CS2 capture in the ionic liquid 1-alkyl-3-methylimidazolium acetate: reaction mechanism and free energetics

文献情報

出版日 2018-07-02
DOI 10.1039/C8CP01724G
インパクトファクター 3.676
著者

Fangyong Yan, Ryohei Kakuchi, Kenji Takahashi, Hyung J. Kim


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要旨

Reaction pathways for CS2 and COS in the ionic liquid, 1-ethyl-3-methylimidazolium (EMI+) acetate (OAc−), are studied using the ab initio self-consistent reaction field theory (SCRF) and molecular dynamics (MD) computer simulations. It is found that while CS2 converts to COS nearly at the 100% level through S/O exchange with acetate, both conversion and capture processes are kinetically possible for COS, yielding CO2/thioacetate and 1-ethyl-3-methylimidazole-2-thiocarboxylate (EMI-COS)/acetic acid as reaction products, respectively. These findings are in excellent agreement with recent experimental observations in the closely related 1-butyl-3-methylimidazolium acetate (BMI+OAc−) ionic liquid system. Constrained ab initio MD indicates that the capture reaction of COS (and CS2 if allowed) proceeds in a concerted fashion; viz., proton transfer from EMI+ to OAc− and carboxylation of EMI+ by COS (and CS2) occur concurrently, analogous to the concerted pathway proposed recently for CO2 capture in the imidazolium acetate ionic liquid family. As N-heterocyclic carbene (NHC) is not required, the concerted mechanism is fully consistent with the experimental fact that NHC has not been detected directly in this ionic liquid family. Computational analysis further predicts that if NHC would be present in the ionic liquid, it would react with CS2 and produce 1-ethyl-3-imidazole-2-dithiocarboxylate, prior to the conversion of CS2 to COS. Since such a dithiocarboxylate compound was not detected experimentally, the present analysis lends support to the view that NHC is not formed in the pure imidazolium acetate ionic liquid family.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
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