DFT-undersøgelse af protonering af cyanogen (NCCN) i interstellært medium

DFT-undersøgelse af protonering af cyanogen (NCCN) i interstellært medium

Det protonerede cyanogen (NCCNH⁺) er blevet detekteret i det interstellare medium mod de kolde mørke skyer TMC-1 og L483 og i den præstellare kerne L1544. I nærværende arbejde diskuteres dannelsen af ​​NCCNH⁺ ved hjælp af molekyler, der primært detekteres i det interstellare medium. Vi foreslår fire plausible reaktionsmekanismer, studeret via Density Functional Theory (DFT) ved hjælp af funktionalerne B3P86, B3PW91 og WB97XD med 6-311G++(2d,2p) basissættet. Radikal-radikal og ion-molekyle interaktioner studeres for at undersøge muligheden for dannelse af protoneret cyanogen. Reaktionen af ​​to CN-radikaler foreslås til dannelse af NCCN, som yderligere reagerer med H+, H3+, N2H+ og H2O+ for at danne den protonerede form af cyanogen (NCCNH+) i gasfasen. Protonaffiniteterne og gasfasebasaliteterne for de molekyler, der er involveret i reaktionerne, beregnes. HOMO-LUMO-analyse udføres for mekanismerne.

Mere end 270 molekyler er blevet påvist til dato i det interstellare medium. De fleste af de påviste molekyler er af organisk natur; flere af dem fungerede som forstadier til sukkerarter, aminosyrer, nukleobaser [1, 2] og andre præbiotiske molekyler. Astronomiske observationer rapporterer, at nitriler er meget rigelige i det interstellare medium [3, 4]. En meget stor procentdel af de molekyler, der hidtil er påvist, indeholder en nitrilgruppe [5], uanset om de påvises i kolde interstellare skyer [6], i cirkumstellare hylstre omkring kulstofrige udviklede stjerner [7] eller i planetariske atmosfærer [8]. Det er blevet foreslået, at dicyanopolyyner, som består af et stærkt umættet lineært skelet af carbonatomer, der afsluttes af en cyanogruppe ved hver kant (N≡C–(C≡C)ₙ–C≡N), ville eksistere i rummet [9, 10]. På grund af manglen på et permanent elektrisk dipolmoment er dicyanopolyynerne ikke observerbare i radioastronomi. Cyanogen (NCCN), det enkleste symmetriske molekyle med to cyanogrupper, menes at være meget rigeligt i det interstellare rum [9]. Påvisningen af ​​CNCN (isocyanogen), en metastabil isomer af cyanogen, og af den protonerede form af cyanogen i L483-skyen - og foreløbigt i TMC-1 [4] - understøtter påvisning og overflod af NCCN i det interstellare rum.

NCCNH⁺, den protonerede form af cyanogen, blev først identificeret i de kolde mørke skyer TMC-1 og L483 [11], med et overflodsforhold NCCNH⁺/NCCN ~ 10⁻⁴. Senere blev protoneret cyanogen rapporteret at blive observeret i L1544 prestellære kerne [12]. Påvisningen af ​​NCCNH⁺ er en god indikation af tilstedeværelsen af ​​NCCN i mørke skyer. Selvom NCCN ikke har noget permanent dipolmoment, er dens protonerede form en meget polær lineær molekylær kation med et elektrisk dipolmoment på 6,448 debye [13].

Protonering er en meget vigtig proces i det interstellare rum [14, 15], og de fleste protonerede kationer foreslås dannet via protonoverførselsreaktioner, inklusive NCCNH⁺ [11]. Protoneret cyanogen kan dannes ved protonoverførsel til cyanogen. Dannelsen af ​​NCCNH+ er blevet undersøgt eksperimentelt ud fra reaktionen af ​​NCCN med H3+, N2H+, H2O+, C2H3+ og SO2H+ under anvendelse af SIFT-teknikken; reaktionshastigheden og protonaffiniteten af ​​C2N2 er også blevet bestemt [16].