Apparent stoichiometry of water in proton hydration and proton dehydration reactions in CH3CN/H2O solutions

Journal of Physical Chemistry A

Volumn 115, Issue 16, 2011, Pages 4063-4075

  Kalish, Noa Ben Menachem ^a   Shandalov, Elisabetha ^a   Kharlanov, Vladimir ^a   Pines, Dina ^a   Pines, Ehud ^a  

^a BEN GURION UNIVERSITY OF THE NEGEV   (Israel)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ACETONITRILE SOLUTIONS; DEHYDRATION REACTIONS; DIRECT QUANTITATIVE ANALYSIS; HIGH WATER; LARGE N; LOW WATER; MINERAL ACID; PROTON TRANSFER REACTIONS; SPECTRAL FEATURE;

ACETONITRILE; CHARGE TRANSFER; DEHYDRATION; SILICATE MINERALS; SOLVATION; STOICHIOMETRY;

PROTONS;

ACETONITRILE DERIVATIVE; PROTON; WATER;

ARTICLE; CHEMISTRY; DEHYDRATION; INFRARED SPECTROPHOTOMETRY; SOLUTION AND SOLUBILITY; STEREOISOMERISM;

ACETONITRILES; DEHYDRATION; PROTONS; SOLUTIONS; SPECTROPHOTOMETRY, INFRARED; STEREOISOMERISM; WATER;

EID: 79955449029     PISSN: 10895639     EISSN: 15205215     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp110873t     Document Type: Article

References (128)

1. Bell, R. P. The Proton in Chemistry, 2nd ed.; Chapman and Hall: London, 1973.
2. Proton-transfer reactions; Caldin, E., Gold, V., Eds.; Chapman and Hall: London, 1975.
3. Hynes, J. T. Nature 1999, 397, 565
4. Silverman, D. N. Biochim. Biophys. Acta 2000, 1458, 88
5. Tolbert, L. M.; Solntsev, K. M. Acc. Chem. Res. 2002, 35, 19
6. Luecke, H.; Lanyi, J. K. Adv. Protein Chem. 2003, 63, 111
7. Decoursey, T. E. Physiol. Rev. 2003, 83, 475
8. Garczarek, F.; Gerwert, K. Nature 2006, 439, 109
9. Isotope Effects in Chemistry and Biology; Kohen, A.; Limbach, H.-H., Eds.; Tailor and Francis Group: Boca Raton, FL, 2006.
10. Hydrogen-Transfer Reactions; Hynes, J. T.; Klinman, J. P.; Limbach, H.-H.; Schowen, R. L., Eds.; Wiley-VCH: Weinheim, 2007.
11. Mohammed, O. F.; Pines, D.; Nibbering, E. T. J.; Pines, E. Angew. Chem., Int. Ed. 2007, 46, 1458
12. Hynes, J. T. Nature 2007, 446, The peripetatic proton.
13. Schmitt, U. D.; Kim, J.; Gruetzmacher, L. A.; Voth, G. A.; Scherer, N. F. J. Chem. Phys. 2002, 116, 737
14. Mohammed, O. F.; Pines, D.; Dreyer, E.; Pines, E.; Nibbering, E. T. J. Science 2005, 310, 83
15. Smiechowski, M.; Stangret, J. J. Chem. Phys. 2006, 125
16. Smiechowski, M.; Stangret, J. J. Mol. Struct. 2008, 878, 104
17. Mohammed, O. F.; Pines, D.; Pines, E.; Nibbering, E. T. J. Chem. Phys. 2007, 341, 240
18. Wicke, E.; Eigen, M.; Ackermann, T. Z. Phys. Chem. 1954, 1, 340
19. Eigen, M. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1964, 3, 1
20. Zundel, G.; Metzger, H. Z. Phys. Chem. (Muenchen, Germany) 1968, 58, 225
21. Zundel, G.; Leuchs, M. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1978, 2, 2256
22. Leuchs, M.; Zundel, G. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1978, 74, 2256
23. Zundel, G.; Leuchs, M. Can. J. Chem. 1980, 58, 311
24. Zundel, G.; Fritsch, J. Chemical physics of solvation; Elsevier: Amsterdam, 1982; Vol. 2.
25. Zundel, G. Adv. Chem. Phys. 2000, 111, 1
26. Ando, K.; Hynes, J. T. J. Mol. Liq. 1995, 64, 25
27. Ando, K.; Hynes, J. T. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 10464
28. Ando, K.; Hynes, J. T. Faraday Discuss. 1995, 435
29. Ando, K.; Hynes, J. T. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 10398
30. Ando, K.; Hynes, J. T. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 10398
31. Tuckerman, M. E.; Laasonen, K.; Sprik, M.; Parrinello, M. J. Phys.: Condens. Matter 1994, 6, A93
32. Tuckerman, M.; Laasonen, K.; Sprik, M.; Parrinello, M. J. Chem. Phys. 1995, 103, 150
33. Tuckerman, M.; Laasonen, K.; Sprik, M.; Parrinello, M. J. Phys. Chem. 1995, 99, 5749
34. Tuckerman, M. E.; Marx, D.; Klein, M. L.; Parrinello, M. Science 1997, 275, 817
35. Staib, A.; Borgis, D. Chem. Phys. Lett. 1997, 271, 232
36. Lobaugh, J.; Voth, G. A. J. Chem. Phys. 1996, 104, 2056
37. Sagnella, D. E.; Tuckerman, M. E. J. Chem. Phys. 1998, 108, 2073
38. Schmitt, U. W.; Voth, G. A. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 5547
39. Marx, D.; Tuckerman, M. E.; Hutter, J.; Parrinello, M. Nature 1999, 397, 601
40. Schmitt, U. W.; Voth, G. A. J. Chem. Phys. 1999, 111, 9361
41. Schmitt, U. W.; Voth, G. A. Isr. J. Chem. 1999, 39, 483
42. Krokidis, X.; Vuilleumier, R.; Borgis, D.; Silvi, B. Mol. Phys. 1999, 96, 265
43. Vuilleumier, R.; Borgis, D. J. Mol. Struct. 1997, 436 - 437, 555
44. Vuilleumier, R.; Borgis, D. Isr. J. Chem. 1999, 39, 457
45. Vuilleumier, R.; Borgis, D. J. Chem. Phys. 1999, 111, 4251
46. Vuilleumier, R.; Borgis, D. Chem. Phys. Lett. 1998, 284, 71
47. Vuilleumier, R.; Borgis, D. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 4261
48. Kornyshev, A. A.; Kuznetsov, A. M.; Spohr, E.; Ulstrup, J. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 3351
49. Kuznetsov, A. M.; Ulstrup, J. Russ. J. Electrochem. 2004, 40, 1010
50. Lapid, H.; Agmon, N.; Petersen, M. K.; Voth, G. A. J. Chem. Phys. 2005, 122, 014506
51. Riccardi, D.; Konig, P.; Prat-Resina, X.; Yu, H. B.; Elstner, M.; Frauenheim, T.; Cui, Q. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 16302
52. Izvekov, S.; Voth, G. A. J. Chem. Phys. 2006, 124 039901
53. Voth, G. A. Acc. Chem. Res. 2006, 39, 143
54. Takahashi, E.; Wraight, C. A. J. Biol. Chem. 2006, 281, 4413
55. Wraight, C. A. Biochim. Biophys. Acta 2006, 1757, 886
56. Marx, D. ChemPhysChem 2006, 7, 1848
57. Uras-Aytemiz, N.; Devlin, J. P.; Sadlej, J.; Buch, V. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 21751
58. Kaledin, M.; Kaledin, A. L.; Bowman, J. M. J. Phys. Chem. A 2006, 110, 2933
59. Hammer, N. I.; Diken, E. G.; Roscioli, J. R.; Johnson, M. A.; Myshakin, E. M.; Jordan, K. D.; McCoy, A. B.; Huang, X.; Bowman, J. M.; Carter, S. J. Chem. Phys. 2005, 122 244301
60. Czako, G.; Kaledine, A. L.; Bowman, J. M. J. Chem. Phys. 2010, 132, 164103
61. Wang, Y.; Bowman, J. M. Chem. Phys. Lett. 2010, 491, 1
62. Kaledin, M.; Kaledin, A. L.; Bowman, J. M.; Ding, J.; Jordan, K. D. J. Phys. Chem. A 2009, 731, 7671
63. Huang, X. C.; Braams, B. J.; Bowman, J. M. J. Chem. Phys. 2005, 122, 12
64. Huang, X. C.; Cho, H. M.; Carter, S.; Ojamae, L.; Bowman, J. M.; Singer, S. J. J. Phys. Chem. A 2003, 107, 7142
65. Huang, X. C.; Habershon, S.; Bowman, J. M. Chem. Phys. Lett. 2008, 450, 253
66. Song, D.; Su, H. M.; Kong, F. A.; Lin, S. H. J. Phys. Chem. A 2010, 114, 10217
67. 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
68. Douberly, G. E.; Walters, R. S.; Cui, J.; Jordan, K. D.; Duncan, M. A. J. Phys. Chem. A 2010, 114, 4570
69. Ricks, A. M.; Douberly, G. E.; Duncan, M. A. J. Chem. Phys. 2009, 131, 8
70. Devlin, J. P.; Severson, M. W.; Mohamed, F.; Sadlej, J.; Buch, V.; Parinnelo, M. Chem. Phys. Lett. 2005, 408, 439
71. Iftimie, R.; Tuckerman, M. E. Angew. Chem., Int. Ed. 2006, 118, 1162
72. Vendrell, O.; Gatti, F.; Meyer, H. D. J. Chem. Phys. 2007, 127, 10
73. Vendrell, O.; Gatti, F.; Lauvergnat, D.; Meyer, H.-D. J. Chem. Phys. 2007, 127, 17
74. Vendrell, O.; Meyer, H.-D. Phys. Chem. Chem. Phys. 2008, 10, 4692
75. Vendrell, O.; Brill, M.; Gatti, F.; Lauvergnat, D.; Meyer, H.-D. J. Chem. Phys. 2009, 130, 234305
76. Vendrell, O.; Gatti, F.; Meyer, H.-D. J. Chem. Phys. 2009, 131, 034308
77. Vendrell, O.; Gatti, F.; Meyer, H.-D. Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 352
78. Markovitch, O.; Agmon, N. J. Phys. Chem. A 2007, 111, 2253
79. Markovitch, O.; Agmon, N. J. Chem. Phys. 2008, 129, 84505
80. Koppel, I. A.; Taft, R. W.; Anvia, F.; Zhu, S. Z.; Hu, L. Q.; Sung, K. S.; Desmarteau, D. D.; Yagupolskii, L. M.; Yagupolskii, Y. L.; Ignatev, N. V.; Kondratenko, N. V.; Volkonskii, A. Y.; Vlasov, V. M.; Notario, R.; Maria, P. C. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 3047
81. Jiang, J. C.; Chang, H. C.; Chang, H. C.; Wang, Y. S.; S. H. Lin, S. H.; Lee, Y. T. J. Chin. Chem. Soc. 2002, 46, 427
82. Asmis, K. R.; Pivonka, N. L.; Santambrogio, G.; Brummer, M.; Kaposta, C.; Newmark, D. M.; Woste, L. Science 2003, 299, 1375
83. Headrick, J. M.; Diken, E. G.; Walters, R. S.; Hammer, N., I.; Christie, R. A.; Jun, C.; Myshakin, E. M.; Duncan, M. A.; Johnson, M. A.; Jordan, K. D. Science 2005, 308, 1765
84. Park, N.; Shin, I.; Singh, N. J.; Kim, K. S. J. Phys. Chem. A 2007, 111, 10692
85. Devlin, J. P.; Buch, V.; Mohamed, F.; Parinnelo, M. Chem. Phys. Lett. 2006, 432, 462
86. Buch, V.; Mohamed, F.; Parinello, M.; Devlin, J. P. J. Chem. Phys. 2007, 126, 021102
87. Buch, V.; Dubrovskiy, A.; Mohamed, F.; Parinello, M.; Sadlej, J.; Hammerich, A. D.; Devlin, J. P. J. Phys. Chem. A 2008, 112, 2144
88. Burnham, C. J.; Anick, D. J.; Mankoo, K.; Reiter, G. F. J. Chem. Phys. 2008, 128, 154519
89. Moon, E.-S.; Lee, C.-W.; Kang, H. Phys. Chem. Chem. Phys. 2008, 10, 4814
90. Stoyanov, E. S. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1997, 93, 4165
91. Stoyanov, E. S. Phys. Chem. Chem. Phys. 1999, 1, 2961
92. Stoyanov, E. S.; Kim, K. C.; Reed, C. A. J. Phys. Chem. A 2004, 108, 9310
93. Stoyanov, E. S.; Kim, K. C.; Reed, C. A. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 1948
94. Stoyanov, E. S.; Reed, C. A. J. Phys. Chem. A 2006, 110, 12992
95. Stoyanov, E. S.; Stoyanova, I. V.; Tham, F. S.; Reed, C. A. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 12128
96. Stoyanov, E. S.; Stoyanova, I. V.; Reed, C. A. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 1484
97. Stoyanov, E. S.; Stoyanova, I. V.; Reed, C. A. Chem. Sci. 2011, 2, 462
98. Baer, M.; Marx, D.; Mathias, G. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 7346
99. Markovitch, O.; Chen, H.; Izvekov, S.; Paesani, F.; Voth, G. A.; Agmon, N. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 9456
100. Xu, J.; Zhang, Y.; Voth, G. A. J. Chem. Lett. 2011, 2, 81
101. Pines, E.; Fleming, G. R. J. Phys. Chem. 1991, 95, 10448
102. Pines, E.; Fleming, G. R. Isr. J. Chem. 1993, 33, 179
103. Hansen, J. E.; Pines, E.; Fleming, G. R. J. Phys. Chem. 1992, 96, 6904
104. Förster, T. Naturwissenschaften 1949, 36, 186
105. Förster, T. Z. Electrochem. 1950, 54, 42
106. Weller, A. Prog. React. Kinet. 1961, 1, 187
107. Pines, E.; Pines, D. Proton dissociation and solute-solvent interactions following electronic excitation of photoacids. In Ultrafast hydrogen bonding dynamics and proton transfer processes in the condensed phase; Elsaesser, T.; Bakker, H. J., Eds.; Kluwer Academic Publishers: Dordrecht, 2003; Vol. 23; p 155.
108. Chantooni, M. K.; Kolthoff, I. M. J. Am. Chem. Soc. 1970, 92, 2236
109. Kolthoff, I. M.; Chantooni, M. K. J. Am. Chem. Soc. 1970, 90, 3320
110. Popovych, O.; Tomkins, R. P. T. Nonaqueous Solution Chemistry; John Wiley & Sons: New York, 1981.
111. Bertie, J. E.; Lan, Z. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 4111
112. Takamuku, T.; Tabata, M.; Yamaguchi, A.; Nishimoto, J.; Kumamoto, M.; Wakita, H.; Yamaguchi, T. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 8880
113. Harris, K. R.; Newitt, P. J. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 7015
114. Max, J. J.; Chapados, C. Can. J. Anal. Sci. Spectrosc. 2002, 47, 72
115. Shin, D. N.; Wijnen, J. W.; Engberts, J. B. F. N.; Wakisaka, A. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 6014
116. Tee, E. M.; Awichi, A.; Zhao, W. J. Phys. Chem. A 2002, 106, 6714
117. Balaj, O. P.; Ciu, C. K.; Baltenau, I.; Fox-Beyer, B. S.; Beyer, M. K.; Bondybey, V. E. J. Phys. Chem. A 2004, 108, 7506
118. Beko, I.; Megyes, T.; Grosz, T.; Palinkas, G.; Dore, J. J. Mol. Liq. 2006, 125, 174
119. Braun, J.; Fouqueau, A.; Bemish, R. J.; Neuwly, M. Phys. Chem. Chem. Phys. 2008, 10, 4765
120. Kinugasa, M.; Kishi, K.; Ikeda, S. J. Phys. Chem. 1973, 77, 1914
121. Jamroz, D.; Stangret, J.; Lindgren, J. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 6165
122. Laidler, K. J. The Chemical Kinetics of Excited States; Clarendon Press: Oxford, 1955.
123. Mare'chal, Y. J. Chem. Phys. 1991, 95, 5565
124. Schwarz, H. A. J. Chem. Phys. 1977, 67, 5525
125. Okumura, M.; Yeh, L. I.; Myers, J. D.; Lee, Y. T. J. Phys. Chem. A 1990, 94, 3416
126. Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Montgomery, J. A., Jr.; 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.; Farkas, 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 C.02; Gaussian, Inc.: Wallingford, CT, 2004.
127. Livshits, E.; Granot, R. S.; Baer, R. J. Phys. Chem. A, DOI: 10.1021/jp1057572.
128. Szafran, M.; Koput, J. J. Mol. Struct. 2001, 565 - 566, 439