Partial charge is an important and fundamental concept which can explain many aspects of chemistry. Since a molecule can be regarded as neclei surrounded by electron cloud, there is no way to define a partial charge accurately. Nevertheless, there have been many attempts to define these seemingly impossible parameters, since they would facilitate the understanding of molecular properties such as molecular dipole moment, solvation, hydrogen bonding, molecular spectroscopy, chemical reaction, etc. Common methods are based on the charge equalization, orbital occupancy, charge density, and electric multipole moments, and electrostatic potential fitting. Methods based on the charge equalization using electronegativity are very fast, and therefore they have been used to study many compounds. Methods to subdivide orbital occupancy using basis set conversion, relies on the notion that molecular orbitals are composed of atomic orbitals. The main idea is to reduce overlap integral between two nuclei using converted orthogonal basis sets. Using some quantum mechanical observables like electrostatic potential or charge multipole moments. Using potential grids obtained from wavefunction, partial charges can be fitted. these charges are most useful to describe intermolecular electrostatic interactions. Methods to using dipole moment and its derivatives, seems to be sensitive the level of theory, Dividing electron density using density gradient being the most rigorous theoretically among various schemes, bears best potential to describe the charge the most adequately in the future.
Park, Hyoung-Ryun;Daun, Yu;Park, Jong Keun;Bark, Ki-Min
Bulletin of the Korean Chemical Society
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v.34
no.1
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pp.211-220
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2013
The characteristic fluorescence properties of quercetin (QCT) and apigenin (API) were studied in various $CH_3OH-H_2O$ and $CH_3CN-H_2O$ mixed solvents. The structure of QCT is completely planar. API is not planar at the ground state but becomes nearly planar at the excited state. If the molecules are excited to the $S_1$ state in organic solvents, QCT exhibits no fluorescence due to excited state intramolecular proton transfer (ESIPT) between the -OH and the carbonyl oxygen, but API shows significant fluorescence because ESIPT occurs slowly. If the molecules are excited to the $S_2$ state, both QCT and API exhibit strong $S_2{\rightarrow}S_o$ emission without any dual fluorescence. As the $H_2O$ composition of both solvents increases, the fluorescence intensity decreases rapidly due to the intermolecular hydrogen bonding interaction. The theoretical calculation further supports these results. The change in fluorescence properties as a function of the solvatochromic parameters was also studied.
The title complex, $(C_3H_{12}N_2)[\{Cd(H_2O)(C_6H_5O_7)\}_2]{\cdot}6H_2O$, I, has been prepared and its structure characterized by FT-IR, EDS, elemental analysis, ICP-AES, and X-ray single crystallography. It is triclinic system, $P{\bar{1}}$ space group with a = 10.236(2), b = 11.318(2), c = $13.198(2){\AA}$, ${\alpha}=77.95(1)^{\circ}$, ${\beta}=68.10(1)^{\circ}$, ${\gamma}=78.12(1)^{\circ}$, V = $1373.5(3){\AA}^3$, Z = 2. Complex I has constituted by protonated 1,3-diaminopropane cations, citrate coordinated cadmium(II) anions, and free water molecules. The central cadmium atoms have a capped trigonal prism geometry by seven coordination with six oxygen atoms of three different citrate ligands and one water molecule. Citrate ligands are bridged to three different cadmium atoms. Each cadmium atom is linked by carboxylate and hydroxyl groups of citrate ligand to construct an one-dimensional ladder-type assembly structure. The polymeric crystal structure is stabilized by three-dimensional networks of the intermolecular O-H${\cdots}$O and N-H${\cdots}$O hydrogen-bonding interaction.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.27
no.4
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pp.528-534
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2024
In continuous research of detecting highly toxic chemical warfare agents to ensure preparedness for the future battlefield, flexible and wearable sensor platforms with high sensitivity are still demanding. Herein we demonstrate a facile fabrication of polypyrrole-based chemiresistors on cellulose paper for the detection of nerve gas simulants. In order to optimize electrical properties of sensor platform, conducting polymer made of polypyrrole were first synthesized on flexible cellulose paper and interdigitated electrodes were formed thereon. Following confirmation of polypyrrole and/or oxime moiety through FT-IR analyses, electrical characteristics were measured in the various ratio of monomers between simple pyrrole and oxime-modified one. Typically for the optimized chemiresistor(2:8 molar ratio of simple pyrrole and oxime-modified one), eleven species of chemical warfare agents were examined and enhanced conductivity(104~105 order) was observed for three simulants(diethyl cyanophosphonate, diisopropyl fluorophosphonate and diethyl chlorophosphonate), which was mainly attributed to intermolecular hydrogen bonding, while no significant responses was recorded against sixteen common volatile organic chemicals.
Suraj Adhikari;Inhee Kang;Swapnil Bhujbal;Wonjae Lee
Analytical Science and Technology
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v.37
no.5
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pp.306-314
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2024
This study describes the liquid chromatographic enantiomer separation of three typical chiral amines (α-methylbenzylamine, 2-amino-4-methyl-1-pentanol, and 1-methylheptylamine) as 2-hydroxynaphthaldimine derivatives using six amylose trisphenylcarbamates derived chiral stationary phases (CSPs). It was observed that the structural nature of three chiral amines and the structures of amylose chiral selectors can affect their chiral recognition ability. Among the three analytes as 2-hydroxynaphthaldimine derivatives, in general, the greatest enantioselectivities of aromatic amine analyte (α-methylbenzylamine) were achieved on amylose trisphenylcarbamate derived CSPs and were followed by amino alcohol analyte (2-amino-4-methyl-1-pentanol), and aliphatic amine analyte (1-methylheptylamine). Also, the enantiodiscrimination abilities obtained on the two CSPs, Chiralpak ID and Chiralpak IF, were selectively higher than the other four amylose trisphenylcarbamate derived CSPs for the studied analytes. The underlying chiral recognition mechanism between 2-amino-4-methyl-1-pentanol as 2-hydroxynaphthaldimine derivatives and amylose tris(3,5-dimethylphenylcarbamate) chiral selector of Chiralpak AD-H and Lux Amylose-1 was elucidated by molecular docking study, and it was observed that the intermolecular hydrogen bonding interactions by hydroxyl moiety on the amino alcohol analyte as 2-hydroxynaphthaldimine derivatives were the main interactive forces driving the chiral separation. The obtained binding energies between 2-amino-4-methyl-1-pentanol analyte as 2-hydroxynaphthaldimine derivative and amylose tris(3,5-dimethylphenylcarbamate) chiral selector were in agreement with the experimentally determined enantioseparation and elution order by chiral HPLC.
On the basis of the previous study[1], miscibility were investigated and intermolecular interaction strength for the miscibility were relatively compared for the blends poly{2,2-(m-phenylene)-5,5'-bibenzimidazole}(PBI) with two aromatic polyimides (PIs) synthesized by another dianhydride. Aromatic PAAs were prepared by the reaction of condensation of two diamines, 4,4'-methylene dianiline(4,4'-MDA) and 4,4'-oxydianiline(4,4'-ODA) with 3,3',4,4'-diphenylsulfone tetracarboxylic dianhydride(DSDA) using DMAc, and then converted into PIs after curing. PBI/PAA blends were prepared by solution blending. Cast films or precipitated powders of the PBI/PAA blends were cared at a high temperature to transform into PBI/PIs blends. Miscibility and specific intermolecular interaction for miscibility in the blends were investigated, and compared with previous polyimide structures of PBI/PIs blends [1]. Two blends, PBI/DSDA+4,4'-MDA(Blend-V) and PBI/DSDA+4,4'-ODA(Blend-VI), were found miscible : the evidences were optically clear films, synergistic single composition dependent $T_g{\prime}s$, and frequency shifts of N-H stretching band as much as $39{\sim}40cm^{-1}$, and of C=O stretching band near 1730 and $1780cm^{-1}$, 5~6 and $3{\sim}4cm^{-1}$, respectively. The specific intermolecular interactions existing between PBI and PIs were relatively analyzed with the area(A) formed between the $T_g{\prime}s$ of the measured and that of the calculated by the Fox equation at all compositions, the ${\kappa}$ values in Gordon-Taylor equation obtained from the measured $T_g{\prime}s$, and differences of the frequency shifts in the functional N-H and carbonyl stretching band. From the results, the area(A) and the ${\kappa}$ values for Blend-V and VI were smaller than those for Blend-III and IV used in previous study[1]. Differences of the frequency shifts in the functional groups(N-H and C=O) also showed similar tendency. Thus, specific intermolecular interaction strength in terms of hydrogen bonding of PBI/PI blends is dependent upon chemical structures of PIs, that is, PIs it seems that $SO_2$ group in dianhydride(DSDA) has weaker hydrogen bond strength than those of C=O in BTDA. In other words, it implies that the former occupied bulk space than the latter due to the sterric effect.
A novel crystal, the mono-protonated metformin acetate (1), was obtained and characterized by elemental analysis, IR spectroscopy and X-ray crystallography. It was found that one of the imino group in the metformin cation was protonated along with the proton transfer from the secondary amino group to the other imino group. Its crystal structure was then compared with the previously reported diprotonated metformin oxalate (2). The difference between them is that the mono-protonated metformin cations can be linked by hydrogen bonding to form dimers while the diprotonated metformin cations cannot. Both of them are stabilized by intermolecular hydrogen bonds to assemble a 3-D supermolecular structure. The four potential tautomer of the mono-protonated metformin cation (tautomers 1a, 1b, 1c and 1d) were optimized and their single point energies were calculated by Density Functional Theory (DFT) B3LYP method based on the Polarized Continuum Model (PCM) in water, which shows that the most likely existed tautomer in human cells is the same in the crystal structure. Based on the optimized structure, their Wiberg bond orders, Natural Population Analysis (NPA) atomic charges, molecular electrostatic potential (MEP) maps were calculated to analyze their electronic structures, which were then compared with the corresponding values of the diprotonated metformin cation (cation 2) and the neutral metformin (compound 3). Finally, the possible tautomeric mechanism of the mono-protonated metformin cation was discussed based on the observed phenomena.
The crystal structure of $N-({\alpha}-dimethyl\;{\beta}-hydroxy)ethyl\;N'-cyclohexyl\;thiourea,\;C_{ll}H_{22}N_2OS)$, has been determined by X-ray diffraction method. The compound crystallizes in the orthorhombic space group Pbca with a = 10.33(3), b = 11.82(3), c = 22.57(4)${\AA}$ and Z = 8. A total of 1414 observed reflections collected by the Weissenberg photographs and was solved by heavy atom method and refined by block diagonal least-squares methods to the R value of 0.13. The cyclohexane ring has a normal chair conformation and the thiourea unit is planar. The primary alcoholic group O-H bonded to C(l) makes an intramolecular hydrogen bond with N(2), which leads to stablize the molecule. There are two independent hydrogen bonds in the structure. One of them is of the type N-H${\cdot}{\cdot}{\cdot}$O intramolecular hydrogen bond with the length 2.71${\AA}$, another is of the type O-H${\cdot}{\cdot}{\cdot}$S intermolecular hydrogen bond with the length 3.21${\AA}$ parallel to the b axis. Apart from the hydrogen bonding system the molecules are held together by van der Waals forces in the crystal.
Poly(4-vinyl phenol) (PVPh) was neutralized by LiOH and PVPh ionomers (PVPh-Li) with different Li neutralization extents were synthesized. The variation in $T_{g}$ with Li neutralization was determined by DSC and the results show that the $T_{g}$ increases by 3.$8^{\circ}C$ per Li mol%. When comparing this result with the 3.$2^{\circ}C$ per Na mol% reported for poly (styrene-co-hydroxy styrene), the greater value for PVPh-Li may be due to a strong interaction between unneutralized free -OH and -OLi produced. No distinct small angle X-ray scattering (SAXS) peak was observed for these PVPh ionomers in bulk. In the 50/50 blend of PVPh-Li with PVPh, the miscibile blend was obtained when the Li neutralization in PVPh-Li was 10 mol%. On the contrary, the 50/50 PVPh-Li/PMMA was immiscible when the Li neutralization was 5 mol%. It can be concluded that, even if the starting blend is miscible owing to hydrogen bonding, the miscibility of blend becomes diminished by introducing small amount of ion groups into one of the constituent polymers and the blend can be immiscible as long as any new strong intermolecular ion-dipole interaction is not generated.
In this work, the cure kinetics and rheological and mechanical properties of diglycidylether of bispheonol A (DGEBA, EP)/polyurethane (PU) blends were investigated. The 1 wt% N-benzylpyrazinium hexafluoroantiminate (BPH) was used as a latent thermal catalyst. Latent properties were performed by measurement of the conversion as a function of reaction temperature using DSC. And the rheological properties of the blend systems were investigated under isothermal conditions using a rheometer. Crosslinking activating energies (Ec) were also determined from the Arrhenius equation based on gel time and curing temperature. The impact strengths were measured as mechanical properties of the casting specimens. The BPH in the blend systems could be an excellent latent thermal catalyst without any co-initiator. The rheological results showed that Ec was highest when PU content was 30 wt% which was in good agreement with the impact strengths. This was probably due to the intermolecular hydrogen bonding between the hydroxyl group in PU and EP, resulting in increasing the crosslinking density.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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