Конкуренція іонної асоціації та сольватації в сумішах BmimPF6 з γ-бутиролактоном

doi:10.26565/2220-637X-2014-24-04

Vladimir A. Koverga Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна
Bogdan A. Marekha Унiверситет Лiлль - 1
Abdenacer Idrissi Унiверситет Лiлль - 1
Oleg N. Kalugin Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна https://orcid.org/0000-0003-3273-9259

DOI: https://doi.org/10.26565/2220-637X-2014-24-04

Ключові слова: гексафторофосфат 1-бутил-3-метилімідазолій, γ-бутиролактон, молекулярно-динамічне моделювання, функція просторового розподілу, іонна асоціація, сольватація

Анотація

Методом класичного молекулярно-динамічного моделювання досліджено міжмолекулярні та іон-молекулярні взаємодії у бінарних сумішах гексафторофосфату 1-бутил-3-метилімідазолію, BmimPF₆, з γ‑бутиролактоном, γ-БЛ. За допомогою функції просторового розподілу вивчена найближча координаційна сфера імідазолієвого кільця катіону Bmim⁺. Встановлено, що з ростом вмісту BmimPF₆ у суміші відбувається поступове заміщення молекул розчинника поблизу найбільш позитивного атома водню імідазолієвого кільця на аніони PF₆⁻, що може бути інтерпретовано у термінах конкуренції сольватації та іонної асоціації за участю Bmim⁺.

Завантаження

##plugins.generic.usageStats.noStats##

Посилання

P. A. Hunt, I. R. Gould, B. Kirchner. The structure of imidazolium-based ionic liquids: in-sights from ion-pair interactions // Aust. J. Chem. – 2007. – Vol. 60. No. 1. – P. 9-14.

J. P. Hallett, T. Welton. Room-temperature ionic liquids. Solvents for synthesis and cataly-sis. 2. // Chem. Rev. – 2011. – Vol. 111. No. 5. – P. 3508-3576.

F. Enders, S. Zein EI Abedin. Air and water stable ionic liquids in physical chemistry // Phys. Chem. Chem. Phys. – 2006. – Vol. 8. No. 18. – P. 2101-2116.

M. Galiński, A. Lewandowaski, I. Stepniak. Ionic liquids as electrolytes // Electrochim. Acta. – 2006. – Vol. 51. No. 26. – P. 5567-5580.

K. N. Marsh, J. A. Boxall, R. Lichtenthaler. Room tem[erature ionic liquids and their mixtures – a review // Fluid Phase Equil. – 2004. – Vol. 219. No. 1. – P. 93-98.

A. Stoppa, J. Hunger, R. Buchner. Conductivities of binary mixtures of ionic liquids with po-lar solvents // J. Chem. Eng. Data. – 2009. – Vol. 54. No. 2. – P. 472-479.

H. Wang, S. Liu, K. Huang, X. Yin, Y. Liu, S. Peng. BMIMBF4 ionic liquid mixtures electro-lyte for Li-ion batteries // Int. J. Electrochem. Sci. – 2012. – Vol. 7. No. 2. – P. 1688-1698.

A. M. Rizzuto, R. L. Pennington, K. D. Sienerth. Study of the BMIM-PF6: acetonitrile binary mixture as a solvent for electrochemical studies involving CO2 // Electrochim. Acta. – 2011. – Vol. 56. No. 14. – P. 5003-5009.

A. Chagnes, M. Diaw, B. Carré, P. Willmann, D. Lemordant. Imidazolium-organic solvent mixtures as electrolytes for lithium batteries // J. Power Sources. – 2005. – Vol. 145. No. 1. – P. 82-88.

Z. Liu, S. Huang, W. Wang. A refined force field for molecular simulation of imidazolium-based ionic liquids // J. Phys. Chem. B. – 2004. – Vol. 108. No. 34. − P. 12987-12989.

O. Borodin. Polarizable force field development and molecular dynamics simulation of ionic liquids // J. Phys. Chem. B. – 2009. – Vol. 113. No. 33. – P. 11463-11468.

J. de Andrade, E. S. Boes, H. Stassen. Computational study of room temperature molten salts composed by 1-alkyl-3-methylimidazolium cations force-field proposal and validation // J. Phys. Chem. B. – 2002. – Vol. 106. No. 51. – P. 13344-13351.

J. N. Canongia Lopes, J. Deschamps, A. A. H. Pádua. Modeling ionic liquids using a system-atic all-atom force field // J. Phys. Chem. B. – 2004. – Vol. 108. No. 6. − P. 2038-2047.

J. N. Canongia Lopes, A. A. H. Pádua. Molecular force field for ionic liquids composed of tri-flate or bistriflylimide anions // J. Phys. Chem. B. – 2004. – Vol. 108. No. 43. – P. 16893-16898.

T. I. Morrow, E. J. Maginn. Molecular Dynamics study of the ionic liquids 1-n-buthyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate // J. Phys. Chem. B. – 2002. – Vol. 106 No. – P. 12807-12813.

V. V. Chaban, Iu. V. Voroshylova, O. N. Kalugin. A new force field model for the simulation of transport properties of imidazolium-based ionic liquids // Phys. Chem. Chem. Phys. – 2011. – Vol. 13. No. – P. 7910-7920.

B. L. Bhargava, S. Balasubramanian. Refined potential model for atomistic simulation of ionic liquids [Bmim][PF6] // J. Chem. Phys. – 2007. – Vol. 127. No. – P. 114510

B. L. Bhargava, S. Balasubramanian. Insights into the structure and dynamics of a room-temperature ionic liquid: ab initio molecular dynamics studies of 1-n-buthyl-3-methylimidazolium hexafluorophasphate ([Bmim][PF6]) and the [Bmim][PF6]−CO2 mixture // J. Phys. Chem. B. – 2007. – Vol. 111. No. – P. 4477-4487.

V. V. Chaban, O. V. Prezhdo. A new force field model of 1-butyl-3-methylimidazolium tetra-fluoroborate ionic liquid and acetonitrile mixtures // Phys. Chem. Chem. Phys. – 2011. – Vol. 13. No. – P. 19345-19354.

U. Essmann, L. Perera, M. L. Berkowitz, T. Darden, H. Lee and L. G. Pedersen. A smooth particle mesh Ewald method // J. Chem. Phys. – 1995. – Vol. 103. No. 19. – P. 8577-8593.

M. Masia, R. Rey. Computational study of γ-butyrolactone and Li+/γ-butyrolactone in gas and liquid phases // J. Phys. Chem. B. – 2004. – Vol. 108. No. 46. – P. 17992-18002.

B. R. Brooks, R. E. Bruccoleri, B. D. Olafson, D. J. States, S. Swaminathan, and M. Karplus. CHARMM: a program for macromolecular energy minimization and dynamics calculation // J. Comp. Chem. – 1983. – Vol. 4. No. – P. 187-217.

B. R. Brooks, C. L. Brooks III, A. D. Mackerell, L. Nilsson, R. J. Petrella, B. Roux, Y. Won, G. Archontis, C. Bartels, S. Boresch A. Caflisch, L. Caves, Q. Cui, A. R. Dinner, M. Feig, S. Fischer, J. Gao, M. Hodoscek, W. Im, K. Kuczera, T. Lazaridis, J. Ma, V. Ovchinnikov, E. Paci, R. W. Pastor, C. B. Post, J. Z. Pu, M. Schaefer, B. Tidor, R. M. Venable, H. L. Wood-cock, X. Wu, W. Yang, D. M. York, and M. Karplus. CHARMM: the biomolecular simulation program // J. Comp. Chem. – 2009. – Vol. 30. No. – P. 1545-1615.

S. Pronk, S. Páll, R. Schulz, P. Larsson, P. Bjelkmar, R. Apostolov, M. R. Shirts, J. C. Smith, P. M. Kasson, D. van der Spoel, B. Hess, E. Lindah. Gromacs 4.5: a high-throughput and highly parallel open sourse molecular simulation toolkit // Structure bioinformatics – 2013. – Vol. 29. No. 7. – P. 845-854.

L. Martínez, R. Andrade, E. G. Birgin, J. M. Martínez. Packmol: A package for building ini-tial configurations for molecular dynamics simulations // J. Comp. Chem. – 2009. – Vol. 30. No. 13. – P. 2157-2164.

J. M. Martínez and L. Martínez. Packing optimization for automated generation of complex system's initial configurations for molecular dynamics and docking // J. Comp. Chem. – 2003. – Vol. 24. No. 7. – P. 819-825.

G. Bussi, D. Donadio, M. Parrinello. Canonical sampling through velocity rescaling // J. Chem. Phys. – 2007. − Vol. 126. No. 014101.

M. Parrinello, A. Rahman. Polymorphic transition in single crystals: a new molecular dynam-ics method // J. Appl. Phys. – 1981. – Vol. 52. No. 12. – P. 7182-7190.

T. Méndez-Morales, J. Carrete, M. Garcia, O. Cabeza, L. J. Gallego, L. M. Varela. Dynamical properties of alcohol + 1-hexyl-3-methylimidazolium ionic liquid mixtures: a computer simu-lation study // J. Phys. Chem. B – 2011 – Vol. 115 No. 51. – P. 15313-15322.

B. A. Marekha, O. N. Kalugin, M. Bria, R. Buchner, A. Idrissi. Translational Diffusion in mixtures of imidazolium ILs with polar aprotic molecular solvents // J. Phys. Chem. B – 2014. – Vol. 118 No. 20. – P. 5509-5517.

M. Brehm, B. Kirchner. TRAVIS – A free analyzer and visualizer for Monte Carlo and mo-lecular dynamics trajectories // J. Chem. Inf. Model. – 2011. – Vol. 51. No. 8. – P. 2007-2023.

P. A. Hunt, B. Kirchner, T. Welton. Characterising the electron structure of ionic liquids: an examination of the 1-butyl-3-methylimidazolium chloride ion pair // Chem. Eur. J. – 2006. – Vol. 12. No. 26. – P. 6762-6775.

K. Dong, S. Zhang, D. Wang, X. Yao. Hydrogen bonds in imidazolium ionic liquids // J. Phys. Chem. A. – 2006. – Vol. 110 No. 31. – P. 9775-9782.