イソプロピル - イミダゾリウムベースのイオン液体の電子構造、振動スペクトル、および水素結合に対するイソプロピル側鎖分岐および異なる陰イオンの効果：実験的および理論的調査

現在の研究では、4つの分岐メチル化、1,2-ジメチル-3-イスプロピル - イミダゾリウム（I- [C3DMIM+]）およびプロトン化、1-メチル-3-イソプロピル - イミダゾリウム（I- [C3MIM+]）ベースのイオン液体（IL）異なる陰イオン（Br-、Bf4-、Pf6-、およびNtf2-）を備えたNMR、赤外線（IR）、およびラマン分光法によって合成および調査しました。赤外線およびラマン分光法に基づいて、完全な振動割り当てが実行されています。IRおよびラマン分析により、振動スペクトルはメチル化に事実上影響を受けていないことが明らかになりましたが、アニオンの変化によって有意な頻度の変化が観察されました。さらに、これらのi- [c3dmim] y、i- [c3mim] y（y = br、bf4、pf6、およびntf2）イオンペア、分散化学物質計算の電子構造、エネルギーの安定性、および振動特性を決定するために補正法は、単一イオンとイオンカップルの両方で実行されます。計算された電子密度を分析して、分子の原子の量子理論（AIM）による非共有共有型の内部相互作用とインテロイオン相互作用を暴露し、陰イオン依存性と相互作用のタイプの両方の観点から解釈しました。計算結果は、すべてのイオンカップルについて、イミダゾリウムカチオンのC2位置の近くにあるアニオンで最もエネルギー的に安定した構成が得られることを示唆しています。ただし、i- [c3mim] ntf2およびi- [c3dmim] bf4の場合、アニオンがイミダゾリウム環の上にある構成2および3で同様のエネルギーが得られました。i- [c3mim]の場合、他の研究されたILよりも強力な水素結合が予測されます。計算は、水素結合のためにCHストレッチバンドの赤いシフトが発生することを示しています。実際、そのようなバンドの変位は実験的に観察されています。

In the present work, four branched methylated, 1,2-dimethyl-3-isopropyl-imidazolium (i-[C3Dmim+]) and protonated,1-methyl-3-isopropyl-imidazolium (i-[C3mim+])-based ionic liquids (ILs) with varying anion (Br-, BF4-, PF6-, and NTf2-) were synthesized and investigated by NMR, infrared (IR) and Raman spectroscopy. Based on infrared and Raman spectroscopy, complete vibrational assignments have been performed. The IR and Raman analysis revealed that the vibrational spectra are virtually unaffected upon methylation, while significant frequency changes were observed by changing anion. Furthermore, to determine the electronic structure, energetic stability, and vibrational properties of these i-[C3Dmim]Y, i-[C3mim]Y (Y = Br, BF4, PF6, and NTf2) ion pairs, quantum chemical calculations including the dispersion correction method are performed both on single ions and on ionic couples. The calculated electron density was analyzed to expose non-covalent intra- and interionic interactions by the quantum theory of atoms in molecules (AIM) and interpreted in terms of both anion dependence and type of interaction. Computational results suggest that for all ionic couples the most energetically stable configuration is obtained with the anions located close to the C2 position of the imidazolium cation. However, in the case of i-[C3mim]NTf2 and i-[C3Dmim]BF4, similar energies were obtained in configurations 2 and 3 where the anion is located above the imidazolium ring. For i-[C3mim]Br a stronger hydrogen bond is predicted than for other studied ILs. Calculations indicate that a red shift of the CH stretching bands should occur due to hydrogen bonding; indeed, such displacement of bands is experimentally observed.