We study ionic liquids composed of 1-alkyl-3-methylimidazolium cations and bis(trifluoromethyl-sulfonyl)imide anions ([CnMIm][NTf2]) with varying chain-length n = 2, 4, 6, 8 by using molecular dynamics simulations. We show that a reparametrization of the dihedral potentials as well as charges of the [NTf2] anion leads to an improvement of the force field model introduced by Köddermann, Paschek, and Ludwig [ChemPhysChem 8, 2464 (2007)] (KPL-force field). A crucial advantage of the new parameter set is that the minimum energy conformations of the anion (trans and gauche), as deduced from ab initio calculations and Raman experiments, are now both well represented by our model. In addition, the results for [CnMIm][NTf2] show that this modification leads to an even better agreement between experiment and molecular dynamics simulation as demonstrated for densities, diffusion coefficients, vaporization enthalpies, reorientational correlation times, and viscosities. Even though we focused on a better representation of the anion conformation, also the alkyl chain-length dependence of the cation behaves closer to the experiment. We strongly encourage to use the new NGOLP (Neumann, Golub, Odebrecht, Ludwig, Paschek) force field for the [NTf2] anion instead of the earlier KPL parameter set for computer simulations aiming to describe the thermodynamics, dynamics, and also structure of imidazolium-based ionic liquids.

1.
J. N. C.
Lopes
,
J.
Deschamps
, and
A. A. H.
Pádua
,
J. Phys. Chem. B
108
,
2038
(
2004
).
2.
J. N. C.
Lopes
and
A. A. H.
Pádua
,
J. Phys. Chem. B
108
,
16893
(
2004
).
3.
J. N. A. C.
Lopes
and
A. A. H.
Pádua
,
J. Phys. Chem. B
110
,
7485
(
2006
).
4.
J. N. A. C.
Lopes
and
A. A. H.
Pádua
,
J. Phys. Chem. B
110
,
19586
(
2006
).
5.
J. N. A. C.
Lopes
,
A. A. H.
Pádua
, and
K.
Shimizu
,
J. Phys. Chem. B
112
,
5039
(
2008
).
6.
J. N. A. C.
Lopes
,
K.
Shimizu
,
A. A. H.
Pádua
,
Y.
Umebayashi
,
S.
Fukuda
,
K.
Fujii
, and
S. I.
Ishiguro
,
J. Phys. Chem. B
112
,
1465
(
2008
).
7.
J. N. A. C.
Lopes
,
K.
Shimizu
,
A. A. H.
Pádua
,
Y.
Umebayashi
,
S.
Fukuda
,
K.
Fujii
, and
S. i.
Ishiguro
,
J. Phys. Chem. B
112
,
9449
(
2008
).
8.
T.
Köddermann
,
K.
Fumino
,
R.
Ludwig
,
J. N. A. C.
Lopes
, and
A. A. H.
Pádua
,
ChemPhysChem
10
,
1181
(
2009
).
9.
K.
Shimizu
,
D.
Almantariotis
,
M. F. C.
Gomes
,
A. A. H.
Pádua
, and
J. N. A. C.
Lopes
,
J. Phys. Chem. B
114
,
3592
(
2010
).
10.
J. N. A. C.
Lopes
and
A. A. H.
Pádua
,
Theor. Chem. Acc.
131
,
1129
(
2012
).
11.
B.
Guillot
,
J. Mol. Liq.
101
,
219
(
2002
).
12.
P. T.
Kiss
and
A.
Baranyai
,
J. Chem. Phys.
137
,
084506
(
2012
).
13.
J. F.
Ouyang
and
R. P.
Bettens
,
CHIMIA Int. J. Chem.
69
,
104
(
2015
).
14.
I.
Shvab
and
R. J.
Sadus
,
Fluid Phase Equilib.
407
,
7
(
2015
).
15.
G. A.
Cisneros
,
K. T.
Wikfeldt
,
L.
Ojamäe
,
J.
Lu
,
X.
Xu
,
H.
Torabifard
,
A. P.
Bartok
,
G.
Csanyi
,
V.
Molinero
, and
F.
Paesani
,
Chem. Rev.
116
,
7501
(
2016
).
16.
T.
Köddermann
,
D.
Paschek
, and
R.
Ludwig
,
ChemPhysChem
8
,
2464
(
2007
).
17.
D.
Kerlé
,
R.
Ludwig
,
A.
Geiger
, and
D.
Paschek
,
J. Phys. Chem. B
113
,
12727
(
2009
).
18.
D.
Kerlé
,
M. N.
Jorabchi
,
R.
Ludwig
,
S.
Wohlrab
, and
D.
Paschek
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
19
,
1770
(
2017
).
19.
R. P.
Daly
,
J. C.
Araque
, and
C. J.
Margulis
,
J. Chem. Phys.
147
,
061102
(
2017
).
20.
R.
Lynden-Bell
and
A. J.
Stone
,
J. Chem. Sci.
129
,
883
(
2017
).
21.
M. M.
Kazemi
,
M.
Namboodiri
,
P.
Donfack
,
A.
Materny
,
D.
Kerle
,
B.
Rathke
, and
J.
Kiefer
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
19
,
15988
(
2017
).
22.
K.
Fujii
,
T.
Fujimori
,
T.
Takamuku
,
R.
Kanzaki
,
Y.
Umebayashi
, and
S. i.
Ishiguro
,
J. Phys. Chem. B
110
,
8179
(
2006
).
23.
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
 et al, gaussian 09, Revision D.01,
Gaussian, Inc.
,
2013
.
24.
U. C.
Singh
and
P. A.
Kollman
,
J. Comput. Chem.
5
,
129
(
1984
).
25.
E.
Lindahl
,
B.
Hess
, and
D.
van der Spoel
,
J. Mol. Model.
7
,
306
(
2001
).
26.
H. J. C.
Berendsen
,
D.
van der Spoel
, and
R.
van Drunen
,
Comput. Phys. Commun.
91
,
43
(
1995
).
27.
B.
Hess
,
C.
Kutzer
,
D.
van der Spoel
, and
E.
Lindahl
,
J. Chem. Theory Comput.
4
,
435
(
2008
).
28.
S.
Pronk
,
S.
Pall
,
R.
Schulz
,
P.
Larsson
,
P.
Bjelkmar
,
R.
Apostolov
,
M. R.
Shirts
,
J. C.
Smith
,
P. M.
Kasson
,
D.
van der Spoel
 et al,
Bioinformatics
29
,
845
(
2013
).
29.
M.
Abraham
,
B.
Hess
,
D.
van der Spoel
,
E.
Lindahl
,
E.
Apol
,
R.
Apostolov
,
H. J. C.
Berendsen
,
A.
van Buuren
,
P.
Bjelkmar
,
R.
van Drunen
 et al, gromacs 5.0.6,
2015
.
30.
U.
Essmann
,
L.
Perera
,
M. L.
Berkowitz
,
T. A.
Darden
,
H.
Lee
, and
L. G.
Pedersen
,
J. Chem. Phys.
103
,
8577
(
1995
).
31.
B.
Hess
,
H.
Bekker
,
H. J. C.
Berendsen
, and
J. G. E. M.
Fraaije
,
J. Comput. Chem.
18
,
1463
(
1997
).
32.
H. J. C.
Berendsen
,
J. P. M.
Postma
,
W. F.
van Gunsteren
,
A.
DiNola
, and
J. R.
Haak
,
J. Chem. Phys.
81
,
3684
(
1984
).
33.
S.
Nosé
,
Mol. Phys.
52
,
255
(
1984
).
34.
W. G.
Hoover
,
Phys. Rev. A
31
,
1695
(
1985
).
35.
M.
Parrinello
and
A.
Rahman
,
J. Appl. Phys.
52
,
7182
(
1981
).
36.
S.
Nosé
and
M. L.
Klein
,
Mol. Phys.
50
,
1055
(
1983
).
37.
K.
Fumino
,
A.
Wulf
, and
R.
Ludwig
,
Angew. Chem., Int. Ed.
47
,
8731
(
2008
).
38.
A.
Wulf
,
K.
Fumino
, and
R.
Ludwig
,
Angew. Chem., Int. Ed.
49
,
449
(
2010
).
39.
H.
Tokuda
,
K.
Hayamizu
,
K.
Ishii
,
M. A. B. H.
Susan
, and
M.
Watanabe
,
J. Phys. Chem. B
109
,
6103
(
2005
).
40.
D. H.
Zaitsau
,
G. J.
Kabo
,
A. A.
Strechan
,
Y. U.
Paulechka
,
A.
Tschersich
,
S. P.
Verevkin
, and
A.
Heintz
,
J. Phys. Chem. A
110
,
7303
(
2006
).
41.
J. P.
Armstrong
,
C.
Hurst
,
R. G.
Jones
,
P.
Licence
,
K. R. J.
Lovelock
,
C. J.
Satterley
, and
I. J.
Villar-Garcia
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
9
,
982
(
2007
).
42.
V. N.
Emel’yanenko
,
S. P.
Verevkin
, and
A.
Heintz
,
J. Am. Chem. Soc.
129
,
3930
(
2007
).
43.
L. M. N. B. F.
Santos
,
J. N. C.
Lopes
,
J. A. P.
Coutinho
,
J. M. S. S.
Esperanca
,
L. R.
Gomes
,
I. M.
Marrucho
, and
L. P. N.
Rebelo
,
J. Am. Chem. Soc.
129
,
284
(
2007
).
44.
H.
Luo
,
G. A.
Baker
, and
S.
Dai
,
J. Phys. Chem. B
112
,
10077
(
2008
).
45.
F.
Heym
,
B. J. M.
Etzold
,
C.
Kern
, and
A.
Jess
,
Green Chem.
13
,
1453
(
2011
).
46.
M. A. A.
Rocha
,
C. F. R. A.
Lima
,
L. R.
Gomes
,
B.
Schröder
,
J. A. P.
Coutinho
,
I. M.
Marrucho
,
J. M. S. S.
Esperanca
,
L. P. N.
Rebelo
,
K.
Shimizu
,
J. N. C.
Lopes
 et al,
J. Phys. Chem. B
115
,
10919
(
2011
).
47.
S. P.
Verevkin
,
D. H.
Zaitsau
,
V. N.
Emel’yanenko
,
A. V.
Yermalayeu
,
C.
Schick
,
H.
Liu
,
E. J.
Maginn
,
S.
Bulut
,
I.
Krossing
, and
R.
Kalb
,
J. Phys. Chem. B
117
,
6473
(
2013
).
48.
B.
Schröder
and
J. A. P.
Coutinho
,
Fluid Phase Equilib.
370
,
24
(
2014
).
49.
D. H.
Zaitsau
,
V.
Emel’yanenko
,
P.
Stange
,
C.
Schick
,
S. P.
Verevkin
, and
R.
Luwdig
,
Angew. Chem., Int. Ed.
55
,
11682
(
2016
).
50.
S. P.
Verevkin
,
D. H.
Zaitsau
,
V. N.
Emel’yanenko
, and
A.
Heintz
,
J. Phys. Chem. B
115
,
12889
(
2011
).
51.
D. H.
Zaitsau
,
K.
Fumino
,
V. N.
Emel’yanenko
,
A. V.
Yermalayeu
,
R.
Ludwig
, and
S. P.
Verevkin
,
ChemPhysChem
13
,
1868
(
2012
).
52.
S. P.
Verevkin
,
R. V.
Ralys
,
D. H.
Zaitsau
,
V. N.
Emel’yanenko
, and
C.
Schick
,
Thermochim. Acta
538
,
55
(
2012
).
53.
M.
Ahrenberg
,
M.
Brinckmann
,
J. W. P.
Schmelzer
,
M.
Beck
,
C.
Schmidt
,
O.
Keßler
,
U.
Kragl
,
S. P.
Verevkin
, and
C.
Schick
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
16
,
2971
(
2014
).
54.
S. P.
Verevkin
,
D. H.
Zaitsau
,
V. N.
Emel’yanenko
,
C.
Schick
,
S.
Jayaraman
, and
E. J.
Maginn
,
Chem. Commun.
48
,
6915
(
2012
).
55.
V. N.
Emel’yanenko
,
G.
Boeck
,
S. P.
Verevkin
, and
R.
Ludwig
,
Chem. - Eur. J.
20
,
11640
(
2014
).
56.
K.
Fumino
,
A.
Wulf
,
S.
Verevkin
,
A.
Heintz
, and
R.
Ludwig
,
ChemPhysChem
11
,
1623
(
2010
).
57.
T.
Köddermann
,
D.
Paschek
, and
R.
Ludwig
,
ChemPhysChem
9
,
549
(
2008
).
58.
A.
Wulf
,
R.
Ludwig
,
P.
Sasisanker
, and
H.
Weingärtner
,
Chem. Phys. Lett.
439
,
323
(
2007
).
59.
Y.
Zhang
,
A.
Otani
, and
E. J.
Maginn
,
J. Chem. Theory Comput.
11
,
3537
(
2015
).
You do not currently have access to this content.