Structural and energetical characterisation

of hydrogen bonds complexes in aminoketones

Caractérisation structurale et énergétique des complexes de liaisons hydrogène dans les aminocétones

Nahossé Ziao1*, Jean-Yves Le Questel2, Yao Thomas N’Guessan3

1 Laboratoire de Thermodynamique et Physico-Chimie du Milieu, UFR SFA, Université d'Abobo-Adjamé,02

B.P. 801 Abidjan 02, Côte-d’Ivoire

2 Laboratoire de Spectrochimie et Modélisation, EA 1149, FR 2465, Faculté des Sciences et des Techniques de Nantes,

2, rue de la Houssinière, B.P. 92208 44322 Nantes Cedex 3- France

3 Laboratoire de Chimie Organique Structurale, UFR SSMT, Université de Cocody, 22 B.P. 582 Abidjan 02, Côte-d’Ivoire

* Corresponding author. E-mail: nahosse_ziao@yahoo.fr

Received : 09 March 2005; revised version accepted :28 June 2005

Abstract

The relative hydrogen-bond acceptor abilities of amino nitrogen and carbonyl oxygen inside aminocetones (RR'N-T-COR'') compounds have been investigated using structural and thermodynamical parameters via CSD investigation and molecular orbitals calculations (B3LYP/6-31+G** level). We examine the geometric characteristics of the particular compounds in witch both amino nitrogen and carbonyl oxygen accept hydrogen bonds. Such a study has permitted to point out that if resonance exists between the amino nitrogen and the carbonyl oxygen, then the hydrogen bond on the oxygen is shorter therefore stronger than the one formed on nitrogen. The contrary is observed in absence of resonance. Also, it is noticed that certain molecular conformations allow hydrogen bonding. Theoretical study has been performed by computing the variation of the enthalpy of complexation, taking into account the basis set superposition error (BSSE). The results show that the evolution of the variation of enthalpy depends on the nature of the transmitter T. Finally, we show that the strength of the hydrogen bonds on the carbonyl oxygen in the aminocetones follows the experimental order of hydrogen bond basicity as observed in solution through the pKHB scale.

Keywords: Hydrogen Bond; Aminoketones; pKHB scale; Basis Set Superposition Error (BSSE).

Résumé

Les pouvoirs accepteurs de liaisons hydrogène des atomes d’azote amino et d’oxygène carbonyle dans les aminocétones (RR'N-T-COR''), ont été comparativement étudiés. Les méthodes utilisées sont l’observation expérimentale dans la base de données structurales de Cambridge (CSD) et la mise en œuvre de calculs d’orbitales moléculaires au niveau B3LYP/6-31+G**. L’examen individuel des caractéristiques géométriques des molécules particulières dans lesquelles les deux sites acceptent simultanément des liaisons H a été fait. Il ressort que lorsqu’il existe une conjugaison entre l’azote amino et l’oxygène carbonyle, la liaison H formée sur le dernier site apparaît plus courte, donc plus solide tandis que le contraire s’observe en l’absence de conjugaison. Ces résultats établissent également que certaines conformations moléculaires favorisent la formation de liaisons H et que la force de ces dernières dépend de l’environnement intramoléculaire. L’étude théorique a consisté à calculer la variation d’enthalpie de complexation sur les deux sites en compétition en tenant compte de l’erreur de superposition des bases (BSSE). Les résultats obtenus sont conformes aux observations expérimentales en ce que l’évolution de la variation d’enthalpie en fonction de la nature du transmetteur T entre l’azote amino et l’oxygène carbonyle, est identique à l’ordre expérimental de basicité de liaison H observé à travers l’échelle pKHB.

Mots clés: Liaison hydrogène; Aminocétones; Echelle pKHB; Erreur de Superposition des Bases (BSSE)

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