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Study of the hyperfine coupling constants of the moleculs NH<sub>2</sub>, NHD and ND<sub>2</sub>
(1990)
In the present paper we c:alculate tbe magnetic hyperfine couplina constants (hfcc) ai.ID and A11 of the ground states of the isotopes NH2, NHD and ND2 using truncated MR..CI methods. Differences from other theoretical methocls and shortoominp of the truncated Cl approach in calculating tlj10 are studied. Polarization effects wbich detennirae ailo. as weU as a simple model to describe the dipolar hfcc's, are discussed. All results are in. excellent aareement with experimental data. lt is shown that ab initio methods are able to obtain reliable values for otf-diaaonal values of A41 which are difficult to measure experimentaDy.
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Large-scale multireference configuration interaction (MRD-CI) calculations in a quite flexible AO basis are employed to study the energy hypersurface for the reaction intermediate FC\(_2\)H\(_4\) • The reaction F + C\(_2\)H\(_4\) -> FC\(_2\)H\(_4\) as weil as the 1,2 migration of the fluorine atom in FC\(_2\)H\(_4\) is investigated. In addition the rotation around the CC bond in the optimum conformation is studied. The absolute minimum in the potential energy is found for the asymmetric structure but the symmetric structure is also found to be stable with respect to the dissociation, so that a shuttling of the fluorine atom is in principle possible but highly unlikely because ( l) the activation energy is high ( II 5-130 kJ fmol) and the saddle point lies only 4(}-50 kJ jmol below the dissociation Iimit of F + C\(_2\)H\(_4\) and (2) the competitive motion, i.e., rotation around the CC axis, is nearly free (I 1-17 kJ/mol).
The hyperfine coupling constants for the \(^3\)Σ\(-\) ground state of the NH molecule are determined by configuration interaction calculations whereby the infl.uence of polarization functions as weil as of the configuration space on the spin polarization mechanism is analysed. The dipolar part Au(N) and Au(H) can be obtained very reliably without much computational effort (A .. (N) == -45·3 MHz and A"(H) = -62·3 MHz). The value for the isotropic contribution a1.., in the best AO basis and MRD-CI treatment is - 64·5 MHz for H and 16·6 MHz for nitrogen compared to the corresponding experimental quantities of -66 MHz and 19 MHz respectively. Their determination depends on a subtle balance of the lu, 2u and 3u shell correlation description, whereby the dominant contribution to a1..,(H) results from the 2u shell. It is shown that the often good agreement of a110 values with experiment in a small basis singledouble configuration interaction treatment results from a cancellation of two errors.
Multi-reference configuration interaction calculations employing various orbital transformations are undertaken to obtain the isotropic hyperfine coupling constant a\(_{iso\) in nitrogen and a\(_{iso\) (H) in the CH molecule. The natural orbital (NO) basis is found to be more effective than the simple RHF-MO basis; the most obvious is a basis of spin natural orbitals (SNO). It is found that a\(_{iso\) is approached from opposite sides in the NO and 2s shell SNO basis if the CI expansion is increased. Both results are within a few percent of the full CI Iimit for the nitrogen atorn (in the given AO basis) and the experimental value for Hin the CH radical. Various features ofthe SNO are discussed.
The isotropic (a\(_{iso}\)) and dipolar (A\(_{dip}\)) hyperfine coupling constants of 19F2 were obtained from MRD-CI wave functions using a variety of basis sets. In series I, increasing numbers of d functions were added to a 5s4p contracted Huzinaga!Dunning basis. In series II, the 5s3p basis set was uncontracted in several steps until 9s5p was reached, to which were added from one to three d-polarization functions. Cl parameters (selectioo threshoids and the number of reference coofiguratioos) were also varied. A study of the R dependence of aiso and Adip was perfonned. The best values obtained at R\(_e\) are 260 G for a\(_{iso}\) and 308 G for A\(_{dip}\)• compared with experimental values of about 280 G for a;10 and 320 G for A\(_{dip}\)·
Nichtbindende Wechselwirkungen in zwei 7-Spirotetracyclo[4.1.0.0\(^{2,4}\).0\(^{3,5}\)]heptanen
(1989)
Die Reaktion von Tetrachlordiazocyclopentadien mit Be.nzvalen (2) ergab das Fulven-Derivat 3. Dagegen führten die Umsetzungen von Diazoßuoren und 5-Diazo-10,1 1-dihydro-SH-dibenzo[ a.d]cyclohepten mit 2 zu den erwarteten Spiro-1-pyrazolinen 4 bzw. 5. Die photolytische Abspaltung von Stickstoff aus 4 und 5 lieferte die Spirotetracycloheptane 6 bzw. 7. Die Röntgenstrukturanalyse von 6 beweist einen engen Kontakt zwischen je eineßl Wasserstoffatom der Tetracycloheptan- und der Fluoren-Einheit. Dieser kurze Abstand (2.15 A) ruft Winkelaufweitungen hervor und wird auch als Grund für starke Entschirmungen der betreffenden Protonen und eine formal über sieben Bindungen reichende 0.6-Hz-Kopplung zwischen ihnen angesehen. 7 ist das erste chiralc Tetracyclohcptan. Ursache dafür ist eine nichtebene Konformation des Siebenrings, der bei Raumtemperatur nicht invertiert. Auf der Basis von NOE-Messungen gelang die Zuordnung der tH-NMR-Signale von 6 und 7.
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Umsetzung von 6,6-Dichlor-2-oxabicyclo[3.1.0)hexan (4a) in Styrol mit n-Butyllithium lieferte neben Polystyrol und t-Chlor-1- pbenylhexan (6) in geringer Ausbeute die Tet~hydrocyclobutapyrane 5, die Abfangprodukte des aus 4a generierten t-Oxa-2,3- cyclobexadiens (3). Das unbeständige 6,6-Dibrom-2-oxabicyclo( J.l.O]hexan (4b) wurde bei -60°C erzeugt un~ bei -30°C mit Methyllithium in Gegenwart von Styrol umgesetzt, woraus die Produkte 5 mit 24% Ausbeute hervorgingen. Als bei 20°C beständige Quelle für 3 erwies sich exo-6-Brom-e~o-6-fluor-2-oxabicyclo[ J.t.O]bexan (9), das aus 2,3-Dihydrofuran und Bromßuorcarben mit 25% Ausbeute bereitet wurde. Behandlung von 9 in Styrol, <X-Methylstyrol, 1,3-Butadien, 2,3-Dimet~yl-!,3-butadien, Furan und 2,5-Dimethylfuran mit Methyllithium ergab Abfangprodukte von 3 mit Ausbeuten von 31-80%. Dabei entstanden mit den Styrolen und überwiegend auch mit den l ,3-Butadienen (2 + 2]-Cycloaddukte als Diastereomerengemische, nämlich 5, ll, 13 und 15. Die Furane lieferten ausschließlieb [4 + 2]-Cycloaddukte (17 und 18), die 1,3-Butadiene nur mit einem kleinen Anteil (14 und 16). [2 + 2]- und [4 + 2]-Cycloadditionen zeigen eine unterschiedliche Chemoselektivität. Während erstere die Enolether- Doppelbindung von 3 nutzen, finden letztere an der vom Sauerstoffatom entfernteren Doppelbindung statt. Das als 1 : IGemisch aus exo- und endo-Isomeren anfallende Produkt 5 lieferte beim Erhitzen auf l50°C ein 20:1: 1-Gemiseh aus exo- und endo-5 sowie dem Strukturisomeren 19. Thermolyse· des 2: 1-Gemisches aus 13 und 14 erbrachte ein 2: 1-Gemiscb aus 14 und dem Tetrahydro-1-benzopyran 20.
Fünfgliedrige Carbocyclen sind Bauelemente zahlreicher NaturstofTe und daher attraktive Syntheseziele. Da bisher kein Syntheseverfahren mit großer Anwendungsbreite bekannt ist, sind neue Methoden willkommen. Wir berichten hier über Umsetzungen des Titelheterocyclus 1 mit l,3-Butadienen 1; diese Reaktionen, obwohl vielstufig, liefern im Eintopfverfahren konjugierte und nichtkonjugierte Cyclopentenone und gestatten auch die Fünfringanellierung.
Study of the 1s and 2s shell contributions to the isotropic hyperfine coupling constant in nitrogen
(1988)
The istropic part of the hyperfine coupling constant is investigated by means of multireference configuration interaction calculations employing Gaussian basis sets. A detailed study of the 1s and 2s spin polarisation in the nitrogen atom and the NH molecule shows that the structure of the lower-energy space of the unoccupied orbitals is essential for the results. A contraction of the Gaussian basis is possible without loss of accuracy if enough flexibility is retained to describe the main features of the original space of unoccupied functions. Higher than double excitations are found to be non-negligible for the description of α\(_{iso}\).
In Diels-Alder-Reaktionen wurden aus Benzvalen (1) und Tetrachlorcyclopentadienon- dimethylacetal sowie Tetrachlorfuran die Addukte 2 bzw. 8 und 9 erhalten. Behandlung von 2 mit Natrium und tert-Butylalkohol ergab das chlorfreie Acetal 3, dessen Doppelbindung sich mit Diimin unter Bildung von 4 absättigen ließ. Aus dem bekannten Stammkohlenwasserstoff 5 ging analog 6 hervor, und durch Reaktion seines Anions mit Chlorameisensäure- methylester entstand der Ester 7. - Die Verbindungen l, 3, 5, 7-9 und das bekannte U wurden mit Thiophenol so behandelt, daß Radikalkettenreaktionen abliefen. Bei 8 trat Addition an die Zentralbindung des Bicyclobutan-Systems ein. Dagegen unterlag bei 2, 9, U und zum Teil bei 3, deren Doppelbindung jeweils der BicycJobutan-Einheit benachbart ist, das Primärradikal der 5-Hexen-1-yl- Cyclopentylrneth.yl-Umlagerung, aus der letztlich 15, ll, 13 bzw. 16 resultierten. Zum Teil bei 3 und vollständig bei 5 erfolgte die Addition an die Doppelbindung zu 17 bzw. 18, d.h. ohne Beteiligung der benachbarten Bicyclobutan- Einheit. Durch Aktivierung des Bicyclobutan-Systems mit einer Esterfunktion konnte dessen Passivität aufgehoben werden. So entstanden aus 7 das nichtumgelagerte Produkt 19 und das umgelagerte 20. Ihr Verhältnis hing von der Konzentration an Thiophenol ab. - Analog zur Reaktion 1Z + Thiophenol-13 brachte BromtrichJormethan aus 12 das umlagerte Addukt 21 hervor. - Als Nebenprodukt wurde bei der Umsetzung von 12 mit Thiophenol das Chlorwasserstoff-Addukt 14 des ersteren gefunden. Modellreaktionen für die Bildung von 14 sind die Umsetzungen von 12 mit Essigsäure und von 3 sowie 5 mit +Nitrobenzoesäure zu den Addukten 22, 23 bzw. 24. Seit
Aus Benzvalen (J) und 3,6-Bis(2-pyridyl)-l,2,4,5-tetrazin wurde das Dihydropyridazin 2c erhalten, das ebenso wie die bekannten Dihydropyridazine 2a, b mit Cyclopropen in die entsprechende Azoverbindung 3 überging. Addition von Thiophenol an 3a, c und 5 lieferte unter Beteiligung des Bicyclobutan-Systems und der Azofunktion die Halbkäfigverbindungen 4a, c bzw. 6. Aus der Umsetzung von 7, in dem die Azobrücke durch zwei BicycJobutan- Systeme flankiert ist, mit Thiophenol sowie Bromtrichlormethan gingen die Halbkäfigverbindungen 8 bzw. 9 hervor. An diesen ~eaktionen wirken beide Bicyclobutan-Systeme und die Azofunktion mit.