Structural Characterization of 6-Bromo-5-nitroquinoline-1-oxide: A Quantum Chemical Study and XRD Investigations

The chemical properties of recently synthesized 6-bromo-5-nitroquinoline-1-oxide under a mild reaction condition by regioselective nitration of 6-bromoquinoline-1-oxide at C5 on going our research were investigated as theoretical. The crystal structure of 6-bromo-5-nitroquinoline-1-oxide, C₉H₅BrN₂O₃, was determined by X-ray analysis. Crystallized in Pmc2₁ in the orthorhombic space group with a = 13.6694 (13) Å, b = 9.6036 (10) Å, c = 14.1177 (16) Å, Z = 8, D_x = 1.929 mg/m³. In this study, theoretical calculations were performed using the GaussView 4.1 molecular imaging program and the Gaussian03W packet program. In the ground state, stable structures of the wholes molecule in the gaseous phase are investigated based on Density Functional Theory (DFT). Molecularly optimized geometries, dipole moments, charge density, thermodynamic properties (heat capacity, enthalpy, entropy), chemical shift values (¹H NMR and ¹³C NMR), energies, molecular electrostatic potentials and frontier orbitals (HOMO and LUMO) B3LYP/6-311G(d,p) base set. Thus, the results obtained by the X-ray diffraction method are supported by theoretical foundations. Finally, the distribution of interactions between molecules in the crystal structure of 6-bromo-5-nitroquinoline-1-oxide (3) was investigated by analysis using Hirshfeld surface production and two-dimensional fingerprinting.

Devam eden çalışmalarımız kapsamında 6-bromokinolin-1-oksit’in ılıman reaksiyon şartlarında C5 konumundan yerseçici olarak nitrolanmasıyla yakın zamanda sentezlenen 6-bromo-5-nitrokinolin-1-oksit’in kimyasal özellikleri teorik olarak araştırıldı. Bu çalışmaya ilaveten 6-bromo-5-nitrokinolin-1-oksit’in, C₉H₅BrN₂O₃, yapısı X-ışınları difraksiyon analizi ile belirlendi. Bu bileşik, elde edilen veriler ile, a=13.6694(13) Å, b=9.6036(10) Å, c=14.1177(16) Å, Z=8, D_x=1.929 mg/m³,ortorombik kristal yapısında olduğu belirlendi. Bu çalışmada, kuramsal hesaplar GaussView 4.1 molekül görüntüleme programı ve Gaussian03W paket programı kullanılarak yapılmıştır. Temel halde, tüm molekülün gaz fazında yalıtılmış halde bulunan kararlı yapıları, Yoğunluk Fonksiyonel Kuramı (YFT) temel alınarak incelenmiştir. Söz konusu molekülün optimize edilmiş geometrileri, dipol momentleri, yük yoğunluğu, termodinamik özellikler (ısı sığası, entalpi, entropi), kimyasal kayma değerleri (¹H NMR and ¹³C NMR), enerjileri, moleküler elektrostatik potansiyelleri ve öncü orbitalleri (HOMO ve LUMO) B3LYP/6-311G(d,p) baz seti kullanılarak elde edilmiştir. Böylece X-ışını kırınım yöntemi ile elde edilen sonuçlar kuramsal temeller aracılığı ile desteklenmiştir. Son olarak, Hirshfeld yüzey üretimi ve iki boyutlu parmak izi grafikleri kullanılarak yapılan analiz ile bileşiğin kristal yapısındaki moleküllerarası etkileşimleri araştırıldı.