The fate of the tert-butyl radical in low-temperature autoignition reactions

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作者
Kevin B. Moore,Justin M. Turney,Henry F. Schaefer
出处
期刊:Journal of Chemical Physics [American Institute of Physics]
卷期号:146 (19) 被引量:17
标识
DOI:10.1063/1.4983128
摘要

Alkyl combustion models depend on kinetic parameters derived from reliable experimental or theoretical energetics that are often unavailable for larger species. To this end, we have performed a comprehensive investigation of the tert-butyl radical (R• in this paper) autoignition pathways. CCSD(T)/ANO0 geometries and harmonic vibrational frequencies were obtained for key stationary points for the R• + O2 and QOOH + O2 mechanisms. Relative energies were computed to chemical accuracy (±1 kcal mol-1) via extrapolation of RCCSD(T) energies to the complete basis-set limit, or usage of RCCSD(T)-F12 methods. At 0 K, the minimum energy R• + O2 pathway involves direct elimination of HO2∙ (30.3 kcal mol-1 barrier) from the tert-butyl peroxy radical (ROO•) to give isobutene. This pathway lies well below the competing QOOH-forming intramolecular hydrogen abstraction pathway (36.2 kcal mol-1 barrier) and ROO• dissociation (35.9 kcal mol-1 barrier). The most favorable decomposition channel for QOOH radicals leads to isobutene oxide (12.0 kcal mol-1 barrier) over isobutene (18.6 kcal mol-1 barrier). For the QOOH + O2 pathways, we studied the transition states and initial products along three pathways: (1) α-hydrogen abstraction (42.0 kcal mol-1 barrier), (2) γ-hydrogen abstraction (27.0 kcal mol-1 barrier), and (3) hydrogen transfer to the peroxy moiety (24.4 kcal mol-1 barrier). The barrier is an extensive modification to the previous 18.7 kcal mol-1 value and warrants further study. However, it is still likely that the lowest energy QOOH + O2 pathway corresponds to pathway (3). We found significant spin contamination and/or multireference character in multiple stationary points, especially for transition states stemming from QOOH. Lastly, we provide evidence for an A∼-X∼ surface crossing at a Cs-symmetric, intramolecular hydrogen abstraction structure.
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