A comprehensive analysis of hydrogen bond interactions based on local vibrational modes

Abstract

Local stretching modes for 69 different DH single bonds and 58 H···A H‐bonds are calculated at the ωB97X‐D/aug‐cc‐pVTZ level of theory to describe the changes in donor D and acceptor A upon forming the hydrogen‐bonded complex. The intrinsic strength of the DH and AH interactions is determined utilizing the properties of a well‐defined set of local, uncoupled vibrational modes. The local mode stretching force constant ka(HA) provides a unique measure of bond strength for both covalently and electrostatically bonded complexes. Generally applicable bond orders are derived, which can be related to the binding energies of the hydrogen bonded complexes. Although the red shifts in the DH stretching frequencies can be used to detect hydrogen bonding, they are not sufficient to assess the strength of hydrogen bonding. It is demonstrated that the calculated BSSE‐corrected binding energies of hydrogen bonded complexes are related to the sum of bond order changes caused by hydrogen bonding. The covalent character of charge assisted hydrogen bonds is explained. Because local mode frequencies can also be derived from experimental normal mode frequencies, a new dimension in the study of hydrogen bonding is gained. © 2012 Wiley Periodicals, Inc.

Strength of the Pnicogen Bond in Complexes Involving Group Va Elements N, P, and As

“…We have obtained a similar predominance of electrostatic interactions when investigating H-bonding 132. Finally, we have to note that we have used the term pnicogen bonding indiscriminately of the covalent or electrostatic nature or the strength of these interactions.…”

“…The force constant k a of an AB stretching mode (A and B being bonded) is a reliable measure for the AB bond strength [132][133][134][135]. This does not hold for the local frequency ω a which depends also on the masses of atoms A and B thus disguising the electronic origin of the bond strength.…”

Theoretical estimation of pnicogen bonds and hydrogen bonds in small heterocyclic complexes: Red-shifts and blue-shifts ruled by polarization effects

“…Also, the values for the shifted frequencies and ratios of the absorption intensities in P−H, P−F and P−Cl are shown in Table 3. In the literature [11,[89][90][91][92], a relation has been established between the variations (increasing or decreasing) in the bond lengths and the frequency shifts of the proton donors (to red or blue regions), respectively. In this regard, Figure 2 illustrates the good correlation between the variations in the bond lengths and frequency shifts, where a linear coefficient (R 2 ) of 0.999 was obtained, in agreement with Equation 1.…”

Bent's Rule Contextualizes Hydrogen Bond Strength in Trimolecular Clusters

“…Considerando que os átomos de hidrogênio de HCN e HCl já tenham as contribuições majoritárias de s, quaisquer variações de hibridização deste orbital nas ligações H−C e H−X só podem decorrer dos átomos de carbono ou cloro, conforme declarado por Alabugin e colaboradores. 96 27 há uma incoerência entre força de interação e a magnitude dos deslocamentos nas frequências de estiramento, e que a estabilização intermolecular não pode ser estimada indiretamente por variações nas propriedades estruturais e/ou vibracionais da supermolécula. Por outro lado, o coeficiente de correlação (R …”

“…3 Entrementes, Y interage com moléculas doadoras de próton devido a uma alta concentração eletrônica proveniente de hidretos de metais alcalinos (W = Li, Na ou Be), 4,5 halogênios, 6,7 calcogênios, 8 e até mesmo elétrons de ligações π ou σ (C = W e Y). [9][10][11][12] Não obstante, interações como as ligações de hidretos catiônicos (H• Ao longo de mais de um século, muitas abordagens de natureza teórica 22,23 e/ou experimental 24 foram utilizadas no estudo da ligação de hidrogênio pelo fato das propriedades desta interação serem consideradas essenciais na elucidação de diversos fenômenos, como aqueles inerentes à química, 25 física, 26 espectroscopia, 27 ciência de materiais, 28 biologia, 29 bioquímica, 30 medicina 31 e astronomia. 32 Além destas, existem muitas outras aplicações da ligação de hidrogênio, como por exemplo, na caracterização do DNA, 33 cuja estrutura de dupla hélice é estabilizada por meio de atrações do tipo N…”