kennedy A.R. // Acta Crystallogr. (C). 2024. Vol. 80. P. 514. doi: 10.1107/S2053229624007332
- Заречная О.М., Михайлов В.А. // ЖОХ. 2024. Т. 94. С. 10. doi: 10.31857/S0044460X24010022
- Заречная О.М., Михайлов В.А. // ЖОХ. 2024. Т. 94. С. 315. doi: 10.31857/S0044460X24030011
- Bekaert A., Provot O., Rasolojaona O., Alami M., Brion J.-D. // Tetrahedron Lett. 2005. Vol. 46. P. 4187. doi: 10.1016/j.tetlet.2005.04.049
- Belot J.A., Clark J., Cowan J.A., Harbison G.S., Kolesnikov A.I., Kye Y.-S., Schultz A.J., Silvernail C., Zhao X. // J. Phys. Chem. (B). 2004. Vol. 108. P. 6922. doi: 10.1021/jp0496710
- Madsen G.K.H., McIntyre G.J., Schiøtt B., Larsen F.K. // Chem. Eur. J. 2007. Vol. 13. P. 5539. doi: 10.1002/chem.200601490
- Kannengießer R., Klahm S., Vinh Lam Nguyen H., Lüchow A., Stahl W. // J. Chem. Phys. 2014. Vol. 141. Art. 204308. doi: 10.1063/1.4901980
- Umebayashi Y., Matsumoto K., Mune Y., Zhang Y., Ishiguro S. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2003. Vol. 5. P. 2552. doi: 10.1039/B302143B
- Müller G., Lutz M., Harder S. // Acta Crystallogr. (B). 1996. Vol. 52. P. 1014. doi: 10.1107/S0108768196008300
- Fernholt L., Samdal S., Seip R. // J. Mol. Struct. 1981. Vol. 72. P. 217. doi: 10.1016/0022-2860(81)85023-5
- Allen F.H., Watson D.G., Brammer L., Orpen A.G., Taylor R. // Int. Tables Cryst. 2006. Vol. C. P. 790. doi: 10.1107/97809553602060000621
- Schultz G., Hargittai I. // J. Phys. Chem. 1993. Vol. 97. P. 4966. doi: 10.1021/j100121a018
- Mack H.-G., Oberhammer H. // J. Am. Chem. Soc. 1997. Vol. 119. P. 3567. doi: 10.1021/ja964374x
- Fujitake M., Kubota Y., Ohashi N. // J. Mol. Spectrosc. 2006. Vol. 236. P. 97. doi: 10.1016/j.jms.2005.12.013
- Drakenberg T., Dahlqvist K.J., Forsen S. // J. Phys. Chem. 1972. Vol. 76. P. 2178. doi: 10.1021/j100659a020
- Becke A.D., Edgecombe K.E. // J. Chem. Phys. 1990. Vol. 92. P. 5397. doi: 10.1063/1.458517
- Grin Y., Savin A., Silvi B. / The ELF Perspective of chemical bonding. Ch 10. P.1-53. In: The Chemical Bond: Fundamental Aspects of Chemical Bonding. Ed.: G. Frenking, S. Shaik (2014)/ Weinheim. Wiley-VCH. doi: 10.1002/9783527664696.ch10
- Jacobsen H. // Can. J. Chem. 2008. Vol. 86. P. 695. doi: 10.1139/v08-052
- Boto R.A., Contreras-García J., Tierny J., Piquemal J.-P. // Mol. Phys. 2015. P. 1. doi 10.1080/ 00268976.2015.1123777
- Birkedal H., Madsen D., Mathiesen R.H., Knudsen K., Weber H.-P., Pattison P., Schwarzenbach D. // Acta Crystallogr. (A). 2004. P. 371. doi: 10.1107/S0108767304015120
- Berski S., Latajka Z. // Int. J. Quant. Chem. 2002. Vol. 90. P. 1108. doi: 10.1002/qua.10227
- Bader R.F.W., Slee T.S., Cremer D., Kraka E. // J. Am. Chem. Soc. 1983. Vol. 105. P. 5061. doi: 10.1021/ja00353a035
- Joly D., Pellejà L., Narbey S., Oswald F., Chiron J., Clifford J.N., Palomares E., Demadrille R. // Sci. Rep. 2014. Vol. 4. Art. 4033. doi: 10.1038/srep04033
- Simanenko Yu.S., Savelova V.A., Prokop’eva T.M., Mikhailov V.A., Turovskaya M.K., Karpichev E.A., Popov A.F., Gillitt N.D., Bunton C.A. // J. Org. Chem. 2004. Vol. 69. P. 9238. doi: 10.1021/jo0402430
- Заречная О.М., Михайлов В.А. // Вестн. ДонНТУ 2021. C. 34.
- Дорохова Т.В., Михайлов В.А., Каниболоцкий А.Л., Прокопьева Т.М., Савелова В.А., Попов А.Ф. // ТЭХ. 2008. Т. 44. С. 298; Dorokhova T.V., Mikhailov V.A., Kanibolotskii A.L., Prokop’eva T.M., Savelova V.A., Popov A.F. // Theor. Exp. Chem. 2008. Vol. 44. P. 307. doi: 10.1007/s11237-008-9042-9
- Suponitsky K.Yu., Burakov N.I., Кanibolotsky A.L., Mikhailov V.A. // J. Phys. Chem. (A). 2016. Vol. 120. P. 4179. doi: 10.1021/acs.jpca.6b02192
- Zabolotniy A.A., Trush E.N., Zarechnaya O.M., Mikhailov V.A. // J. Ionic Liq. 2022. Vol. 2. Art. 100045. doi: 10.1016/j.jil.2022.100045
- Neese F., Wennmohs F., Becker U., Riplinger C. // J. Chem. Phys. 2020. Vol. 152. Art. 224108. doi: 10.1063/5.0004608
- Chai J.-D., Head-Gordon M. // J. Chem. Phys. 2008. Vol. 128. Art. 084106. doi: 10.1063/1.2834918
- Godbout N., Salahub D.R., Andzelm, J., Wimmer E. // Can. J. Chem. 1992. Vol. 70. P. 560. doi: 10.1139/v92-079
- Mardirossian N., Head-Gordon M. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2014. Vol. 16. P. 9904. doi: 10.1039/C3CP54374A
- Vydrov O.A., Van Voorhis T. // J. Chem. Phys. 2010. Vol. 133. Art. 244103. doi: 10.1063/1.3521275
- Lu T., Chen F. // J. Comput. Chem. 2012. Vol. 33. P. 580. doi: 10.1002/jcc.22885
- Zhang J., Lu T. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2021. Vol. 23. P. 20323. doi: 10.1039/D1CP02805G
- Lu T. // J. Mol. Model. 2021. Vol. 27. P. 263. doi: 10.1007/s00894-021-04884-0
- Humphrey W., Dalke A., Schulten K. // J. Mol. Graphics. 1996. Vol. 14. P. 33. doi: 10.1016/0263-7855(96)00018-5
- Macrae C.F., Sovago I., Cottrell S.J., Galek P.T.A., McCabe P., Pidcock E., Platings M., Shields G.P., Stevens J.S., Towler M., Wood P.A. // J. Appl. Cryst. 2020. Vol. 53. P. 226. doi: 10.1107/S1600576719014092
Supplementary files
