A combined quantum-chemical and RRKM/ME (ME—master equation) approach is employed to investigate the structures, energetics, and kinetics of intermediate and stable species, and the yields of stabilized carbonyl oxides and OH radicals from the α-pinene and β-pinene ozonolysis reactions. The cycloaddition of O3 is highly exothermic, with the reaction energies of 55.1 and 51.1kcalmol1 for α- and β-pinenes, respectively. Cleavage of primary ozonides yields carbonyl oxides with the barrier height of 12.217.5kcalmol1. For the prompt reactions of carbonyl oxides from α- and β-pinene ozonolysis, H migration to hydroperoxides represents the dominant pathway over ring closure to dioxiranes. The kinetic calculations indicate a significant portion of stabilization for α- and β-carbonyl oxides. The yields of stabilized carbonyl oxides are estimated to be 0.34 for α-pinene and 0.22 for β-pinene. The applicability of theoretical methods for investigation of oxidation reactions of large hydrocarbon molecules is demonstrated.

1.
A.
Guenther
,
C. N.
Hewitt
,
D.
Erickson
 et al.,
J. Geophys. Res.
100
,
8873
(
1995
).
2.
R. J.
Atkinson
,
J. Phys. Chem. Ref. Data
2
,
1
(
1994
);
J. J.
Orlando
,
G. S.
Tyndall
, and
T. J.
Wallington
,
Chem. Rev. (Washington, D.C.)
103
,
4657
(
2003
).
3.
S. E.
Paulson
and
J. J.
Orlando
,
Geophys. Res. Lett.
23
,
3727
(
1996
);
P.
Di Carlo
,
W. H.
Brune
,
M.
Martinez
 et al.,
Science
304
,
5671
(
2004
).
4.
F. W.
Went
,
Nature (London)
187
,
641
(
1960
);
T.
Hoffmann
,
J. R.
Odum
,
F.
Bowman
,
D.
Collins
,
D.
Klockow
,
R. C.
Flagan
, and
J. H.
Seinfeld
,
J. Atmos. Chem.
26
,
189
(
1997
);
R.
Zhang
,
I.
Suh
,
J.
Zhao
,
D.
Zhang
,
E. C.
Fortner
,
X.
Tie
,
L. T.
Molina
, and
M. J.
Molina
,
Science
304
,
1487
(
2004
).
[PubMed]
5.
S.
Hatakeyama
,
K.
Izumi
,
T.
Fukuyama
, and
H.
Akimoto
,
J. Geophys. Res.
94
,
13013
(
1989
).
6.
A. S.
Hasson
,
A. W.
Ho
,
K. T.
Kuwata
, and
S. E.
Paulson
,
J. Geophys. Res.
106
,
34143
(
2001
).
7.
J.
Baker
,
S. M.
Aschmann
,
J.
Arey
, and
R.
Atkinson
,
Int. J. Chem. Kinet.
34
,
73
(
2002
).
8.
L. A.
Ripperton
,
H. E.
Jeffries
, and
O.
White
,
Adv. Chem. Ser.
113
,
219
(
1972
).
9.
S. M.
Japar
,
C. H.
Wu
, and
H.
Niki
,
Environ. Lett.
7
,
245
(
1974
).
10.
E. P.
Grimsrud
,
H. H.
Westberg
, and
R. A.
Rasmussen
,
Int. J. Chem. Kinet.
1
,
183
(
1975
).
11.
R.
Atkinson
,
A. M.
Winer
, and
J. N.
Pitts
,Jr.
,
Atmos. Environ.
16
,
1017
(
1982
);
R.
Atkinson
,
D.
Hasegawa
, and
S. M.
Aschmann
,
Int. J. Chem. Kinet.
22
,
871
(
1990
).
12.
M.
Witter
,
T.
Berndt
,
O.
Böge
,
F.
Stratmann
, and
J.
Heintzenberg
,
Int. J. Chem. Kinet.
34
,
394
(
2002
).
13.
F.
Nolting
,
W.
Behnke
, and
C.
Zetzsch
,
J. Atmos. Chem.
6
,
47
(
1988
).
14.
D.
Grosjean
,
E. L.
Williams
,
E.
Grosjean
,
J. M.
Andino
, and
J. H.
Seinfeld
,
Environ. Sci. Technol.
27
,
2754
(
1993
).
15.
V. G.
Khamaganov
and
R. A.
Hites
,
J. Phys. Chem.
105
,
815
(
2001
).
16.
Z. R.
Liu
and
D.
Hu
,
Spectrosc. Spectral Anal. (Beijing)
21
,
585
(
2001
).
17.
R.
Atkinson
,
S. M.
Aschmann
,
J.
Arey
, and
B.
Shorees
,
J. Geophys. Res.
97
,
6065
(
1992
).
18.
S. E.
Paulson
,
M.
Chung
,
A. D.
Sen
, and
G.
Orzechowska
,
J. Geophys. Res.
103
,
25533
(
1998
).
19.
A. R.
Rickard
,
D.
Johnson
,
C. D.
McGill
, and
G.
Marston
,
J. Phys. Chem.
103
,
7657
(
1999
).
20.
R.
Winterhalter
,
P.
Neeb
,
D.
Grossmann
,
A.
Kolloff
,
O.
Horie
, and
G.
Moortgat
,
J. Atmos. Chem.
35
,
165
(
2000
).
21.
M.
Siese
,
K. H.
Becker
,
K. J.
Brockmann
,
H.
Geiger
,
A.
Hofzumahaus
,
F.
Holland
,
D.
Mihelcic
, and
K.
Wirtz
,
Environ. Sci. Technol.
35
,
4660
(
2001
).
22.
S. M.
Aschmann
,
E. C.
Tuazon
,
J.
Arey
, and
R.
Atkinson
,
J. Phys. Chem. A
107
,
2247
(
2003
).
23.
T.
Berndt
,
O.
Boge
, and
F.
Stratmann
,
Atmos. Environ.
37
,
3933
(
2003
).
24.
Y.
Yokouchi
and
Y.
Ambe
,
Atmos. Environ.
19
,
1271
(
1985
).
25.
S.
Hatakeyama
and
H.
Akimoto
,
Res. Chem. Intermed.
20
,
503
(
1994
).
26.
A.
Alvarado
,
E. C.
Tuazon
, and
S. M.
Aschmann
,
J. Geophys. Res.
103
,
25541
(
1998
).
27.
W.
Schrader
,
J.
Geiger
,
T.
Hoffmann
,
D.
Klockow
and
E.-H.
Korte
,
J. Chromatogr., A
864
,
299
(
1999
).
28.
A.
Calogirou
,
B. R.
Larsen
, and
D.
Kotzias
,
Atmos. Environ.
33
,
1423
(
1999
).
29.
B.
Warscheid
and
T.
Hoffmann
,
Atmos. Environ.
35
,
2927
(
2001
).
30.
J.
Fick
,
L.
Pommer
,
C.
Nilsson
, and
B.
Andersson
,
Atmos. Environ.
37
,
4087
(
2003
).
31.
J.
Yu
,
D. R.
Cocker
, III
,
R. J.
Griffin
,
R. C.
Flagan
, and
J. H.
Seinfeld
,
J. Atmos. Chem.
34
,
207
(
1999
).
32.
H.
Hakola
,
J.
Arey
,
S. M.
Aschmann
, and
R.
Atkinson
,
J. Atmos. Chem.
18
,
75
(
1994
).
33.
L.
Ruppert
,
K. H.
Becker
,
B.
Nozière
, and
M.
Spittler
, in
Transport and Chemical Transformation in the Troposphere. Proceedings of the EUROTRAC-2 Symposium ‘98
, edited by
P. M.
Borrell
and
P.
Borrell
(
WIT
, Southampton, UK,
1999
), p.
63
.
34.
J.
Fick
,
L.
Pommer
,
B.
Andersson
, and
C.
Nilsson
,
Atmos. Environ.
36
,
3299
(
2002
).
35.
D.
Cremer
,
J. Chem. Phys.
70
,
1911
(
1979
).
36.
D.
Cremer
,
E.
Kraka
,
M.
McKee
, and
T. P.
Radhakrishnan
,
Chem. Phys. Lett.
187
,
491
(
1991
);
D.
Cremer
,
J.
Gauss
,
E.
Kraka
,
J. F.
Stanton
, and
R. J.
Bartlett
,
Chem. Phys. Lett.
209
,
547
(
1993
).
37.
R.
Gutbrod
,
E.
Kraka
,
R. N.
Schindler
, and
D.
Cremer
,
J. Am. Chem. Soc.
119
,
7330
(
1997
).
38.
M.
Olzmann
,
E.
Kraka
,
D.
Cremer
,
R.
Gutbrod
, and
S.
Andersson
,
J. Phys. Chem.
101
,
9421
(
1997
).
39.
J. M.
Anglada
,
R.
Crehuet
, and
J. M.
Bofill
,
Chem.-Eur. J.
5
,
1809
(
1999
).
40.
P.
Aplincourt
and
M. F.
Ruiz-Lopez
,
J. Am. Chem. Soc.
122
,
8990
(
2000
).
41.
J. D.
Fenske
,
A. S.
Hasson
,
S. E.
Paulson
,
K. T.
Kuwata
,
A.
Ho
, and
K. N.
Houk
,
J. Phys. Chem.
104
,
7821
(
2000
);
J. D.
Fenske
,
K. T.
Kuwata
,
K. N.
Houk
, and
S. E.
Paulson
,
J. Phys. Chem.
104
,
7246
(
2000
).
42.
J. H.
Kroll
,
S. R.
Sahay
,
J. G.
Anderson
,
K. L.
Demerjian
, and
N. M.
Donahue
,
J. Phys. Chem.
105
,
4446
(
2001
).
43.
D.
Zhang
and
R.
Zhang
,
J. Am. Chem. Soc.
124
,
2692
(
2002
).
44.
D.
Zhang
,
W.
Lei
, and
R.
Zhang
,
Chem. Phys. Lett.
358
,
171
(
2002
).
45.
M. J.
Frisch
,
G. W.
Trucks
,
H. B.
Schlegel
 et al., GAUSSIAN 98, Revision D.3,
Gaussian, Inc.
, Pittsburg, PA,
1998
.
46.
R.
Gutbrod
,
R. N.
Schondler
,
E.
Kraka
, and
D.
Cremer
,
Chem. Phys. Lett.
252
,
221
(
1996
).
47.
W.
Lei
,
A.
Derecskei-Kovacs
, and
R.
Zhang
,
J. Chem. Phys.
113
,
5354
(
2000
);
W.
Lei
and
R.
Zhang
,
J. Chem. Phys.
113
,
153
(
2000
);
W.
Lei
and
R.
Zhang
,
J. Phys. Chem.
105
,
3808
(
2001
);
I.
Suh
,
W.
Lei
, and
R.
Zhang
,
J. Phys. Chem.
105
,
6471
(
2001
).
48.
S. E.
Stein
and
B. S.
Rabinovitch
,
J. Chem. Phys.
58
,
2438
(
1974
);
K.
Holbrook
,
M.
Pilling
, and
S.
Robertson
,
Unimolecular Reaction
(
Wiley
, New York,
1996
).
49.
W.
Lei
,
D.
Zhang
,
R.
Zhang
,
L. T.
Molina
, and
M. J.
Molina
,
Chem. Phys. Lett.
357
,
45
(
2002
);
D.
Zhang
,
R.
Zhang
,
J.
Park
, and
S. W.
North
,
J. Am. Chem. Soc.
124
,
9600
(
2002
);
[PubMed]
D.
Zhang
and
R.
Zhang
,
J. Chem. Phys.
116
,
9721
(
2002
);
I.
Suh
,
R.
Zhang
,
L. T.
Molina
, and
M. J.
Molina
,
J. Am. Chem. Soc.
125
,
12655
(
2003
);
[PubMed]
J.
Zhao
,
R.
Zhang
, and
S. W.
North
,
Chem. Phys. Lett.
369
,
204
(
2003
).
50.
D.
Cremer
and
J. A.
Pople
,
J. Am. Chem. Soc.
97
,
1354
(
1975
).
51.
M. L.
McKee
and
C. M.
Rohlfing
,
J. Am. Chem. Soc.
111
,
2497
(
1989
).
52.
C. W.
Gillies
,
J. Z.
Gillies
,
R. D.
Suenram
,
F. J.
Lovas
,
E.
Kraka
, and
D.
Cremer
,
J. Am. Chem. Soc.
113
,
2412
(
1991
).
53.
R. O.
Jones
and
O.
Gunnarsson
,
Rev. Mod. Phys.
61
,
689
(
1989
).
54.
S.
Kristyan
and
P.
Pulay
,
Chem. Phys. Lett.
229
,
175
(
1994
).
55.
Y.
Anderson
,
D. C.
Langreth
,
C. A.
Gonzales
,
P. M. W.
Gill
, and
J. A.
Pople
,
Chem. Phys. Lett.
221
,
100
(
1994
).
56.
D.
Kotzias
,
K.
Fytianos
, and
F.
Geiss
,
Atmos. Environ., Part A
24
,
2127
(
1990
).
57.
D.
Johnson
,
A. G.
Lewin
, and
G.
Marston
,
J. Phys. Chem. A
105
,
2933
(
2001
).
58.
S. M.
Aschmann
,
J.
Arey
, and
R.
Atkinson
,
Atmos. Environ.
36
,
4347
(
2002
).
You do not currently have access to this content.