Getting down to the fundamentals of hydrogen bonding: Anharmonic vibrational frequencies of (HF)2 and (H2O)2 from Ab initio electronic structure computations

Journal of Chemical Theory and Computation

Volumn 10, Issue 12, 2014, Pages 5426-5435

  Howard, J Coleman ^a   Gray, Jessica L ^a   Hardwick, Amanda J ^a   Nguyen, Linh T ^a   Tschumper, Gregory S ^a  

^a UNIVERSITY OF MISSISSIPPI   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

EID: 84916608356     PISSN: 15499618     EISSN: 15499626     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ct500860v     Document Type: Article

References (114)

1. Pimentel, G. C.; McClellan, A. L. The Hydrogen Bond; W.H. Freeman: San Francisco, 1960.
2. Jeffrey, G. A.; Saenger, W. Hydrogen Bonding in Biological Structures; Springer-Verlag: Berlin, 1994.
3. Stone, A. The Theory of Intermolecular Forces; Clarendon: Oxford, 1997.
4. Morokuma, K.; Pedersen, L. J. Chem. Phys. 1968, 48, 3275-3282.
5. Kollman, P. A.; Allen, L. C. J. Chem. Phys. 1969, 51, 3286-3293.
6. Kollman, P. A.; Allen, L. C. J. Chem. Phys. 1969, 52, 5085-5093.
7. Morokuma, K.; Winick, J. R. J. Chem. Phys. 1970, 52, 1301-1306.
8. Hankins, D.; Moskowitz, J.; Stillinger, F. J. Chem. Phys. 1970, 53, 4544-4554.
9. Del Bene, J.; Pople, J. J. Chem. Phys. 1973, 52, 4858-4866.
10. Del Bene, J. E.; Pople, J. J. Chem. Phys. 1973, 58, 3605-3608.
11. Kistenmacher, H.; Lie, G.; Popkie, H.; Clementi, E. J. Chem. Phys. 1974, 61, 546-561.
12. Dill, J.; Allen, L.; Topp, W.; Pople, J. J. Am. Chem. Soc. 1975, 97, 7220-7226.
13. Burnham, C. J.; Xantheas, S. S. J. Chem. Phys. 2002, 116, 1500-1510.
14. Bukowski, R.; Szalewicz, K.; Groenenboom, G. C.; van der Avoird, A. Science 2007, 315, 1249-1252.
15. Cencek, W.; Szalewicz, K.; Leforestier, C.; van Harrevelt, R.; van der Avoird, A. Phys. Chem. Chem. Phys. 2008, 10, 4716-31.
16. Huang, X.; Braams, B.; Bowman, J. M.; Kelly, R. E. A.; Tennyson, J.; Groenenboom, G. C.; van der Avoird, A. J. Chem. Phys. 2008, 128, 34312.
17. Shank, A.; Wang, Y.; Kaledin, A.; Braams, B. J.; Bowman, J. M. J. Chem. Phys. 2009, 130, 144314.
18. Wang, Y.; Shepler, B. C.; Braams, B. J.; Bowman, J. M. J. Chem. Phys. 2009, 131, 54511.
19. Wang, Y.; Huang, X.; Shepler, B. C.; Braams, B. J.; Bowman, J. M. J. Chem. Phys. 2011, 134, 94509.
20. Wang, Y.; Bowman, J. J. Chem. Phys. 2011, 134, 154510.
21. Leforestier, C.; Szalewicz, K.; van der Avoird, A. J. Chem. Phys. 2012, 137, 14305.
22. Babin, V.; Medders, G. R.; Paesani, F. 2012, 3, 3765-3769.
23. Medders, G. R.; Babin, V.; Paesani, F. J. Chem. Theory Comput. 2013, 9, 1103-1114.
24. Babin, V.; Medders, G. R.; Paesani, F. J. Chem. Theory Comput. 2014, 10, 1599-1607.
25. Clementi, E.; Kołos, W.; Lie, G.; G, R. Int. J. Quantum Chem. 1980, 17, 377-398.
26. Koehler, J.; Saenger, W.; Lesyng, B. J. Comput. Chem. 1987, 8, 1090-1098.
27. Hermansson, K. J. Chem. Phys. 1988, 89, 2149-2159.
28. Mó, O.; Yáñez, M.; Elguero, J. J. Chem. Phys. 1992, 97, 6628-6638.
29. Mhin, B. J.; Kim, J.; Lee, S.; Lee, J. Y.; Kim, K. S. J. Chem. Phys. 1994, 100, 4484-4486.
30. Xantheas, S. S. J. Chem. Phys. 1994, 100, 7523-7534.
31. Hodges, M. P.; Stone, A. J.; Xantheas, S. S. 1997, 101, 9163-9168.
32. Karpfen, A. Case Studies in Cooperativity in Hydrogen-Bonded Clusters and Polymers. In Molecular Interactions: From van der Waals to Strongly Bound Complexes; Scheiner, S., Ed.; John Wiley and Sons: New York, 1997; Chapter 8, pp 265-296.
33. Masella, M.; Gresh, N.; Flament, J. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1998, 94, 2745-2753.
34. Xantheas, S. S. Chem. Phys. 2000, 258, 225-231.
35. Bartlett, R. J. WIREs Comput. Mol. Sci. 2012, 2, 126-138.
36. Raghavachari, K.; Trucks, G. W.; Pople, J. A.; Head-Gordon, M. Chem. Phys. Lett. 1989, 157, 479-483.
37. Lane, J. R. J. Chem. Theory Comput. 2013, 9, 316-323.
38. Řezáč, J.; Hobza, P. J. Chem. Theory Comput. 2012, 9, 364-369.
39. Tschumper, G. S.; Leininger, M. L.; Hoffman, B. C.; Valeev, E. F.; Schaefer, H. F.; Quack, M. J. Chem. Phys. 2002, 116, 690.
40. Jurečka, P.; Šponer, J.; Černý, J.; Hobza, P. Phys. Chem. Chem. Phys. 2006, 8, 1985-93.
41. Podeszwa, R.; Patkowski, K.; Szalewicz, K. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 5974-5979.
42. Takatani, T.; Hohenstein, E. G.; Malagoli, M.; Marshall, M. S.; Sherrill, C. D. J. Chem. Phys. 2010, 132, 144104.
43. Řezáč, J.; Riley, K. E.; Hobza, P. J. Chem. Phys. 2011, 7, 2427-2438.
44. Thanthiriwatte, K. S.; Hohenstein, E. G.; Burns, L. A.; Sherrill, C. D. J. Chem. Theory Comput. 2011, 7, 88-96.
45. Hobza, P. Acc. Chem. Res. 2012, 45, 663-672.
46. Marshall, M. S.; Burns, L. A.; Sherrill, C. D. J. Chem. Phys. 2011, 135, 194102.
47. Thiévin, J.; Cadudal, Y.; Georges, R.; Vigasin, A. J. Mol. Spectrosc. 2006, 240, 141-152.
48. Pérez, C.; Muckle, M. T.; Zaleski, D. P.; Seifert, N. A.; Temelso, B.; Shields, G. C.; Kisiel, Z.; Pate, B. H. Science 2012, 336, 897-901.
49. Suhm, M. A.; Kollipost, F. Phys. Chem. Chem. Phys. 2013, 15, 10702-10721.
50. Pérez, C.; Lobsiger, S.; Seifert, N. A.; Zaleski, D. P.; Temelso, B.; Shields, G. C.; Kisiel, Z.; Pate, B. H. Chem. Phys. Lett. 2013, 571, 1-15.
51. Zischang, J.; Suhm, M. A. J. Chem. Phys. 2013, 139, 024201.
52. Otto, K. E.; Xue, Z.; Zielke, P.; Suhm, M. A. Phys. Chem. Chem. Phys. 2014, 16, 9849-9858.
53. Buck, U.; Pradzynski, C. C.; Zeuch, T.; Dieterich, J. M.; Hartke, B. Phys. Chem. Chem. Phys. 2014, 16, 6859-6871.
54. Miliordos, E.; Aprà, E.; Xantheas, S. S. J. Chem. Phys. 2013, 139, 114302.
55. Mills, I. In Molecular Spectroscopy: Modern Research; Rao, N., Mathews, C., Eds.; Academic Press: New York, 1972; Vol. 1, pp 115-140.
56. Barone, V. J. Chem. Phys. 2005, 122, 014108.
57. Vázquez, J.; Stanton, J. F. Mol. Phys. 2006, 104, 377-388.
58. Barone, V.; Bloino, J.; Guido, C. A.; Lipparini, F. Chem. Phys. Lett. 2005, 496, 157-161.
59. Schofield, D. P.; Kjaergaard, H. G. Phys. Chem. Chem. Phys. 2003, 5, 3100-3105.
60. Schofield, D. P.; Lane, J. R.; Kjaergaard, H. G. J. Phys. Chem. A 2007, 111, 567-572.
61. Salmi, T.; Hänninen, V.; Garden, A. L.; Kjaergaard, H. G.; Tennyson, J.; Halonen, L. J. Phys. Chem. A 2008, 112, 6305-6312.
62. Kjaergaard, H. G.; Garden, A. L.; Chaban, G. M.; Gerber, R. B.; Matthews, D. A.; Stanton, J. F. J. Phys. Chem. A 2008, 112, 4324-4335.
63. Garden, A. L.; Halonen, L.; Kjaergaard, H. G. J. Phys. Chem. A 2008, 112, 7439-47.
64. Lane, J. R.; Kjaergaard, H. G. J. Chem. Phys. 2010, 132, 174304.
65. Mackeprang, K.; Kjaergaard, H. G.; Salmi, T.; Hänninen, V.; Halonen, L. J. Chem. Phys. 2014, 140, 184309.
66. Kalescky, R.; Zou, W.; Kraka, E.; Cremer, D. Chem. Phys. Lett. 2012, 554, 243-247.
67. Lischka, H. J. Am. Chem. Soc. 1974, 96, 4761-4766.
68. Yarkony, D. R. J. Chem. Phys. 1974, 60, 855.
69. Lischka, H. Chem. Phys. Lett. 1979, 66, 108-110.
70. Karpfen, A.; Beyer, A.; Schuster, P. Int. J. Quantum Chem. 1981, 19, 1113-1119.
71. Gaw, J. F.; Yamaguchi, Y.; Vincent, M. A.; Schaefer, H. F., III J. Am. Chem. Soc. 1984, 106, 3133-3138.
72. Frisch, M. J.; Del Bene, J. E.; Binkley, J. S.; Schaefer, H. F. J. Chem. Phys. 1986, 84, 2289.
73. Latajka, Z.; Scheiner, S. Chem. Phys. 1988, 122, 413-430.
74. Bishop, D. M.; Pipin, J.; Kirtman, B. J. Chem. Phys. 1995, 102, 6778.
75. Collins, C. L.; Morihashi, K.; Yamaguchi, Y.; Schaefer, H. F. J. Chem. Phys. 1995, 103, 6051-6056.
76. Peterson, K. A.; Dunning, T. H. J. Chem. Phys. 1995, 102, 2032.
77. Tschumper, G. S.; Yamaguchi, Y.; Schaefer, H. F. J. Chem. Phys. 1997, 106, 9627-9633.
78. Hobza, P.; Havlas, Z. Collect. Czechoslov. Chem. Commun. 1998, 63, 1343-1354.
79. Halkier, A.; Klopper, W.; Helgaker, T.; Jørgensen, P.; Taylor, P. R. J. Chem. Phys. 1999, 111, 9157-9167.
80. Tschumper, G. S.; Kelty, M. D.; Schaefer, H. F. Mol. Phys. 1999, 96, 493.
81. Friedrich, J.; Perlt, E.; Roatsch, M.; Spickerman, C.; Kirchner, B. J. Chem. Theory Comput. 2011, 7, 843-851.
82. Řezáč, J.; Hobza, P. J. Chem. Theory Comput. 2014, 10, 3066-3073.
83. Kofranek, M.; Lischka, H.; Karpfen, A. Chem. Phys. 1988, 121, 136-153.
84. Bunker, P.; Kofranek, M.; Lischka, H.; Karpfen, A. J. Chem. Phys. 1988, 89, 3002-3007.
85. Bunker, P.; Jensen, P.; Karpfen, A.; Kofranek, M.; Lischka, H. J. Chem. Phys. 1990, 92, 7432-7440.
86. Quack, M.; Suhm, M. A. Chem. Phys. Lett. 1990, 171, 517-524.
87. Quack, M.; Suhm, M. A. J. Chem. Phys. 1991, 95, 28.
88. Stanton, J. F.; Gauss, J.; Harding, M. E.; Szalay, P. G. CFOUR, Coupled-Cluster techniques for Computational Chemistry, with contributions from Auer, A. A.; Bartlett, R. J.; Benedikt, U.; Berger, C.; Bernholdt, D. E.; Bomble, Y.J.; Cheng, L.; Christiansen, O.; Heckert, M.; Heun, O.; Huber, C.; Jagau, T.-C.; Jonsson, D.; Jusélius, J.; Klein, K.; Lauderdale, W. J.; Matthews, D.A.; Metzroth, T.; Mück, L. A.; O'Neill, D. P.; Price, D. R.; Prochnow, E.; Ruud, K.; Schiffmann, F.; Schwalbach, W.; Stopkowicz, S.; Tajti, A.; Vázquez, J.; Wang, F.; Watts, J. D. and the integral packages MOLECULE (Almlöf, J. and Taylor, P. R.) and PROPS (Taylor, P. R.) and ABACUS (Helgaker, T.; Jensen, H. J. Aa.; Jørgensen, P.; Olsen, J.) and ECP routines by Mitin, A. V. and van Wüllen, C.. For the current version see http://www.cfour.de.
89. Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Scalmani, G.; Barone, V.; Mennucci, B.; Petersson, G. A.; Nakatsuji, H.; Caricato, M.; Li, X.; Hratchian, H. P.; Izmaylov, A. F.; Bloino, J.; Zheng, G.; Sonnenberg, J. L.; Hada, M.; Ehara, M.; Toyota, K.; Fukuda, R.; Hasegawa, J.; Ishida, M.; Nakajima, T.; Honda, Y.; Kitao, O.; Nakai, H.; Vreven, T.; Montgomery, A. J., Jr.; Peralta, J. E.; Ogliaro, F.; Bearpark, M.; Heyd, J. J.; Brothers, E.; Kudin, K. N.; Staroverov, V. N.; Kobayashi, R.; Normand, J.; Raghavachari, K.; Rendell, A.; Burant, J. C.; Iyengar, S. S.; Tomasi, J.; Cossi, M.; Rega, N.; Millam, J. M.; Klene, M.; Knox, J. E.; 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.; Martin, R. L.; Morokuma, K.; Zakrzewski, V. G.; Voth, G. A.; Salvador, P.; Dannenberg, J. J.; Dapprich, S.; Daniels, A. D.; Farkas, O.; Foresman, J. B.; Ortiz, J. V.; Cioslowski, J.; Fox, D. J. Gaussian09, Revision D.01; Gaussian Inc.: Wallingford, CT, 2009.
90. Schneider, W.; Thiel, W. Chem. Phys. Lett. 1989, 157, 367-373.
91. Dunning, T. H., Jr. J. Chem. Phys. 1989, 90, 1007-1023.
92. Werner, H.-J.; Knowles, P. J.; Manby, F. R.; Schütz, M.; Celani, P.; Knizia, G.; Korona, T.; Lindh, R.; Mitrushenkov, A.; Rauhut, G.; Adler, T. B.; Amos, R. D.; Bernhardsson, A.; Berning, A.; Cooper, D. L.; Deegan, M. J. O.; Dobbyn, A. J.; Eckert, F.; Goll, E.; Hampel, C.; Hesselmann, A.; Hetzer, G.; Hrenar, T.; Jansen, G.; Köppl, C.; Liu, Y.; Lloyd, A. W.; Mata, R. A.; May, A. J.; McNicholas, S. J.; Meyer, W.; Mura, M. E.; Nicklass, A.; Palmieri, P.; Pflüger, K.; Pitzer, R.; Reiher, M.; Shiozaki, T.; Stoll, H.; Stone, A. J.; Tarroni, R.; Thorsteinsson, T.; Wang, M.; Wolf, A. MOLPRO, version 2010.1, a package of ab initio programs, 2010; see http://www.molpro.net.
93. Turney, J. M.; Simmonett, A. C.; Parrish, R. M.; Hohenstein, E. G.; Evangelista, F. A.; Fermann, J. T.; Mintz, B. J.; Burns, L. A.; Wilke, J. J.; Abrams, M. L.; Russ, N. J.; Leininger, M. L.; Janssen, C. L.; Seidl, E. T.; Allen, W. D.; Schaefer, H. F.; King, R. A.; Valeev, E. F.; Sherrill, C. D.; Crawford, T. D. Wiley Interdiscip. Rev.: Comput. Mol. Sci. 2012, 2, 556-565.
94. CFOUR Mailing List. https://lists.uni-mainz.de/sympa/arc/cfour/2012-08/msg00056.html (accessed Nov. 3, 2014).
95. Lane, J. R.; Kjaergaard, H. G. J. Chem. Phys. 2009, 131, 034307.
96. Tschumper, G. S. Reliable Electronic Structure Computations for Weak Non-Covalent Interactions in Clusters. In Reviews in Computational Chemistry; Lipkowitz, K. B., Cundari, T. R., Eds.; Wiley-VCH, Inc.: Hoboken, NJ, 2009; Vol. 26, pp 39-90.
97. von Puttkamer, K.; Quack, M. Chem. Phys. 1989, 139, 31-53.
98. Matthews, D. A.; Vázquez, J.; Stanton, J. F. Mol. Phys. 2007, 105, 2659-2666.
99. Quack, M.; Suhm, M. A. Theor. Chim. Acta 1996, 93, 61-65.
100. Anderson, D. T.; Davis, S.; Nesbitt, D. J. J. Chem. Phys. 1996, 104, 6225-6243.
101. Pine, A. S.; Lafferty, W. J.; Howard, B. J. J. Chem. Phys. 1984, 81, 2939.
102. Miller, R. Acc. Chem. Res. 1990, 23, 10-16.
103. Anderson, D. T.; Davis, S.; Nesbitt, D. J. J. Chem. Phys. 1996, 105, 4488.
104. Hippler, M.; Oeltjen, L.; Quack, M. J. Phys. Chem. A 2007, 111, 12659-12668.
105. Suhm, M. A.; Farrell, J. T., Jr.; McIlroy, A.; Nesbitt, D. J. J. Chem. Phys. 1992, 97, 5341-5354.
106. Huisken, F.; Kaloudis, M.; Kulcke, A. J. Chem. Phys. 1996, 104, 17-25.
107. Braly, L.; Liu, K.; Brown, M.; Keutsch, F.; Fellers, R.; Saykally, R. J. Chem. Phys. 2000, 112, 10314-10326.
108. Keutsch, F. N.; Braly, L. B.; Brown, M. G.; Harker, H. A.; Petersen, P. B.; Leforestier, C.; Saykally, R. J. J. Chem. Phys. 2003, 119, 8927-8937.
109. Bouteiller, Y.; Perchard, J. Chem. Phys. 2004, 305, 1-12.
110. Rocher-Casterline, B. E.; Ch'ng, L. C.; Mollner, A. K.; Reisler, H. J. Chem. Phys. 2011, 134, 211101.
111. Huisken, F.; Kaloudis, M.; Vigasin, A. Chem. Phys. Lett. 1997, 269, 235-243.
112. Groenenboom, G.; Wormer, P.; van der Avoird, A.; Mas, E.; Bukowski, R.; Szalewicz, K. J. Chem. Phys. 2000, 113, 6702-6714.
113. Nizkorodov, S. A.; Ziemkiewicz, M.; Nesbitt, D. J. J. Chem. Phys. 2005, 122, 194316.
114. Ptashnik, I. V.; Smith, K. M.; Shine, K. P.; Newnham, D. A. Q. J. R. Meteorol. Soc. 2004, 130, 2391-2408.