Quantum-Chemical Study of Catalysis in the Reaction of N,O-Dimethyl Carbamate with Methylamine

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Non-catalytic and sodium acetate and sodium methoxide catalyzed reactions of N,O-dimethyl carbamate with methylamine were studied using quantum-chemical hybrid density functional methods M06 and B3LYP. All interactions proceed through concerted cyclic transition states. Non-catalytic and sodium acetate-catalyzed reactions are characterized by a large activation free energy barrier. The transformation catalyzed by sodium methoxide is characterized by a negative enthalpy of activation and a low free energy of activation.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A. Y. Samuilov

Kazan National Research Technological University

Email: ysamuilov@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-7763-8326
Russian Federation, Kazan, 420015

E. P. Kozhanova

Kazan National Research Technological University

Email: ysamuilov@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0004-6676-9629
Russian Federation, Kazan, 420015

Y. D. Samuilov

Kazan National Research Technological University

Author for correspondence.
Email: ysamuilov@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-5943-7448
Russian Federation, Kazan, 420015

References

  1. Polyurea: Synthesis, Properties, Composites, Production, and Applications / Eds. P. Pasbakhsh, D. Mohotti, K. Palaniandy, Sh. Ambarine, B. Auckloo. Amsterdam: Elsevier, 2023. 430 p.
  2. Toader G., Rusen E., Teodorescu M., Diacon A., Stanescu P.O., Rotariu T., Rotariu A. // J. Appl. Polym. Sci. 2016. Vol. 133. N 38. P. 43967. doi: 10.1002/app.43967
  3. Zhang R., Huang W., Lyu P., Yan S., Wang X., Ju J. // Polymers. 2022. Vol. 14. N 13. P. 2670. doi: 10.3390/polym14132670
  4. Wu G., Wang X., Wang Y., Ji C., Zhao C. // Mater. Des. 2022. Vol. 224. P. 111371. doi 10.1016/ j.matdes.2022.111371
  5. Luo Y., Pu K., Gao J., Zhou Y., Wan J., Bai X. // J. Appl. Polym. Sci. 2024. Vol. 141. N 18. P. e55304. doi: 10.1002/app.55304
  6. Lai W., Qin B., Xu J.F., Zhang X. // J. Polym. Sci. 2024. Vol. 62. N 5. P. 900. doi: 10.1002/pol.20230455
  7. Luo J., Wang T., Sim C., Li Y. // Polymers. 2022. Vol. 14. N 14. P. 2808. doi: 10.3390/polym14142808
  8. Toader G., Diacon A., Axinte S.M., Mocanu A., Rusen E. // Polymers. 2024. Vol. 16. N 4. P. 454. doi: 10.3390/polym16040454
  9. Iqbal N., Kumar D., Roy P.K. // J. Appl. Polym. Sci. 2018. Vol. 135. N 40. P. 46730. doi: 10.1002/app.46730
  10. Isocyanates: Sampling, Analysis, and Health Effects / Eds. J. Lesage, I. DeGraff, R. Danchik. West Conshohocken: ASTM International, 2001. 133 p.
  11. Shi R., Jiang S., Cheng H., Wu P., Zhang C., Arai M., Zhao F. // ACS Sust. Chem. Eng. 2020. Vol. 8. N 50. P. 18626. doi: 10.1021/acssuschemeng.0c06911
  12. Lin C., Xie K., Tang D. // J. Appl. Polym. Sci. 2022. Vol. 139. N 28. P. e52513. doi: 10.1002/app.52513
  13. Zheng L., Xi Q., Hu G., Wang B., Song D., Zhang Y., Liu Y. // Polymers. 2024. Vol. 16. N 7. P. 993. doi: 10.3390/polym16070993
  14. Tundo P., Arico F. // ChemSusChem. 2023. Vol. 16. N 23. P. e202300748. doi: 10.1002/cssc.202300748
  15. Verma K., Sharma A., Singh J., Badru R. // Sustain. Chem. Pharm. 2023. Vol. 33. P. 101117. doi 10.1016/ j.scp.2023.101117
  16. Самуилов А.Я., Алекбавев Д.Р., Самуилов Я.Д. // ЖOpХ. 2018. Т. 54. № 10. С. 1441; Samuilov A.Y., Alekbaev D.R., Samuilov Y.D. // Russ. J. Org. Chem. 2018. Vol. 54. N 10. P. 1453. doi: 10.1134/S1070428018100032
  17. Самуилов А.Я., Самуилов Я.Д. // ЖФХ. 2022. Т. 96. № 2. С. 205; Samuilov A.Y., Samuilov Y.D. // Russ. J. Phys. Chem. (A). 2022. Vol. 96. N 2. P. 293. doi: 10.1134/S0036024422020248
  18. Ma S., Liu C., Sablong R.J., Noordover B.A., Hensen E.J., van Benthem R.A., Koning C.E. // ACS Catal. 2016. Vol. 6. N 10. P. 6883. doi: 10.1021/acscatal.6b01673
  19. Ban J.L., Li S.Q., Yi C.F., Zhao J.B., Zhang Z.Y., Zhang J.Y. // Chin. Polym. Sci. 2019. Vol. 37. P. 43. doi: 10.1007/s10118-018-2165-0
  20. Rhoné B., Semetey V. // Synlett. 2017. Vol. 28. N 15. P. 2004. doi: 10.1055/s-0036-1588866
  21. Zhao L., Semetey V. // ACS Omega. 2021. Vol. 6. N 6. P. 4175. doi: 10.1021/acsomega.0c04855
  22. Bakkali-Hassani C., Berne D., Ladmiral V., Caillol S. // Macromolecules. 2022. Vol. 55. N 18. P. 7974. doi: 10.1021/acs.macromol.2c01184
  23. Alam M.M., Varala R., Seema V. // Mini-Rev. Org. Chem. 2024. Vol. 21. N 5. P. 555. doi: 10.2174/1570193X20666230507213511
  24. Kožený V., Mindl J., Štěrba V. // Chem. Pap. 1997. Vol. 51. N 1. P. 29.
  25. Prachi R., Tanwar D.K., Gill M.S. // SynOpen. 2023. Vol. 7. N 4. P. 555. doi: 10.1055/a-2157-5925
  26. Ohshima T., Hayashi Y., Agura K., Fujii Y., Yoshiyama A., Mashima K. // Chem. Commun. 2012. Vol. 48. N 44. P. 5434. doi: 10.1039/c2cc32153j
  27. 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., Nakatsuji H., Caricato M., Li X., Hratchian H.P., Izmaylov A.F., Bloino J., Zheng G., Sonnenberg J.L., Hada M., Ehara M., Toyota K., Fukuda R., Hasegawa J., Ishida M., Nakajima T., Honda Y., Kitao O., Nakai H., Vreven T., Montgomery J.A., Jr., Peralta J.E., Ogliaro F., Bearpark M., Heyd J.J., Brothers E., Kudin K.N., Staroverov V.N., Keith T., Kobayashi R., Normand J., Raghavachari K., Rendell A., Burant J.C., Iyengar S.S., Tomasi J., Cossi M., Rega N., Millam J.M., Klene M., Knox J.E., Cross J.B., Bakken V., Adamo C., Jaramillo J., Gomperts R., Stratmann R.E., Yazyev O., Austin A.J., Cammi R., Pomelli C., Ochterski J.W., Martin R.L., Morokuma K., Zakrzewski V.G., Voth G.A., Salvador P., Dannenberg J.J., Dapprich S., Daniels A.D., Farkas Ö., Foresman J.B., Ortiz J.V., Cioslowski J., Fox D.J. Gaussian 09. Revision A.1. Gaussian Inc, Wallingford, 2009.
  28. Sholl D.S., Steckel J.A. Density Functional Theory: A Practical Introduction. Hoboken: John Wiley & Sons, 2023. 224 p.
  29. Density Functional Theory: Modeling, Mathematical Analysis, Computational Methods, and Applications / Eds. E. Cancès, G. Friesecke. Cham: Springer, 2023. 580 p.
  30. Wynne‐Jones W.F.K., Eyring H. // J. Chem. Phys. 1935. Vol. 3. N 8. P. 492. doi: 10.1063/1.1749713

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Ball-rod models of intermediates IM1, IM2 and the TS1 transition state in the reaction of N,O-dimethyl carbamate with methylamine. Calculation data M06/6-311++G(df, p).

Download (122KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Ball-rod models of intermediates IM3, IM4, and the TS2 transition state in the zinc acetate-catalyzed reaction of N,O-dimethicarbamate with methylamine. Calculation data M06/6-311++G(df, p).

Download (184KB)
Indexing metadata
4. 3. Ball-rod models of AM5, AM6 intermediates and S3 transition state in the sodium methylate-catalyzed reaction of N,O-dimethicarbamate with methylamine. Calculation data M06/6-311++G(df, p).

Download (147KB)
Indexing metadata
5. Scheme 1.

Download (10KB)
Indexing metadata
6. Scheme 2.

Download (12KB)
Indexing metadata
7. Scheme 3.

Download (14KB)
Indexing metadata
8. Scheme 4.

Download (6KB)
Indexing metadata
9. Scheme 5.

Download (38KB)
Indexing metadata
10. Scheme 6.

Download (55KB)
Indexing metadata
11. Scheme 7.

Download (44KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».