Experimental Validation of Hydrogen Atom Transfer Gibbs Free Energy as a Predictor of Nitroaromatic Reduction Rate Constants

吉布斯自由能 反应速率常数 还原(数学) 氢原子 化学 热力学 传输(计算) 物理化学 物理 数学 动力学 有机化学 计算机科学 并行计算 量子力学 几何学 烷基
作者
Jimmy Murillo‐Gelvez,Kevin P. Hickey,Dominic M. Di Toro,Herbert E. Allen,Richard F. Carbonaro,Pei C. Chiu
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:53 (10): 5816-5827 被引量:28
标识
DOI:10.1021/acs.est.9b00910
摘要

Nitroaromatic compounds (NACs) are a class of prevalent contaminants. Abiotic reduction is an important fate process that initiates NAC degradation in the environment. Many linear free energy relationship (LFER) models have been developed to predict NAC reduction rates. Almost all LFERs to date utilize experimental aqueous-phase one-electron reduction potential ( EH1) of NAC as a predictor, and thus, their utility is limited by the availability of EH1 data. A promising new approach that utilizes computed hydrogen atom transfer (HAT) Gibbs free energy instead of EH1 as a predictor was recently proposed. In this study, we evaluated the feasibility of HAT energy for predicting NAC reduction rate constants. Using dithionite-reduced quinones, we measured the second-order rate constants for the reduction of seven NACs by three hydroquinones of different protonation states. We computed the gas-phase energies for HAT and electron affinity (EA) of NACs and established HAT- and EA-based LFERs for six hydroquinone species. The results suggest that HAT energy is a reliable predictor of NAC reduction rate constants and is superior to EA. This is the first independent, experimental validation of HAT-based LFER, a new approach that enables rate prediction for a broad range of structurally diverse NACs based solely on molecular structures.
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