NMR-spektroskopische Untersuchung von H-Brückenbindungen in überkritischen Fluiden zur Entwicklung molekularer Modelle
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In dem Vorhaben wurden NMR-spektroskopische Daten zur Entwicklung molekularer Modelle von H-Brücken bildenden Stoffen ermittelt. Diese Daten ermöglichen es, zu quantifizieren, wie viele H-Brückenbindungen vorliegen, und sind eine wertvolle Ergänzung zu thermodynamischen und quantenchemischen Daten. Die derzeit wichtigste Klasse molekularer Modelle H-Brücken bildender Stoffe sind Lennard-Jones Mehrzentrenmodelle mit Partialladungen. Anhand der neuen NMR-spektroskopischen Daten wurde untersucht, inwiefern dieser einfache Ansatz nicht nur thermodynamische Eigenschaften der Mischungen, sondern auch deren strukturelle Eigenschaften hinsichtlich der Bildung von H-Brücken zuverlässig wiedergibt. In der 1. Förderperiode wurde das System Kohlendioxid + Methanol untersucht, in der 2. Förderperiode das System Kohlendioxid + Ethanol. Die Ergebnisse des vorliegenden Projekts zeigen, dass die verwendeten molekularen Modelle in der Lage sind, die NMR-spektroskopischen Befunde hervorragend zu beschreiben, und zwar für beide untersuchten Systeme. Dies ist angesichts der Einfachheit des gewählten Ansatzes und der Tatsache, dass in die Modellentwicklung nur thermodynamische Daten, aber keine direkte Information über H-Brückenbindungen eingeflossen sind, bemerkenswert. Die Ergebnisse damit sprechen dafür, dass sich Eigenschaften H-Brücken bildender Stoffe mit dem oben beschriebenen einfachen Ansatz durch molekulare Modelle sinnvoll beschreiben lassen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Molecular model for carbon dioxide optimized to vaporliquid equilibria. J. Chem. Phys. 132 (2010) 234512
T. Merker, C. Engin, J. Vrabec, H. Hasse
- Molecular modeling of hydrogen bonding fluids: vapor-liquid coexistence and interfacial properties. In: W. E. Nagel, D. B. Kröner, M. M. Resch (eds.): High Performance Computing and Engineering ‘09, pp. 471-483, Springer, Berlin, ISBN 978-3-642-04664-3 (2010)
M. Horsch, M. Heitzig, T. Merker, T. Schnabel, Y.-L. Huang, H. Hasse, J. Vrabec
- Hydrogen bonding of ethanol in supercritical mixtures with CO2 by 1H NMR spectroscopy and molecular simulation. J. Supercritical Fluids (2012)
S. Reiser, N. McCann, M. Horsch, H. Hasse
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.supflu.2012.04.014)
