مایعات یونی تنظیم‌پذیر بر پایه‌ی کاتیون6،2-دی متیل پیریدینیوم‌های استخلاف‌دار: پیش بینی برخی خواص فیزیکی و شیمیایی با استفاده از نظریه‌ی تابعی چگالی

خواص مایعات یونی با ترکیب کردن کاتیون‌ها و آنیون‌های مختلف برای اهداف خاص  قابل کنترل است. در این کار از نظریه‌ی تابعی چگالی در سطح نظری m06-2x/6-311++g(2d,2p) استفاده شده است تا تاثیر استخلاف های مختلف بر خواص الکتروشیمیایی و شیمی فیریکی مایعات یونی بر پایه‌ی پیریدینیوم شامل کاتیون‌های 4- x- دی متیل پیریدینیوم[4-xdmpy]+، :x) nh2، ome، me، h، cl، cho، cf3، cn و (no2 و آنیون تترا فلوئورو بورات ([bf4]-) بررسی شود. پتانسیل حد کاتد و حد آند، محدوده الکتروشیمیایی، مقادیر انتقال بار، پارامترهای ساختاری و خواص مکان‌شناسی مایعات یونی محاسبه شده است. نتایج نشان می‌دهند که قدرت برهمکنش بین کاتیون‌ و آنیون با افزایش قدرت الکترون‌کشندگی استخلاف‌ها در روی موقعیت 4 حلقه پیریدینیوم کاتیون‌ها افزایش می‌یابد. با توجه به مقادیر انرژی برهمکنش محاسبه شده ( از 104.71- تا  90.59- کیلوکالری بر مول)، ترتیب پایداری مایعات یونی مورد مطالعه به‌صورت [no2-dmpy][bf4] > [cn-dmpy][bf4] > [cf3-dmpy][bf4] > [cho-dmpy][bf4] > [cl-dmpy][bf4] > [h-dmpy][bf4] > [me-dmpy][bf4] > [ome-dmpy][bf4] > [nh2-dmpy][bf4]  است. مقایسه بار اتم‌ها از تحلیل اوربیتال پیوند طبیعی، نشان می‌دهند که تشکیل پیوند هیدروژنی همراه با مقداری انتقال بار از آنیون‌ها به کاتیون‌ها در مایعات یونی می‌باشد و انتقال بار برای استخلاف‌های الکترون کشنده cho)) بیشتر از استخلاف‌های دیگر در مایعات یونی [4-xdmpy][bf4] است. با توجه به مقادیر محدوده الکتروشیمیایی مایعات یونی مورد مطالعه (از 2.73 تا 4.32 ولت)، پیش‌بینی می‌شود که مایعات یونی حاوی استخلاف‌های الکترون دهنده، الکترولیت مناسب‌تری نسبت به مایعات یونی دیگر جهت استفاده در واکنش‌های الکتروشیمیایی باشند.

tunable ionic liquids based on substituted 2,6-dimethyl-pyridinium cation: prediction of some of their physical and chemical properties using density functional theory

properties of the ionic liquids can be controlled by using different combinations of the cations and anions for specific purposes. in this work, density functional theory has been used at m06-2x/6-311++g(2d,2p) level of theory to investigate the effect of different substitutions on the electrochemical, physical and chemical properties of the pyridinium-based ionic liquids including 4x-dimethylpyridinium cations ([4x-dmpy]+, x: nh2, ome, me, h, cl, cho, cf3, cn and no2) and tetrafluoroborate anion ([bf4]-). cathodic potential limit and anodic potential limit, electrochemical window, charge transfer values, structural parameters and topological properties of the ionic liquids were calculated. the results show that the strength of the interaction between the cations and anion increases with the increase in the electron withdrawing strength of the substituents on the 4 position of the pyridinium cation ring. according to the calculated interaction energies (from -104.71 to -90.59 kcal/mol), the stability of the studied ionic liquids is as follows: [no2-dmpy][bf4] > [cn-dmpy][bf4] > [cf3-dmpy][bf4] > [cho- dmpy][bf4] > [cl-dmpy][bf4] > [h-dmpy][bf4] > [me-dmpy][bf4] > [ome-dmpy][bf4] > [nh2-dmpy][bf4]. comparing the charge of the atoms from natural bond orbital analysis show that hydrogen bonding in the designed ionic liquids is accompanied by some charge transfer from anion to the cations, and the charge transfer for electron-withdrawing substituents (cho) is greater than other substituents in [4x-dmpy][bf4] ionic liquids. according to the electrochemical window values of the studied ionic liquids (from 2.73 to 4.32 v), it is predicted that the ionic liquids containing electron-donating substituents are more suitable electrolytes than other ionic liquids in electrochemical reactions.