Zdigitalizowano i udostępniono w ramach projektu pn. Rozbudowa otwartych zasobów naukowych Repozytorium Uniwersytetu w Białymstoku, dofinansowanego z programu „Społeczna odpowiedzialność nauki" Ministra Edukacji i Nauki na podstawie umowy SONB/SP/512497/2021.The hydrogen bond (H-bond) has been probably most thoroughly investigated among different so-calIed "weak interactions". This is due to the fact that H-bond plays an essential role in many physical, chemical and biological processes. The strongest and, therefore, the most effectively affecting physical and chemical properties of interacting molecules, are those assisted by some additional effects, e.g. the resonance-assisted H-bonds (RAHBs) or the charge-assisted H-bonds (CAHBs). The latter occurs when the distribution of formal charges additionalIy favors H -bonding. A good example of such interaction may be the NH₄⁽⁺⁾ ... Cl⁽⁻⁾ CAHB(+/-) which can be found in crystal structure of ammonium chloride.The charge-assisted hydrogen bond (CAHB) was investigated for a set of H-bridges of D-H ... X (D=N, P, X=CI, Br) type by the use of computational methods: QTAIM and SAPT. The properties of these bonds, i.e. the interaction energy and its components and the electron density measured in a characteristic point of the chemical bond (band critical points), were represented as functions of H ... CI distance. This gives an opportunity to estimate and discuss the influence of formal charge on the energetic and topological characteristics of H-bonds. It was found that the energy of interaction is strongly affected by formaI charges, which is caused by the presence of effective interaction between formal ions. However, the electron density measured in the H-bond critical point seems to be totalIy independent of the formal charges. The decomposition of interaction energy performed for alI studied CAHBs systems shows that the electrostatic interaction is obviously the main attractive force in CAHB(+/-) and CAHB(-) H-bridges. The contribution of induction effect plays a crucial role in the stabilities of CAHB(+) H-bridge and the dispersion contribution is the main factor stabilizing non-charge-assisted H₃N∙∙∙HCI complex. AdditionalIy, the results of interaction energy decomposition were confronted against QTAIM characteristics of H-BCPs. This manuscript is a smalI review on the theoretical characteristic for a set of charge-assisted hydrogen bond (CAHB) of D-H ... X (D=N, P, X=Cl, Br) type.Wiązania wodorowe odgrywają zasadniczą rolę w wielu fizycznych, chemicznych oraz biologicznych procesach. Z tego względu należą do najczęściej badanych słabych oddziaływań. Najsilniejsze i za razem najefektywniej wpływające na fizykochemiczne właściwości oddziałujących cząsteczek są wiązania wodorowe, którym towarzyszą efekty wspomagające. Wśród nich możemy wyróżnić wiązania wspomagane rezonansem (RAHB) lub ładunkiem formalnym (CAHB). Te ostatnie pojawiają się, gdy obecność ładunku formalnego dodatkowo sprzyja tworzeniu się wiązania wodorowego. Dobrym przykładem wiązań wodorowych wspomaganych ładunkiem są oddziaływania między jonem amonowym i chlorkowym (NH₄⁽⁺⁾∙∙∙Cl⁽⁻⁾ CAHB(+/-)) występujące w strukturze krystalicznej chlorku amonu. Poniższy artykuł ma charakter przeglądowy i przedstawia wyniki teoretycznych badań dotyczących wiązań wodorowych wspomaganych ładunkiem typu D¬ -H•••X, gdzie D=N, P oraz X=CI, Br. Analizę oparto na Kwantowej Teorii Atomów w Cząsteczkach (QTAIM) oraz Teorii Zaburzeń Adaptowanej Symetrii (SAPT) zaliczanych do najbardziej zaawansowanych metod w chemii obliczeniowej stosowanych do opisu oddziaływań międzymolekularnych. Właściwości wiązań takie jak energia oddziaływania i jej składowe oraz gęstość elektronowa mierzona w punktach krytycznych wiązań wyrażono jako funkcję długości mostków wodorowych H•• •X. W ten sposób określono jaki wpływ ma obecność ładunku formalnego na energetyczne i topologiczne parametry międzycząsteczkowych wiązań wodorowych. Szczegółowo omówiono udział poszczególnych energetycznych składowych oddziaływań (elektrostatycznej, indukcyjnej i dyspersyjnej) w stabilizacji wiązania wodorowego. Przedstawiono korelację gęstości elektronowej z wymienionymi składowymi oddziaływań w badanych układach. W oparciu o wyniki badań wskazano liniowe zależności między gęstością elektronową w obrębie wiązania wodorowego a indukcyjnym i dyspersyjnym wkładem do energii oddziaływania. Brak jest natomiast zależności pomiędzy gęstości elektronową a energią oddziaływania elektrostatycznego. Zaprezentowane wyniki oparto na obliczeniach wykonanych za pomocą metod rachunku zaburzeń Møllera-Plesseta drugiego rzędu oraz sprzężonych klasterów przy użyciu bazy funkcyjnej Dunninga uwzględniającej funkcje dyfuzyjne.Instytut Chemii, Uniwersytet w BiałymstokuBader R.F.W., Atoms in Molecules. A Quantum Theory, Clarendon Press, 1994.Desiraju G. R., Steiner T. , The weak hydrogen bond in structural chemistry and biology, Oxford University Press, New York, 1999.Gilli G., .Gilli P, The Nature of Hydrogen Bond, Oxford University Press, Oxford, U.K., 2010.Jeffrey G. A, An introduction to hydrogen bonding. Topics in Physical Chemistry, Oxford University Press, New York, 1997.Pauling C.L., Nature of the Chemical Bond and the Structure of Molecules and Crystals: An Introduction to Modern Structural Chemistry, 3rd ed. , Comell University Press, Ithaca, NY, 1960, s. 449-504, pierwsze wydanie w 1939Piela L., Idee Chemii Kwantowej, PWN S.A., Warszawa, 2003 .Popelier P. , Atoms in Molecules. An Introduction, Pearson Education Limited, Prentice Hall, 2000.Nishio M., Hirota M., Umezawa Y., The CH/ℼ Interaction, Evidence, Nature, and Consequences, Wiley-VCH, New York, 1998Scheiner S., Hydrogen bonding:A Teoretical Perspective, Oxford University Press, New York, 1997.S. Scheiner, Intermolecular Interactions - From Van der Waals to Strongly Bound Complexes, Wiley-VCH: Weinheim, New York, 1997.Bukowski R., Cencek W., Jankowski P. , Jeziorska M., Jeziorski B.,. Kucharski S.A, Lotrich V.F. ,.Misquitta A.J, R. Moszyński, Patkowski K., Podeszwa R., Rybak S., Szalewicz K., Williams H.L.,. Wheatley RJ, Wormer P.E.S., Żuchowski P.S., SAPT2008: An Ab Initio Program for Many-Body Symmetry-Adapted Perturbation Theory Calculations of Intermolecular Interaction Energies. Sequential and Parallei Versions. 2009. User's Guide, Revision SAPT2008.2Aakeröy Ch.B, Beatty A.M.,. Lorimer K.R, Charge-assisted hydrogen bonds and halogen-halogen interactions in organic salts: Benzylammonium benzoates and pentafluorobenzoates, "Structural Chemistry" 1999, nr 10, s. 229-242.Arunan E., Desiraju G.R., Klein R.A., Sadlej J., Scheiner S., Alkorta I., Clary D.C., Crabtree R.H., Dannenberg J.J., Hobza P. , Kjaergaard H.G.,. Legon A.C, Mennucci B., Nesbitt D.J., Defining the hydrogen bond: An account (lUPAC Technical Report), "Pure and Applied Chemistry" 2011, 83, 1619-1636.Bader R.F. W, A Model for the Hydrogen Bond and Proton Transfer Reactions, "Canadian Journal of Chemistry" 1964, nr 42, s. 1822- 1834.Bankiewicz B., Matczak P. , Palusiak M., , Electron Density Characteristics in Bond Critical Point (QTAIM) versus Interaction Energy Components (SAPT): The Case of Charge-Assisted Hydrogen Bonding, "Journal of Physical Chemistry A" 2012, nr 116, s. 452-459.Bankiewicz B., Palusiak M., Does electron density in bond critical point reflect the formaI charge distribution in H-bridges ? The case of charge-assisted hydrogen bonds (CAHBs) , "Computational & Teoretical Chemistry" 2011, nr 966, s. 113- 119.Bleiholder C., Gleiter R., Werz D.B., Köppel H., Theoretical Investigations on Heteronuclear Chalcogen-Chalcogen Interactions - On the Nature of Weak Bonds Between Chalcogen Centers, "Inorganic chemistry" 2007, nr 46, s. 2249-2260.Boys S.F., Bemardi F. , The calculation of small molecular interactions by the differences of separate total energies. Same procedures with reduced errors, "Molecular Physics" 1970, nr 1 9(4), s. 553-566.Braga D., Draper S.M., Champeil E., Grepioni F. , Inorganic-organometallic crystal synthesis. The role of charge-assisted C-H ... O and C-H ... CI hydrogen bonds in crystalline [(η⁵_C₅H₅)₂Co][H₂PO₄]∙3H₂O and [(η⁶-C₆H₅Me) ₂Cr][Cl], "Journal of Organometallic Chemistry" 1999, nr 573, s. 73-77.Braga D., Grepioni F. , Intermolecular interactions in nonorganic crystal engineering, "Accounts or chemical research" 2000, nr 33, s. 601-608.Braga D., Grepioni F. ,. Desiraju G. R, Crystal Engineering and Organometallic Architecture, "Chemical Reviews". 1998, nr 98, s. 1375-1405 .Braga D., L. Maini, F. Grepioni, A. De Cian, O. Félix, J. Fischer, M.W. Hosseini, Charge-assisted N-H⁽⁺⁾•••O⁽⁻⁾ and O-H•••O⁽⁻⁾ hydrogen bonds control the supramolecular aggregation of ferrocenedicarboxylic acid and bis-amidines, " New Journal of Chemistry" 2000, nr 24, s. 547-553.G. R. Desiraju, Hydrogen Bridges in Crystal Engineering: Interactions without Borders, "Accounts of chemical research" 2002, nr 35, s. 565-573.J.A. Gerlt, M. M. Kreevoy, w.w. CIeland, P.A. Frey, Understanding enzymic catalysis: The importance of short, strong hydrogen bonds, "Chemistry & Biology" 1997, nr 4, s.259-267.Gilli G., Bellucci F. Ferretti V. , . Bertolas V, Evidence for resonance-assisted hydrogen bonding from crystal-structure correlations on the enol form of the β-diketone fragment, "Journal of the American Chemical Society" 1989, nr 111, s. 1023-1028.Gilli P. , Bertolasi V., Ferretti V., Gilli G., Covalent nature of the strong homonuclear hydrogen bond. Study of the O-H--O system by crystal structure correlation methods, "Journal of the American Chemical Society" 1994, nr 116, s. 909-915.Gilli G., Gilli P, Towards an unified hydrogen-bond theory, "Journal of Molecular Structure" 2000, nr 552, s. 1-15.Grabowski S.J., Hydrogen Bonds with π and σ Electrons as the Multicenter Proton Acceptors: High Level ab Initio Calculations, "Journal of Physical Chemistry A" 2007, nr 111, s. 3387-3393 .Grabowski S.J., π-H•••O Hydrogen Bonds: Multicenter Covalent π-H 1nteraction Acts as the Proton-Donating System, "Journal or Physical Chemistry A" 2007, nr 111 , s. 13537- 13543.S.J. Grabowski, Theoretical studies of strong hydrogen bonds, "Annual Reports Section C" 2006, nr 102, s. 131-165.Grabowski S. J., What Is the Covalency of Hydrogen Bonding?, "Chemical Reviews" 2011, nr 111(4), s. 2597-2625.Grabowski S.J., Sokalski W.A., Dyguda E., Leszczynski J., Quantitative Classification of Covalent and Noncovalent H-bonds, "Journal of Physical Chemistry B" 2006, nr 110, s. 6444-6446.Grabowski S.J.,. Sokalski W.A, Leszczynski J., Nature ojX-H+O· · ··6H-Y dihydrogen bonds and X-H " a interaction, " Journal of Physical Chemistry A" 2004, nr 108, s. 5823-5830.Grabowski S.J.,. Sokalski W.A, Leszczynski J., Nature of X-H⁺ᵟ• • ••⁻ᵟH-Y dihydrogen bonds and X-H•••σ a interaction, " Journal of Physical Chemistry A" 2004, nr 108, s. 5823-5830.Grepioni F. , Cojazzi G.,. Draper S.M, Scully N., Braga D., Crystal forms of hexafluorophosphate organometallic salts and the and the Importance of Charge-Assisted C-H---F Hydrogen Bonds, "Organometallics" 1998, nr 17, s. 296-307.Hobza P., Havlas Z., Counterpoise-corrected potential energy surfaces of simple H-bonded systems, "Theoretical Chemistry Accounts" 1998, nr 99, s. 372-377.Hobza P.,.Selzle H.J,.Schlag E.W, Potential energy surface for the benzene dimer. Results of ab initio CCSD(T) calculations show two nearly isoenergetic structures: T-shaped and parallel-displaced, "Journal of Physical Chemistry" 1996, nr 100, . s. 18790-18794.Hobza P, .Selzle H.J,.Schlag E.W, Structure and Properties of Benzene-Containing Molecular Clusters: Nonempirical ab Initio Calculations and Experiments, "Chemical Reviews" 1994, nr 94, s. 1767-1785 .Jabłoński M., Niekonwencjonalne wiązania wodorowe. Przegląd wyników teoretycznych, "Wiadomości Chemiczne" 2004, nr 58 (7-8), s. 511-53Jeziorski B., Moszyński R., Szalewicz K., Perturbation Theory Approach to Intermolecular Potential Energy Surfaces of van der Waals Complexes, "Chemical Reiews" 1994, nr 94 (7), s. 1887-1930.Koch U., Popelier P., Characterization of C-H-O Hydrogen Bonds on the Basis of the Charge Density, "Journal of Chemical Physics" 1995, nr 99, s. 9747.Lee E.C., Hong B.H., Lee J.Y., Kim J.e., D. Kim,. Kim Y, Tarakeshwar P., Kim K.S., Substituent Effects on the Edge-to-Face Aromatic Interaction, "Journal of the American Chemical Society" 2005, nr 127, s. 4530-4537Liu B., McLean A.D., Accurate calculation of the attractive interaction of two ground state helium atoms, "Journal of Chemical Physics" 1973, nr 59, s. 4557-4558.Nernst W., Verteilung eines Stoes zwischen zwei Lösungsmitteln und zwischen Lösungsmittel und Dampfraum, "Zeitschrift für Physikalische Chemie" 1891, 8, 110-139.Palusiak M., Janowska I., Zakrzewski J.,. Grabowski S.J., Charge-assisted N-H•••I and C-H•••I hydrogen bonding in (1 R, 2S)-1-(ferrocenylmethyl)-2-(methoxymethyl)pyrrolidinium iodide, "Acta Crystallographica Section C" 2005, C6 1, s. m55-m57Parthasarathi R., Subramanian V. , Santhyamurthy N., Hydrogen Bonding without Borders: An Atoms-in-Molecules Perspective, "Journal of Physical Chemistry A" 2006, nr 110, s. 3349-335 1.Pendás A.M.,. Blanco M.A, Francisco E., The nature of the hydrogen bond: A synthesis from the interacting quantum atoms picture, "Journal of Chemical Physics" 2006, 125, 184112-184131 .Perrin C.L,. Nielson J. B, "Strong" Hydrogen Bonds in Chemistry and Biology, "Annual Review of Physical Chemistry" 1997, nr 48, s. 511-544.Rozas L, Alkorta I, Elguero J., Behavior of Ylides Containing N, 0, and C Atoms as Hydrogen Bond Acceptors, "Journal of the American Chemical Society" 2000, nr 122, s. 11154-11161.Simon S., Duran M.,. Dannenberg J.J, How does basis set superposition error change the potential surfaces for hydrogen-bonded dimmers, "Journal of Chemical Physics" 1996, nr 105(24) , s. 11024-11031Sobczyk L., Grabowski S. J., Krygowski T. M., Interrelation between H-bond and Pi-electron delocalization. "Chemical Reviews" 2005, nr 105, s. 3513-3560.Suttor D.J., Evidence for the existence of C-H•••O hydrogen bonds in crystals, "Journal of the Chemical Society (Resumed)" 1963, s. 1105-1110.Taylor R., Kennard O., Crystallographic evidence for the existence of C-H•••O, C-H•••N and C-H•••Cl hydrogen bonds, "Journal of the American Chemical Society" 1982, 104, 5063-5070.Thanthiriwatte K.S., Hohenstein E.G., Burns L.A., Sherrill C.D., Assessment of the Performance of DFT and DFT-D Methods for Describing Distance Dependence of Hydrogen-Bonded Interaction, "Journal of Chemical Theory and Computation" 2011, nr 7, s. 88-96.Wu J., Zhang J., Wang Z., Cao W. , Theoretical investigations of the nature of interaction of ClF with HF, H₂0, and NH₃, " Journal of Chemical Theory and Computation" 2007, nr 3, s. 95-102.426