C―C Coupling of Methane Mediated by Atomic Gold Cations under Multiple-Collision Conditions

Yi Ren Qing-Yu Liu Yan-Xia Zhao Qi Yang Sheng-Gui He

Citation:  Ren Yi, Liu Qing-Yu, Zhao Yan-Xia, Yang Qi, He Sheng-Gui. C―C Coupling of Methane Mediated by Atomic Gold Cations under Multiple-Collision Conditions[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2020, 36(1): 190402. doi: 10.3866/PKU.WHXB201904026 shu

多次碰撞条件下金阳离子诱导的甲烷碳―碳偶联

    通讯作者: 刘清宇, liuqingyu12@iccas.ac.cn
    何圣贵, shengguihe@iccas.ac.cn
  • 基金项目:

    国家重点研发计划 2017YFC0209403

    中国科学院青年创新促进会基金 2018041

    国家自然科学基金(21627803, 91645203), 国家重点研发计划(2017YFC0209403)和中国科学院青年创新促进会基金(2018041)资助项目

    国家自然科学基金 21627803

    国家自然科学基金 91645203

摘要: 金属正离子与甲烷的反应活性有着广泛的研究,但已报道的离子分子反应通常在单次碰撞或低碰撞能条件下发生。本文介绍最近搭建的一个由迁移管与离子漏斗组成的离子分子反应装置,在多次碰撞与可变碰撞能条件下研究离子分子反应。离子源产生的Au+在迁移管内与甲烷反应,经漏斗与离子阱收集后由质谱检测。该反应装置的反应气压可达100 Pa,且离子与分子的碰撞能可通过迁移管与离子漏斗间的电势差调节。利用该装置,我们研究了闭壳层Au+离子与甲烷的反应,并观测到碳―碳偶联产物AuC2H4+生成。密度泛函理论计算表明经由Au―CH2与Au―CH3物种的两条反应通道均可发生碳―碳偶联反应(Au+ + 2CH4→ AuC2H4+ + 2H2)。离子轨迹模拟表明迁移管与漏斗间的电场可提供足够的碰撞能促进碳―碳偶联反应发生。

English

    1. [1]

      Lunsford, J. H. Catal. Today 2000, 63, 165. doi: 10.1016/s0920-5861(00)00456-9

    2. [2]

      Caballero, A.; Pérez, P. J. Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 8809. doi: 10.1039/c3cs60120j

    3. [3]

      Saha, D.; Grappe, H. A.; Chakraborty, A.; Orkoulas, G. Chem. Rev. 2016, 116, 11436. doi: 10.1021/acs.chemrev.5b00745

    4. [4]

      Ismagilov, Z. R.; Matus, E. V.; Tsikoza, L. T. Energy Environ. Sci. 2008, 1, 526. doi: 10.1039/b810981h

    5. [5]

      Spivey, J. J.; Hutchings, G. Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 792. doi: 10.1039/c3cs60259a

    6. [6]

      Schwach, P.; Pan, X.; Bao, X. Chem. Rev. 2017, 117, 8497. doi: 10.1021/acs.chemrev.6b00715

    7. [7]

      Schwarz, H.; González-Navarrete, P.; Li, J.; Schlangen, M.; Sun, X.; Weiske, T.; Zhou, S. Organometallics 2017, 36, 8. doi: 10.1021/acs.organomet.6b00372

    8. [8]

      Ding, X. -L.; Wu, X. -N.; Zhao, Y. -X.; He, S. -G. Acc. Chem. Res. 2012, 45, 382. doi: 10.1021/ar2001364

    9. [9]

      Feyel, S.; Döbler, J.; Schröder, D.; Sauer, J.; Schwarz, H. Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 4681. doi: 10.1002/anie.200600188

    10. [10]

      Harding, D. J.; Kerpal, C.; Meijer, G.; Fielicke, A. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 817. doi: 10.1002/anie.201107042

    11. [11]

      Lang, S. M.; Frank, A.; Bernhardt, T. M. J. Phys. Chem. C 2013, 117, 9791. doi: 10.1021/jp312852r

    12. [12]

      Canale, V.; Zavras, A.; Khairallah, G. N.; d'Alessandro, N.; O'Hair, R. A. J. Eur. J. Mass Spectrom. 2015, 21, 557. doi: 10.1255/ejms.1332

    13. [13]

      Lang, S. M.; Bernhardt, T. M.; Chernyy, V.; Bakker, J. M.; Barnett, R. N.; Landman, U. Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 13406. doi: 10.1002/anie.201706009

    14. [14]

      Caballero, A.; Despagnet-Ayoub, E.; Díaz-Requejo, M. M.; Díaz-Rodríguez, A.; González-Núñez, M. E.; Mello, R.; Muñoz, B. K.; Ojo, W. S.; Asensio, G.; Etienne, M.; et al. Science 2011, 332, 835. doi: 10.1126/science.1204131

    15. [15]

      Guo, X.; Fang, G.; Li, G.; Ma, H.; Fan, H.; Yu, L.; Ma, C.; Wu, X.; Deng, D.; Wei, M.; et al. Science 2014, 344, 616. doi: 10.1126/science.1253150

    16. [16]

      Sushkevich, V. L.; Palagin, D.; Ranocchiari, M.; van Bokhoven, J. A. Science 2017, 356, 523. doi: 10.1126/science.aam9035

    17. [17]

      Tonkyn, R.; Ronan, M.; Weisshaar, J. C. J. Phys. Chem. 1988, 92, 92. doi: 10.1021/j100312a022

    18. [18]

      Irikura, K. K.; Beauchamp, J. L. J. Phys. Chem. 1991, 95, 8344. doi: 10.1021/j100174a057

    19. [19]

      Irikura, K. K.; Beauchamp, J. L. J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 2769. doi: 10.1021/ja00007a070

    20. [20]

      Cornehl, H. H.; Heinemann, C.; Schröder, D.; Schwarz, H. Organometallics 1995, 14, 992. doi: 10.1021/om00002a053

    21. [21]

      Schwarz, H.; Schröder, D. Pure Appl. Chem. 2000, 72, 2319. doi: 10.1351/pac200072122319

    22. [22]

      Shayesteh, A.; Lavrov, V. V.; Koyanagi, G. K.; Bohme, D. K. J. Phys. Chem. A 2009, 113, 5602. doi: 10.1021/jp900671c

    23. [23]

      van Koppen, P. A. M.; Kemper, P. R.; Bushnell, J. E.; Bowers, M. T. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 2098. doi: 10.1021/ja00112a026

    24. [24]

      Sunderlin, L. S.; Armentrout, P. B. J. Am. Chem. Soc. 1989, 111, 3845. doi: 10.1021/ja00193a015

    25. [25]

      Haynes, C. L.; Chen, Y.-M.; Armentrout, P. B. J. Phys. Chem. 1995, 99, 9110. doi: 10.1021/j100022a024

    26. [26]

      Armentrout, P. B.; Chen, Y.-M. Int. J. Mass Spectrom. 2017, 413, 135. doi: 10.1016/j.ijms.2016.05.003

    27. [27]

      Li, F.-X.; Armentrout, P. B. J. Chem. Phys. 2006, 125, 133114. doi: 10.1063/1.2220038

    28. [28]

      Zhou, S.; Li, J.; Wu, X.-N.; Schlangen, M.; Schwarz, H. Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 441. doi: 10.1002/anie.201509320

    29. [29]

      Karakaya, C.; Kee, R. J. Prog. Energy Combust. Sci. 2016, 55, 60. doi: 10.1016/j.pecs.2016.04.003

    30. [30]

      Tomkins, P.; Ranocchiari, M.; van Bokhoven, J. A. Acc. Chem. Res. 2017, 50, 418. doi: 10.1021/acs.accounts.6b00534

    31. [31]

      Sun, K.; Ginosar, D. M.; He, T.; Zhang, Y.; Fan, M.; Chen, R. Ind. Eng. Chem. Res. 2018, 57, 1768. doi: 10.1021/acs.iecr.7b04707

    32. [32]

      Geusic, M. E.; Morse, M. D.; O'Brien, S. C.; Smalley, R. E. Rev. Sci. Instrum. 1985, 56, 2123. doi: 10.1063/1.1138381

    33. [33]

      Smith, D.; Španěl, P. Mass Spectrom. Rev. 2005, 24, 661. doi: 10.1002/mas.20033

    34. [34]

      Melko, J. J.; Ard, S. G.; Shuman, N. S.; Pedder, R. E.; Taormina, C. R.; Viggiano, A. A. Rev. Sci. Instrum. 2015, 86, 084101. doi: 10.1063/1.4927716

    35. [35]

      McDonald, D. C.; Sweeny, B. C.; Ard, S. G.; Melko, J. J.; Ruliffson, J. E.; White, M. C.; Viggiano, A. A.; Shuman, N. S. J. Phys. Chem. A 2018, 122, 6655. doi: 10.1021/acs.jpca.8b02513

    36. [36]

      Gronert, S. Mass Spectrom. Rev. 2005, 24, 100. doi: 10.1002/mas.20008

    37. [37]

      Douglas, D. J.; Frank, A. J.; Mao, D. Mass Spectrom. Rev. 2005, 24, 1. doi: 10.1002/mas.20004

    38. [38]

      Nibbering, N. M. M. Acc. Chem. Res. 1990, 23, 279. doi: 10.1021/ar00177a003

    39. [39]

      Teloy, E.; Gerlich, D. Chem. Phys. 1974, 4, 417. doi: 10.1016/0301-0104(74)85008-1

    40. [40]

      Armentrout, P. B.; Beauchamp, J. L. Acc. Chem. Res. 1989, 22, 315. doi: 10.1021/ar00165a004

    41. [41]

      May, J. C.; McLean, J. A. Anal. Chem. 2015, 87, 1422. doi: 10.1021/ac504720m

    42. [42]

      Lanucara, F.; Holman, S. W.; Gray, C. J.; Eyers, C. E. Nat. Chem. 2014, 6, 281. doi: 10.1038/nchem.1889

    43. [43]

      Zhan, X.; Duan, J.; Duan, Y. Mass Spectrom. Rev. 2013, 32, 143. doi: 10.1002/mas.21357

    44. [44]

      Yuan, B.; Koss, A. R.; Warneke, C.; Coggon, M.; Sekimoto, K.; de Gouw, J. A. Chem. Rev. 2017, 117, 13187. doi: 10.1021/acs.chemrev.7b00325

    45. [45]

      Kučera, M.; Stano, M.; Wnorowska, J.; Barszczewska, W.; Loffhagen, D.; Matejčík, Š. Eur. Phys. J. D 2013, 67, 234. doi: 10.1140/epjd/e2013-40401-2

    46. [46]

      Gao, H.; Niu, W.; Huang, C.; Hong, Y.; Shen, C.; Wang, H.; Lu, Y.; Chen, X.; Xia, L.; Jiang, H.; Chu, Y. Int. J. Mass spectrom. 2015, 376, 1. doi: 10.1016/j.ijms.2014.11.001

    47. [47]

      Kemper, P. R.; Bowers, M. T. J. Am. Soc. Mass. Spectrom. 1990, 1, 197. doi: 10.1016/1044-0305(90)85036-l

    48. [48]

      Backe, H.; Dretzke, A.; Horn, R.; Kolb, T.; Lauth, W.; Repnow, R.; Sewtz, M.; Trautmann, N. Hyperfine Interact. 2006, 162, 77. doi: 10.1007/s10751-005-9210-4

    49. [49]

      Wyttenbach, T.; Kemper, P. R.; Bowers, M. T. Int. J. Mass Spectrom. 2001, 212, 13. doi: 10.1016/s1387-3806(01)00517-6

    50. [50]

      Tang, K.; Shvartsburg, A. A.; Lee, H. N.; Prior, D. C.; Buschbach, M. A.; Li, F.; Tolmachev, A. V.; Anderson, G. A.; Smith, R. D. Anal. Chem. 2005, 77, 3330. doi: 10.1021/ac048315a

    51. [51]

      Koeniger, S. L.; Merenbloom, S. I.; Valentine, S. J.; Jarrold, M. F.; Udseth, H. R.; Smith, R. D.; Clemmer, D. E. Anal. Chem. 2006, 78, 4161. doi: 10.1021/ac051060w

    52. [52]

      Kelly, R. T.; Tolmachev, A. V.; Page, J. S.; Tang, K.; Smith, R. D. Mass Spectrom. Rev. 2010, 29, 294. doi: 10.1002/mas.20232

    53. [53]

      Shi, L.; Holliday, A. E.; Bohrer, B. C.; Kim, D.; Servage, K. A.; Russell, D. H.; Clemmer, D. E. J. Am. Soc. Mass. Spectrom. 2016, 27, 1037. doi: 10.1007/s13361-016-1372-6

    54. [54]

      Wagner, N. D.; Clemmer, D. E.; Russell, D. H. Anal. Chem. 2017, 89, 10094. doi: 10.1021/acs.analchem.7b02932

    55. [55]

      Yuan, Z.; Liu, Q. -Y.; Li, X. -N.; He, S. -G. Int. J. Mass Spectrom. 2016, 407, 62. doi: 10.1016/j.ijms.2016.07.004

    56. [56]

      Li, F. -X.; Gorham, K.; Armentrout, P. B. J. Phys. Chem. A 2010, 114, 11043. doi: 10.1021/jp100566t

    57. [57]

      Zhao, Y. X.; Li, Z. Y.; Yuan, Z.; Li, X. N.; He, S. G. Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 9482. doi: 10.1002/anie.201403953

    58. [58]

      Yuan, Z.; Li, Z. -Y.; Zhou, Z. -X.; Liu, Q. -Y.; Zhao, Y. -X.; He, S. -G. J. Phys. Chem. C 2014, 118, 14967. doi: 10.1021/jp5040344

    59. [59]

      SIMION® Version 8.1. Scientific Instrument Services, Inc.TM 2011.

    60. [60]

      Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Scalmani, G.; Barone, V.; Mennucci, B.; Petersson, G. A.; et al. Gaussian 09, Revision A.01; Gaussian Inc.: Wallingford, CT, USA, 2009.

    61. [61]

      Tao, J.; Perdew, J. P.; Staroverov, V. N.; Scuseria, G. E. Phys. Rev. Lett. 2003, 91, 146401. doi: 10.1103/PhysRevLett.91.146401

    62. [62]

      Li, Z. -Y.; Li, H. -F.; Zhao, Y. -X.; He, S. -G. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 9437. doi: 10.1021/jacs.6b03940

    63. [63]

      Meng, J. -H.; He, S. -G. J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 3890. doi: 10.1021/jz502057n

    64. [64]

      Kanai, Y.; Wang, X.; Selloni, A.; Car, R. J. Chem. Phys. 2006, 125, 234104. doi: 10.1063/1.2403861

    65. [65]

      Krishnan, R.; Binkley, J. S.; Seeger, R.; Pople, J. A. J. Chem. Phys. 1980, 72, 650. doi: 10.1063/1.438955

    66. [66]

      Andrae, D.; Häuϐermann, U.; Dolg, M.; Stoll, H.; Preuϐ, H. Theor. Chim. Acta 1990, 77, 123. doi: 10.1007/bf01114537

    67. [67]

      Schlegel, H. B. J. Comput. Chem. 1982, 3, 214. doi: 10.1002/jcc.540030212

    68. [68]

      Berente, I.; Náray-Szabó, G. J. Phys. Chem. A 2006, 110, 772. doi: 10.1021/jp054116z

    69. [69]

      Gonzalez, C.; Schlegel, H. B. J. Chem. Phys. 1989, 90, 2154. doi: 10.1063/1.456010

    70. [70]

      Gonzalez, C.; Schlegel, H. B. J. Phys. Chem. 1990, 94, 5523. doi: 10.1021/j100377a021

    71. [71]

      Zhang, T.; Li, Z. -Y.; Zhang, M. -Q.; He, S. -G. J. Phys. Chem. A 2016, 120, 4285. doi: 10.1021/acs.jpca.6b03836

    72. [72]

      Lang, S. M.; Bernhardt, T. M.; Barnett, R. N.; Landman, U. Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 980. doi: 10.1002/anie.200905643

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  10
  • 文章访问数:  1179
  • HTML全文浏览量:  136
文章相关
  • 发布日期:  2020-01-15
  • 收稿日期:  2019-04-08
  • 接受日期:  2019-04-25
  • 修回日期:  2019-04-25
  • 网络出版日期:  2019-01-29
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章