Ab initio molecular dynamics simulations of an excited state of X -(H 2O) 3 (X = Cl, I) complex

Journal of Physical Chemistry A

Volumn 109, Issue 42, 2005, Pages 9419-9423

  Kolaski M ^a,c   Lee, Han Myoung ^d   Pak, Chaeho ^d   Dupuis, M ^b   Kim, Kwang S ^d  

^a Pohang University of Science and Technology (POSTECH)   (South Korea)

^b PACIFIC NORTHWEST NATIONAL LABORATORY   (United States)

^c UNIVERSITY OF SILESIA   (Poland)

^d NONE

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ELECTRON TRANSFER; MOLECULAR DYNAMIC SIMULATIONS; POLAR SOLVENT MOLECULES;

COMPUTER SIMULATION; ELECTRON TRANSITIONS; GROUND STATE; HALOGEN COMPOUNDS; IODINE COMPOUNDS; KINETIC ENERGY; MOLECULAR DYNAMICS; ORGANIC SOLVENTS;

CHLORINE COMPOUNDS;

BROMIDE; CHLORIDE; WATER;

ARTICLE; CHEMISTRY; COMPUTER SIMULATION; ELECTRON TRANSPORT; KINETICS; QUANTUM THEORY;

BROMIDES; CHLORIDES; COMPUTER SIMULATION; ELECTRON TRANSPORT; KINETICS; QUANTUM THEORY; WATER;

EID: 27744476817     PISSN: 10895639     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp0512816     Document Type: Article

References (97)

1. (a) Lehr, L.; Zanni, M. T.; Frischkorn, C.; Weinkauf, R.; Neumark, D. M. Science 1999, 284, 635.
2. (b) Davis, A. V.; Zanni, M. T.; Weinkauf, R.; Neumark, D. M. Chem. Phys. Lett. 2002, 353, 455.
3. (a) Robertson, W. H.; Diken, E. G.; Price, E. A.; Shin, J.-W.; Johnson, M. A. Science 2003, 299, 1367.
4. (b) Robertson, W. H.; Johnson, W. H. Science 2002, 298, 69.
5. (a) Patwari, G. N.; Lisy, J. M. J. Chem. Phys. 2003, 118, 8555.
6. (b) Hurley, S. M.; Dermota, T. E.; Hydutsky, D. P.; Castleman, A. W. Science 2002, 295, 202.
7. (c) Vaden, T. D.; Forinash, B.; Lisy, J. M. J. Chem. Phys. 2002, 117, 4628.
8. (d) Kim, K. S.; Tarakeshwar, P.; Lee, J. Y. Chem. Rev. 2000, 100, 4145.
9. (e) Kloepfer, J. A.; Vilchiz, V. H.; Lenchenkov, V. A.; Germaine, A. C.; Bradforth, S. E. J. Chem. Phys. 2000, 113, 6288.
10. (f) Carbacos, O. M.; Weinheimer, C. J.; Lisy, J. M. J. Chem. Phys. 1999, 110, 8429.
11. (g) Deng, H.; Kebarle, P. J. Phys. Chem. A 1998, 102, 571.
12. (h) Knipping, E. M.; Lakin, M. J.; Foster, K. L.; Jungwirth, P.; Tobias, D. J.; Gerber, R. B.; Dabdub, D.; Finlayson-Pitts, B. J. Science 2000, 288, 301.
13. (i) Wang, X.-B.; Yang, X.; Nicholas, J. B.; Wang, L.-S. Science 2001, 294, 1322.
14. (a) Marcus, Y. Ion Solvation; Wiley: Chichester, U.K., 1985.
15. (b) Kirk, K. L. Biochemistry of Halogens and Inorganic Halides; Plenum Press: New York, 1991.
16. (c) Richens, D. T. The Chemistry of Aqua Ions; Wiley: Chichester, U.K., 1997.
17. (d) Lisy, J. M. Int. Rev. Phys. Chem. 1997, 16, 267.
18. (e) A. W. Castelman, Adv. Gas-Phase Ion Chem. 1998, 3, 185.
19. (f) Tarakeshwar, P.; Lee, H. M.; Kim, K. S. In Reviews of Modern Quantum Chemistry; Sen, K. D., Ed.; World Scientific: Singapore, 2002; pp 1642-1683.
20. (g) Coe, J. V. Int. Rev. Phys. Chem. 2001, 20, 33.
21. (a) Katz, A. K.; Glusker, J. P.; Beebe, S. A.; Bock, C. W. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 5752.
22. (b) Jensen, F. J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 9533.
23. (c) Garmer, D. R.; Krauss, M. J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 6487.
24. (d) Rodgers, M. T.; Armentrout, P. B. J. Phys. Chem. A 1997, 101, 1238.
25. (e) Stace, A. J. Science 2001, 294, 1292.
26. (a) Perera, L.; Berkowitz, M. L. J. Chem. Phys. 1994, 100, 3085.
27. (b) Yeh, I.-C.; Perera, L.; Berkowitz, M. L. Chem. Phys. Lett. 1997, 264, 31.
28. (c) Feller, D.; Glendening, E. D.; Woon, D. E.; Feyereisen, M. W. J. Chem. Phys. 1995, 103, 3526.
29. (d) Roeselova, M.; Mucha, M.; Schmidt, B.; Jungwirth, P. J. Phys. Chem. A. 2002, 106, 12229.
30. (e) Gai, H.; Schenter, G. K.; Dang, L. X.; Garrett, B. C. J. Chem. Phys. 1996, 105, 8835.
31. (a) Kwon, J. Y.; Singh, N. J.; Kim, H. N.; Kim, S. K.; Kim, K. S.; Yoon, J. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 8892.
32. (b) Yoon, J.; Kim, K. S.; Singh, N. J.; Lee, J. W.; Yang, Y. J.; Kavitha, C.; Kim, K. S. J. Org. Chem. 2004, 69, 581.
33. (c) Kim, S. K.; Singh, N. J.; Kim, S. J.; Kim, H. G.; Kim, J. K.; Lee, J. W.; Kim, K. S.; Yoon, J. Org. Lett. 2003, 5, 2083.
34. (a) Ihm, H.; Yun, S.; Kim, H. G.; Kim, J. K.; Kim, K. S. Org. Lett. 2002, 4, 2897.
35. (b) Choi, H. S.; Suh, S. B.; Cho, S. J.; Kim, K. S. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1998, 95, 12094.
36. Atwood, J. L.; Davis, J. E. D.; MacNicol, D. D.; Vögtle, F.; Lehn, J.-M., Eds. Comprehensive Supramolecular Chemistry; Elsevier: Amsterdam, 1996; Vols. 1-11.
37. (a) Tarakeshwar, P.; Kim, K. S. Nanorecognition. In Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology; Nalwa, H. S., Ed.; American Scientific Publishers: Stevenson Ranch, CA, 2004; Vol. 7, pp 367-404.
38. (b) Kim, K. S.; Tarakeshwar, P.; Lee, H. M. In Dekker Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology; Schwarz, J. A., Contescu, C., Putyera, K., Eds.; Marcel Dekker: New York, 2004; Vol. 3, pp 2423-2433.
39. (c) Hong, B. H.; Bae, S. C.; Lee, C.-W.; Jeong, S.; Kim, K. S. Science 2001, 294, 348.
40. (d) Kim, K. S.; Suh, S. B.; Kim, J. C.; Hong, B. H.; Lee, E. C.; Yun, S.; Tarakeshwar, P.; Lee, J. Y.; Kim, Y.; Ihm, H.; Kim, H. G.; Lee, J. W.; Kim, J. K.; Lee, H. M.; Kim, D.; Cui, C.; Youn, S. J.; Chung, H. Y.; Choi, H. S.; Lee, C.-W.; Cho, S. J.; Jeong, S.; Cho, J.-H. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 14268.
41. (a) Markovich, G.; Giniger, R.; Levin, M.; Cheshnovsky, O. J. Chem. Phys. 1991, 95, 9416.
42. (b) Kloepfer, J. A.; Vilchiz, V. H.; Lenchenkov, V. A.; Bradforth, S. E. Chem. Phys. Lett. 1998, 298, 120.
43. (c) Kloepfer, J. A.; Vilchiz, V. H.; Lenchenkov, V. A.; Germaine, A. C.; Bradforth, S. E. J. Chem. Phys. 2000, 113, 6288.
44. (a) Ayotte, P.; Weddle, G. H.; Kim, J.; Kelley, J.; Johnson, M. A. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 443.
45. (b) Ayotte, P.; Weddle, G. H.; Kim, J.; Johnson, M. A. Chem. Phys. 1998, 239, 485.
46. Choi, J.-H.; Kuwata, K. T.; Cao, Y.-B.; Okumura, M. J. Phys. Chem. A 1998, 102, 503.
47. (a) Thompson, W. H.; Hynes, J. T. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 6278.
48. (b) Wies, P.; Kemper, P. R.; Bowers, M. T.; Xantheas, S. S. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 3531.
49. (c) Cabarcos, O. M.; Weinheimer, C. J.; Lisy, J. M.; Xantheas, S. S. J. Chem. Phys. 1999, 110, 5.
50. Yang, X.; Wang, X.-B.; Wang, L.-S. J. Chem. Phys. 2001, 115, 2889.
51. (a) Borgis, D.; Staib, A. Chem. Phys. Lett. 1994, 230, 405.
52. (b) Borgis, D.; Staib, A. J. Chem. Phys. 1996, 104, 4776.
53. (c) Chaudhury, P.; Saha, R.; Bhattacharyya, S. P. Chem. Phys. 2001, 270, 277.
54. (d) Roszak, S.; Kowal, M.; Góra, R. W.; Leszczyn∼ski, J. J. Chem. Phys. 2001, 115, 3469.
55. (a) Lee, E. C.; Lee, H. M.; Tarakeshwar, P.; Kim, K. S. J. Chem. Phys. 2003, 119, 7725.
56. (b) Lee, H. M.; Tarakeshwar, P.; Park, J.; Kołaski, M. R.; Yoon, Y. J.; Yi, H.-B.; Kim, W. Y.; Kim., K. S. J. Phys. Chem. A 2004, 108, 2949.
57. (a) Baik, J.; Kim, J.; Majumdar, D.; Kim, K. S. J. Chem. Phys. 1999, 110, 9116.
58. (b) Majumdar, D.; Kim, J.; Kim, K. S. J. Chem. Phys. 2000, 112, 101.
59. (c) Kim, J.; Lee, H. M.; Suh, S. B.; Majumdar, D.; Kim, K. S. J. Chem. Phys. 2000, 113, 5259.
60. (d) Lee, H. M.; Kim, K. S. J. Chem. Phys. 2001, 114, 4461.
61. (e) Lee, H. M.; Kim, D.; Kim, K. S. J. Chem. Phys. 2002, 116, 5509.
62. (a) Kim, J.; Lee, J. Y.; Oh, K. S.; Park, J. M.; Lee, S.; Kim, K. S. Phys. Rev. A 1999, 59, R930.
63. (b) Kim, J.; Suh, S. B.; Kim, K. S. J. Chem. Phys. 1999, 111, 10077.
64. (c) Suh, S. B.; Lee, H. M.; Kim, J.; Lee, J. Y.; Kim, K. S. J. Chem. Phys. 2000, 113, 5273.
65. (a) Re, S.; Osamura, Y.; Suzuki, Y.; Schaefer, H. F., III. J. Chem. Phys. 1998, 109, 973.
66. (b) Al-Halabi, A. S.; Bianco, R.; Hynes, J. T. J. Phys. Chem, A 2002, 106, 7639.
67. (c Wei, D.; Truchon, J.-F.; Sirois, S.; Salahub, D. J. Chem. Phys. 2002, 116, 6028.
68. (d) Odde, S.; Mhin, B. J.; Lee, S.; Lee, H. M.; Kim, K. S. J. Chem. Phys. 2004, 120, 9524.
69. (e) Park, J.; Ko-laski, M.; Lee, H. M.; Kim, K. S. J. Chem. Phys. 2004, 121, 3106.
70. (f) Odde, S.; Park, C.; Lee, H. M.; Kim, K. S.; Mhin, B. J. J. Chem. Phys. 2004, 121, 204.
71. Ayotte, P.; Weddle, G. H.; Kim, J.; Johnson, M. A. Chem. Phys. 1998, 239, 485.
72. Serxner, D.; Dessent, C. E.; Johnson, M. A. J. Chem. Phys. 1996, 105, 7231.
73. (a) Lee, H. M.; Lee, S.; Kim, K. S. J. Chem. Phys. 2003, 119, 187.
74. (b) Lee, H. M.; Suh, S. B.; and Kim, K. S. J. Chem. Phys. 2003, 118, 9981.
75. (c) Lee, H. M.; Kim, K. S. J. Chem. Phys. 2002, 117, 706.
76. (d) Lee, H. M.; Suh, S. B.; Tarakeshwar, P.; Kim, K. S. J. Chem. Phys. 2005, 122, 044309.
77. Lee, H. M.; Suh, S. B.; Kim, K. S. J. Chem. Phys. 2003, 119, 007685.
78. Vila, F. D.; Jordan, K. D. J. Phys. Chem. A 2002, 106, 1391.
79. (a) Chen, H.-Y.; Sheu, W.-S. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 7534.
80. (b) Chen, H.-Y.; Sheu, W.-S. Chem. Phys. Lett. 2001, 335, 475.
81. (c) Chen, H.-Y.; Sheu, W.-S. Chem. Phys. Lett. 2002, 353, 459.
82. Timerghazin, Q. K.; Peslherbe, G. H. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 9904.
83. Basis sets were obtained from the Extensible Computational Chemistry Environment Basis Set Database, developed and distributed by the Molecular Science Computing Facility, Environmental and Molecular Sciences Laboratory, Pacific Northwest Laboratory, P.O. Box 999, Richland, WA 99352 (http://www.emsl.pnl.gov).
84. Dupuis, M.; Marquez, A.; Davidson, E. R. HONDO 99.6, 1999, based on HONDO 95.3, by Dupuis, M.; Marquez, A.; Davidson, E. R. Quantum Chemistry Program Exchange (QCPE), Indiana University, Bloomington, IN 47405.
85. Case, D. A.; Darden, T. A.; Chetham, T. E.; Simmerling, C. L.; Wang, J.; Duke, R. E.; Luo, R.; Merz, K. M.; Wang, B.; Peralman, D. A.; Crowley, M.; Brozell, S.; Tsui, V.; Gohlke, H.; Mongan, J.; Hornak, V.; Cui, G.; Beroza, P.; Schafmeister, C.; Caldwell, J. W.; Ross, W. S.; Kollman, P. A. AMBER 8 Users' Manual; University of California: San Francisco, CA, 2004.
86. (a) Kim, K. S. Kim; Nguyen, H. L.; Swaminathan, P. K.; Clementi, E. J. Phys. Chem. 1985, 89, 2870.
87. (b) Choi, H. S.; Suh, S. B.; Cho, S. J.; Kim, K. S. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1998, 95, 12094.
88. (c) Suh, S. B.; Cui, C.; Son, H. S.; U, J. S.; Won, Y.; Kim, K. S. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 2061.
89. (a) Joyeux, M.; Farantos, S. C.; Schinke, R. J. Phys. Chem. A 2002, 106, 5407.
90. (b) Yeh, K.-L.; Xie, D.; Zhang, D. H.; Lee, S.-Y.; Schinke, R. J. Phys. Chem. A 2003, 107, 7215.
91. (a) Soper, A. K. Chem. Phys. 2000, 255, 121.
92. (b) Soper, A. K.; Philips, M. G. Chem. Phys. 1986, 107, 47.
93. (c) Kim, K. S. Chem. Phys. Lett. 1989, 156, 261.
94. (d) Sharp, K. A.; Madan, B.; Manas, E.; Vanderkooi, J. M. J. Chem. Phys. 2001, 114, 1791.
95. d are treated differently, so the H-bond breaking would be slightly delayed. We used a larger basis set, aug-cc-pVDZ+(2s2p/2s), to better describe the excited states and used nonbiased diffuse functions for all atoms to properly treat the excess electron. Instead of their long time step (0.3 fs), we used a shorter time step of 0.2 fs to describe more accurate dynamics (without serious artificial repulsive forces for the H atom near the OH hard-well region in the case of a large time scale). However, our results are overall similar to theirs.
96. Lee, S.; Lee, H. M. Bull. Korean Chem. Soc. 2003, 24, 802.
97. Lee, S. J.; Chung, H. Y.; Kim, K. S. Bull. Korean Chem. Soc. 2004, 25, 1061.