DFT tanulmány a cianogén protonálódásáról (NCCN) csillagközi közegben

DFT tanulmány a cianogén protonálódásáról (NCCN) csillagközi közegben

A protonált cianogént (NCCNH⁺) a csillagközi közegben a TMC-1 és L483 hideg, sötét felhők felé, valamint az L1544 csillagközi magban mutatták ki. Jelen munkában az NCCNH⁺ képződését tárgyaljuk olyan molekulák segítségével, amelyek elsősorban a csillagközi közegben detektálhatók. Négy elfogadható reakciómechanizmust javasolunk, amelyeket a Density Functional Theory (DFT) segítségével tanulmányozunk a B3P86, B3PW91 és WB97XD funkcionálisok segítségével a 6-311G++(2d,2p) báziskészlettel. A gyök-gyök és az ion-molekula kölcsönhatásokat vizsgálják, hogy feltárják a protonált cianogén képződésének lehetőségét. Két CN-gyök reakcióját javasolják az NCCN képződésére, amely további reakcióba lép H+, H3+, N2H+ és H2O+-val, így a gázfázisban a cianogén protonált formája (NCCNH+) jön létre. Kiszámítjuk a reakciókban részt vevő molekulák proton affinitását és gázfázisú bázikusságát. A mechanizmusokra HOMO–LUMO elemzést végeznek.

Eddig több mint 270 molekulát észleltek a csillagközi közegben. A kimutatott molekulák többsége szerves természetű; közülük több cukrok, aminosavak, nukleobázisok [1, 2] és más prebiotikus molekulák prekurzoraként szolgált. Csillagászati ​​megfigyelések szerint a nitrilek nagy mennyiségben vannak jelen a csillagközi közegben [3, 4]. Az eddig kimutatott molekulák nagyon nagy százaléka tartalmaz nitrilcsoportot [5], akár hideg csillagközi felhőkben [6], akár szénben gazdag, fejlődött csillagok körüli burokban [7], akár bolygó légkörében [8]. Feltételezték, hogy a dicianopoliinok, amelyek egy erősen telítetlen lineáris szénatomokból állnak, amelyek minden szélén cianocsoporttal végződnek (N≡C–(C≡C)ₙ–C≡N), léteznének a térben [9, 10]. Az állandó elektromos dipólusmomentum hiánya miatt a dicianopoliinok nem figyelhetők meg a rádiócsillagászatban. A cianogénről (NCCN), a két cianocsoportot tartalmazó legegyszerűbb szimmetrikus molekuláról azt tartják, hogy nagy mennyiségben fordul elő a csillagközi térben [9]. A CNCN (izocianogén), a cianogén metastabil izomerje és a cianogén protonált formájának kimutatása az L483 felhőben – és feltételesen a TMC-1-ben [4] – támogatja az NCCN kimutatását és előfordulását a csillagközi térben.

Az NCCNH⁺-t, a cianogén protonált formáját először a TMC-1 és L483 hideg, sötét felhőkben azonosították [11], NCCNH⁺/NCCN ~ 10⁻⁴ bőségaránnyal. Később protonált cianogént figyeltek meg az L1544 prestelláris magban [12]. Az NCCNH⁺ kimutatása jól jelzi az NCCN jelenlétét sötét felhőkben. Bár az NCCN nem rendelkezik állandó dipólusmomentummal, protonált formája egy erősen poláris lineáris molekuláris kation, amelynek elektromos dipólusmomentuma 6,448 debye [13].

A protonálódás nagyon fontos folyamat a csillagközi térben [14, 15], és a legtöbb protonált kation protontranszfer reakciók révén jön létre, beleértve az NCCNH⁺-t is [11]. Protonált cianogén proton cianogénné történő transzferrel képződhet. Az NCCNH+ képződését az NCCN H3+, N2H+, H2O+, C2H3+ és SO2H+ reakciójából kísérletileg tanulmányozták kiválasztott ionáramlási cső (SIFT) technikával; a reakciósebességet és a C2N2 proton affinitását is meghatározták [16].