Ab Initio and DFT studies on methanol-water clusters

Journal of Physical Chemistry A

Volumn 114, Issue 6, 2010, Pages 2250-2258

  Mandal, Abhishek ^a   Prakash, Muthuramalingam ^a   Kumar, Ravva Mahesh ^a   Parthasarathi, Ramakrishnan ^a   Subramanian, Venkatesan ^a  

^a CENTRAL LEATHER RESEARCH INSTITUTE   (India)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

AB INITIO AND DFT; ATOMS IN MOLECULES; COOPERATIVE EFFECTS; COOPERATIVITY; CORRELATION FUNCTIONALS; ELECTRON DENSITIES; ELECTRON-DONATING; EXPERIMENTAL VALUES; GAS-PHASE GEOMETRY; HARTREE-FOCK; HYDROGEN BONDING NETWORK; METHANOL-WATER; METHYL GROUP; MIXED CLUSTERS; NATURAL BOND ORBITAL; PARAMETER HYBRID FUNCTIONAL; SECOND ORDERS; SPACE DECOMPOSITION; TETRAMERS; TOPOLOGICAL FEATURES; WATER CLUSTER;

BINDING ENERGY; CHARGE TRANSFER; CORRELATION METHODS; HYDROCARBONS; HYDROGEN BONDS; ION EXCHANGE; METHANOL;

DENSITY FUNCTIONAL THEORY;

METHANOL; WATER;

ARTICLE; CHEMICAL MODEL; CHEMISTRY; COMPUTER SIMULATION; HYDROGEN BOND; QUANTUM THEORY;

COMPUTER SIMULATION; HYDROGEN BONDING; METHANOL; MODELS, CHEMICAL; QUANTUM THEORY; WATER;

EID: 77649164835     PISSN: 10895639     EISSN: 15205215     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp909397z     Document Type: Article

References (116)

1. (a) Jeffrey, G. A.; Saenger, W. Hydrogen Bonding in Biological Structures; Springer-Verlag: Berlin, 1991.
2. (b) Jeffrey, G. A. An Introduction to Hydrogen Bonding; Oxford. University Press Inc.: Oxford, New York, 1997.
3. (c) Desiraju, G. R.; Steiner, T. The Weak Hydrogen Bond in Structural Chemistry and Biology; Oxford University Press: Oxford, New York, 1999.
4. (a) Cramer, C. J.; Truhlar, D. G. Chem. Rev. 1999, 99, 2161.
5. (b) Kim, K. S.; Tarakeshwar, P.; Lee, J. Y. Chem. Rev. 2000, 100, 4145.
6. (c) Müller-Dethlefs, K.; Hobza, P. Chem. Rev. 2000, 100, 143.
7. (d) Gadre, S. R.; Babu, K.; Rendell, A. P. J. Phys, Chem. A 2000, 104, 8976.
8. (e) Headrick, J. M.; Diken, E. G.; Walters, R. S.; Hammer, N. I.; Christie, R. A.; Cui, J.; Myshakin, E. M.; Duncan, M. A.; Johnson, M. A.; Jordan, K. D. Science 2005, 308, 1765.
9. (a) Dixit, S.; Poon, W.; Grain, J. J. Phys.; Condens. Matter 2000, 12, 323.
10. (b) Lee, H. M.; Suh, S. B.; Lee, J. Y.; Tarakeshwar, P.; Kim, K. S. J. Chem, Phys. 2000, 112, 9759.
11. (c) Ludwig, R. Angew. Chem., Int. Ed. 2001, 40, 1808.
12. (d) Jena, N. R.; Mishra, P. C. Theor. Chem. Acc. 2005, 114, 189.
13. (e) Nguyen, M. T.; Matus, M. H.; Jackson, V. E.; Ngan, V. T.; Rustad, J. R.; Dixon, D. A. J. Phys. Chem. A 2008, 112, 10386.
14. (a) Brutschy, B. Chem. Rev. 2000, 100, 3891.
15. (b) Buck, U.; Huisken, F. Chem, Rev. 2000, 100, 3863.
16. (a) Tsai, C. J.; Jordan, K. D. J. Phys. Chem. A 1993, 97, 5208.
17. (b) Plummer, P. L. M. J. Mol. Struct. (THEOCHEM) 1997, 417, 35.
18. (c) Christie, R. A.; Jordan, K. D. J. Phys. Chem. A 2001, 105, 7551.
19. (d) Maheshwary, S.; Patel, N.; Sathyamuithy, N.; Kulkarni, A. D.; Gadre, S. R. J. Phys. Chem, A 2001, 105, 10525.
20. (e) Ludwig, R.; Appelhagen, A. Angew, Chem., Int. Ed. 2005, 44, 811.
21. (f) Headrick, J. M.; Diken, E. G.; Walters, R. S.; Hammer, N. I.; Christie, R. A.; Cui, J.; Myshakin, E. M.; Duncan, M. A.; Johnson, M. A.; Jordan, K. D. Science 2005, 308, 1765.
22. (g) Karthikeyan, S.; Park, M.; Shin, I.; Kim, K. S. J. Phys. Chem. A 2008, 112, 10120.
23. (h) Parthasarathi, R.; Subramanian, V.; Sathyamurthy, N. Synth. React. Inorg., Met.-Org. Nano-Met. Chem. 2008, 38, 18 Special Issue on Latest Developments in the Chemistry of Water Clusters,
24. (i) Jieli, M.; Aida, M. J. Phys. Chem. A 2009, 113, 1586.
25. (j) Bates, D. M.; Tschumper, G. S. J. Phys. Chem. A 2009, 113, 3555.
26. (k) Parthasarathi, R.; Elango, M.; Subramanian, V.; Sathyamurthy, N. J. Phys. Chem. A 2009, 113, 3744.
27. (a) Jorgensen, W. L. J. Phys. Chem. 1986, 90, 1276.
28. (b) Huisken, F.; Stemmler, M. Chem, phys, Lett. 1991, 180, 332.
29. (c) Stockman, P. A.; Blake, G. A.; Lovas, F. J.; Suenran, R. D. J. Chem. Phys. 1997, 107, 3782.
30. (d) Masella, M.; Flanent, J. P. J. Chem. Phys. 1998, 108, 7141.
31. (e) van Erp, T. S.; Meijer, E. J. J. Chem. Phys. 2003, 118, 8831.
32. (f) Oliveira, B. G.;Vasconcellos, M. L. A. A. J. Mol. Struct. (THEOCHEM) 2006, 774, 83.
33. (g) Bianco, R.; Wamg, S.; Hynes, J. T. J. Phy. Chem. A 2007, 111, 11033.
34. (h) Mejia, S. M.; Espinal, J. F.; Restrepo, A.; Mondragon, F. J. Phy. Chem. A 2007, 111, 8250.
35. (i) Nedic, M.; Wassermann, T. N.; Xue, Z.; Zielke, P.; Suhm, M. A. Phys, Chem. Chem. Phys. 2008, 10, 5953.
36. (j) Nguyen, M. T.; Matus, M. H.; Jackson, V. E.; Ngan, V. T.; Rustad, J. R.; Dixon, D. A. J. Phys. Chem. A 2008, 112, 10386.
37. (k) Mejia, S. M.; Espinal, J. F.; Mondragon, F. J. Mol. Struct. (THEOCHEM) 2009, 901, 186.
38. (a) Bakkas, N.; Bouteiller, Y.; Loutellier, A.; Perchard, J. P.; Racine, S. J. Chem. Phys. 1993, 99, 3335.
39. (b) Arulmozhiraja, S.; Kolandaivel, P. J. Mol. Struct. (THEOCHEM) 1996, 123, 366.
40. (c) Rablen, P. R.; Lockman, J. W.; Jorgensen, W. L. J. Phys. Chem. A 1998, 102, 3782.
41. (d) Iosue, J. L.; Benoit, D. M.; Clary, D. C. Chem. Phys. Lett. 1999, 301, 275.
42. (e) Parthasarathi, R.; Subramanian, V.; Sathyamurthy, N. J. Phys. Chem. A 2005, 109, 843.
43. (a) Parthasarathi, R.; Subramanian, V.; Sathyamurthy, N. J. Phys. Chem. A 2007. 111, 13287.
44. (b) Rao, J. S.; Dinadayalane, T. C.; Leszczynski, J.; Sastry, G. N. J. Phys. Chem. A 2008, 112, 12944.
45. (a) Pomès, R.; Roux, B. Biophys. J. 1996, 77, 19.
46. (b) Sadeghi, R. R.; Cheng, H. P. J. Chem. Phys. 1999, 111, 2086.
47. (c) Day, T. J. F.; Schmitt, U. W.; Voth, G. A. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 12027.
48. (d) Miyazaki, M.; Fujii, A.; Ebata, T.; Mikami, N. Science 2004, 304, 1134.
49. (e) Shin, J. W.; Hammer, N. I.; Diken, E. G.; Johnson, M. A.; Walters, R. S.; Jaeger, T. D.; Duncan, M. A.; Christie, R. A.; Jordan, K. D. Science 2004, 304, 1137.
50. (f) Prakash, M.; Subramanian, V.; Gadre, S. R. J. Phys. Chem. A 2009, 113, 12260.
51. (a) Pingale, S. S.; Gadre, S. R. J. Phys. Chem. A 1998, 102, 9987.
52. (b) Sivanesan, D.; Babu, K.; Gadre, S. R.; Subramanian, V.; Ramasami, T. J. Phys. Chem. A 2000, 104, 10887.
53. (c) Prakash, M.; Gopal samy, K.; Subramanian, V. J. Phys, Chem. A 2009, 113, 13845.
54. Wakisaka, A.; Abdoul-Carime, H.; Yamamoto, Y.; Kiyozumi, Y. J. Chem, Soc., Farady Trans. 1998, 94, 369.
55. (a) Jursic, B. S. J. Mol. Struct. (THEOCHEM) 1999, 466, 203.
56. (b) Eudes, E.; Canuto, F. S. Int. J. Quantum. Chem. 2005, 102, 554.
57. (c) Ruckenstein, E.; Shulgin, I.; Tilson, J. L. J. Phys. Chem. A 2005, 109, 807.
58. (d) Eudes, E.; Canuto, F. S. Int. J. Quantum Chem 2005, 104, 808.
59. (a) Suresh, S. J.; Prabhu, A. I.; Arora, A. J Chem. Phys. 2007, 126, 134502.
60. (b) Pires, M. M.; DeTuri, V. F. J. Chem. Theory Comput. 2007, 3, 1073.
61. (c) Boyd, S. L.; Boyd, R. J. J. Chem. Theory Comput. 2007, 3, 54.
62. (d) Krishtal, A.; Senet, P.; Alsenoy, C. V. J. Chem. Theory Comput. 2008, 4, 426.
63. (e) David, J.; Guerra, D.; Restrepo, A. J. Phys. Chem. A 2009, 113, 10167.
64. (a) Nishi, N.; Koga, K.; Ohshima, C.; Yamamoto, K.; Nagashima, U.; Nagami, K. J Am., Chem. Soc. 1988, 110, 5246.
65. (b) Nishi, N.; Yamamoto, K. J. Am. Chem. Soc. 1987, 109, 7353.
66. (c) Dixit, S.; Crain, J.; Poon, W.; Finney, J.; Soper, A. Nature 2002, 416, 829.
67. Gonzalez, L.; Mo, O.; Yanez, M. J. Chem. Phys. 1998, 109, 139.
68. Xantheas, S. S. J. Chem. Phys. 1995, 102, 4504.
69. Sauer, J.; Bleiber, A. Pol. J. Chem. 1998, 72, 1524.
70. (a) Sum, A. K.; Sandler, S. I. J. Phys. Chem. A 2000, 104, 1121.
71. (b) Vener, M. V.; Sauera, J. J. Chem. Phys. 2001, 114, 2623.
72. (c) Campen, R. K.; Kubicki, J. D. J. Comput. Chem. doi: 10.1002/jcc.21380.
73. Vollhardt, K. P.; Schore, N. E. Organic Chemistry; Freeman: New York, 1995.
74. Chang, H.-C.; Jiang, J. C.; Hanhndorf, I.; Lin, S. H.; Lee, Y. T.; Chang, H.-C. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 4443.
75. Soper, A. K.; Finney, J. L. Phys. Rev. Lett. 1993, 71, 4346.
76. Hernández-Cobos, J.; Ortega-Blake, I. J. Chem. Phys. 1995, 103, 9261.
77. Raina, G.; Kulkami, G. U. Chem. Phys. Lett. 2001, 337, 269.
78. Masella, M.; Gresh, N.; Flament, J. P. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1998, 94, 2745.
79. (a) Hunt, S. W.; Higgins, K. J.; Craddock, M. B.; Brauer, C. S.; Leopold, K. R. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 13850.
80. (b) Ziolkowski, M.; Grabowski, S. J.; Leszczynski, J. J. Phys. Chem. A 2006, 110, 6514.
81. (a) Gilli, G.; Bellucci, F.; Ferretti, V.; Bertolasi, V. J. Am. Chem. Soc. 1989, 111, 1023.
82. (b) Gilli, P.; Bertolasi, V.; Ferretti, V.; Gilli, G. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 909.
83. (c) Madsen, G. K. H.; Iversen, B. B.; Larsen, F. K.; Kapon, M.; Reisner, G. M.; Herbstein, F. H. J. Am, Chem, Soc. 1998, 120, 10040.
84. Escudero, D.; Frontera, A.; Quinonero, D.; Deya, P. M. Chem. Phys. Lett. 2008, 456, 257.
85. (a) Scheiner, S. Hydrogen Bonding: A Theoretical Perspective; Oxford University Press: New York, 1997.
86. (b) Hagemeister, F. C.; Gruenloh, C. J.; Zwier, T. S. J. Phys. Chem. A 1998, 102, 82.
87. (c) Rovira, C.; Novoa, J. J. J. Chem. Phys. 2000, 113, 9208.
88. (d) Kar, T.; Scheiner, S. J. Chem. Phys. 2003, 119, 1473.
89. (e) Larsen, R.; Suhm, M. A. J. Chem. Phys. 2006, 125, 154314.
90. (a) Bader, R. F. W. Atoms in Molecules: A Quantum Theory; Clarendon Press: Oxford, U.K., 1990.
91. (b) Bader, R. F. W.; Bayles, D. J. Phys. Chem. A 2000, 104, 5579.
92. Gledening, E. D.; Reed, A. E.; Carpenter, J. A.; Weinhold, F. NBO, version 3.1.
93. (a) Stevens, W. J.; Fink, W. H. Chem. Phys. Lett. 1987, 139, 15.
94. (b) Vijay, D.; Zipse, H.; Sastry, G. N. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 8863.
95. Nibu, Y.; Marui, R.; Shimada, H. J. Phys. Chem. A 2006, 110, 9627.
96. Boys, S. F.; Bernardi, F. Mol. Phys. 1970, 19, 553.
97. Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Montgomery, J. A.; Vreven, T.; Kudin, K. N.; Burant, J. C.; Millam, J. M.; Iyengar, S. S.; Tomasi, J.; Barone, V.; Mennucci, B.; Cossi, M.; Scalmani, G.; Rega, N.; Petersson, G. A.; Nakatsuji, H.; Hada, M.; Ehara, M.; Toyota, K.; Fukuda, R.; Hasegawa, J.; Ishida, M.; Nakajima, T.; Honda, Y.; Kitao, O.; Nakai, H.; Klene, M.; Li, X.; Knox, J. E.; Hratchian, H. P.; Cross, J. B.; Bakken, V.; Adamo, C.; Jaramillo, J.; Gomperts, R.; Stratmann, R. E.; Yazyev, O.; Austin, A. J.; Cammi, R.; Pomelli, C.; Ochterski, J. W.; Ayala, P. Y.; Morokuma, K.; Voth, G. A.; Salvador, P.; Dannenberg, J. J.; Zakrzewski, V. G.; Dapprich, S.; Daniels, A. D.; Strain, M. C.; Parkas, O.; Malick, D. K.; Rabuck, A. D.; Raghavachari, K.; Foresman, J. B.; Ortiz, J. V.; Cui, Q.; Baboul, A. G.; Clifford, S.; Cioslowski, J.; Stefanov, B. B.; Liu, G.; Liashenko, A.; Piskorz, P.; Komaromi, I.; Martin, R. L.; Fox, D. J.; Keith, T.; Al-Laham, M. A.; Peng, C. Y.; Nanayakkara, A.; Challacombe, M.; Gill, P. M. W.; Johnson, B.; Chen, W.; Wong, M. W.; Gonzalez, C.; Pople, J. A. Gaussian 03, revision E.01; Gaussian, Inc.,: Wallingford, CT, 2004.
98. Schmidt, M. W.; Baldridge, K. K.; Boatz, J. A.; Elbert, S. T.; Gordon, M. S.; Jensen, J. H.; Koseki, S.; Matsunaga, N.; Nguyen, K. A.; Su, S. J.; Windus, T. L.; Dupuis, M.; Montgomery, J. A. J. Comput. Chem. 1993, 14, 1347.
99. Biegler-Konig, F.; Schonbohm, J.; Derdau, R.; Bayles, D.; Bader, R. F. W. AIM 2000, version 1; Bielefeld, Germany, 2000.
100. (a) Huisken, F.; Kaloudis, M.; Kulcke, A. J. Chem. Phys. 1996, 104, 17.
101. (b) Cruzan, J. D.; Braly, L. B.; Liu, K.; Brown, M. G.; Loeser, J. G.; Saykally, R. J. Science 1996, 277, 59.
102. (c) Cruzan, J. D.; Braly, L. B.; Liu, K.; Brown, M. G.; Loeser, J. G.; Saykally, R. J. J. Phys. Chem. A 1997, 101, 9022.
103. (d) Brudermann, J.; Melzer, M.; Buck, U.; Kazimirski, J. K.; Sadlej, J.; Buch, V. J. Chem. Phys. 1999, 110, 10649.
104. Sedlak, R.; Hobza, P.; Patwari, G. V. J. Phys. Chem. A 2009, 113, 6620.
105. (a) Grabowski, S. J. J. Phys. Chem. A 2001, 105, 10739.
106. (b) Scheiner, S.; Grabowski, S. J.; Kar, T. J. Phys. Chem. A 2001, 105, 10607.
107. (c) Wojtulewski, S.; Grabowski, S. J. J. Mol. Struct. (THEOCHEM) 2003, 645, 287.
108. (d) Ranganathan, A.; Kulkarni, G. U.; Rao, C. N. R. J. Phys. Chem. A 2003, 107, 6073.
109. (e) Grabowski, S. J. J. Mol. Struct (THEOCHFM) 2002, 615, 239.
110. (f) Parthasarathi, R.; Amutha, R.; Subramanian, V.; Nair, B. U.; Ramasami, T. J. Phys. Chem. A 2004, 108, 3817.
111. (g) Parthasarathi, R.; Subramanian, V.; Sathyamurthy, N. J. Phys. Chem. A 2006, 110, 3349.
112. (h) Parthasarathi, R.; Sundar Raman, S.; Subramanian, V.; Ramasami, T. J. Phys. Chem. A 2007, 111, 7141.
113. Fraley, P. E.; Rao, K. N. J. Mol. Spectrosc. 1969, 29, 348.
114. Falk, M.; Whalley, E. M. J. Chem. Phys. 1961, 34, 1554.
115. (a) Nelander, B. J. Chem. Phys. 1988, 88, 5254.
116. (b) Huisken, F.; Kaloudis, M.; Koch, M.; Werhahn, O. J. Chem. Phys. 1996, 105, 8965.