Dimerisation of nitrile oxides: a quantum-chemical study

文献情報

出版日 2009-04-17
DOI 10.1039/B823406J
インパクトファクター 3.676
著者

Tibor Pasinszki, Balázs Havasi, Nicholas P. C. Westwood


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要旨

The [3 + 2] and [3 + 3] cyclodimerisation processes of small nitrile oxides, XCNO (X = F, Cl, Br, CN, CH3) are investigated by ab initio coupled cluster theory at the CCSD, CCSD(T) and MR-AQCC levels for the first time. The favoured dimerisation process is a multi-step reaction to furoxans (1,2,5-oxadiazole-2-oxides) involving dinitrosoalkene-like intermediates with diradical character. The rate determining step for all but the F-species is the first, corresponding to the C–C bond formation. The kinetic energy barrier depends on the nature of the substituent X, generally increasing with decreasing electronegativity and increasing π-donor ability of the substituent: F (ΔG298 = 0 kJ mol−1) < Cl (72) < Br (90) < CH3 (104) < CN (114) (MR-AQCC(2,2)//UB3LYP/cc-pVTZ). Following initial C–C bond formation, three possible dinitrosoethylene diradical pathways are explored. Two of them are new, and one of them is a low-energy three-step path with implications for cycloreversion, tautomerism and detection of dinitrosoethylene intermediates. Alternative one-step, concerted [3 + 2] and [3 + 3] cyclodimerisation processes leading to 1,2,4-oxadiazole-4-oxides and 1,4,2,5-dioxadiazines have kinetic energy barriers around 100–240 kJ mol−1 (CCSD//B3LYP), some 1.6 to 2.5 times higher than those leading to furoxans, supporting the experimental observations of furoxan formation as nitrile oxide loss channels during storage, trapping/re-vaporisation and reactions of nitrile oxides. Potential polymerisation initiation processes for NCCNO, involving the 1,2-dipolar NC substituent are also explored.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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