IR spectroscopy of protonation in benzene-water nanoclusters: Hydronium, zundel, and Eigen at a hydrophobic interface

Journal of the American Chemical Society

Volumn 134, Issue 31, 2012, Pages 13046-13055

  Cheng, Timothy C ^a   Bandyopadhyay, Biswajit ^a   Mosley, Jonathan D ^a   Duncan, Michael A ^a  

^a UNIVERSITY OF GEORGIA   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

GASPHASE; HYDROGEN BONDING NETWORK; HYDRONIUMS; HYDROPHOBIC INTERFACE; INDUCTIVE EFFECTS; INTERFACIAL REGION; KEY FEATURE; LOCAL ORDERING; PROTONATED; PROTONATED WATER CLUSTERS; PROTONATION SITE;

BENZENE; HYDROGEN BONDS; LASER SPECTROSCOPY; NANOCLUSTERS; PROTONATION;

HYDROPHOBICITY;

BENZENE; EIGEN ION; HYDRONIUM ION; ION; UNCLASSIFIED DRUG; WATER; ZUNDEL ION;

ARTICLE; CHEMICAL PHENOMENA; HYDROGEN BOND; INFRARED SPECTROSCOPY; PROTON TRANSPORT;

BENZENE; GASES; HYDROGEN BONDING; HYDROPHOBIC AND HYDROPHILIC INTERACTIONS; NANOSTRUCTURES; ONIUM COMPOUNDS; PROTONS; SPECTROPHOTOMETRY, INFRARED; SPECTRUM ANALYSIS; SURFACE PROPERTIES; WATER;

EID: 84864675989     PISSN: 00027863     EISSN: 15205126     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja3038245     Document Type: Article

References (99)

1. Ball, P. Chem. Rev. 2008, 108, 74-108
2. Berne, B. J.; Weeks, J. D.; Zhou, R. Annu. Rev. Phys. Chem. 2009, 60, 85-103
3. Zhong, D.; Pal, S. K.; Zewail, A. H. Chem. Phys. Lett. 2011, 503, 1-11
4. Scatena, L. F.; Brown, M. G.; Richmond, G. L. Science 2001, 292, 908-912
5. Hore, D. K.; Walker, D. S.; Richmond, G. L. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 1800-1801
6. Gopalakrishnan, S.; Liu, D.; Allen, H. C. Chem. Rev. 2006, 106, 1155-1175
7. Chen, X.; Hua, W.; Huang, Z.; Allen, H. C. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 11336-11342
8. Hua, W.; Chen, X.; Allen, H. C. J. Phys. Chem. A 2011, 115, 6233-6238
9. Chowdhary, J.; Ladanyi, B. M. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 4045-4053
10. Johnson, M. E.; Malardier-Jugroot, C.; Murarka, R. K.; Head-Gordon, T. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 4082-4092
11. Eftekhari-Bafrooei, A.; Borguet, E. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 3756-3761
12. Bakulin, A. A.; Pshenichnikov, M. S.; Bakker, H. J.; Petersen, C. J. Phys. Chem. A 2011, 115, 1821-1829
13. Zhang, Z.; Piatkowski, L.; Bakker, H. J.; Bonn, M. J. Chem. Phys. 2011, 135, 021101/1-3
14. Fayer, M. D. Acc. Chem. Res. 2012, 45, 3-14
15. Bakker, H. J.; Skinner, J. L. Chem. Rev. 2010, 110, 1498-1517
16. Skinner, J. L.; Pieniazek, P. A.; Gruenbaum, S. M. Acc. Chem. Res. 2012, 45, 93-100
17. Vácha, R.; Horinek, D.; Berkowitz, M. L.; Jungwirth, P. Phys. Chem. Chem. Phys. 2008, 10, 4975-4980
18. Jagoda-Cwiklik, B.; Cwiklik, L.; Jungwirth, P. J. Phys. Chem. A 2011, 115, 5881-5886
19. Vácha, R.; Rick, S. W.; Jungwirth, P.; de Beer, A. G. F.; de Aguiar, H. B.; Samson, J.-S.; Roke, S. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 10204-10210
20. Iuchi, S.; Chen, H.; Paesani, F.; Voth, G. A. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 4017-4030
21. Wick, C. D.; Cummings, O. T. Chem. Phys. Lett. 2011, 503, 161-166
22. Petersen, P. B.; Saykally, R. J. J. Phys. Chem. A 2005, 109, 7976-7980
23. Petersen, P. B.; Saykally, R. J. Chem. Phys. Lett. 2008, 458, 255-261
24. Yeh, L. I.; Okumura, M.; Myers, J. D.; Price, J. M.; Lee, Y. T. J. Chem. Phys. 1989, 91, 7319-7330
25. Okumura, M.; Yeh, L. I.; Myers, J. D.; Lee, Y. T. J. Phys. Chem. 1990, 94, 3416-3427
26. Jiang, J.-C.; Wang, Y.-S.; Chang, H.-C.; Lin, S. H.; Lee, Y. T.; Niedner-Schatteburg, G.; Chang, H.-C. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 1398-1410
27. Asmis, K. R.; Pivonka, N. L.; Santambrogio, G.; Brummer, M.; Kaposta, C.; Neumark, D. M.; Wöste, L. Science 2003, 299, 1375-1377
28. Fridgen, T. D.; McMahon, T. B.; MacAleese, L.; Lemaire, J.; Maitre, P. J. Phys. Chem. A 2004, 108, 9008-9010
29. Headrick, J. M.; Bopp, J. C.; Johnson, M. A. J. Chem. Phys. 2004, 121, 11523-11526
30. Diken, E. G.; Headrick, J. M.; Roscioli, J. R.; Bopp, J. C.; Johnson, M. A.; McCoy, A. B. J. Phys. Chem. A 2005, 109, 1487-1490
31. 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, 244301/1-10
32. McCunn, L. R.; Roscioli, J. R.; Johnson, M. A.; McCoy, A. B. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 321-327
33. McCunn, L. R.; Roscioli, J. R.; Elliott, B. M.; Johnson, M. A.; McCoy, A. B. J. Phys. Chem. A 2008, 112, 6074-6078
34. Olesen, S. G.; Guasco, T. L.; Roscioli, J. R.; Johnson, M. A. Chem. Phys. Lett. 2011, 509, 89-95
35. 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, 1765-1769
36. Chang, H.-C.; Wu, C.-C.; Kuo, J.-L. Int. Rev. Phys. Chem. 2005, 24, 553-578
37. Douberly, G. E.; Walters, R. S.; Cai, J.; Jordan, K. D.; Duncan, M. A. J. Phys. Chem. A 2010, 114, 4570-4579
38. Mizuse, K.; Fujii, A. Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13, 7098-7104
39. 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, 1137-1140
40. Miyazaki, M.; Fujii, A.; Ebata, T.; Mikami, N. Science 2004, 304, 1134-1137
41. Huang, X.; Cho, H. M.; Carter, S.; Ojamae, L.; Bowman, J. M.; Singer, S. J. J. Phys. Chem. A 2003, 107, 7142-7155
42. Dai, J.; Bacic, Z.; Huang, X.; Carter, S.; Bowman, J. M. J. Chem. Phys. 2003, 119, 6571-6580
43. Huang, X.; Braams, B. J.; Bowman, J. M. J. Chem. Phys. 2005, 122, 044308/1-12
44. McCoy, A. B.; Huang, X.; Carter, S.; Landeweer, M. Y.; Bowman, J. M. J. Chem. Phys. 2005, 122, 061101/1-4
45. Kaledin, M.; Kaledin, A. L.; Bowman, J. M. J. Phys. Chem. A 2006, 110, 2933-2939
46. Kaledin, M.; Kaledin, A. L.; Bowman, J. M.; Ding, J.; Jordan, K. D. J. Phys. Chem. A 2009, 113, 7671-7677
47. Singh, N. J.; Park, M.; Min, S. K.; Suh, S. B.; Kim, K. S. Angew. Chem., Int. Ed. 2006, 45, 3795-3800
48. Park, M.; Shin, I.; Singh, N. J.; Kim, K. S. J. Phys. Chem. A 2007, 111, 10692-10702
49. Vendrell, O.; Gatti, F.; Meyer, H.-D. Angew. Chem., Int. Ed. 2007, 46, 6918-6921
50. Vendrell, O.; Gatti, F.; Lauvergnat, D.; Meyer, H.-D. J. Chem. Phys. 2007, 127, 184302/1-17
51. Vendrell, O.; Gatti, F.; Meyer, H.-D. J. Chem. Phys. 2007, 127, 184303/1-10
52. Vendrell, O.; Meyer, H.-D. Phys. Chem. Chem. Phys. 2008, 10, 4692-4703
53. Vendrell, O.; Gatti, F.; Meyer, H.-D. Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 352-355
54. Vendrell, O.; Brill, M.; Gatti, F.; Lauvergnat, D.; Meyer, H.-D. J. Chem. Phys. 2007, 130, 234305/1-13
55. Vendrell, O.; Gatti, F.; Meyer, H.-D. J. Chem. Phys. 2009, 131, 034308/1-9
56. Eigen, M. Angew. Chem., Int. Ed. 1964, 3, 1-19
57. Zundel, G. Adv. Chem. Phys. 2000, 111, 1-217
58. Agmon, N. Chem. Phys. Lett. 1995, 244, 456-462
59. Cukierman, S. Biochim. Biophys. Acta 2006, 1757, 876-885
60. Begemann, M. H.; Gudeman, C. S.; Pfaff, J.; Saykally, R. J. Phys. Rev. Lett. 1983, 51, 554-557
61. Begemann, M. H.; Saykally, R. J. J. Chem. Phys. 1985, 82, 3570-3579
62. Tang, J.; Oka, T. J. Mol. Spectrosc. 1999, 196, 120-130
63. Roscioli, J. R.; McCunn, L. R.; Johnson, M. A. Science 2007, 316, 249-254
64. Solcà, N.; Dopfer, O. Angew. Chem., Int. Ed. 2002, 41, 3628-3631
65. Douberly, G. E.; Ricks, A. M.; Duncan, M. A. J. Phys. Chem. A 2008, 112, 4869-4874
66. Suzuki, S.; Green, P. G.; Bumgarner, R. E.; Dasgupta, S.; Goddard, W. A., III; Blake, G. A. Science 1992, 257, 942-945
67. Grotch, A. J.; Zwier, T. S. J. Chem. Phys. 1992, 96, 3388-3401
68. Pribble, R. N.; Zwier, T. S. Science 1994, 265, 75-79
69. Gruenloh, C. J.; Carney, J. R.; Arrington, C. A.; Zwier, T. S.; Fredericks, S. Y.; Jordan, K. D. Science 1997, 276, 1678-1681
70. Solcà, N.; Dopfer, O. Chem. Phys. Lett. 2001, 347, 59-64
71. Solcà, N.; Dopfer, O. J. Phys. Chem. A 2003, 107, 4046-4055
72. Miyazaki, M.; Fujii, A.; Ebata, T.; Mikami, N. Phys. Chem. Chem. Phys. 2003, 5, 1137-1148
73. Miyazaki, M.; Fujii, A.; Ebata, T.; Mikami, N. J. Phys. Chem. A 2004, 108, 8269-8272
74. Miyazaki, M.; Fujii, A.; Ebata, T.; Mikami, N. J. Phys. Chem. A 2004, 108, 10656-10660
75. Solcà, N.; Dopfer, O. Chem. - Eur. J. 2003, 9, 3154-3163
76. Chaudhuri, C.; Wu, C.-C.; Jiang, J.-C.; Chang, H.-C. Aust. J. Chem. 2004, 57, 1153-1156
77. Hunter, E. P.; Lias, S. G. Proton Affinity Evaluation In NIST Chemistry WebBook, NIST Standard Reference Database Number 69; Linstrom, P. J.,; Mallard, W. G., Eds.; National Institute of Standards and Technology: Gaithersburg, MD, February 2008; http://webbook.nist.gov.
78. Duncan, M. A. Annu. Rev. Phys. Chem. 1997, 48, 69-93
79. Cornett, D. S.; Peschke, M.; LaiHing, K.; Cheng, P. Y.; Willey, K. F.; Duncan, M. A. Rev. Sci. Instrum. 1992, 63, 2177-2186
80. Ebata, T.; Fujii, A.; Mikami, N. Int. Rev. Phys. Chem. 1998, 17, 331-361
81. Bieske, E. J.; Dopfer, O. Chem. Rev. 2000, 100, 3963-3998
82. Robertson, W. H.; Johnson, M. A. Annu. Rev. Phys. Chem. 2003, 54, 173-213
83. Duncan, M. A. Int. Rev. Phys. Chem. 2003, 22, 407-435
84. Frisch, M. J. Gaussian 03, Revision B.02; Gaussian, Inc.: Pittsburgh, PA, 2003.
85. Olesen, S. G.; Gausco, T. L.; Weddle, G. H.; Hammerum, S.; Johnson, M. A. Mol. Phys. 2010, 108, 1191-1197
86. Shimanouchi, T. Molecular Vibrational Frequencies. NIST Chemistry WebBook, NIST Standard Reference Database Number 69; Linstrom, P. J.,; Mallard, W. G., Eds.; National Institute of Standards and Technology: Gaithersburg, MD, February 2008; http://webbook.nist.gov.
87. Cohen, A. J.; Mori-Sánchez, P.; Yang, W. Chem. Rev. 2012, 112, 289-320
88. Lide, D. R., Ed. Handbook of Chemistry and Physics, 79 th ed.; CRC Publishing: New York, 1999.
89. Fridgen, T. D. J. Phys. Chem. A 2006, 110, 6122-6128
90. Gardenier, G. H.; Roscioli, J. R.; Johnson, M. A. J. Phys. Chem. A 2008, 112, 12022-12026
91. Gierszal, K. P.; Davis, J. G.; Hands, M. D.; Wilcox, D. S.; Slipchenko, L. V.; Ben-Amotz, D. J. Phys. Chem. Lett. 2011, 2, 2930-2933
92. Iyengar, S. S.; Petersen, M. K.; Day, T. J. F.; Burnham, C. J.; Teige, V. E.; Voth, G. A. J. Chem. Phys. 2005, 123, 084309/1-9
93. Sherrill, C. D.; Takatani, T.; Hohenstein, E. G. J. Phys. Chem. A 2009, 113, 10146-10159
94. Jaeger, H. M.; Schaefer, H. F.; Hohenstein, E. G.; Sherill, C. D. Comp. Theor. Chem. 2011, 973, 47-52
95. Bandyopadhyay, B.; Cheng, T. C.; Wheeler, S. E.; Duncan, M. A. J. Phys. Chem. A 2012, 116, 7065-7073
96. Elliot, B. M.; Relph, R. A.; Roscioli, J. R.; Bopp, J. C.; Gardenier, G. H.; Guasco, T. L.; Johnson, M. A. J. Chem. Phys. 2008, 129, 094303/1-6
97. Douberly, G. E.; Ricks, A. M.; Schleyer, P. v. R.; Duncan, M. A. J. Chem. Phys. 2008, 128, 021102/1-4
98. Ricks, A. M.; Douberly, G. E.; Schleyer, P. v. R.; Duncan, M. A. J. Chem. Phys. 2010, 132, 051101/1-4
99. Haubert, L. J.; Wenthold, P. G. J. Phys. Chem. A, submitted.