On the Quest for Understanding Hydrogen Bonding Effects and its Nature

Authors

  • Boris Gutiérrez Universidad Autónoma Metropolitana- Unidad Iztapalapa
  • Joel Ireta Universidad Autónoma Metropolinata-Iztapalapa

DOI:

https://doi.org/10.29356/jmcs.v69i1.2296

Keywords:

Hydrogen bonding, Electronic structure calculations, quantum chemistry

Abstract

Hydrogen bonding is a prominent non-covalent interaction that influences significatively the properties of the matter in which it is present. In this work it is reviewed some of the contributions of the chemistry department at the Autonomous Metropolitan University-Iztapalapa, to the study of the hydrogen bonding phenomena. Also, it is presented a formula derivation to calculate the hydrogen bond cooperative effect in a linear chain applying the Hellmann-Feynman theorem. In this manner, it is corroborated that the hydrogen bonding cooperative effect in a linear chain arises solely from classical interactions among effective point dipoles.

 

Resumen. El enlace de hidrógeno es una prominente interacción no covalente que influye significativamente en las propiedades de la materia en la que está presente. En este trabajo se revisan algunos aportes del departamento de química de la Universidad Autónoma Metropolitana-Iztapalapa, al estudio de los puentes de hidrógeno. Además se presenta la derivación de una fórmula para calcular el efecto cooperativo de los puentes de hidrógeno aplicando el teorema de Hellmann-Feynman. De esta manera se corrobora que el efecto cooperativo en la energía de los puentes de hidrógeno surge únicamente de las interacciones clásicas entre dipolos efectivos.

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Author Biographies

Boris Gutiérrez, Universidad Autónoma Metropolitana- Unidad Iztapalapa

Chemistry Department

Joel Ireta, Universidad Autónoma Metropolinata-Iztapalapa

Chemistry Department

References

Latimer, W. M.; Rodebush, W. H. J. Am. Chem. Soc. 1920, 42, 1419-1433. DOI: https://doi.org/10.1021/ja01452a015.

Nochebuena, J.; Cuautli, C.; Ireta, J. Phys. Chem. Chem. Phys. 2017, 19, 15256-15263. DOI: https://doi.org/10.1039/C7CP01695F.

Pittner, J.; Hobza, P. Chem. Phys. Lett. 2004, 390, 496-499. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cplett.2004.04.009.

Cremer, D. WIREs Comput. Mol. Sci. 2011, 1, 509–530. DOI: https://doi.org/10.1002/wcms.58.

Vargas, R.; Garza, J.; Friesner, R. A.; Stern, H.; Hay, B. P.; Dixon, D. A. J. Phys. Chem. A. 2001, 105, 4963–4968. DOI: https://doi.org/10.1021/jp003888m.

Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof M. Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865-3868. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.77.3865.

Ireta, J.; Neugebauer, J.; Scheffler, M. J. Phys. Chem. A. 2004, 108, 5692-5698. DOI: https://doi.org/10.1021/jp0377073.

Nochebuena, J.; Ramírez, A.; Ireta, J. Int. J. Quantum Chem. 2015, 115, 1613-1620. DOI: https://doi.org/10.1002/qua.24993.

Tkatchenko, A.; Scheffler, M. Phys. Rev. Lett. 2009, 102, 073005. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.102.073005.

Bautista-Renedo, J.; Ireta, J. Phys. Chem. Chem. Phys. 2024, 26, 21468-21475. DOI: https://doi.org/10.1039/D4CP00907J.

Bautista-Renedo, J.; Reyes-Pérez, H.; Cuevas-Yáñez, E.; Barrera-Díaz, C.; González-Rivas, N.; Ireta, J. RSC Adv. 2019, 9, 5937-5941. DOI: https://doi.org/10.1039/C9RA00856J.

Arunan, E.; Desiraju, G. R.; Klein, R. A.; Sadlej, J.; Scheiner, S.; Alkorta, I.; Clary, D. C.; Crabtree, R. H.; Dannenberg, J. J.; Hobza, P.; Kjaergaard, H. G.; Legon, A. C.; Mennucci, B.; Nesbitt, D. J. Pure Appl. Chem. 2011, 83, 1637–1641. DOI: https://doi.org/10.1351/PAC-REC-10-01-02.

Vargas, R.; Garza, J.; Dixon, D. A.; Hay, B. P. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 4750-4755. DOI: https://doi.org/10.1021/ja993600a.

Civiš, S.; Lamanec, M.; Špirko, V.; Kubišta, J.; Špet´ko, M.; Hobza, P. J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 8550-8559. DOI: https://doi.org/10.1021/jacs.3c00802.

Galano, A.; Alvarez-Idaboy, J. R.; Vivier-Bunge, A.; Theor. Chem. Acc. 2007, 118, 597-606. DOI: https://doi.org/10.1007/s00214-007-0353-z.

Galano, A.; Narciso-Lopez, M.; Francisco-Marquez, M. J. Phys. Chem. A. 2010, 114, 5796-5809. DOI: https://doi.org/10.1021/jp101157b.

Ireta, J.; Neugebauer, J.; Scheffler, M.; Rojo, A.; Galván, M.; J. Phys. Chem. B. 2003, 107, 1432-1437. DOI: https://doi.org/10.1021/jp026848m.

Ismer, L.; Ireta, J.; Neugebauer, J. J. Phys. Chem. B. 2008, 112, 4109-4112. DOI: https://doi.org/10.1021/jp077728n.

Tkatchenko, A., Rossi, M.; Blum, V.; Ireta, J.; Scheffler, M. Phys. Rev. Lett. 2011, 106, 118102. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.106.118102.

Ireta, J. Theor. Chem. Acc. 2016, 135, 220. DOI: https://doi.org/10.1007/s00214-016-1981-y.

Ireta, J. Int. J. Quantum Chem 2012, 112, 3612-3617. DOI: https://doi.org/10.1002/qua.24246.

Ireta, J. J. Chem. Theory Comput. 2011, 7, 2630-2637. DOI: https://doi.org/10.1021/ct2002144.

González-Díaz, N. E.; López-Rendón, R.; Ireta, J. J. Phys. Chem. C. 2019, 123, 2526−2532. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.8b10340.

Ireta, J.; Neugebauer, J.; Scheffler, M.; Rojo, A.; Galván, M. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 17241-17244. DOI: https://doi.org/10.1021/ja053538j.

del Campo, J. M.; Ireta, J. Phys. Chem. Chem. Phys. 2021, 23, 11931-11936. DOI: https://doi.org/10.1039/d0cp06018f.

Ireta, J.; Aparicio, F.; Viniegra, M.; Galván, M. J. Phys. Chem. B. 2003, 107, 811-818 DOI: https://doi.org/10.1021/jp026852y.

Cuautli, C.; Valente, J. S.; Conesa, J. C.; Ganduglia-Pirovano, M. V.; Ireta, J. J. Phys. Chem. C. 2019, 123, 8777−8784. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.8b10935.

Castro, G.; Valente, J. S.; Galván, M.; Ireta, J. Phys. Chem. Chem. Phys. 2022, 24, 23507-23516. DOI: https://doi.org/10.1039/d2cp02704f.

Cuautli, C.; Ireta, J. J. Chem. Phys. 2015, 142, 094704. DOI: https://doi.org/10.1063/1.4913570.

Nieto-Malagón, G.; Cuautli, C.; Ireta, J. J. Phys. Chem. C. 2018, 122, 171−176. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.7b10384.

Santoyo-Flores, J. J.; Cedillo, A.; Bernal-Uruchurtu, M. I. Theor. Chem. Acc. 2013, 132, 1-7. DOI: https://doi.org/10.1007/s00214-012-1313-9.

Cruz‐Torres, A.; Romero‐Martínez, A.; Galano, A. Chem. Phys. Chem. 2008, 9, 1630-1635. DOI: https://doi.org/10.1002/cphc.200800241.

Galano, A.; Alvarez‐Idaboy, J. R.; Ruiz‐Santoyo, M. A.; Vivier‐Bunge, A. Chem. Phys. Chem. 2004, 5,1379-1388. DOI: https://doi.org/10.1002/cphc.200400127.

Galano, A.; Alvarez-Idaboy, J. R.; Ruiz-Santoyo, M. E.; Vivier-Bunge, A. J. Phys. Chem. A. 2005, 109, 169-180. DOI: https://doi.org/10.1021/jp047490s.

Galano, A.; Alvarez‐Idaboy, J. R.; Ruiz‐Santoyo, M. A.; Vivier Bunge, A. Chem. Phys. Chem. 2004, 5, 1379-1388. DOI: https://doi.org/10.1002/cphc.200400127.

Zavala-Oseguera, C.; Alvarez-Idaboy, J. R.; Merino, G.; Galano, A. J. Phys. Chem. A. 2009, 113, 13913-13920. DOI: https://doi.org/10.1021/jp906144d.

Cedillo, A.; Kvedaravičiūtė, S.; Aidas, K. Theor. Chem. Acc. 2020, 139, 52. DOI: https://doi.org/10.1007/s00214-020-2558-3.

González-Rivas, N.; Cedillo, A. Comput. Theor. Chem. 2012, 994, 47-53. DOI: https://doi.org/10.1016/j.comptc.2012.06.012.

Cedillo, A.; Torrent, M.; Cortona, P. J. Phys.: Condens. Matter. 2016, 28, 185401. DOI: https://doi.org/10.1088/0953-8984/28/18/185401.

Clark, T.; Murray, J. S.; Politzer, P. Phys. Chem. Chem. Phys. 2018, 20, 30076-30082. DOI: https://doi.org/10.1039/C8CP06786D.

van der Lubbe, S. C. C.; Fonseca Gerra, C. Chem. Asian J. 2019, 14, 2760-2769. DOI: https://doi.org/10.1002/asia.201900717.

Allen, P. B. J. Chem. Phys. 2004, 120, 2951-2962. DOI: https://doi.org/10.1063/1.1630029.

Feynman, R. P. Phys. Rev. 1939, 56, 340-343. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRev.56.340.

Salem, L.; Wilson, E. B. Jr. J. Chem. Phys. 1962, 36, 3421-3427. DOI: https://doi.org/10.1063/1.1732475.

Hirschfelder, J. O.; Eliason, M. A. J. Chem. Phys. 1967, 47, 1164-1169. DOI: https://doi.org/10.1063/1.1712002.

Bader, R. F. W.; Chandra, A. K. Can. J. Chem. 1968, 46, 953-966. DOI: https://doi.org/10.1139/v68-157.

Hunt, K. L. C. J. Chem. Phys. 1990, 92, 1180-1187 DOI: https://doi.org/10.1063/1.458126.

Politzer, P.; Murray, J. S. J. Mol. Model. 2018, 24, 266. DOI: https://doi.org/10.1007/s00894-018-3784-7.

Berlin, T. J. Chem. Phys. 1951, 19, 208-213. DOI: https://doi.org/10.1063/1.1748161.

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Published

2025-01-01