An excited-state Wolff rearrangement reaction of 5-diazo Meldrum's acid: an ab initio on-the-fly nonadiabatic dynamics simulation

文献情報

出版日 2018-08-07
DOI 10.1039/C8CP04164D
インパクトファクター 3.676
著者

Chao Xu, Feng Long Gu


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要旨

A global switching on-the-fly trajectory surface hopping dynamics simulation at the 3SA-CASSCF(12,11)/6-31G* quantum level has been employed to probe the photo-induced Wolff rearrangement (WR) reaction of 5-diazo Meldrum's acid (DMA) within three low-lying electronic excited states. The present simulation predicted that the branching ratios for relaxing back to the ground state, isomerizing to diazirine, and reaction to ketene I via carbene I are 69% ± 0.1, 3% ± 0.4, and 28% ± 0.1, which are in excellent agreement with those obtained by the femtosecond spectroscopy experiment, 67%, 3% and 30%, respectively. In particular, the present simulation revealed that the major WR reaction to ketene I pathway is stepwise via the excited-state to carbene I (17.8% ± 0.2) and via the ground-state to carbene I (8.7% ± 0.2), and the minor pathway is concerted synchronous (1.5% ± 0.6). The photo-induced WR reaction of DMA has been quantitatively interpreted in terms of the distribution of extended seam surfaces as a function of CN dissociation bonds for two important conical intersections within three low-lying electronic excited states. Ultrafast dynamic time constants have been estimated to be about 500 fs ± 120 fs and 180 fs ± 80 fs for the stepwise and the concerted WR reaction to ketene I which are also in good agreement with those determined by the experiment. Therefore, the photo-induced excited-state WR reaction mechanism has been quantitatively revealed by the present real-time dynamics simulation.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
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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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