The reaction of ground-state carbon atom with a polyyne, triacetylene (HC6H) is investigated theoretically by combining ab initio calculations for predicting reaction paths, RRKM theory to yield rate constant for each path, and a modified Langevin model for estimating capturing cross sections. The isomerization and dissociation channels for each of the five collision complexes are characterized by utilizing the unrestricted B3LYP/6-311G(d,p) level of theory and the CCSD(T)/cc-pVTZ calculations. Navigating with the aid of RRKM rate constants through web of ab initio paths composed of 5 collision complexes, 108 intermediates, and 20 H-dissociated products, the most probable paths, reduced to around ten species at collision energies of 0 and 10 kcal/mol, respectively, are identified and adopted as the reaction mechanisms. The rate equations for the reaction mechanisms are solved numerically such that the evolutions of concentrations with time for all species involved are obtained and their lifetimes deduced. This study predicts that the five collision complexes, c1–c5, would produce a single final product, C7H(p1)+H, via the most stable intermediate, carbon chain HC7H (i1); namely, C+HC6HHC7HC7H+H. Our investigation indicates that the title reaction is efficient to form astronomically observed C7H in cold molecular clouds, where a typical translational temperature is 10 K.

1.
H. S. P.
Muller
,
S.
Thorwirth
,
D. A.
Roth
, and
G.
Winnerwisser
,
Astron. Astrophys.
370
,
L49
(
2001
) http://www.cdms.de.
2.
M. B.
Bell
,
P. A.
Feldman
,
M. J.
Travers
,
M. C.
McCarthy
,
C. A.
Gottlieb
, and
P.
Thaddeus
,
Astrophys. J.
483
,
L61
(
1997
).
3.
B. E.
Turner
,
Astrophys. J.
163
,
L35
(
1971
).
4.
M.
Morris
,
W.
Gilmore
,
P.
Palmer
,
B. E.
Turner
, and
B.
Zuckerman
,
Astrophys. J.
199
,
L47
(
1975
).
5.
N. W.
Broten
,
T.
Oka
,
L. W.
Avery
,
J. M.
MacLeod
, and
H. W.
Kroto
,
Astrophys. J.
223
,
L105
(
1978
).
6.
H. W.
Kroto
,
C.
Kirby
,
D. R. M.
Walton
,
L. W.
Broten
,
J. M.
MacLead
, and
T.
Oka
,
Astrophys. J.
219
,
L133
(
1978
).
7.
O. E. H.
Rydbeck
,
J.
Ellder
, and
W. M.
Irvine
,
Nature (London)
246
,
466
(
1973
).
8.
K. D.
Tucker
,
M. L.
Kutner
, and
P.
Thaddeus
,
Astrophys. J.
193
,
L115
(
1974
).
9.
P.
Thaddeus
,
C. A.
Gottlieb
,
A.
Hjalmarson
,
L. E. B.
Johannson
,
W. M.
Irvine
,
P.
Friberg
, and
R. A.
Linke
,
Astrophys. J.
294
,
L49
(
1985
).
10.
M.
Guelin
,
S.
Green
, and
P.
Thaddeus
,
Astrophys. J.
224
,
L27
(
1978
).
11.
J.
Cernicharo
,
C.
Kahane
,
J.
Gomez-Gonzalez
, and
M.
Guelin
,
Astron. Astrophys.
164
,
L1
(
1986
).
12.
H.
Suzuki
,
M.
Ohishi
,
N.
Kaifu
,
S. I.
Ishikawa
, and
T.
Kasuga
,
Publ. Astron. Soc. Jpn.
38
,
911
(
1986
).
13.
M.
Guelin
,
J.
Cernicharo
,
M. J.
Travers
,
M. C.
McCarthy
,
C. A.
Gottlieb
,
P.
Thaddeus
,
M.
Ohishi
,
S.
Saito
, and
S.
Yamamoto
,
Astron. Astrophys.
317
,
L1
(
1997
).
14.
J.
Cernicharo
and
M.
Guelin
,
Astron. Astrophys.
309
,
L27
(
1996
).
15.
J.
Cernicharo
,
A. M.
Heras
,
A. G. G. M.
Tielens
,
J. R.
Pardo
,
F.
Herpin
,
M.
Guelin
, and
L. B. F. M.
Waters
,
Astrophys. J.
546
,
L123
(
2001
).
16.
J.
Cernicharo
,
C. A.
Gottlieb
,
M.
Guelin
,
T. C.
Killian
,
G.
Paubert
,
P.
Thaddeus
, and
J. M.
Vrtilek
,
Astrophys. J.
368
,
L39
(
1991
).
17.
J.
Cernicharo
,
C. A.
Gottlieb
,
M.
Guelin
,
T. C.
Killian
,
P.
Thaddeus
, and
J. M.
Vrtilek
,
Astrophys. J.
368
,
L43
(
1991
).
18.
W. D.
Langer
,
T.
Velusamy
,
T. B. H.
Kuiper
,
R.
Peng
,
M. C.
McCarthy
,
M. J.
Travers
,
A.
Kovacs
,
C. A.
Gottlieb
, and
P.
Thaddeus
,
Astrophys. J.
480
,
L63
(
1997
).
19.
M. C.
McCarthy
,
M. J.
Travers
,
A.
Kovacs
,
W.
Chen
,
S. E.
Novick
,
C. A.
Gottlieb
, and
P.
Thaddeus
,
Science
275
,
518
(
1997
).
20.
M. C.
McCarthy
,
M. J.
Travers
,
A.
Kovacs
,
C. A.
Gottlieb
, and
P.
Thaddeus
,
Astrophys. J., Suppl. Ser.
113
,
105
(
1997
).
21.
A. J.
Apponi
,
M. C.
McCarthy
,
C. A.
Gottlieb
, and
P.
Thaddeus
,
Astrophys. J.
530
,
357
(
2000
).
22.
A. E.
Douglas
,
Nature (London)
269
,
130
(
1977
).
23.
J.
Fulara
,
D.
Lessen
,
P.
Frelvogel
, and
J. P.
Maier
,
Nature (London)
366
,
439
(
1993
).
24.
G. H.
Herbig
,
Annu. Rev. Astron. Astrophys.
33
,
19
(
1995
).
25.
T.
Pinto
,
H.
Ding
,
F.
Guthe
, and
J. P.
Maier
,
J. Chem. Phys.
114
,
2208
(
2001
).
26.
C. D.
Ball
,
M. C.
McCarthy
, and
P.
Thaddeus
,
Astrophys. J.
523
,
L89
(
1999
).
27.
C. D.
Ball
,
M. C.
McCarthy
, and
P.
Thaddeus
,
J. Chem. Phys.
112
,
10149
(
2000
).
28.
H.
Ding
,
T. W.
Schmidt
,
T.
Pinto
,
A. E.
Boguslavskiy
,
F.
Guthe
, and
J. P.
Maier
,
J. Chem. Phys.
119
,
814
(
2003
).
29.
M.
Kotterer
and
J. P.
Maier
,
Chem. Phys. Lett.
266
,
342
(
1997
).
30.
H.
Linnartz
,
T.
Motylewski
,
O.
Vaizert
,
J. P.
Maier
,
A. J.
Apponi
,
M. C.
McCarthy
,
C. A.
Gottlieb
, and
P.
Thaddeus
,
J. Mol. Spectrosc.
197
,
1
(
1999
).
31.
H.
Linnartz
,
T.
Motylewski
, and
J. P.
Maier
,
J. Chem. Phys.
109
,
3819
(
1998
).
32.
H.
Ding
,
T.
Pino
,
F.
Guthe
, and
J. P.
Maier
,
J. Chem. Phys.
117
,
8362
(
2002
).
33.
A.
Dzhonson
,
E. B.
Jochnowitz
,
E.
Kim
, and
J. P.
Maier
,
J. Chem. Phys.
126
,
044301
(
2007
).
34.
K.
Hoshina
,
H.
Kohguchi
,
Y.
Ohshima
, and
Y.
Endo
,
J. Chem. Phys.
108
,
3465
(
1998
).
35.
M. L.
Heger
,
Lick Obs. Bull.
10
,
146
(
1922
).
36.
T.
Allain
,
S.
Leach
, and
E.
Sedlmayr
,
Astron. Astrophys.
305
,
602
(
1995
).
37.
J. P.
Maier
,
J. Phys. Chem. A
102
,
3462
(
1998
).
38.
M.
Tulej
,
D. A.
Kirkwood
,
M.
Pachkov
, and
J. P.
Maier
,
Astrophys. J.
506
,
L69
(
1998
).
39.
B. J.
McCall
,
J.
Thorburn
,
L. M.
Hobbs
,
T.
Oka
, and
D. G.
York
,
Astrophys. J.
559
,
L49
(
2001
).
40.
G.
Galazutdinov
,
F.
Musaev
,
J.
Nirski
, and
J.
Krelowski
,
Astron. Astrophys.
377
,
1063
(
2001
).
41.
E.
Herbst
,
H. H.
Lee
,
D. A.
Howe
, and
T. J.
Millar
,
Mon. Not. R. Astron. Soc.
268
,
335
(
1994
).
42.
R. P.
Bettens
,
H. H.
Lee
, and
E.
Herbst
,
Astrophys. J.
443
,
664
(
1995
).
43.
R. P.
Bettens
and
E.
Herbst
,
Astrophys. J.
468
,
686
(
1996
).
44.
T. J.
Millar
,
P. R. A.
Farquhar
, and
K.
Willacy
,
Astron. Astrophys.
121
,
139
(
1997
).
45.
R. I.
Kaiser
,
C.
Ochsenfeld
,
M.
Head-Gordon
, and
Y. T.
Lee
,
Science
274
,
1508
(
1996
).
46.
D. C.
Clary
,
E.
Buonomo
,
I. R.
Sims
,
I. W. M.
Smith
,
W. D.
Geppert
,
C.
Naulin
,
M.
Costes
,
L.
Cartechini
, and
P.
Casavecchia
,
J. Phys. Chem. A
106
,
5541
(
2002
) (and the references therein.).
47.
E.
Herbst
,
Chem. Soc. Rev.
30
,
168
(
2001
).
48.
R. I.
Kaiser
,
Chem. Rev. (Washington, D.C.)
102
,
1309
(
2002
).
49.
B. J.
Sun
,
C. Y.
Huang
,
H. H.
Kuo
,
K. T.
Chen
,
H. L.
Sun
,
C. H.
Huang
,
M. F.
Tsai
,
C. H.
Kao
,
Y. S.
Wang
,
L. G.
Gao
,
R. I.
Kaiser
, and
A. H. H.
Chang
,
J. Chem. Phys.
128
,
244303
(
2008
).
50.
F. T.
Zhang
,
Y. S.
Kim
,
L.
Zhou
,
R. I.
Kaiser
, and
A. H. H.
Chang
,
J. Chem. Phys.
129
,
134313
(
2008
).
51.
D. L.
Cooper
and
S. C.
Murphy
,
Astrophys. J.
333
,
482
(
1988
).
52.
S.
Dua
,
S. J.
Blanksby
, and
J. H.
Bowie
,
J. Phys. Chem. A
104
,
77
(
2000
).
53.
Q.
Fan
and
G. V.
Pfeiffer
,
Chem. Phys. Lett.
162
,
472
(
1989
).
54.
C.
Zhang
,
Z.
Cao
,
H.
Wu
, and
Q.
Zhang
,
Int. J. Quantum Chem.
98
,
299
(
2004
).
55.
K.
Aoki
and
S.
Ikuta
,
J. Mol. Struct.: THEOCHEM
310
,
229
(
1994
).
56.
G.
Mpourmpakis
,
M.
Muhlhauser
,
G. E.
Froudakis
, and
S. D.
Peyerimhoff
,
Chem. Phys. Lett.
356
,
398
(
2002
).
57.
S. A.
Maluendes
and
A. D.
McLean
,
Chem. Phys. Lett.
200
,
511
(
1992
).
58.
J.
Takahashi
,
Publ. Astron. Soc. Jpn.
52
,
401
(
2000
).
60.
A. D.
Becke
,
J. Chem. Phys.
98
,
5648
(
1993
);
A. D.
Becke
,
J. Chem. Phys.
96
,
2155
(
1992
);
A. D.
Becke
,
J. Chem. Phys.
97
,
9173
(
1992
);
C.
Lee
,
W.
Yang
, and
R. G.
Parr
,
Phys. Rev. B
37
,
785
(
1988
).
61.
G. D.
Purvis
and
R. J.
Bartlett
,
J. Chem. Phys.
76
,
1910
(
1982
);
C.
Hampel
,
K. A.
Peterson
, and
H. -J.
Werner
,
Chem. Phys. Lett.
190
,
1
(
1992
);
P. J.
Knowles
,
C.
Hampel
, and
H. -J.
Werner
,
J. Chem. Phys.
99
,
5219
(
1993
);
M. J. O.
Deegan
and
P. J.
Knowles
,
Chem. Phys. Lett.
227
,
321
(
1994
).
62.
M. J.
Frisch
,
G. W.
Trucks
,
H. B.
Schlegel
, et al., GAUSSIAN 98, Revision A.5, Gaussian, Inc., Pittsburgh, PA, 1998; GAUSSIAN 03, Revision C.02, Gaussian, Inc., Wallingford CT,
2004
.
63.
H.
Eyring
,
S. H.
Lin
, and
S. M.
Lin
,
Basic Chemical Kinetics
(
Wiley
,
New York
,
1980
).
64.
A. H. H.
Chang
,
A. M.
Mebel
,
X. -M.
Yang
,
S. H.
Lin
, and
Y. T.
Lee
,
J. Chem. Phys.
109
,
2748
(
1998
).
65.
W. L.
Hase
,
Acc. Chem. Res.
16
,
258
(
1983
).
66.
R. A.
Marcus
,
Chem. Phys. Lett.
144
,
208
(
1988
).
67.
A. H. H.
Chang
,
D. W.
Hwang
,
X. M.
Yang
,
A. M.
Mebel
,
S. H.
Lin
, and
Y. T.
Lee
,
J. Chem. Phys.
110
,
10810
(
1999
).
68.
R. D.
Levine
and
R. B.
Bernstein
,
Molecular Reaction Dynamics and Chemical Reactivity
(
Oxford University Press
,
New York
,
1987
).
69.
See EPAPS supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.3212625 for Tables s1, s2, and Figures s1–s14.

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.