Directed gas-phase preparation of the elusive phosphinosilylidyne (SiPH2, X2A′′) and cis/trans phosphinidenesilyl (HSiPH; X2A′) radicals under single-collision conditions

文献情報

出版日 2021-08-12
DOI 10.1039/D1CP02812J
インパクトファクター 3.676
著者

Chao He, Shane J. Goettl, Zhenghai Yang, Srinivas Doddipatla, Ralf I. Kaiser, Mateus Xavier Silva, Breno R. L. Galvão


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要旨

The reaction of the D1-silylidyne radical (SiD; X2Π) with phosphine (PH3; X1A1) was conducted in a crossed molecular beams machine under single collision conditions. Merging of the experimental results with ab initio electronic structure and statistical Rice–Ramsperger–Kassel–Marcus (RRKM) calculations indicates that the reaction is initiated by the barrierless formation of a van der Waals complex (i0) as well as intermediate (i1) formed via the barrierless addition of the SiD radical with its silicon atom to the non-bonding electron pair of phosphorus of the phosphine. Hydrogen shifts from the phosphorous atom to the adjacent silicon atom yield intermediates i2a, i2b, i3; unimolecular decomposition of these intermediates leads eventually to the formation of trans/cis-phosphinidenesilyl (HSiPH, p2/p4) and phosphinosilylidyne (SiPH2, p3) via hydrogen deuteride (HD) loss (experiment: 80 ± 11%, RRKM: 68.7%) and D-trans/cis-phosphinidenesilyl (DSiPH, p2′/p4′) plus molecular hydrogen (H2) (experiment: 20 ± 7%, RRKM: 31.3%) through indirect scattering dynamics via tight exit transition states. Overall, the study reveals branching ratios of p2/p4/p2′/p4′ (trans/cis HSiPH/DSiPH) to p3 (SiPH2) of close to 4 : 1. The present study sheds light on the complex reaction dynamics of the silicon and phosphorous systems involving multiple atomic hydrogen migrations and tight exit transition states, thus opening up a versatile path to access the previously elusive phosphinidenesilyl and phosphinosilylidyne doublet radicals, which represent potential targets of future astronomical searches toward cold molecular clouds (TMC-1), star forming regions (Sgr(B2)), and circumstellar envelopes of carbon rich stars (IRC + 10216).

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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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