The mechanism of alkaline hydrolysis of amides: A comparative computational and experimental study of the hydrolysis of N-methylacetamide, N-methylbenzamide, and acetanilide

Journal of Physical Organic Chemistry

Volumn 22, Issue 6, 2009, Pages 619-631

  Cheshmedzhieva, Diana ^a   Ilieva, Sonia ^a   Hadjieva, Boriana ^a   Galabov, Boris ^a  

^a UNIVERSITY OF SOFIA   (Bulgaria)

Author keywords

Ab initio computations; Amide; Base hydrolysis; Density functional theory computations; Reaction mechanism

Indexed keywords

AB INITIO COMPUTATIONS; ACTIVATION BARRIERS; ACTIVATION ENTHALPIES; ALKALINE HYDROLYSIS; AQUEOUS SOLUTIONS; BASE HYDROLYSIS; BULK SOLVENTS; DENSITY FUNCTIONAL THEORY COMPUTATIONS; EXPERIMENTAL KINETICS; EXPERIMENTAL STUDIES; EXPERIMENTAL VALUES; GAS PHASE PROCESS; INFLUENCE OF WATER; MECHANISTIC PATHWAYS; N-METHYLACETAMIDE; RATE-DETERMINING STAGES; REACTION COORDINATES; REACTION MECHANISM; ROLE OF WATER; SECONDARY AMIDES; SINGLE POINT; STATIONARY POINTS; THEORETICAL RESULT; TRANSITION STATE; WATER MOLECULE;

AMIDES; ELECTRONIC STRUCTURE; HYDROLYSIS; PETROLEUM REFINING;

DENSITY FUNCTIONAL THEORY;

EID: 67649968065     PISSN: 08943230     EISSN: 10991395     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/poc.1492     Document Type: Article

References (119)

1. R. S. Brown, in The Amide Linkage: Selected Structural Aspects in Chemistry, Biochemistry, and Materials Science (Ed.: C. M. Breneman, A. Greenberg, J. F. Liebman), Wiley Interscience, New York, 1999. p. 85.
2. M. L. Bender, Chem. Rev. 1960, 60, 53.
3. M. L. Bender, R. D. Ginger, K. C. Kemp, J. Am. Chem. Soc. 1954, 76, 3350.
4. P. M. Mader, J. Am. Chem. Soc. 1965, 87, 3191.
5. M. L. Bender, R. J. Thomas, J. Am. Chem. Soc. 1961, 8, 4183.
6. S. S. Biechler, R. W. Taft, J. Am. Chem. Soc. 1957, 79, 4927.
7. M.L. Bender, R.D. Ginger, J.P. Unik, J. Am. Chem. Soc. 1958, 80, 1044.
8. C. A. Bunton, D. N. Spatcher, J. Chem. Soc. 1956, 1079.
9. R. L. Schowen, G. W. Zuorick, J. Am. Chem. Soc. 1966, 88, 1223.
10. R.L. Schowen, H. Jayaraman, L. Kershner, J. Am. Chem. Soc. 1966, 88, 3373.
11. R. L. Schowen, H. Jayaraman, L. Kershner, G. W. Zuorick, J. Am. Chem. Soc. 1966, 88, 4008.
12. L. D. Kershner, R. L. Schowen, J. Am. Chem. Soc. 1971, 93 2014.
13. I.H. Williams, G.M. Maggiora, R.L. Schowen, J. Am. Chem. Soc. 1980, 102, 7831.
14. J. K. Young, S. Pazhanisamy, R. L. Schowen, J. Org. Chem. 1984, 49, 4148.
15. S. O. Eriksson, Acta Chem. Scand. 1966, 20, 1892.
16. S. O. Eriksson, Acta Chem. Scand. 1968, 22, 892.
17. S. O. Eriksson, Acta Pharm. Suecica. 1969, 6, 139.
18. R. M. Polack, M. L. Bender, J. Am. Chem. Soc. 1970, 92, 7190.
19. R. M. Polack, T. C. Dumsha, J. Am. Chem. Soc. 1973, 95, 4463.
20. R. H. DeWolfe, R. C. Newcomb, J. Org. Chem. 1971, 25, 3870.
21. J. P. Guthrie, J. Am. Chem. Soc. 1974, 96, 3608.
22. K. Bowden, K. Bromley, J. Chem. Soc Perkin Trans. 1990, 2, 2103.
23. H. Slebocka-Tilk, A. J. Bennet, H. J. Hogg, R. S. Brown, J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 1288.
24. H. Slebocka-Tilk, F. Sauriol, M. Monette, R. S. Brown, Can. J. Chem. 2002, 80, 1343.
25. H. Slebocka-Tilk, A. Neverov, R. S. Brown, J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 1851.
26. H. Slebocka-Tilk, A. J. Bennet, J. W. Keillor, J. P. Brown, R. S. Gutrie, A. Jodhan, J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 8507.
27. R. S. Brown, A. J. Bennet, H. Slebocka-Tilk, Acc. Chem. Res. 1992, 25, 481.
28. J. F. Marlier, J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 5953.
29. J. F. Marlier, N. C. Dopke, K. R. Johnstone, T. J. Wirdzig, J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 4356.
30. P. D. Bolton, Aust. J. Chem. 1966, 19, 1013.
31. P. D. Bolton, G. L. Jackson, Aust. J. Chem. 1971, 24, 969.
32. V. Gani, P. Viout, Tetrahedron 1976, 32, 1669.
33. C. A. Bunton, B. Nayak, C. O'Connor, J. Org. Chem. 1968, 33, 572.
34. T. Sotomasu, T. Fujita, J. Org. Chem. 1989, 54, 4443.
35. R. A. Cox, K. Yates, Can. J. Chem. 1981, 59, 1391.
36. I. Meloche, K. J. Laidler, J Am. Chem. Soc. 1951, 73, 1712.
37. U. Meresaar, L. Bratt, Acta Chem. Scand. A 1974, 28, 751.
38. G. M. Blackburn, D. J. Plackett, J. Chem. Soc. Perkin Trans. 2. 1972, 1366.
39. G. M. Blackburn, C. J. Skaife, I. T. Kay, J. Chem. Res. 1988, 294.
40. N. J. Buurma, M. J. Blandamer, J. B. F. N. Engberts, J. Phys. Org. Chem. 2003, 16, 438.
41. T. H. Fife, R. Bembi, J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 11358.
42. W. J. Tenn III, N. L. French, R. W. Nagorski, Org. Lett. 2003, 3, 75.
43. R. M. Smith, D. E. Hansen, J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 8910.
44. H. B. Burgi, J. D. Dunitz, J. M. Lehn, G. Wipff, Tetrahedron 1974, 30, 1563.
45. G. Alagona, E. Scrocco, J. Tomasi, J. Am. Chem. Soc. 1975, 97, 6976.
46. S. Scheiner, W. N. Lipscomb, D. A. Kleier, J. Am. Chem. Soc. 1976, 98, 4770.
47. G. M. Maggiora, I. H. Williams, J. Mol. Struct. (Theochem.) 1982 88, 23.
48. J. D. Madura, W. L. Jorgensen, J. Am. Chem. Soc. 1986, 108, 2517.
49. O. N. Ventura, E. L. Coitino, A. Lledos, J. Bertran, J. Comp. Chem. 1992, 13, 1037.
50. K. Hori, A. Kamimura, K. Ando, M. Mizumura, Y. Ihara, Tetrahedron 1988, 53, 4317.
51. K. Hori, Y. Hashitani, Y. Kaku, K. Ohkubo, J. Mol. Struct. (Theochem.) 1999, 461-462, 589.
52. J. P. Krug, P. L. A. Popelier, R. F. W. Bader, J. Phys. Chem. 1992, 96, 7604.
53. J. S. Francisco, I. H. Williams, J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 3746.
54. S. Antonczak, M. F. Ruiz-Lopez, J. L. Rivail, J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 3912.
55. S. Antonczak, M. F. Ruiz-Lopez, J. L. Rivail, J. Mol. Model. 1997, 3, 434.
56. S. Antonczak, G. Monard, M. F. Ruiz-Lopez, J. L. Rivail, J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 8825.
57. S. J. Weiner, U. C. Singh, P. A. Kollman, J. Am. Chem. Soc. 1985, 107, 2219.
58. A. E. Howard, P. A. Kollman, J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 7195.
59. D. Bakowies, P. A. Kollman, J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 5712.
60. S. Chalmet, W Harb, M. F. Ruiz-López, J. Phys. Chem. A. 2001, 105, 11574.
61. M. Strajbl, J. Florian, A. Warshel, J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 5354.
62. D. Zahn, Chem. Phys. Lett. 2004, 383, 134.
63. D. Zahn, Chem. Phys. 2004, 300, 79.
64. D. Zahn, J. Phys. Chem. B 2003, 107, 12303.
65. D. Zahn, Eur. J. Org. Chem. 2004, 10, 4020.
66. V. A. Basiuk, H. M. Montiel, Adv. Space Res. 2005, 36, 209.
67. J. F. O'Brien, J. Pranata, J. Phys. Chem. 1995, 99, 12759.
68. Y. J. Zheng, R. L. Ornstein, J. Mol. Struct. (Theochem.) 1998, 41, 429.
69. Y. Xiong, C. Zhan, J. Phys. Chem. A 2006, 110, 12644.
70. J. Pitarch, M. F. Ruiz-Lopez, J. L. Pascual-Ahuir, E. Silla, I. Tunon, J. Phys. Chem. B 1997, 101, 3581.
71. J. Pitarch, M. F. Ruiz-Lopez, E. Silla, J. L. Pascual-Ahuir, I. Tunon, J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 2146.
72. J. Pitarch, J. L. Pascual-Ahuir, E. Silla, I. Tunon, V. Moliner, J. Chem. Soc. Perkin Trans. 2. 1999, 1351.
73. J. Pitarch, J. L. Pascual-Ahuir, E. Silla, I. Tunon, M. F. Ruiz-Lopez, C. Millot, J. Bertran, Theor. Chem. Acc. 1999, 101, 336.
74. L. Gorb, A. Asensio, I. Tuñón, M. F. Ruiz-López, Chem Eur. J. 2005, 11, 6743.
75. X. Lopez, J. I. Mujika, G. M. Blackburn, M. Karplus, J. Phys. Chem. A 2003, 107, 2304.
76. J. I. Mujika, J. M. Mercero, X. Lopez, J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 4445.
77. D. Cheshmedzhieva, S. Ilieva, B. Galabov, J. Mol. Struct. (Theochem.) 2004, 681, 105.
78. B. Galabov, D. Cheshmedzhieva, S. Ilieva, B. Hadjieva, J. Phys. Chem. A 2004, 108, 11457.
79. J. R. Pliego Jr., J. M. Riveros, Chem Eur. J. 2002, 8, 1945.
80. J. R. Pliego Jr., Chem. Phys. 2004, 306, 273.
81. J. Blumberger, M. Klein, Chem. Phys. Lett. 2006, 422, 210.
82. B. Kallies, R. Mitzner, J. Mol. Model. 1998, 4, 183.
83. M. Cascella, S. Raugei, P. Carloni, J. Phys. Chem. B 2004, 108, 369.
84. V. Pelmenschnikov, M. R. A. Blomberg, P. E. M. Siegbahn, J. Biol. Inorg. Chem. 2002, 7, 284.
85. G. A. Petersson, T. G. Tensfeldt, J. A. Montgomery Jr., J. Chem. Phys. 1991, 94, 6091.
86. A. D. Becke, J. Chem. Phys. 1993, 98, 5648.
87. C. W Lee, R. G. Yang Parr, Phys. Rev. B 1988, 37, 785.
88. T. Clark, J. Chandrasekhar, G. W Spitznagel, P. V. R. Schleyer, J. Comp. Chem. 1983, 4, 294.
89. C. Peng, P. Y. Ayala, H. B. Schlegel, M. J. Frisch, J. Comp. Chem. 1996, 17, 49.
90. W J. Hehre, L. Radom, P. V. R. Schleyer, J. Pople, in Ab Initio Molecular Orbital Theory, Wiley Interscience, New York, 1986. p. 63.
91. C. Gonzalez, H. B. Schlegel, J. Chem. Phys. 1989, 90, 2154.
92. M. J. Frisch, G. W Trucks, H. B. Schlegel, G. E. Scuseria, M. A. Robb, J. R. Cheeseman, V. G. Zakrzewski, J. A. Montgomery, Jr., R. E. Stratmann, J. C. Burant, S. Dapprich, J. M. Millam, A. D. Daniels, K. N. Kudin, M. C. Strain, O. Farkas, J. Tomasi, V. Barone, M. Cossi, R. Cammi, B. Mennucci, C. Pomelli, C. Adamo, S. Clifford, J. Ochterski, G. A. Petersson, P. Y. Ayala, Q. Cui, K. Morokuma, D. K. Malick, A. D. Rabuck, K. Raghavachari, J. B. Foresman, J. Cioslowski, J. V. Ortiz, A. G. Baboul, B. B. Stefanov, G. Liu, A. Liashenko, P. Piskorz, I. Komaromi, R. Gomperts, R. L. Martin, D. J. Fox, T. Keith, M. A. Al-Laham, C. Y. Peng, A. Nanayakkara, C. Gonzalez, M. Challacombe, P. M. W Gill, B. Johnson, W. Chen, M. W. Wong, J. L. Andres, C. Gonzalez, M. Head-Gordon, E. S. Replogle, J. A. Pople, Gaussian 98 (Revision A.7); Gaussian, Inc.: Pittsburgh, PA. 1998.
93. E. Cances, B. Mennucci, J. Tomasi, J. Chem. Phys. 1997, 107, 3032.
94. J. Tomasi, M. Persico, Chem. Rev. 1994, 94. 2027.
95. M. J. Frisch, G. W Trucks, H. B. Schlegel, G. E. Scuseria, M. A. Robb, J. R. Cheeseman, J. A. Montgomery Jr., T. Vreven, K. N. Kudin, J. C. Burant, J. M. Millam, S. S. Iyengar, J. Tomasi, V. Barone, B. Mennucci, M. Cossi, G. Scalmani, N. Rega, G. A. Petersson, H. Nakatsuji, M. Hada, M. Ehara, K. Toyota, R. Fukuda, J. Hasegawa, M. Ishida, T. Nakajima, Y. Honda, O. Kitao, H. Nakai, M. Klene, X. Li, J. E. Knox, H. P. Hratchian, J. B. Cross, C. Adamo, J. Jaramillo, R. Gomperts, R. E. Stratmann, O. Yazyev, A. J. Austin, R. Cammi, C. Pomelli, J. W Ochterski, P. Y. Ayala, K. Morokuma, G. A. Voth, P. Salvador, J. J. Dannenberg, V. G. Zakrzewski, S. Dapprich, A. D. Daniels, M. C. Strain, O. Farkas, D. K. Malick, A. D. Rabuck, K. Raghavachari, J. B. Foresman, J. V. Ortiz, Q. Cui, A. G. Baboul, S. Clifford, J. Cioslowski, B. B. Stefanov, G. Liu, A. Liashenko, P. Piskorz, I. Komaromi, R. L. Martin, D. J. Fox, T. Keith, M. A. Al-Laham, C. Y. Peng, A. Nanayakkara, M. Challacombe, P. M. W Gill, B. Johnson, W Chen, M. W. Wong, C. Gonzalez, J. A. Pople, Gaussian 03 (Revision A. 1), Gaussian Inc., Pittsburgh PA. 2003.
96. A. K. Rappe, C. J. Casewit, K. S. Colwell, W A. Goddard, III, W M. Skiff, J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 10024.
97. C. Moller, M. S. Plesset, Phys. Rev. 1934, 46, 618.
98. J. A. Pople, J. S. Binkley, R. Seeger, Int. J. Quantum Chem. Symp. 1976, 10, 1.
99. R. Krishnan, J. A. Pople, Int. J. Quantum Chem. 1978, 14, 91.
100. R. Krishnan, M. J. Frisch, J. A. Pople, J. Chem. Phys. 1980, 72, 4244.
101. K. Raghavachari, J. A. Pople, E. S. Replogle, M. Head-Gordon, J. Phys. Chem. 1990, 94, 5579.
102. R. Krishnan, J. S. Binkley, R. Seeger, J. A. Pople, J. Chem. Phys. 1980, 72, 650.
103. K. Vierordt, Die Anwendung d. Spektralapparates zur Photometrie der Absorptionsspektren und zur quantitativen chemischen Analyse, Teu-bingen. 1873, p. 28.
104. V. Pelmenschnikov, P. E. M. Siegbahn, Inorg. Chem. 2002, 41, 5659.
105. Y. V. Moiseev, E. Y. Bakhrakh, M. I. Vinnik, Zh. Fiz. Khim. (Russ.) 1963, 37, 784.
106. J. R. Pliego Jr., J. M. Riveros, J. Phys. Chem. A 2001, 105, 7241.
107. J. R. Pliego Jr., J. M. Riveros, J. Phys. Chem. A 2002, 106, 7434.
108. A. E. Reed, L. A. Curtiss, F. Weinhold, Chem. Rev. 1988, 88, 899.
109. J. E. Carpenter, F. Weinhold, J. Mol. Struct. (Theochem.) 1988, 169, 41.
110. E. D. Glendening, A. E. Reed, J. E. Carpenter, F. Weinhold, NBO Version 3.1.
111. E. B. Wilson Jr., J. Chem. Phys. 1962, 36, 2232.
112. P. Politzer, in Chemical Applications of Atomic and Molecular Electrostatic Potentials (Eds.: P. Politzer, D. G. Truhlar), Plenum Press, New York. 1981, p. 7.
113. P. Bobadova-Parvanova, B. Galabov, J. Phys. Chem. A 1998, 102, 1815.
114. B. Galabov, P. Bobadova-Parvanova, J. Phys. Chem. A 1999, 103, 6793.
115. V. Dimitrova, S. Ilieva, B. Galabov, J. Phys. Chem. A 2002, 106, 11801.
116. B. Galabov, P. Bobadova-Parvanova, S. Ilieva, V. Dimitrova, J. Mol. Struct. (Theochem.) 2003, 630, 101.
117. B. Galabov, S. Ilieva, H. F. Schaefer, J. Org. Chem. 2006, 71, 6382.
118. B. Galabov, S. Ilieva, B. Hadjieva, Y. Atanassov, H. F. Schaefer, J. Phys. Chem. A 2008, 112, 6700.
119. B. Galabov, V. Nikolova, J. J. Wilke, H. F. Schaefer, W D. Allen, J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 9887.