Abstract
In this review, the GIAO calculations of absolute shieldings and their relationship with experimental chemical shifts for aromatic heterocycles will be summarized. Automatic assignment, conformational analysis, E/Z isomerism, and, in particular, tautomerism, will be discussed in detail. Solid-state and solvent effects will be examined, as well as the problem of heteroaromaticity. The review ends with the discussion of some methodological problems with special emphasis on the calculation of references, such as TMS and nitromethane.
Similar content being viewed by others
References
Schleyer, P. v. R.; Maerker, C.; Dransfeld, A.; Jiao, H. H.; van Eikema Hommes, N. J. R.; J. Amer. Chem. Soc. 1996, 118, 6317.
Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Zakrzewski, V. G.; Montgomery, J. A.; Stratmann, R. E.; Burant, J. C.; Dapprich, S.; Millam, J. M.; Daniels, A. D.; Kudin, K. N.; Strain, M. C.; Farkas, O.; Tomasi, J.; Barone, V.; Cossi, M.; Cammi, R.; Mennucci, B.; Pomelli, C.; Adamo, C.; Clifford, S.; Ochterski, J.; Petersson, G. A.; Ayala, P. Y.; Cui, Q.; Morokuma, K.; Malick, D. K.; Rabuck, A. D.; Raghavachari, K.; Foresman, J. B.; Cioslowski, J.; Ortiz, J. V.; Stefanov, B. B.; Liu, G.; Liashenko, A.; Piskorz, P.; Komaromi, I.; Gomperts, R.; Martin, R. L.; Fox, D. J.; Keith, T.; Al-Laham, M. A.; Peng, C. Y.; Nanayakkara, A.; Gonzalez, C.; Challacombe, M.; Gill, P. M. W.; Johnson, B. G.; Chen, W.; Wong, M. W.; Andres, J. L.; Head-Gordon, M.; Replogle, E. S.; Pople, J. A. Gaussian 98, Inc.: Pittsburgh, PA, 1998.
Seminario, J. M.; Politzer, P., Eds. Modern Density Functional Theory, A Tool for Chemistry; Elsevier: Amsterdam, 1995.
Bartolotti, J.; Flurcuck, K. Rev. Comp. Chem., 1996, 7, Chapter 4, p. 187.
Kohn, W.; Becke, A. D.; Parr, R. G. J. Phys. Chem. 1996, 100, 12974.
Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 5648.
Becke, A. D. Phys. Rev. A 1988, 38, 3098.
Lee, C.; Yang, W.; Parr, R. G. Phys. Rev. B 1988, 37, 785.
Miehlich, B.; Savin, A.; Stoll H.; Preuss, H. Chem. Phys. Lett. 1989, 157, 200.
London, F. J. Phys. Radium 1937, 8, 397.
Ditchfield, R. Mol. Phys. 1974, 27, 789.
Alkorta, I.; Elguero, J. Struct. Chem. 1998, 9, 187.
He, Y.; Wu, D.; Shen, L.; Li, B.; Webb, G. A. Magnetic Resonance Chem. 1995, 33, 701.
Hathaway, B. A.; Day, G.; Lewis, M.; Glaser, R. J. Chem. Soc. Perkin Trans. 2 1998, p. 2713.
Martínez-Merino, V.; Gil, M. J. J. Chem. Soc. Perkin Trans. 2 1999, p. 33.
Cmoch, P.; Wiench, J. W.; Stefaniak, L.; Sitkowski, J. J. Mol. Struct. 1999, 477, 119.
Dokalik, A.; Kalchhauser, H.; Mikenda, W.; Schweng, G. Magnetic Resonance Chem. 1999, 37, 895.
Jaroszewska-Manaj, J.; Maciejewska, D.; Wawer, I. Magnetic Resonance Chem. 2000, 38, 482.
Wiench, J. W.; Stefaniak, L.; Barszczewicz, A.; Webb, G. A. J. Mol. Struct. 1994, 327, 321.
Claramunt, R. M.; Lopez, C.; Schmidpeter, A.; Willhalm, A.; Elguero, J.; Alkorta, I. Spectroscopy 2001, 15, 27.
Bocian, W.; Stefaniak, L.; Wiench, J. W.; Webb, G. A. Pol. J. Chem. 1996, 70, 65.
Ortíz, P. J.; Evleth, E. M.; Montero, L. A. Theochem 1998, 432, 121.
Begtrup, M.; Balle, T.; Claramunt, R. M.; Sanz, D.; Jiménez, J. A.; Mó, O.; Yáñez, M.; Elguero, J., Theochem 1998, 453, 255.
Kleinpeter, E.; Hilfert, L.; Koch, A. J. Phys. Org. Chem. 2000, 13, 473.
Ferraro, M. B. Theochem 2000, 528, 199.
Bocian, W.; Jazwinski, J.; Staszewska, O.; Wiench, J. W.; Stefaniak, L.; Webb, G. A. Khim. Geterotsikl. Soedin. 1996, p. 1581.
Koch, R.; Wiedel, B.; Wentrup, C. J. Chem. Soc. Perkin Trans. 2 1997, p. 1851.
Koch, A.; Kleinpeter, E. J. Mol. Model. 1997, 3, 375.
Mazurek, A. P.; Dobrowolski, J. Cz.; Sadlej, J. J. Mol. Struct. 1997, 436–437, 435.
Rak, J.; Skurski, P.; Gutowski, M.; Jozwiak, L.; Blazejowski, J. J. Phys. Chem. A 1997, 101, 283.
Wiench, J. W.; Stefaniak, L.; Grech, E.; Webb, G. A. Bull. Polon. Acad. Sci. Chem. 1999, 47, 67.
Claramunt, R. M.; Alkorta, I.; Elguero, J. Heterocycles 1999, 51, 355.
Eckert, F.; Rauhut, G.; Katritzky, A. R.; Steel, P. J. J. Amer Chem. Soc. 1999, 121, 6700.
Cmoch, P.; Wiench, J. W.; Stefaniak, L.; Webb, G. A. J. Mol. Struct. 1999, 510, 165.
Kozlowski, P. M.; Wolinski, K.; Pulay, P.; Ye, B.-H.; Li, X.-Y. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 420.
Cmoch, P.; Korczak, H.; Stefaniak, L.; Webb, G. A. J. Phys. Org. Chem. 1999, 12, 470.
Cmoch, P.; Stefaniak, L.; Melzer, E.; Batoniak, S.; Webb, G. A. Magnetic Resonance Chem. 1999, 37, 493.
Alkorta, I.; Elguero, J.; Donnadieu, B.; Etienne, M.; Jaffart, J.; Schagen, D.; Limbach, H.-H. New J. Chem. 1999, 23, 1231.
Alderete, J. B.; Belmar, J.; Parra, M.; Zuniga, C. Boll. Soc. Chil. Quim. 2000, 45, 85.
Dobado, J. A.; Grigoleit, S.; Molina-Molina, J. J. Chem. Soc. Perkin 2 2000, p. 1675.
Plug, C.; Wallfisch, B.; Gade Andersen, H; Bernhardt, P. V.; Baker, L.-J.; Clark, G. R.; Wah Wong, M.; Wentrup, C. J. Chem. Soc. Perkin Trans. 2 2000, p. 2096.
Kleinpeter, E.; Hilfert, L.; Koch, A. J. Phys. Org. Chem. 2000, 13, 473.
López, C.; Claramunt, R. M.; Alkorta, I.; Elguero, J., Spectroscopy 2000, 14, 121.
Claramunt, R. M.; López, C.; Sanz, D.; Alkorta, I.; Elguero, J. Heterocycles 2001, 55, 2109.
Garnuszek, P.; Dobrowolski, J. C.; Sitkowski, J.; Bednarek, E.; Witowska, J.; Mazurek, A. P. J. Mol. Struct. 2001, 565–566, 361.
Kleinpeter, E.; Koch, A. J. Phys. Org. Chem. 2001, 14, 566.
Osmialowski, B.; Kolehmainen, E.; Gawinecki, R. Magnetic Resonance Chem. 2001, 39, 334.
Claramunt, R. M.; López, C.; García, M. A.; Otero, M. D.; Torres, M. R.; Pinilla, E.; Alarcón, S. H.; Alkorta, I.; Elguero, J., New J. Chem. 2001, 25, 1061.
Elguero, J.; Marzin, C.; Katritzky, A. R.; Linda, P. The Tautomerism of Heterocycles; Academic Press: New York, 1976.
Claramunt, R. M.; Elguero, J.: Katritzky, A. R. Advan. Heterocycl. Chem. 2000, 77, 1.
Minkin, V. I.; Garnovskii, A. D.; Elguero, J.; Katritzky, A. R.; Denisko, O. V. Advan. Heterocycl. Chem. 2000, 76, 157.
Llamas-Saiz, A. L.; Foces-Foces, C.; Sobrados, I.; Elguero, J.; Meutermans, W. Acta Crystallogr., C 1993, 49, 724.
Szelejewska-Wozniakowska, A.; Chilmonczyk, Z.; Les, A.; Wawer, I. Solid State Nucl. Magnetic Resonance, 1998, 13, 63.
Maciejewska, D.; Herold, F.; Wolska, I. J. Mol. Struct. 2000, 553, 73.
Jaszunski, M.; Mikkelsen, K. V.; Rizzo, A.; Witanowski, M. J. Phys. Chem. A 2000, 104, 1466.
Koppel, I. A.; Palm, V. A. In Advances in Linear Free Energy Relationships; Chapman, N. B.; Shorter, J., Eds.; Plenum Press: London, 1972; p. 215.
Mauret, P.; Fayet, J.-P.; Fabre, M. Bull. Soc. Chim. Fr. 1975, p. 1675.
Manalo, M. N.; de Dios, A. C.; Cammi, R. J. Phys. Chem. A 2000, 104, 9600.
Catalán, J. J. Chem. Soc. Perkin Trans. 2 2001, p. 1117.
Bednarek, E.; Dobrowolski, J. C.; Dobrosz-Teperek, K.; Kozerski, L.; Lewandowski, W.; Mazurek, A. P. J. Mol. Struct. 2000, 554, 233.
Facelli, J. C. Chem. Phys. Lett. 2000, 322, 91.
Llamas-Saiz, A. L.; Foces-Foces, C.; Mó, O.; Yáñez, M.; Elguero, J. Acta Crystallogr. Sect. B 1992, 48, 700.
Potrzebowski, M. J.; Cypryk, M.; Michalska, M.; Koziol, A. E.; Kazmierski, S.; Ciesielski, W.; Klinowski, J. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 4488.
Megiel, E.; Kasprzycka-Guttman, T.; Jagielska, A.; Wroblewska, L. J. Mol. Struct. 2001, 569, 111.
Foces-Foces, C.; Fontenas, C.; Elguero, J.; Sobrados, I. An. Quim. Intern. Ed. 1997, 93, 219.
Schurko, R. W.; Wasylishen, R. E. J. Phys. Chem. A 2000, 104, 3410.
Chesnut, D. B.; Quin, L. D. J. Amer. Chem. Soc. 1994, 116, 9638.
Alagona, G.; Ghio, C.; Monti, S. Theochem 1998, 433, 203.
Subramanian, G.; Schleyer, P. v. R.; Jiao, H. Angew. Chem. Intern. Ed. Engl. 1996, 35, 2638.
Bettinger, H. F.; Sulzbach, H. M.; Schleyer, P. v. R.; Schaefer, H. F. J. Org. Chem. 1999, 64, 3278.
Fabian, J.; Herzog, K. Vib. Spectrosc. 1998, 16, 77.
Fabian, J.; Gloe, K.; Wust, M.; Kruger-Rambusch, T.; Rademacher, O.; Graubaum, H. Phosphorus Sulfur Silicon Related Elements 1998, 140, 35.
Delaere, D.; Nguyen, M. T.; Vanquickenborne, L. G. Chem. Phys. Lett. 2001, 333, 103.
Cyranski, M. K.; Wawer, I.; Zielinska, A.; Mrozek, A.; Koleva, V.; Lozanova, C. J. Phys. Org. Chem. 2001, 14, 323.
Karney, W. L.; Kastrup, C. J.; Oldfield, S. P.; Rzepa, H. S. J. Chem. Soc. Perkin Trans. 2 2002, p. 388.
Cyranski, M. K.; Krygowski, T. M.; Katritzky, A. R.; Schleyer, P. v. R. J. Org. Chem. 2002, 67, 1333.
Katritzky, A. R.; Barczynski, P.; Musumarra, G.; Pisano, D.; Szafran, M. J. Amer. Chem. Soc. 1989, 111, 7.
Schleyer, P. v. R.; Freeman, P. K.; Jiao, H.; Goldfuss, B. Angew. Chem. Intern. Ed. Engl. 1995, 34, 337.
Schleyer, P. v. R.; Puchta, R.; Boggavarapu, K.; Mauksch, M.; Eikema Hommes, N. v.; Alkorta, I.; Elguero, J. manuscript in preparation.
Alkorta, I.; Elguero, J. New J. Chem. 1999, 23, 951.
Bühl, M.; Thiel, W.; Fleischer, U.; Kutzelnigg, W. J. Phys. Chem. 1995, 99, 4000.
Bocian, W.; Wiench, J. W.; Stefaniak, L.; Webb, G. A. Magnetic Resonance Chem. 1996, 34, 453.
Wiench, J. W.; Stefaniak, L.; Tabaszewska, A.; Webb, G. A. Electron. J. Theoret. Chem. 1997, 2, 71.
Jazwinski, J.; Staszewska, O.; Staszewski, P.; Stefaniak, L.; Wiench, J. W.; Webb, G. A. J. Mol. Struct. 1999, 475, 181.
Jazwinski, J.; Staszewska, O.; Wiench, J. W.; Stefaniak, L.; Araki, S.; Webb, G. A. Magnetic Resonance Chem. 2000, 38, 617.
Witanowski, M.; Biedrzycka, Z.; Grabowski, Z. Magnetic Resonance Chem. 2000, 38, 580.
Witanowski, M.; Biedrzycka, Z.; Sicinska, W.; Grabowski, Z.; Webb, G. A. J. Magnetic Resonance 1997, 124, 127.
Wrackmeyer, B.; Schwarze, B.; Milius, W.; Boese, R.; Parchment, O. G.; Webb, G. A. J. Organomet. Chem. 1998, 552, 247.
Bednarek, E.; Dobrowolski, J. Cz.; Dobrosz-Teperek, K.; Sitkowski, J.; Kozerski, L.; Lewandowski, W.; Mazurek, A. P. J. Mol. Struct. 1999, 482–483, 333.
Kaczmarek, L.; Zagrodzki, B.; Kamienski, B.; Pietrzak, M.; Schilf, W.; Les, A. J. Mol. Struct. 2000, 553, 61.
Kupka, T.; Pasterna, G.; Jaworska, M.; Karali, A.; Dais, P. Magnetic Resonance Chem. 2000, 38, 149.
Corbally, R. P.; Mehta, L. K.; Parrick, J.; Short, E. L. Magnetic Resonance Chem. 2000, 38, 1034.
Olah, G. A.; Prakash, G. K. Surya; Rasul, G. J. Amer. Chem. Soc. 2001, 123, 3308.
Mattmann, E.; Mathey, F.; Sevin, A.; Frison, G. J. Org. Chem. 2002, 67, 1208.
Juselius, J.; Sundholm, D. Phys. Chem. Chem. Phys. 2000, 2, 2145.
Witanowski, M.; Biedrzycka, Z.; Sicinska, W.; Grabowski, Z. J. Magnetic Resonance 1998, 131, 54.
Mroz, P.; Pietrusiewicz, K. M.; Wolinski, K. Mol. Phys. Rept. 2000, 29, 205.
Witanowski, M.; Stefaniak, L.; Szymanski, S.; Januszewski, J. Magnetic Resonance 1977, 28, 217.
Srinivasan, P. R.; Lichter, R. L. J. Magnetic Resonance 1977, 28, 227.
Barfield, M.; Fagerness, P. J. Amer. Chem. Soc. 1997, 119, 8699.
Witanowski, M.; Stefaniak, L.; Webb, G. A. Annu. Rept. NMR Spetrosc. 1993, 25, 88.
Jameson, C. J.; Jameson, A. K.; Oppusungu, D.; Wille, S.; Burrell, P. M.; Mason, J. J. Chem. Phys. 1981, 74, 81.
Zhan, C.-G.; Chipman, D. M. J. Chem. Phys. 1999, 110, 1611.
Witanowski, M.; Biedrzycka, Z.; Sicinska, W.; Webb, G. A. J. Mol. Struct. 2000, 516, 107.
Rablen, P. R.; Pearlman, S. A.; Finkbiner, J. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 7357.
Chapmann, N. B.; Shorter, J. Eds., Advances in Linear Free Energy Relationships; Plenum Press: London, 1972.
Faure, R.; Llinares, J.; Elguero, J.; Goya, P. Bull. Soc. Chim. Belg. 1987, 96, 603.
Chapmann, N. B., Shorter, J. Eds.; Correlation Analysis in Chemistry; Plenum Press: New York, 1978.
Abboud, J.-L. M.; Boyer, Elguero, J. G.; Cabildo, P.; Claramunt, R. M. Spectrochim. Acta 1991, 47A, 785.
Christe, K. O.; Wilson, W. W.; Sheehy, J. A.; Boatz, J. A. Angew, Chem. Int. Ed. Engl. 1999, 38, 2004.
Gauss, J. J. Chem. Phys. 1993, 99, 3629.
Gauss, J.; Stanton, J. F. J. Chem. Phys. 1995, 103, 3561.
Gauss, J.; Stanton, J. F. J. Chem. Phys. 1996, 105, 2574.
Gauss, J.; Stanton, J. F. Phys. Chem. Chem. Phys. 2000, 2, 2047.
Gauss, J.; Werner, H.-J. Phys. Chem. Chem. Phys. 2000, 2, 2083.
Author information
Authors and Affiliations
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Alkorta, I., Elguero, J. GIAO Calculations of Chemical Shifts in Heterocyclic Compounds. Structural Chemistry 14, 377–389 (2003). https://doi.org/10.1023/A:1024402027760
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1023/A:1024402027760