Neverov, Alexei A., Chen, Leanne D., George, Sean, Simon, David, Maxwell, Christopher I., and Brown, R. Stan
The kinetics of the methanolysis of seven methyl aryl carbonates (3) and two methyl alkyl carbonates (4) promoted by [[12[ane]N3:Zn:(OC[H.sub.3])].sup.+] and [[[La.sub.2][(OC[H.sub.3]).sub.2]].sup.4+] catalysts (1 and 2, respectively) have been studied at 25.0°C. Brensted plots of the log [k.sup.obs.sub.2] values for methanolysis versus aryloxy and alkoxy leaving group (LG) [sup.s.sub.s]p[K.sup.HOAr.sub.a] or [sup.s.sub.s]p[K.sup.HOR.sub.a] values (the p[K.sub.a] values of the parent ArOH or ROH in methanol) for substrates 3 and 4 show an apparent downward break at [sup.s.sub.s]p[K.sub.a] ~16.6 and 15.2 with [[12[ane]N3:Zn:(OC[H.sub.3])].sup.+] and [[[La.sub.2][(OC[H.sub.3]).sub.2]].sup.4+], respectively. The breakpoint is not due to a change in rate-limiting step in a two-step process involving metal ion delivery of a coordinated methoxide to a transiently associated substrate and the subsequent breakdown of a tetrahedral intermediate to form product. The more satisfactory explanation is that the break arises when one correlates the rate constants for two dissimilar sets of substrates, namely aryloxy- and alkoxy-substituted 3 and 4. DFT calculations for the 1-promoted reactions of methyl 4-nitrophenyl carbonate (3b), which has a good aryloxy leaving group, and methyl isopropyl carbonate (4b), which has a relatively poor alkyl one, indicate that the catalyzed processes involve two steps. Accordingly, the methanolysis of all 3 having [sup.s.sub.s]p[K.sup.HOAr.sub.a] values for the parent phenols [less than or equal to] 15.3 involves rate-limiting nucleophilic attack and fast breakdown. For the isopropyl alkyl derivative (4b) having a [sup.s.sub.s]p[K.sup.HOR.sub.a] > 18.13, the rate- liming step is the metal ion promoted breakdown of a tetrahedral intermediate. The catalytic system employing 2 has utility for the catalytic decomposition of poly(bisphenol A carbonate). In a semi-optimized system where 1000 mg of poly(bisphenol A carbonate), treated at 100°C for 30 min in 2 mL of 60:40 chloroform-methanol containing La[(OTf).sub.3]:NaOMe (5:7.5 mmol [L.sup.-1]), the reaction gave an 84% yield of bisphenol A, corresponding to >300 turnovers per catalyst. Key words: methanolysis, catalysis, carbonate, polycarbonate, reaction mechanism, DFT computations. On etudie la cinetique de la methanolyse de sept carbonates de methylaryle (3) et de deux carbonates de methylalkyle (4) favorisee par les catalyseurs [[12[ane]N3:Zn:(OC[H.sub.3])].sup.+] et [[[La.sub.2][(OC[H.sub.3]).sub.2]].sup.4+] (1 et 2 respectivement) a 25,0°C. Les courbes de Bronsted des valeurs du log [k.sup.obs.sub.2] pour la methanolyse en fonction des valeurs du [sup.s.sub.s]p[K.sup.HOAr.sub.a] ou du [sup.s.sub.s]p[K.sup.HOR.sub.a] du groupe partant aryloxy ou alkoxy (les valeurs du p[K.sub.a] du ArOH ou du ROH parent dans le methanol) pour les substrats 3 et 4 revelent une apparente rupture a la baisse aux valeurs de ~16,6 et 15,2 du [sup.s.sub.s]p[K.sub.a] avec [[12[ane]N3:Zn:(OC[H.sub.3])].sup.+] et [[[La.sub.2][(OC[H.sub.3]).sub.2]].sup.4+], respectivement. Le point de rupture n'est pas attribuable a un changement de l'etape limitant la vitesse dans un processus en deux etapes faisant intervenir la fourniture de l'ion metallique d'un methoxyde coordonne a un substrat provisoirement associe et la decomposition subsequente d'un intermediaire tetraedrique pour former le produit. Une explication plus satisfaisante est que la rupture a lieu lorsqu'on etablit une correlation entre les constantes de vitesse de deux ensembles dissemblables de substrats, nommement les composes 3 et 4 contenant des substituants aryloxy et alkoxy. Des calculs par la methode de la theorie de la fonctionnelle de la densite (DFT) pour les reactions favorisees par 1 du carbonate de methyl-4 nitrophenyle (3b), qui possede un bon groupe partant aryloxy, et du carbonate de methyl-isopropyle (4b), dont le groupe partant est relativement mauvais, indiquent que les processus catalyses comprennent deux etapes. Par consequent, la methanolyse de tous les derives 3 dont les valeurs du [sup.s.sub.s]p[K.sup.HOAr.sub.a] pour les phenols parents sont ≤ 15,3 comporte une attaque nucleophile limitant la vitesse et une decomposition rapide. Pour le derive isopropyl alkyle (4b) dont le [sup.s.sub.s]p[K.sup.HOR.sub.a] > 18,13, l'etape limitant la vitesse est la decomposition de l'intermediaire tetraedrique favorisee par l'ion metallique. Le systeme de catalyse faisant intervenir 2 utilise la decomposition catalytique du poly(carbonate de bisphenol A). Dans un systeme semi-optimise ou 1000 mg de poly(carbonate de bisphenol A), traites a 100°C pendant 30 min dans 2 mL d'un melange 60:40 de chloroforme-methanol contenant La[(OTf).sub.3]: NaOMe (5:7,5 mmol [L.sup.-1]), la reaction a donne du bisphenol A avec un rendement de 84%, ce qui correspond a > 300 moles de produit par mole de catalyseur. [Traduit par la Redaction] Mots-cles: methanolyse, catalyse, carbonate, polycarbonate, mecanisme de reaction, calculs DFT., Introduction Polycarbonate (PC), such as that made from bisphenol A and phosgene, is widely used in glazing, eyewear, packaging containers, electronics, and optical media (DVD, Blu-ray) and is notable for [...]