Estudo DFT de Protonação de Cianogênio (NCCN) em Meio Interestelar

Estudo DFT de Protonação de Cianogênio (NCCN) em Meio Interestelar

O cianogênio protonado (NCCNH⁺) foi detectado no meio interestelar em direção às nuvens escuras e frias TMC-1 e L483 e no núcleo pré-estelar L1544. No presente trabalho, a formação de NCCNH⁺ é discutida com a ajuda de moléculas que são detectadas principalmente no meio interestelar. Propomos quatro mecanismos de reação plausíveis, estudados via Teoria do Funcional da Densidade (DFT) utilizando os funcionais B3P86, B3PW91 e WB97XD com o conjunto de bases 6-311G++(2d,2p). Interações radical-radical e íon-molécula são estudadas para explorar a possibilidade de formação de cianogênio protonado. A reação de dois radicais CN é proposta para a formação de NCCN, que reage ainda com H⁺, H₃⁺, N₂H⁺ e H₂O⁺ para formar a forma protonada de cianogênio (NCCNH⁺) na fase gasosa. As afinidades de prótons e basicidades de fase gasosa das moléculas envolvidas nas reações são calculadas. A análise HOMO –LUMO é realizada para os mecanismos.

Mais de 270 moléculas foram detectadas até o momento no meio interestelar. A maioria das moléculas detectadas são de natureza orgânica; vários deles serviram como precursores de açúcares, aminoácidos, nucleobases [1, 2] e outras moléculas prebióticas. Observações astronômicas relatam que os nitrilos são altamente abundantes no meio interestelar [3, 4]. Uma grande percentagem das moléculas detectadas até agora contém um grupo nitrilo [5], quer sejam detectadas em nuvens interestelares frias [6], em envelopes circunstelares em torno de estrelas evoluídas ricas em carbono [7], ou em atmosferas planetárias [8]. Foi sugerido que dicianopoliinos, que consistem em um esqueleto linear altamente insaturado de átomos de carbono terminado por um grupo ciano em cada borda (N≡C–(C≡C)ₙ–C≡N), existiriam no espaço [9, 10]. Devido à falta de um momento dipolar elétrico permanente, os dicianopoliinos não são observáveis ​​na radioastronomia. Acredita-se que o cianogênio (NCCN), a molécula simétrica mais simples com dois grupos ciano, seja altamente abundante no espaço interestelar [9]. A detecção de CNCN (isocianogênio), um isômero metaestável de cianogênio, e da forma protonada de cianogênio na nuvem L483 - e provisoriamente em TMC-1 [4] - apoia a detecção e abundância de NCCN no espaço interestelar.

NCCNH⁺, a forma protonada do cianogênio, foi identificada pela primeira vez nas nuvens frias e escuras TMC-1 e L483 [11], com uma razão de abundância NCCNH⁺/NCCN ~ 10⁻⁴. Mais tarde, foi relatado que cianogênio protonado foi observado no núcleo pré-estelar L1544 [12]. A detecção de NCCNH⁺ é uma boa indicação da presença de NCCN em nuvens escuras. Embora NCCN não possua momento de dipolo permanente, sua forma protonada é um cátion molecular linear altamente polar com um momento de dipolo elétrico de 6,448 debye [13].

A protonação é um processo muito importante no espaço interestelar [14, 15], e sugere-se que a maioria dos cátions protonados sejam formados por meio de reações de transferência de prótons, incluindo NCCNH⁺ [11]. O cianogênio protonado pode ser formado pela transferência de prótons para o cianogênio. A formação de NCCNH⁺ foi estudada experimentalmente a partir da reação de NCCN com H₃⁺, N₂H⁺, H₂O⁺, C₂H₃⁺ e SO₂H⁺ usando a técnica de tubo de fluxo de íons selecionados (SIFT); a taxa de reação e a afinidade de prótons de C₂N₂ também foram determinadas [16].