Primary photodissociation mechanisms of pyruvic acid on S1: observation of methylhydroxycarbene and its chemical reaction in the gas phase

文献情報

出版日 2021-02-03
DOI 10.1039/D0CP06424F
インパクトファクター 3.676
著者

B. R. Samanta, R. Fernando, D. Rösch, H. Reisler, D. L. Osborn


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要旨

Pyruvic acid, a representative alpha-keto carboxylic acid, is one of the few organic molecules destroyed in the troposphere by solar radiation rather than by reactions with free radicals. To date, only its stable final products were identified, often with contribution from secondary chemistry, making it difficult to elucidate photodissociation mechanisms following excitation to the lowest singlet excited-state (S1) and the role of the internal hydrogen bond in the most-stable Tc conformer. Using multiplexed photoionization mass spectrometry we report the first direct experimental evidence, via the observation of singlet methylhydroxycarbene (MHC) following 351 nm excitation, supporting the decarboxylation mechanism previously proposed. Decarboxylation to MHC + CO2 represents 97–100% of product branching at 351 nm. We observe vinyl alcohol and acetaldehyde, which we attribute to isomerization of MHC. We also observe a 3 ± 2% yield of the Norrish Type I photoproducts CH3CO + DOCO, but only from d1-pyruvic acid. At 4 Torr pressure, we measure a photodissociation quantum yield of 1.0+0−0.4, consistent with IUPAC recommendations. However, our measured product branching fractions disagree with IUPAC. In light of previous calculations, these results support a mechanism in which hydrogen transfer on the S1 excited state occurs at least partially by tunneling, in competition with intersystem crossing to the T1 state. We present the first evidence of a bimolecular reaction of MHC in the gas phase, where MHC reacts with pyruvic acid to produce a C4H8O2 product. This observation implies that some MHC produced from pyruvic acid in Earth's troposphere will be stabilized and participate in chemical reactions with O2 and H2O, and should be considered in atmospheric modeling.

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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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