Unconventional excited-state dynamics in the concerted benzyl (C7H7) radical self-reaction to anthracene (C14H10)

激进的 光化学 化学 激发态 多环芳烃 环加成 势能面 单重态 反应动力学
作者
Ralf I. Kaiser,Long Zhao,Wenchao Lu,Musahid Ahmed,Vladislav S Krasnoukhov,Valeriy N. Azyazov,Alex M Mebel
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:13 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-022-28466-7
摘要

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are prevalent in deep space and on Earth as products in combustion processes bearing direct relevance to energy efficiency and environmental remediation. Reactions between hydrocarbon radicals in particular have been invoked as critical molecular mass growth processes toward cyclization leading to these PAHs. However, the mechanism of the formation of PAHs through radical - radical reactions are largely elusive. Here, we report on a combined computational and experimental study of the benzyl (C7H7) radical self-reaction to phenanthrene and anthracene (C14H10) through unconventional, isomer-selective excited state dynamics. Whereas phenanthrene formation is initiated via a barrierless recombination of two benzyl radicals on the singlet ground state surface, formation of anthracene commences through an exotic transition state on the excited state triplet surface through cycloaddition. Our findings challenge conventional wisdom that PAH formation via radical-radical reactions solely operates on electronic ground state surfaces and open up a previously overlooked avenue for a more "rapid" synthesis of aromatic, multi-ringed structures via excited state dynamics in the gas phase.
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