The reactions of N-methylformamide and N,N-dimethylformamide with OH and their photo-oxidation under atmospheric conditions: experimental and theoretical studies

文献情報

出版日 2015-02-17
DOI 10.1039/C4CP05805D
インパクトファクター 3.676
著者

Jens Hetzler, Tomáš Mikoviny, Armin Wisthaler, Claus J. Nielsen, Matthias Olzmann


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要旨

The reactions of OH radicals with CH3NHCHO (N-methylformamide, MF) and (CH3)2NCHO (N,N-dimethylformamide, DMF) have been studied by experimental and computational methods. Rate coefficients were determined as a function of temperature (T = 260–295 K) and pressure (P = 30–600 mbar) by the flash photolysis/laser-induced fluorescence technique. OH radicals were produced by laser flash photolysis of 2,4-pentanedione or tert-butyl hydroperoxide under pseudo-first order conditions in an excess of the corresponding amide. The rate coefficients obtained show negative temperature dependences that can be parameterized as follows: kOH+MF = (1.3 ± 0.4) × 10−12 exp(3.7 kJ mol−1/(RT)) cm3 s−1 and kOH+DMF = (5.5 ± 1.7) × 10−13 exp(6.6 kJ mol−1/(RT)) cm3 s−1. The rate coefficient kOH+MF shows very weak positive pressure dependence whereas kOH+DMF was found to be independent of pressure. The Arrhenius equations given, within their uncertainty, are valid for the entire pressure range of our experiments. Furthermore, MF and DMF smog-chamber photo-oxidation experiments were monitored by proton-transfer-reaction time-of-flight mass spectrometry. Atmospheric MF photo-oxidation results in 65% CH3NCO (methylisocyanate), 16% (CHO)2NH, and NOx-dependent amounts of CH2NH and CH3NHNO2 as primary products, while DMF photo-oxidation results in around 35% CH3N(CHO)2 as primary product and 65% meta-stable (CH3)2NC(O)OONO2 degrading to NOx-dependent amounts of CH3NCH2 (N-methylmethanimine), (CH3)2NNO (N-nitroso dimethylamine) and (CH3)2NNO2 (N-nitro dimethylamine). The potential for nitramine formation in MF photo-oxidation is comparable to that of methylamine whereas the potential to form nitrosamine and nitramine in DMF photo-oxidation is larger than for dimethylamine. Quantum chemistry supported atmospheric degradation mechanisms for MF and DMF are presented. Rate coefficients and initial branching ratios calculated with statistical rate theory based on molecular data from quantum chemical calculations at the CCSD(T*)-F12a/aug-cc-pVTZ//MP2/aug-cc-pVTZ level of theory show satisfactory agreement with the experimental results. It turned out that adjustment of calculated threshold energies by 0.2 to 8.8 kJ mol−1 lead to agreement between experimental and predicted results.

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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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