Studi DFT Protonasi Sianogen (NCCN) di Medium Antarbintang

Studi DFT Protonasi Sianogen (NCCN) di Medium Antarbintang

Sianogen terprotonasi (NCCNH⁺) telah terdeteksi di medium antarbintang menuju awan gelap dingin TMC-1 dan L483 dan di inti prestellar L1544. Dalam makalah ini, pembentukan NCCNH⁺ dibahas dengan bantuan molekul yang terutama terdeteksi di medium antarbintang. Kami mengusulkan empat mekanisme reaksi yang masuk akal, dipelajari melalui Density Functional Theory (DFT) menggunakan fungsi B3P86, B3PW91 dan WB97XD dengan basis set 6-311G++(2d,2p). Interaksi radikal-radikal dan ion-molekul dipelajari untuk mengeksplorasi kemungkinan pembentukan sianogen terprotonasi. Reaksi dua radikal CN diusulkan untuk pembentukan NCCN, yang selanjutnya bereaksi dengan H⁺, H₃⁺, N₂H⁺ dan H₂O⁺ untuk membentuk bentuk sianogen terprotonasi (NCCNH⁺) dalam fase gas. Afinitas proton dan kebasaan fase gas dari molekul yang terlibat dalam reaksi dihitung. Analisis HOMO – LUMO dilakukan untuk mekanismenya.

Lebih dari 270 molekul telah terdeteksi hingga saat ini di medium antarbintang. Sebagian besar molekul yang terdeteksi bersifat organik; beberapa di antaranya berfungsi sebagai prekursor gula, asam amino, nukleobase [1, 2] dan molekul prebiotik lainnya. Pengamatan astronomi melaporkan bahwa nitril sangat melimpah di medium antarbintang [3, 4]. Sebagian besar molekul yang terdeteksi sejauh ini mengandung gugus nitril [5], baik yang terdeteksi di awan antarbintang yang dingin [6], di selubung bintang di sekitar bintang berevolusi yang kaya karbon [7], atau di atmosfer planet [8]. Telah dikemukakan bahwa dicyanopolyynes, yang terdiri dari kerangka atom karbon linier tak jenuh tinggi yang diakhiri dengan gugus siano di setiap tepinya (N≡C–(C≡C)ₙ–C≡N), akan ada di ruang angkasa [9, 10]. Karena kurangnya momen dipol listrik permanen, dicyanopolyynes tidak dapat diamati dalam astronomi radio. Cyanogen (NCCN), molekul simetris paling sederhana dengan dua gugus siano, diperkirakan melimpah di ruang antarbintang [9]. Deteksi CNCN (isosianogen), isomer sianogen yang metastabil, dan bentuk sianogen terprotonasi di awan L483 — dan sementara di TMC-1 [4] — mendukung deteksi dan kelimpahan NCCN di ruang antarbintang.

NCCNH⁺, bentuk sianogen terprotonasi, pertama kali diidentifikasi di awan gelap dingin TMC-1 dan L483 [11], dengan rasio kelimpahan NCCNH⁺/NCCN ~ 10⁻⁴. Kemudian, sianogen terprotonasi dilaporkan diamati di inti prestellar L1544 [12]. Deteksi NCCNH⁺ merupakan indikasi baik keberadaan NCCN di awan gelap. Meskipun NCCN tidak memiliki momen dipol permanen, bentuk terprotonasinya adalah kation molekul linier yang sangat polar dengan momen dipol listrik 6,448 debye [13].

Protonasi adalah proses yang sangat penting dalam ruang antarbintang [14, 15], dan sebagian besar kation terprotonasi diperkirakan terbentuk melalui reaksi transfer proton, termasuk NCCNH⁺ [11]. Sianogen terprotonasi dapat dibentuk melalui transfer proton ke sianogen. Pembentukan NCCNH⁺ telah dipelajari secara eksperimental dari reaksi NCCN dengan H₃⁺, N₂H⁺, H₂O⁺, C₂H₃⁺ dan SO₂H⁺ menggunakan teknikselection-ion flow tube (SIFT); laju reaksi dan afinitas proton C₂N₂ juga telah ditentukan [16].