Studiu DFT al protonării cianogenului (NCCN) în mediu interstelar

Studiu DFT al protonării cianogenului (NCCN) în mediu interstelar

Cianogenul protonat (NCCNH⁺) a fost detectat în mediul interstelar către norii întunecați reci TMC-1 și L483 și în miezul prestelar L1544. În lucrarea de față, formarea NCCNH⁺ este discutată cu ajutorul moleculelor care sunt detectate în primul rând în mediul interstelar. Propunem patru mecanisme de reacție plauzibile, studiate prin Teoria Funcțională a Densității (DFT) folosind funcționalele B3P86, B3PW91 și WB97XD cu setul de bază 6-311G++(2d,2p). Interacțiunile radical-radical și ion-moleculă sunt studiate pentru a explora posibilitatea formării de cianogen protonat. Reacția a doi radicali CN este propusă pentru formarea NCCN, care reacționează în continuare cu H⁺, H₃⁺, N₂H⁺ și H₂O⁺ pentru a forma forma protonată a cianogenului (NCCNH⁺) în faza gazoasă. Se calculează afinitățile protonilor și bazicitățile în fază gazoasă ale moleculelor implicate în reacții. Analiza HOMO-LUMO este efectuată pentru mecanisme.

Peste 270 de molecule au fost detectate până în prezent în mediul interstelar. Majoritatea moleculelor detectate sunt de natură organică; câteva dintre ele au servit ca precursori ai zaharurilor, aminoacizilor, nucleobazelor [1, 2] și a altor molecule prebiotice. Observațiile astronomice raportează că nitrilii sunt foarte abundenți în mediul interstelar [3, 4]. Un procent foarte mare din moleculele detectate până acum conțin o grupă nitril [5], fie că sunt detectate în norii interstelari reci [6], în anvelope circumstelare din jurul stelelor evoluate bogate în carbon [7] sau în atmosfere planetare [8]. S-a sugerat că dicianopoliinele, care constau dintr-un schelet liniar foarte nesaturat de atomi de carbon terminat de o grupare ciano la fiecare margine (N≡C–(C≡C)ₙ–C≡N), ar exista în spațiu [9, 10]. Din cauza lipsei unui moment dipol electric permanent, dicianopoliinele nu sunt observabile în radioastronomie. Cianogenul (NCCN), cea mai simplă moleculă simetrică cu două grupuri ciano, este considerat a fi foarte abundent în spațiul interstelar [9]. Detectarea CNCN (izocianogen), un izomer metastabil al cianogenului, și a formei protonate a cianogenului în norul L483 - și provizoriu în TMC-1 [4] - sprijină detectarea și abundența NCCN în spațiul interstelar.

NCCNH⁺, forma protonată a cianogenului, a fost identificată pentru prima dată în norii întunecați reci TMC-1 și L483 [11], cu un raport de abundență NCCNH⁺/NCCN ~ 10⁻⁴. Mai târziu, s-a raportat că cianogen protonat a fost observat în miezul prestelar L1544 [12]. Detectarea NCCNH⁺ este un bun indiciu al prezenței NCCN în norii întunecați. Deși NCCN nu posedă un moment dipol permanent, forma sa protonată este un cation molecular liniar extrem de polar cu un moment dipol electric de 6,448 debye [13].

Protonația este un proces foarte important în spațiul interstelar [14, 15] și se sugerează că majoritatea cationilor protonați sunt formați prin reacții de transfer de protoni, inclusiv NCCNH⁺ [11]. Cianogenul protonat poate fi format prin transferul de protoni la cianogen. Formarea NCCNH⁺ a fost studiată experimental din reacția NCCN cu H₃⁺, N₂H⁺, H₂O⁺, C₂H₃⁺ și SO₂H⁺ folosind tehnica tubului cu flux ionic selectat (SIFT); au fost de asemenea determinate viteza de reacție și afinitatea protonului C₂N₂ [16].