Chemical dynamics of the CH(X2Π) + C2H4(X1A1g), CH(X2Π) + C2D4(X1A1g), and CD(X2Π) + C2H4(X1A1g) reactions studied under single collision conditions

文献情報

出版日 2011-11-23
DOI 10.1039/C1CP22350J
インパクトファクター 3.676
著者

Fangtong Zhang, Pavlo Maksyutenko, Ralf I. Kaiser


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要旨

The crossed beam reactions of the methylidyne radical with ethylene (CH(X2Π) + C2H4(X1A1g)), methylidyne with D4-ethylene (CH(X2Π) + C2D4(X1A1g)), and D1-methylidyne with ethylene (CD(X2Π) + C2H4(X1A1g)) were conducted at nominal collision energies of 17–18 kJ mol−1 to untangle the chemical dynamics involved in the formation of distinct C3H4 isomers methylacetylene (CH3CCH), allene (H2CCCH2), and cyclopropene (c-C3H4) viaC3H5 intermediates. By tracing the atomic hydrogen and deuterium loss pathways, our experimental data suggest indirect scattering dynamics and an initial addition of the (D1)-methylidyne radical to the carbon–carbon double bond of the (D4)-ethylene reactant forming a cyclopropyl radical intermediate (c-C3H5/c-C3D4H/c-C3H4D). The latter was found to ring-open to the allyl radical (H2CCHCH2/D2CCHCD2/H2CCDCH2). This intermediate was found to be long lived with life times of at least five times its rotational period and decomposed via atomic hydrogen/deuterium loss from the central carbon atom (C2) to form allenevia a rather loose exit transition state in an overall strongly exoergic reaction. Based on the experiments with partially deuterated reactants, no compelling evidence could be provided to support the formation of the cyclopropene and methylacetylene isomers under single collision conditions. Likewise, hydrogen/deuterium shifts in the allyl radical intermediates or an initial insertion of the (D1)-methylidyne radical into the carbon–hydrogen/deuterium bond of the (D4)-ethylene reactant were found to be—if at all—of minor importance. Our experiments propose that in hydrocarbon-rich atmospheres of planets and their moons such as Saturn's satellite Titan, the reaction of methylidyne radicals should lead predominantly to the hitherto elusive allene molecule in these reducing environments.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

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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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