A Mechanistic Investigation of Ethylene Oxide Hydrolysis to Ethanediol

化学 SN2反应 环氧化物 环氧乙烷 氢氧化物 异构化 碱性水解 亲核细胞 水溶液 脱质子化 催化作用 水解 分子 亲核取代 无机化学 光化学 药物化学 有机化学 离子 聚合物 共聚物
作者
Angelica Lundin,Itai Panas,Elisabet Ahlberg
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry A [American Chemical Society]
卷期号:111 (37): 9087-9092 被引量:28
标识
DOI:10.1021/jp073285b
摘要

The B3LYP/6-311+G(d,p) description is employed to study the heterolytic ring opening mechanisms under microsolvation conditions for ethylene oxide in acidic, neutral, and alkaline environments. In acid and alkaline media, a concerted trans SN2 reaction is strongly favored as compared to the corresponding cis reaction. The importance of the nucleophile, water in acidic media and hydroxide ion in alkaline media, for lowering the activation enthalpy is emphasized and activation energies of ∼80 and ∼60 kJ mol-1 are obtained under acid and alkaline conditions, respectively. Under neutral conditions, the trans SN2 mechanism becomes inaccessible because it invokes the formation of a transient H+ and OH- pair across the 1,2-ethanediol molecule. Rather, epoxide ring opening is achieved by hydrolysis of a single water molecule. The latter mechanism displays significantly greater activation enthaply (205 kJ mol-1) than those in acid and alkaline environments. This is in agreement with experiment. Product distributions of simple olefins in neutral aqueous media, as well as the detrimental impact of acid/base conditions for the selectivity of epoxidation catalysts in aqueous media, are discussed.

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