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Energetic Origins of the Hydrogen-Bond Redshift: IQA Partitioning of Normal Mode Force Constants

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Autor(es):
Duarte, Leonardo J. ; Alves, Erick H. S. ; Braga, Ataualpa A. C.
Número total de Autores: 3
Tipo de documento: Artigo Científico
Fonte: Journal of Physical Chemistry A; v. 129, n. 28, p. 8-pg., 2025-07-07.
Resumo

The redshift of the D-H (where D represents the H donor group containing F, O, N) bond stretch normal coordinate is notable evidence of a hydrogen-bonded system. Upon the formation of the hydrogen bond, electron density is transferred from the acceptor moiety of the complex to the hydrogen atom donor, causing an elongation of the D-H bond and a reduction of the force constant. Within the orbital paradigm of chemistry, the redshift of the D-H stretch frequency is caused by the donation of electrons from the base lone pair to the antibonding, sigma*, orbital of the D-H bond. The increased electron population of the antibonding orbital is, therefore, responsible for the decrease in the force constant and, consequently, for the redshift. In this work, we present a description of the H-bond redshift in terms of the electron density, substituting the molecular orbital theory interpretation with the Quantum Theory of Atoms in Molecules with the Interacting Quantum Atoms (IQA) energy decomposition scheme. The results herein suggest that the energetic origin of the redshift depends on the acid structure. When H2O acts as a H donor, the redshift is mostly determined by the intratomic and exchange-correlation, whereas the redshift of the HF stretch is caused primarily by the Coulomb contribution. The H acceptor molecule modulates the amount of variation in the above-mentioned cases. The better the acceptor, the greater the variation in the IQA contribution to the force constant. (AU)

Processo FAPESP: 22/09269-1 - Transformações químicas induzidas por infravermelho: Mecanismos de reação, fatores eletrônicos, energéticos e topológicos.
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Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
Processo FAPESP: 15/01491-3 - Estudo teórico das reações de acoplamento-cruzado: catálise homogênea e heterogênea
Beneficiário:Ataualpa Albert Carmo Braga
Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
Processo FAPESP: 19/17874-0 - EMU concedido no Proc. 2013/08293-7, KAHUNA upgrade - HPE Apollo Gen10 Supercomputer
Beneficiário:Munir Salomao Skaf
Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa Equipamentos Multiusuários
Processo FAPESP: 24/07892-9 - Estudo Experimental e Computacional na 6pi-Fotoeletrociclização Catalítica Enantiosseletiva mediada por Luz Visível
Beneficiário:Erick Henrique de Souza Alves
Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado
Processo FAPESP: 13/08293-7 - CECC - Centro de Engenharia e Ciências Computacionais
Beneficiário:Munir Salomao Skaf
Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão - CEPIDs