Computational Study of the Effect of Dispersion Interactions on the Thermochemistry of Aggregation of Fused Polycyclic Aromatic Hydrocarbons as Model Asphaltene Compounds in Solution
Notice bibliographique
Résumé
Density functional theory (DFT), Møller-Plesset second-order perturbation theory (MP2), and semiempirical methods are employed for the geometry optimization and thermochemistry analysis of π-π stacked di-, tri-, tetra-, and pentamer aggregates of the fused polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) naphthalene, anthracene, phenanthrene, tetracene, pyrene, and coronene as well as benzene. These aggregates (stabilized by dispersion interactions) are highly relevant to the intermolecular aggregation of asphaltenes, major components of heavy petroleum. The strength of π-π stacking interaction is evaluated with respect to the π-stacking distance and thermochemistry results, such as aggregation enthalpies, entropies, and Gibbs free energies (ΔG(298)). For both π-stacking interplanar distances and thermochemistry, the ωB97X-D functional with an augmented damped R(-6) dispersion correction term and MP2 are in the closest agreement with the highly accurate spin-component scaled MP2 (SCS-MP2) method that we selected as a reference. The ΔG(298) values indicate that the aggregation of coronene is spontaneous at 298 K and the formation of pyrene dimers occurs spontaneously at temperature lower than 250 K. Aggregates of smaller PAHs would be stable at even lower temperature. These findings are supported by X-ray crystallographic determination results showing that among the PAHs studied only coronene forms continuous stacked aggregates in single crystals, pyrene forms dimers, and smaller PAHs do not form π-π stacked aggregates. Thermochemistry analysis results show that PAHs containing more than four fused benzene rings would spontaneously form aggregates at 298 K. Also, round-shaped PAHs, such as phenanthrene and pyrene, form more stable aggregates than linear PAHs, such as anthracene and tetracene, due to decreased entropic penalty. These results are intended to help guide the synthesis of model asphaltene compounds for spectroscopic studies so as to help understand the aggregation behavior of heavy petroleum.
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Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».