Hydrogen bonds in aqueous choline chloride solutions by DFT calculations and X-ray scattering

氢键 水溶液 化学 氯化胆碱 低势垒氢键 结晶学 密度泛函理论 无机化学 拉曼光谱 分子 物理化学 计算化学 有机化学 物理 光学
作者
Keke Chai,Xingmei Lü,Yongquan Zhou,Hongyan Liu,Guangguo Wang,Zhuanfang Jing,Fayan Zhu,Li Han
出处
期刊:Journal of Molecular Liquids [Elsevier BV]
卷期号:362: 119742-119742 被引量:15
标识
DOI:10.1016/j.molliq.2022.119742
摘要

Choline chloride (ChCl) is a common hydrogen bond acceptor (HBA) for deep eutectic solvents (DESs), and the hydrogen bonds between ChCl and H2O impact the physicochemical properties of DES-water mixtures. In the present work, the hydrogen bonds in aqueous ChCl solutions were investigated combining with Raman spectroscopy, density functional theory (DFT) calculations, X-ray scattering and empirical potential structure refinement (EPSR). The Ch+ in aqueous ChCl solutions mainly exists as the gauche conformation. The aqueous ChCl solutions were found to be stabilized by both classical hydrogen bonds (O-H⋯Y, Y = Cl, OW) and carbon-hydrogen bonds (C-H⋯Y, Y = OW) between the components. The orientation of the hydrogen bonds is close to linear (∼180°), while the orientation of the carbon-hydrogen bonds is relatively weak (150°∼176°). The existence of carbon-hydrogen bonds elucidates the high coordination of quaternary ammonium group with H2O. Carbon-hydrogen bonds are found in the partial radial distribution functions, the angle distribution functions and the atoms in molecules analysis. Hydrogen bonds and carbon-hydrogen bonds can affect the physicochemical properties of aqueous ChCl solutions and DES-H2O mixtures. This fundamental understanding of the aqueous ChCl solutions will enable future developments in functional design and application of choline-based DESs.

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