The combination of halogen- and hydrogen-bonding capabilities possessed by 4-bromopyrazole and 4-iodopyrazole has led to them being described as “magic bullets” for biochemical structure determination. Laser vaporisation was used to introduce each of these 4-halopyrazoles into an argon gas sample undergoing supersonic expansion prior to the recording of the rotational spectra of these molecules by chirped-pulse Fourier transform microwave spectroscopy. Data were obtained for four isotopologues of 4-bromopyrazole and two isotopologues of 4-iodopyrazole. Isotopic substitutions were achieved at the hydrogens attached to the pyrrolic nitrogen atoms of both 4-halopyrazoles and at the bromine atom of 4-bromopyrazole. The experimentally determined nuclear quadrupole coupling constants, χaa(X) and χbb(X)χcc(X), of the halogen atoms (where X is the halogen atom) of each molecule are compared with the results of the ab initio calculations and those for a range of other halogen-containing molecules. It is concluded that each of 4-bromopyrazole and 4-iodopyrazole will form halogen bonds that are broadly comparable in strength to those formed by CH3X and CF3X.

1.
F. K.
Keter
and
J.
Darkwa
,
BioMetals
25
(
1
),
9
21
(
2012
).
2.
L.
Goldberg
and
U.
Rydberg
,
Biochem. Pharmacol.
18
(
7
),
1749
1762
(
1969
).
3.
J.
Brent
,
K.
McMartin
,
S.
Phillips
,
C.
Aaron
, and
K.
Kulig
,
N. Engl. J. Med.
344
(
6
),
424
429
(
2001
).
4.
D. G.
Barceloux
,
G. R.
Bond
,
E. P.
Krenzelok
,
H.
Cooper
, and
J. A.
Vale
,
J. Toxicol.: Clin. Toxicol.
40
(
4
),
415
446
(
2002
).
5.
U. S.
Rydberg
,
Biochem. Pharmacol.
18
(
10
),
2425
2428
(
1969
).
6.
T.-K.
Li
and
H.
Theorell
,
Acta Chem. Scand.
23
,
892
902
(
1969
).
7.
J. D.
Bauman
,
J. J. E. K.
Harrison
, and
E.
Arnold
,
IUCrJ
3
(
1
),
51
60
(
2016
).
8.
W. H.
Kirchhoff
,
J. Am. Chem. Soc.
89
(
6
),
1312
1316
(
1967
).
9.
G. L.
Blackman
,
R. D.
Brown
, and
F. R.
Burden
,
J. Mol. Spectrosc.
36
(
3
),
528
540
(
1970
).
10.
G. L.
Blackman
,
R. D.
Brown
,
F. R.
Burden
, and
A.
Mishra
,
J. Mol. Struct.
9
(
4
),
465
473
(
1971
).
11.
L.
Nygaard
,
D.
Christen
,
J. T.
Nielsen
,
E. J.
Pedersen
,
O.
Snerling
,
E.
Vestergaard
, and
G. O.
Sørensen
,
J. Mol. Struct.
22
(
3
),
401
413
(
1974
).
12.
R. S.
Nasibullin
,
R. G.
Latypova
,
V. S.
Troitskaya
,
V. G.
Vinokurov
, and
N. M.
Pozdeev
,
J. Struct. Chem.
15
(
1
),
41
44
(
1974
).
13.
M.
Stolze
and
D. H.
Sutter
,
Z. Naturforsch., A: Phys. Sci.
42
(
1
),
49
56
(
1987
).
14.
O.
Böttcher
and
D. H.
Sutter
,
Z. Naturforsch., A: Phys. Sci.
45
(
11-12
),
1248
1258
(
1990
).
15.
S.
Blanco
,
J. C.
López
,
J.
Alonso
,
O.
,
M.
Yáñez
,
N.
Jagerovic
, and
J.
Elguero
,
J. Mol. Struct.
344
(
3
),
241
250
(
1995
).
16.
J.
Limtrakul
,
Monatsh. Chem. Chem. Mon.
124
(
3
),
259
266
(
1993
).
17.
W.
Caminati
,
P. G.
Favero
, and
B.
Velino
,
Chem. Phys.
239
(
1–3
),
223
227
(
1998
).
18.
W.
Gordy
and
R. L.
Cook
,
Microwave Molecular Spectra
, 3rd ed. (
John Wiley & Sons
,
New York
,
1984
).
19.
S. E.
Novick
,
J. Mol. Spectrosc.
267
(
1–2
),
13
18
(
2011
).
20.
P.
Politzer
,
P.
Lane
,
M. C.
Concha
,
Y.
Ma
, and
J. S.
Murray
,
J. Mol. Model.
13
(
2
),
305
311
(
2007
).
21.
T.
Clark
,
M.
Hennemann
,
J. S.
Murray
, and
P.
Politzer
,
J. Mol. Model.
13
(
2
),
291
296
(
2007
).
22.
J. G.
Hill
,
A. C.
Legon
,
D. P.
Tew
, and
N. R.
Walker
, in
Halogen Bonding I: Impact on Materials Chemistry and Life Sciences
, edited by
P.
Metrangolo
and
G.
Resnati
(
Springer International Publishing
,
Cham
,
2015
), pp.
43
77
.
23.
S. L.
Stephens
and
N. R.
Walker
,
J. Mol. Spectrosc.
263
(
1
),
27
33
(
2010
).
24.
D. P.
Zaleski
,
S. L.
Stephens
, and
N. R.
Walker
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
16
(
46
),
25221
25228
(
2014
).
25.
M. J.
Frisch
,
G. W.
Trucks
,
H. B.
Schlegel
,
G. E.
Scuseria
,
M. A.
Robb
,
J. R.
Cheeseman
,
G.
Scalmani
,
V.
Barone
,
B.
Mennucci
,
G. A.
Petersson
,
H.
Nakatsuji
,
M.
Caricato
,
X.
Li
,
H. P.
Hratchian
,
A. F.
Izmaylov
,
J.
Bloino
,
G.
Zheng
,
J. L.
Sonnenberg
,
M.
Hada
,
M.
Ehara
,
K.
Toyota
,
R.
Fukuda
,
J.
Hasegawa
,
M.
Ishida
,
T.
Nakajima
,
Y.
Honda
,
O.
Kitao
,
H.
Nakai
,
T.
Vreven
,
J. A.
Montgomery
, Jr.
,
J. E.
Peralta
,
F.
Ogliaro
,
M.
Bearpark
,
J. J.
Heyd
,
E.
Brothers
,
K. N.
Kudin
,
V. N.
Staroverov
,
T.
Keith
,
R.
Kobayashi
,
J.
Normand
,
K.
Raghavachari
,
A.
Rendell
,
J. C.
Burant
,
S. S.
Iyengar
,
J.
Tomasi
,
M.
Cossi
,
N.
Rega
,
J. M.
Millam
,
M.
Klene
,
J. E.
Knox
,
J. B.
Cross
,
V.
Bakken
,
C.
Adamo
,
J.
Jaramillo
,
R.
Gomperts
,
R. E.
Stratmann
,
O.
Yazyev
,
A. J.
Austin
,
R.
Cammi
,
C.
Pomelli
,
J. W.
Ochterski
,
R. L.
Martin
,
K.
Morokuma
,
V. G.
Zakrzewski
,
G. A.
Voth
,
P.
Salvador
,
J. J.
Dannenberg
,
S.
Dapprich
,
A. D.
Daniels
,
O.
Farkas
,
J. B.
Foresman
,
J. V.
Ortiz
,
J.
Cioslowski
, and
D. J.
Fox
, gaussian 09, Revision D.01,
Gaussian, Inc.
,
Wallingford, CT
,
2013
.
26.
A. D.
Becke
,
J. Chem. Phys.
98
(
7
),
5648
5652
(
1993
).
27.
C.
Lee
,
W.
Yang
, and
R. G.
Parr
,
Phys. Rev. B
37
(
2
),
785
789
(
1988
).
28.
B.
Miehlich
,
A.
Savin
,
H.
Stoll
, and
H.
Preuss
,
Chem. Phys. Lett.
157
(
3
),
200
206
(
1989
).
29.
S. H.
Vosko
,
L.
Wilk
, and
M.
Nusair
,
Can. J. Phys.
58
(
8
),
1200
1211
(
1980
).
30.
T. H.
Dunning
, Jr.
,
J. Chem. Phys.
90
(
2
),
1007
1023
(
1989
).
31.
A. K.
Wilson
,
D. E.
Woon
,
K. A.
Peterson
, and
T. H.
Dunning
, Jr.
,
J. Chem. Phys.
110
(
16
),
7667
7676
(
1999
).
32.
R. A.
Kendall
,
T. H.
Dunning
, Jr.
, and
R. J.
Harrison
,
J. Chem. Phys.
96
(
9
),
6796
6806
(
1992
).
33.
E. R.
Davidson
,
Chem. Phys. Lett.
260
(
3
),
514
518
(
1996
).
34.
K. A.
Peterson
,
B. C.
Shepler
,
D.
Figgen
, and
H.
Stoll
,
J. Phys. Chem. A
110
(
51
),
13877
13883
(
2006
).
35.
D.
Feller
,
J. Comput. Chem.
17
(
13
),
1571
1586
(
1996
).
36.
K. L.
Schuchardt
,
B. T.
Didier
,
T.
Elsethagen
,
L.
Sun
,
V.
Gurumoorthi
,
J.
Chase
,
J.
Li
, and
T. L.
Windus
,
J. Chem. Inf. Model.
47
(
3
),
1045
1052
(
2007
).
37.
M.
Sparta
and
F.
Neese
,
Chem. Soc. Rev.
43
(
14
),
5032
5041
(
2014
).
38.
F.
Neese
,
Wiley Interdiscip. Rev.: Comput. Mol. Sci.
2
(
1
),
73
78
(
2012
).
39.
M.
Reiher
and
A.
Wolf
,
J. Chem. Phys.
121
(
22
),
10945
10956
(
2004
).
40.
L.
Visscher
and
K. G.
Dyall
,
At. Data Nucl. Data Tables
67
(
2
),
207
224
(
1997
).
41.
A. C.
Legon
,
D. J.
Millen
, and
P. J.
Mjöberg
,
Chem. Phys. Lett.
47
(
3
),
589
591
(
1977
).
42.
R. E.
Bumgarner
and
G. A.
Blake
,
Chem. Phys. Lett.
161
(
4-5
),
308
314
(
1989
).
43.
M.
Kessler
,
H.
Ring
,
R.
Trambarulo
, and
W.
Gordy
,
Phys. Rev.
79
(
1
),
54
56
(
1950
).
44.
J.
Sheridan
and
L. F.
Thomas
,
Nature
174
(
4434
),
798
(
1954
).
45.
M.
Bester
,
M.
Tanimoto
,
B.
Vowinkel
,
G.
Winnewisser
, and
K.
Yamada
,
Z. Naturforsch., A: Phys. Sci.
38
(
1
),
64
(
1983
).
46.
A. A.
Westenberg
and
E. B.
Wilson
, Jr.
,
J. Am. Chem. Soc.
72
(
1
),
199
200
(
1950
).
47.
R. L.
de Zafra
,
Astrophys. J.
170
,
165
168
(
1971
).
48.
S.
Thorwirth
,
H. S. P.
Müller
, and
G.
Winnewisser
,
J. Mol. Spectrosc.
204
(
1
),
133
144
(
2000
).
49.
A. J.
Alexander
,
H. W.
Kroto
, and
D. R. M.
Walton
,
J. Mol. Spectrosc.
62
(
2
),
175
180
(
1976
).
50.
C.
Kirby
,
H. W.
Kroto
, and
D. R. M.
Walton
,
J. Mol. Spectrosc.
83
(
2
),
261
265
(
1980
).
51.
M. C.
McCarthy
,
E. S.
Levine
,
A. J.
Apponi
, and
P.
Thaddeus
,
J. Mol. Spectrosc.
203
(
1
),
75
81
(
2000
).
52.
J.
Gripp
,
H.
Dreizler
,
J.
Gadhi
,
G.
Wlodarczak
,
J.
Legrand
,
J.
Burie
, and
J.
Demaison
,
J. Mol. Spectrosc.
129
(
2
),
381
387
(
1988
).
53.
T.
Bjorvatten
,
J. Mol. Struct.
20
(
1
),
75
82
(
1974
).
54.
J.
Burie
,
D.
Boucher
,
J.
Demaison
, and
A.
Dubrulle
,
J. Phys.
43
(
9
),
1319
1325
(
1982
).
55.
A. P.
Cox
,
Y.
Kawashima
,
E.
Fliege
, and
H.
Dreizler
,
Z. Naturforsch. A
40
(
4
),
361
367
(
1985
).
56.
A.
Bouchy
,
J.
Demaison
,
G.
Roussy
, and
J.
Barriol
,
J. Mol. Struct.
18
(
2
),
211
217
(
1973
).
57.
G.
Schwahn
,
R.
Schieder
,
M.
Bester
, and
G.
Winnewisser
,
J. Mol. Spectrosc.
116
(
2
),
263
270
(
1986
).
58.
W. S.
Wilcox
,
J. H.
Goldstein
, and
J. W.
Simmons
,
J. Chem. Phys.
22
(
3
),
516
518
(
1954
).
59.
J.
Demaison
,
J.
Cosleou
,
R.
Bocquet
, and
A. G.
Lesarri
,
J. Mol. Spectrosc.
167
(
2
),
400
418
(
1994
).
60.
L. H.
Coudert
and
J. T.
Hougen
,
J. Mol. Spectrosc.
139
(
2
),
259
277
(
1990
).
61.
H. S. P.
Müller
,
B. J.
Drouin
, and
J. C.
Pearson
,
Astron. Astrophys.
506
(
3
),
1487
1499
(
2009
).
62.
L.
Nguyen
,
A.
Walters
,
L.
Margulès
,
R. A.
Motiyenko
,
J. C.
Guillemin
,
C.
Kahane
, and
C.
Ceccarelli
,
Astron. Astrophys.
553
,
A84
(
2013
).
63.
L.
Halonen
and
I. M.
Mills
,
J. Mol. Spectrosc.
73
(
3
),
494
502
(
1978
).
64.
H.
Spahn
,
H. S. P.
Müller
,
T. F.
Giesen
,
J.-U.
Grabow
,
M. E.
Harding
,
J.
Gauss
, and
S.
Schlemmer
,
Chem. Phys.
346
(
1-3
),
132
138
(
2008
).
65.
J. M.
Colmont
,
G.
Wlodarczak
,
D.
Priem
,
H. S. P.
Müller
,
E. H.
Tien
,
R. J.
Richards
, and
M. C. L.
Gerry
,
J. Mol. Spectrosc.
181
(
2
),
330
344
(
1997
).
66.
J.
Randell
,
A. P.
Cox
,
I.
Merke
, and
H.
Dreizler
,
J. Chem. Soc., Faraday Trans.
86
(
11
),
1981
1989
(
1990
).
67.
V.
Jaccarino
,
J. G.
King
,
R. A.
Satten
, and
H. H.
Stroke
,
Phys. Rev.
94
(
6
),
1798
1799
(
1954
).
68.
A.
Schirmacher
and
H.
Winter
,
Phys. Rev. A
47
(
6
),
4891
4907
(
1993
).
69.
J. R.
de Laeter
,
J. K.
Böhlke
,
P.
de Bièvre
,
H.
Hidaka
,
H. S.
Peiser
,
K. J. R.
Rosman
, and
P. D. P.
Taylor
,
Pure Appl. Chem.
75
(
6
),
683
800
(
2003
).
70.
J. G.
King
and
V.
Jaccarino
,
Phys. Rev.
94
(
6
),
1610
1616
(
1954
).
71.
C. M.
Western
,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer
186
,
221
242
(
2017
).
72.
C. M.
Western
, PGOPHER, A Program for Simulating Rotational, Vibrational and Electronic Spectra,
University of Bristol
, http://pgopher.chm.bris.ac.uk.
73.
C. M.
Western
, PGOPHER version 9.1,
University of Bristol Research Data Repository
,
2016
.
74.
H. M.
Pickett
,
J. Mol. Spectrosc.
148
(
2
),
371
377
(
1991
).
75.
G.
Wlodarczak
,
L.
Martinache
,
J.
Demaison
, and
B. P.
van Eijck
,
J. Mol. Spectrosc.
127
(
1
),
200
208
(
1988
).
76.
J.
Kraitchman
,
Am. J. Phys.
21
(
1
),
17
24
(
1953
).
77.
C. C.
Costain
,
Trans. Am. Crystallogr. Assoc.
2
,
157
164
(
1966
).
78.
Z.
Kisiel
,
J. Mol. Spectrosc.
218
(
1
),
58
67
(
2003
).
79.
W.
Caminati
and
P.
Forti
,
Chem. Phys. Lett.
15
(
3
),
343
349
(
1972
).
80.
S.
Doraiswamy
and
S. D.
Sharma
,
J. Mol. Spectrosc.
88
(
1
),
95
108
(
1981
).
81.
S. A.
Peebles
and
R. A.
Peebles
,
J. Mol. Struct.
657
(
1-3
),
107
116
(
2003
).
82.
Z.
Kisiel
, in
Spectroscopy from Space
, edited by
J.
Demaison
,
K.
Sarka
, and
E. A.
Cohen
(
Kluwer Academic Publishers
,
Dordrecht
,
2001
), pp.
91
106
.
83.
H.
Theorell
,
T.
Yonetani
, and
B.
Sjöberg
,
Acta Chem. Scand.
23
,
255
260
(
1969
).
84.
K. E.
Riley
,
J. S.
Murray
,
J.
Fanfrlík
,
J.
Řezáč
,
R. J.
Solá
,
M. C.
Concha
,
F. M.
Ramos
, and
P.
Politzer
,
J. Mol. Model.
17
(
12
),
3309
3318
(
2011
).
85.
K. E.
Riley
,
J. S.
Murray
,
J.
Fanfrlík
,
J.
Řezáč
,
R. J.
Solá
,
M. C.
Concha
,
F. M.
Ramos
, and
P.
Politzer
,
J. Mol. Model.
19
(
11
),
4651
4659
(
2013
).
86.
R.
Wilcken
,
M. O.
Zimmermann
,
A.
Lange
,
A. C.
Joerger
, and
F. M.
Boeckler
,
J. Med. Chem.
56
(
4
),
1363
1388
(
2013
).
87.
S. L.
Stephens
,
N. R.
Walker
, and
A. C.
Legon
,
J. Chem. Phys.
135
(
22
),
224309
(
2011
).
88.
J. B.
Davey
,
A. C.
Legon
, and
E. R.
Waclawik
,
Chem. Phys. Lett.
306
(
3-4
),
133
144
(
1999
).
89.
A. C.
Legon
and
J. C.
Thorn
,
Chem. Phys. Lett.
215
(
6
),
554
560
(
1993
).
90.
A. J.
Gray
and
R. J.
Butcher
,
J. Mol. Spectrosc.
161
(
2
),
351
368
(
1993
).
91.
P. J.
Mjöberg
,
W. M.
Ralowski
, and
S. O.
Ljunggren
,
Z. Naturforsch., A: Phys. Sci.
30
(
4
),
541
548
(
1975
).
92.
P. J.
Mjöberg
,
W. M.
Ralowski
, and
S. O.
Ljunggren
,
Z. Naturforsch., A: Phys. Sci.
30
(
10
),
1332
(
1975
).
93.
Y.
Niide
,
I.
Ohkoshi
, and
Y.
Sasada
,
J. Mol. Spectrosc.
128
(
2
),
580
586
(
1988
).
94.
J.
Chen
,
C. D.
Paulse
, and
R. W.
Davis
,
J. Mol. Spectrosc.
145
(
1
),
18
28
(
1991
).
95.
M.
Ramos
and
B. J.
Drouin
,
J. Mol. Spectrosc.
269
(
2
),
187
192
(
2011
).
96.
G.
Wlodarczak
,
D.
Boucher
,
R.
Bocquet
, and
J.
Demaison
,
J. Mol. Spectrosc.
124
(
1
),
53
65
(
1987
).
97.
D.
Hübner
,
E.
Fliege
and
D. H.
Sutter
,
Z. Naturforsch., A: Phys. Sci.
38
(
11
),
1238
1247
(
1983
).
98.
Y.
Niide
and
I.
Ohkoshi
,
J. Mol. Spectrosc.
130
(
1
),
230
237
(
1988
).
99.
S. A.
Gaster
,
G. G.
Brown
,
S.
Arnold
, and
T. M.
Hall
, in
Presented at the 70th International Symposium on Molecular Spectroscopy
(
University of Illinois at Urbana-Champaign
,
USA
,
2015
).
100.
W.
Caminati
and
P.
Forti
,
Chem. Phys. Lett.
29
(
2
),
239
241
(
1974
).
101.
O.
Dorosh
,
E.
Białkowska-Jaworska
,
Z.
Kisiel
, and
L.
Pszczółkowski
,
J. Mol. Spectrosc.
246
(
2
),
228
232
(
2007
).
102.
J. L.
Neill
,
S. T.
Shipman
,
L.
Alvarez-Valtierra
,
A.
Lesarri
,
Z.
Kisiel
, and
B. H.
Pate
,
J. Mol. Spectrosc.
269
(
1
),
21
29
(
2011
).
103.
V. A.
Shubert
,
D.
Schmitz
, and
M.
Schnell
,
Mol. Phys.
111
(
14-15
),
2189
2197
(
2013
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.