Russian Journal of General ChemistryRussian Journal of General ChemistryЖурнал общей химии0044-460X3034-5596The Russian Academy of Sciences68875310.31857/S0044460X25050013FIOYMPArticlesСтатьиResearch ArticleHydrogen-bonded dialkylcarboxamide cations and their dihalogenohalogenatesВодородносвязанные катионы диалкилкарбоксамидов и их дигалогенгалогенатыhttps://orcid.org/0000-0002-6069-3967ZarechnayaО. М.ЗаречнаяОльга Михайловна
Russian Federation
mikhail0vvasilii@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4184-1805MikhailovV. А.МихайловВасилий Александрович
Russian Federation
mikhail0vvasilii@yandex.ruL. M. Litvinenko Institute of Physical Organic and Coal ChemistryИнститут физико-органической химии и углехимии имени Л. М. Литвиненко15062025955-61541830608202506082025Copyright ©; 2025, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2025, Российская академия наук2025Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://transsyst.ru/0044-460X/article/view/688753

Molecular geometry, electron structure and thermodynamic parameters for a representative group of tertiary amides and bis(amide)hydrogen cations were computed by density functional theory at ωB97X-V/dgdzvp//ωB97X/dgdzvp level, trihalide salts of these cations were synthesized, and NMR manifestations of short hydrogen bond in these cations were experimentally demonstrated. With a vocabulary of computational techniques, a number of intramolecular noncovalent interactions such as H···O+···H, C–H···O, C–H···Н–С were revealed, and the role of these interaction in the stabilization of hemiprotonated amides and their saline forms evaluated.

С использованием теории функционала плотности (уровень ωB97X-V/dgdzvp//ωB97X/dgdzvp) произведен расчет молекулярной геометрии, электронного строения, термодинамических параметров третичных амидов низших карбоновых кислот и катионов бис(диалкилкарбоксамид)водорода, получен ряд дигалогенгалогенатов соответствующих катионов, показаны ЯМР-проявления короткой водородной связи в катионах. С использованием совокупности расчетных методов выявлен ряд внутримолекулярных нековалентных взаимодействий вида H···O···H, C–H···O, C–H···Н–С, оценена роль этих взаимодействий в стабилизации гемипротонированных амидов и солевых форм.

dialkylcarboxamidesshort hydrogen bondnoncovalent interactionsдиалкилкарбоксамидыкороткая водородная связьнековалентные взаимодействияМинистерство науки и высшего образования Российской ФедерацииMinistry of Science and Higher Education of the Russian FederationFRES 2023-0001This work was supported by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (grant FRES 2023-0001).Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (грант FRES 2023-0001).Le Bras J., Muzart J. // Molecules 2018. Vol. 23. Art. 1939. doi 10.3390/molecules23081939Heravi M.M., Ghavidel M., Mohammadkhani L. // RSC Adv. 2018. Vol. 8. Art. 27832. doi 10.1039/c8ra04985hChenault H.K. In: Handbook of Pyrrolidone and Caprolactam Based Materials / Ed. O.M. Musa. Wiley, 2021. 69 p. doi 10.1002/9781119468769.HPCBM001Meot-Ner (Mautner) M. // Chem. Rev. 2012. Vol. 112. P. PR22. doi 10.1021/cr200430nHunter E.P.L., Lias S.G. // J. Phys. Chem. Ref. Data. 1998. Vol. 27. P. 413. doi 10.1063/1.556018Meot-Ner M. // Int. J. Mass Spectr. 2003. Vol. 227. P. 525. doi 10.1016/S1387-3806(03)00100-3Laurence C., Brameld K.A., Graton J., Le Questel J.-Y., Renault E. // J. Org. Chem. 2021. Vol. 86. P. 4143. doi 10.1021/acs.joc.0c02964Meot-Ner M. // J. Am. Chem. Soс. 1984. Vol. 106. P. 278. doi 10.1021/ja00314a003Witt M., Kreft D., Grutzmacher H.F. // Eur. J. Mass Spectrom. 2003. Vol. 9. P. 81. doi 10.1255/ejms.535Witt M., Grutzmacher H.F. // Int. J. Mass Spectrom. 1997. Vol. 165−166. P. 49. doi 10.1016/S0168-1176(97)00152-3Hussain M.S., Schlemper E.O. // J. Chem. Soc. Dalton Trans. 1980. Vol. 35. P. 750. doi 10.1039/DT9800000750Hill C.L., Bouchard D.A., Kadkhodayan M., Williamson M.M., Schmidt J.A., Hilinski E.F. // J. Am. Chem. Soc. 1988. Vol. 110. P. 5471. doi 10.1021/ja00224a035Nishio Y., Yubata K., Wakai Y., Notsu K., Yamamoto K., Fujiwara H., Matsubara H. // Tetrahedron. 2019. Vol. 75. P. 1398. doi 10.1016/J.TET.2019.01.055Parmar S., Pal S., Biswas A., Gosavi S., Chakraborty S., Reddy M.C., Ogale S. // ChemComm. 2019. Vol. 55. P. 7562. doi 10.1039/C9CC03485DBortoluzzi M., Marchetti F., Pampaloni G., Zacchini S. // New J. Chem. 2016. Vol. 40. P. 8271. doi 10.1039/C6NJ01822JAzadmanesh J., Slobodnik K., Struble L.R., Lutz W.E., Coates L., Weiss K.L., Myles D.A.A., Kroll T., Borgstahl G.E.O. // Nature Comm. 2024. Vol. 15. Art. 5973. doi 10.1038/s41467-024-50260-wBuergi H.B., Dunitz J.D. // Acc. Chem. Res. 1983. Vol. 16. P. 153. doi 10.1021/ar00089a002Malaspina L.A., Hoser A.A., Edwards A.J., Woińska M., Turner M.J., Price J.R., Sugimoto K., Nishibori E., Bürgi H.-B., Jayatilaka D., Grabowsky S. // CrystEngComm. 2020. Vol. 22. P. 4778. doi 10.1039/d0ce00378fKrawczuk A., Genoni A. // Acta Crystallogr. (B). 2024. Vol. 80. P. 249. doi 10.1107/S2052520624003421Behmel P., Jones P.G., Sheldrick G.M., Ziegler M. // J. Mol. Struct. 1980. Vol. 69. P. 41. doi 10.1016/0022-2860(80)85262-8Behmel P., Clegg W., Sheldrick G.M., Weber G., Ziegler M. // J. Mol. Struct. 1981. Vol. 74. P. 19. doi 10.1016/0022-2860(81)80003-8Frydrych R., Muschter T., Brudgam I., Hartl H. // Z. Naturforsch. (B). 1990. Vol. 45. P. 679. doi 10.1515/znb-1990-0516Wang J.P., Han Q.X., Niu J.Y. // Trans. Metal Chem. 2004. Vol. 29. P. 170. doi 10.1023/B:TMCH. 0000019415.56825.1aHazin K., Serin S.C., Patrick B.O., Ezhova M.B., Gates D.P. // Dalton Trans. 2017. Vol. 46. P. 5901. doi 10.1039/C6DT04820JKolesov B.A., Chupina A.V., Berezin A.S., Kompankov N.B., Abramov P.A., Sokolov M.N. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2020. Vol. 22. P. 25344. doi 10.1039/D0CP04152AHuggins M.L. // Angew. Chem. Int. Ed. 1971. Vol. 10. P. 147. doi 10.1002/anie.197101471Emsley J. // Chem. Soc. Rev. 1980. Vol. 9. P. 91. doi 10.1039/CS9800900091Gilli G., Gilli P. // J. Mol. Struct. 2000. Vol. 552. P. 1.Crabtree R.H. // Chem. Soc. Rev. 2017. Vol. 46. P. 1720. doi 10.1039/C6CS00688DEcheverría J., Alvarez S. // Chem. Sci. 2023. Vol. 14. P. 11647. doi 10.1039/D3SC02238BGilli G., Gilli P. The Nature of the Hydrogen Bond. Oxford: Oxford University Press, 2009. 317 p.Grabowski S.J. // Chem. Rev. 2011. Vol. 111. P. 2597. doi 10.1021/cr800346fJablonski M. // Molecules. 2020. Vol. 25. Art. 5512. doi 10.3390/molecules25235512Grabowski S.J. // Chem. Commun. 2024. Vol. 60. P. 6239. doi 10.1039/D4CC01769BWeinhold F. // Molecules. 2023. Vol. 28. Art. 3776. doi 10.3390/molecules28093776Shaik S., Danovich D., Zare R.N. // J. Am. Chem. Soc. 2023. Vol. 145. P. 20132. doi 10.1021/jacs.3c08196Civiš S., Lamanec M., Špirko V., Kubišta J., Špetko M., Hobza P. // J. Am. Chem. Soc. 2023. Vol. 145. P. 8550. doi 10.1021/jacs.3c00802Politzer P., Murray J. In: Chemical Reactivity in Confined Systems / Eds. P.K. Chattaraj, D. Chakraborty. Wiley, 2021. P. 113. doi 10.1002/9781119683353.ch7Krokidis X., Vuilleumier R., Borgis D., Silvi B. // Mol. Phys. 1999. Vol. 96. P. 265. doi 10.1080/00268979909482959Grabowski S.J., Ugalde J.M. // Chem. Phys. Lett. 2010. Vol. 493. P. 37. doi 10.1016/j.cplett.2010.05.008Fuster F., Grabowski S.J. // J. Phys. Chem. (A). 2011. Vol. 115. P. 10078. doi 10.1021/jp2056859Weinhold F., Klein R.A. // Mol. Phys. 2012. Vol. 110. P. 565. doi 10.1080/00268976.2012.661478Vener M.V., Levina E.O., Astakhov A.A., Tsirelson V.G. // Chem. Phys. Lett. 2015. Vol. 638. P. 233. doi 10.1016/ j.cplett.2015.08.053Silvi B., Ratajczak H. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2016. Vol. 18. P. 27442. doi 10.1039/C6CP05400EMolčanov K., Jelsch C., Wenger E., Stare J., Madsen A.Ø., Kojić-Prodić B. // CrystEngComm. 2017. Vol. 19. P. 3898. doi 10.1039/C7CE00501FGuevara-Vela J.M., Gallegos M., Valentín-Rodríguez M.A., Costales A., Rocha-Rinza T., Pendás A.M. // Molecules. 2021. Vol. 26. P. 4196. doi 10.3390/ molecules26144196Platts J.A., Laidig K.E. // J. Phys. Chem. 1996. Vol. 100. P. 13455. doi 10.1021/jp9603849Schiøtt B., Iversen B.B., Madsen G.K.H., Bruice T.C. // J. Am. Chem. Soc. 1998. Vol. 120. P. 12117. doi 10.1021/ja982317tSaunders L.K., Pallipurath A.R., Gutmann M.J., Nowell H., Zhang N., Allan D.R. // CrystEngComm. 2021. Vol. 23. P. 6180. doi 10.1039/D1CE00355KWeinhold F., Schleyer P.R., McKee W.C. // J. Comput. Chem. 2014. Vol. 35. P. 1499. doi 10.1002/jcc.23654Taylor R. // CrystEngComm. 2020. Vol. 22. P. 7145. doi 10.1039/D0CE00270DRoth S., Schnick W. // Z. Naturforsch. (B). 2001. Vol. 56. P. 1020. doi 10.1515/znb-2001-1010Suzuki H., Ishiguro S. // Acta Crystallogr. (E). 2006. Vol. 62. P. m576. doi 10.1107/S1600536806005575Siu P.W., Gates D.P. // Organometallics. 2009. Vol. 28. P. 4491. doi 10.1021/om9003187Shabari A.R., Pourazouvi M., Rad S.D. // Acta Crystallogr. (E). 2012. Vol. 68. P. m1226. doi 10.1107/S1600536812036677Bekaert A., Barberan O., Kaloun E.B., Danan A., Brion J.D., Lemoine L., Viossat B. // Z. Kristallogr. N.C.S. 2001. Vol. 216. P. 457 doi 10.1524/ncrs.2001.216.14.479Mammadova G.Z., Mertsalov D.F., Shchevnikov D.M., Grigoriev M.S., Akkurt M., Yıldırım S.Ö., Bhattarai A. // Acta Crystallogr. (E). 2023. Vol. 79. P. 690. doi 10.1107/S2056989023005509Molina Molina J., Dobado J. // Theor. Chem. Acc. 2001. Vol. 105. P. 328. doi 10.1007/s002140000231Durrant M.C. // Chem. Sci. 2015. Vol. 6. P. 6614. doi 10.1039/C5SC02076JSiiskonen A., Priimagi A. // J. Mol. Model. 2017. Vol. 23. Art. 50. doi 10.1007/s00894-017-3212-4Gnanasekar S.P., Arunan E. // Austr. J. Chem. 2020. Vol. 73. P. 767. doi 10.1071/CH19557Koch U., Popelier P.L.A. // J. Phys. Chem. 1995. Vol. 99. P. 9747. doi 10.1021/j100024a016Howard E.I., Guillot B., Blakeley M.P., Haertlein M., Moulin M., Mitschler A., Cousido-Siah A., Fadel F., Valsecchi W.M., Tomizaki T., Petrova T., Claudot J., Podjarny A. // IUCrJ. 2016. Vol. 3. P. 115. doi 10.1107/S2052252515024161Popelier P.L.A. // J. Phys. Chem. (A). 1998. Vol. 102. P. 1873. doi 10.1021/jp9805048Wolstenholme D.J., Cameron T.S. // J. Phys. Chem. (A). 2006. Vol. 110. P. 8970. doi 10.1021/jp061205iHathwar V.R., Sist M., Jørgensen M.R.V., Mamakhel A.H., Wang X., Hoffmann C.M., Sugimoto K., Overgaard J., Iversen B.B. // IUCrJ. 2015. Vol. 2. P. 563. doi 10.1107/S2052252515012130Fugel M., Ponomarenko M., Hesse M., Malaspina L., Kleemiss F., Sugimoto K., Genoni A., Röschenthaler G.-V., Grabowsky S. // Dalton Trans. 2019. Vol. 48. P. 16330. doi 10.1039/c9dt02772fMonteiro N.K.V., Firme C.L. // J. Phys. Chem. (A). 2014. Vol. 118. P. 1730. doi 10.1021/jp500131zLomas J.S. // Magn. Res. Chem. 2019. Vol. 57. P. 1121. doi 10.1002/mrc.4900Bertolasi V., Gilli P., Ferretti V., Gilli G. // J. Chem. Soc. Perkin Trans. 2. 1997. P. 945. doi 10.1039/A606862FKumar G.A., McAllister M.A. // J. Org. Chem. 1998. Vol. 63. P. 6968. doi 10.1021/jo980759hPacios L.F., Gómez P.C. // J. Phys. Chem. (A). 2004. Vol. 108. P. 11783. doi 10.1021/jp0466892Siskos M.G., Tzakos A.G., Gerothanassis I.P. // Org. Biomol. Chem. 2015. Vol. 13. P. 8852. doi 10.1039/C5OB00920KBenedetti E., Di Blasio B., Baine P. // J. Chem. Soc. Perkin Trans. 2. 1980. P. 500. doi 10.1039/P29800000500Perumalla S.R., Sun C.C. // CrystEngComm. 2013. Vol. 15. P. 8941. doi 10.1039/C3CE41271GPopov A.I., Swensen R.F. // J. Am. Chem. Soc. 1955. Vol. 77. P. 3724. doi 10.1021/ja01619a015Михайлов В.А. // Укр. хим. ж. 1989. T. 35. C. 1225.Jaconelli H.S., Kennedy A.R. // Acta Crystallogr. (C). 2024. Vol. 80. P. 514. doi 10.1107/S2053229624007332Заречная О.М., Михайлов В.А. // ЖОХ. 2024. Т. 94. С. 10. doi 10.31857/S0044460X24010022Заречная О.М., Михайлов В.А. // ЖОХ. 2024. Т. 94. С. 315. doi 10.31857/S0044460X24030011Bekaert A., Provot O., Rasolojaona O., Alami M., Brion J.-D. // Tetrahedron Lett. 2005. Vol. 46. P. 4187. doi 10.1016/j.tetlet.2005.04.049Belot J.A., Clark J., Cowan J.A., Harbison G.S., Kolesnikov A.I., Kye Y.-S., Schultz A.J., Silvernail C., Zhao X. // J. Phys. Chem. (B). 2004. Vol. 108. P. 6922. doi 10.1021/jp0496710Madsen G.K.H., McIntyre G.J., Schiøtt B., Larsen F.K. // Chem. Eur. J. 2007. Vol. 13. P. 5539. doi 10.1002/chem.200601490Kannengießer R., Klahm S., Vinh Lam Nguyen H., Lüchow A., Stahl W. // J. Chem. Phys. 2014. Vol. 141. Art. 204308. doi 10.1063/1.4901980Umebayashi Y., Matsumoto K., Mune Y., Zhang Y., Ishiguro S. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2003. Vol. 5. P. 2552. doi 10.1039/B302143BMüller G., Lutz M., Harder S. // Acta Crystallogr. (B). 1996. Vol. 52. P. 1014. doi 10.1107/S0108768196008300Fernholt L., Samdal S., Seip R. // J. Mol. Struct. 1981. Vol. 72. P. 217. doi 10.1016/0022-2860(81)85023-5Allen F.H., Watson D.G., Brammer L., Orpen A.G., Taylor R. // Int. Tables Cryst. 2006. Vol. C. P. 790. doi 10.1107/97809553602060000621Schultz G., Hargittai I. // J. Phys. Chem. 1993. Vol. 97. P. 4966. doi 10.1021/j100121a018Mack H.-G., Oberhammer H. // J. Am. Chem. Soc. 1997. Vol. 119. P. 3567. doi 10.1021/ja964374xFujitake M., Kubota Y., Ohashi N. // J. Mol. Spectrosc. 2006. Vol. 236. P. 97. doi 10.1016/j.jms.2005.12.013Drakenberg T., Dahlqvist K.J., Forsen S. // J. Phys. Chem. 1972. Vol. 76. P. 2178. doi 10.1021/j100659a020Becke A.D., Edgecombe K.E. // J. Chem. Phys. 1990. Vol. 92. P. 5397. doi 10.1063/1.458517Grin Y., Savin A., Silvi B. / The ELF Perspective of chemical bonding. Ch 10. P.1-53. In: The Chemical Bond: Fundamental Aspects of Chemical Bonding. Ed.: G. Frenking, S. Shaik (2014)/ Weinheim. Wiley-VCH. doi 10.1002/9783527664696.ch10Jacobsen H. // Can. J. Chem. 2008. Vol. 86. P. 695. doi 10.1139/v08-052Boto R.A., Contreras-García J., Tierny J., Piquemal J.-P. // Mol. Phys. 2015. P. 1. doi 10.1080/ 00268976.2015.1123777Birkedal H., Madsen D., Mathiesen R.H., Knudsen K., Weber H.-P., Pattison P., Schwarzenbach D. // Acta Crystallogr. (A). 2004. P. 371. doi 10.1107/S0108767304015120Berski S., Latajka Z. // Int. J. Quant. Chem. 2002. Vol. 90. P. 1108. doi 10.1002/qua.10227Bader R.F.W., Slee T.S., Cremer D., Kraka E. // J. Am. Chem. Soc. 1983. Vol. 105. P. 5061. doi 10.1021/ja00353a035Joly D., Pellejà L., Narbey S., Oswald F., Chiron J., Clifford J.N., Palomares E., Demadrille R. // Sci. Rep. 2014. Vol. 4. Art. 4033. doi 10.1038/srep04033Simanenko Yu.S., Savelova V.A., Prokop’eva T.M., Mikhailov V.A., Turovskaya M.K., Karpichev E.A., Popov A.F., Gillitt N.D., Bunton C.A. // J. Org. Chem. 2004. Vol. 69. P. 9238. doi 10.1021/jo0402430Заречная О.М., Михайлов В.А. // Вестн. ДонНТУ 2021. C. 34.Дорохова Т.В., Михайлов В.А., Каниболоцкий А.Л., Прокопьева Т.М., Савелова В.А., Попов А.Ф. // ТЭХ. 2008. Т. 44. С. 298; Dorokhova T.V., Mikhailov V.A., Kanibolotskii A.L., Prokop’eva T.M., Savelova V.A., Popov A.F. // Theor. Exp. Chem. 2008. Vol. 44. P. 307. doi 10.1007/s11237-008-9042-9Suponitsky K.Yu., Burakov N.I., Кanibolotsky A.L., Mikhailov V.A. // J. Phys. Chem. (A). 2016. Vol. 120. P. 4179. doi 10.1021/acs.jpca.6b02192Zabolotniy A.A., Trush E.N., Zarechnaya O.M., Mikhailov V.A. // J. Ionic Liq. 2022. Vol. 2. Art. 100045. doi 10.1016/j.jil.2022.100045Neese F., Wennmohs F., Becker U., Riplinger C. // J. Chem. Phys. 2020. Vol. 152. Art. 224108. doi 10.1063/5.0004608Chai J.-D., Head-Gordon M. // J. Chem. Phys. 2008. Vol. 128. Art. 084106. doi 10.1063/1.2834918Godbout N., Salahub D.R., Andzelm, J., Wimmer E. // Can. J. Chem. 1992. Vol. 70. P. 560. doi 10.1139/v92-079Mardirossian N., Head-Gordon M. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2014. Vol. 16. P. 9904. doi 10.1039/C3CP54374AVydrov O.A., Van Voorhis T. // J. Chem. Phys. 2010. Vol. 133. Art. 244103. doi 10.1063/1.3521275Lu T., Chen F. // J. Comput. Chem. 2012. Vol. 33. P. 580. doi 10.1002/jcc.22885Zhang J., Lu T. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2021. Vol. 23. P. 20323. doi 10.1039/D1CP02805GLu T. // J. Mol. Model. 2021. Vol. 27. P. 263. doi 10.1007/s00894-021-04884-0Humphrey W., Dalke A., Schulten K. // J. Mol. Graphics. 1996. Vol. 14. P. 33. doi 10.1016/0263-7855(96)00018-5Macrae C.F., Sovago I., Cottrell S.J., Galek P.T.A., McCabe P., Pidcock E., Platings M., Shields G.P., Stevens J.S., Towler M., Wood P.A. // J. Appl. Cryst. 2020. Vol. 53. P. 226. doi 10.1107/S1600576719014092