Yıldızlararası Ortamda Siyanojenin (NCCN) Protonasyonuna İlişkin DFT Çalışması

Yıldızlararası Ortamda Siyanojenin (NCCN) Protonasyonuna İlişkin DFT Çalışması

Protonlanmış siyanojen (NCCNH⁺), yıldızlararası ortamda, soğuk kara bulutlar TMC-1 ve L483'e doğru ve yıldız öncesi çekirdek L1544'te tespit edildi. Bu çalışmada öncelikle yıldızlararası ortamda tespit edilen moleküllerin yardımıyla NCCNH⁺ oluşumu tartışılmaktadır. 6-311G++(2d,2p) temel seti ile B3P86, B3PW91 ve WB97XD fonksiyonellerini kullanarak Yoğunluk Fonksiyonel Teorisi (DFT) yoluyla incelenen dört makul reaksiyon mekanizması öneriyoruz. Protonlanmış siyanojenin oluşma olasılığını araştırmak için radikal-radikal ve iyon-molekül etkileşimleri incelenmiştir. Gaz fazında siyanojenin protonlanmış formunu (NCCNH⁺) oluşturmak için H⁺, H₃⁺, N₂H⁺ ve H₂O⁺ ile reaksiyona giren NCCN'nin oluşumu için iki CN radikalinin reaksiyonu önerilmektedir. Reaksiyonlara katılan moleküllerin proton ilgileri ve gaz fazı bazlıkları hesaplanır. Mekanizmalar için HOMO-LUMO analizi yapılmıştır.

Yıldızlararası ortamda bugüne kadar 270'den fazla molekül tespit edildi. Tespit edilen moleküllerin çoğu organik yapıdadır; bunların birçoğu şekerlerin, amino asitlerin, nükleobazların [1, 2] ve diğer prebiyotik moleküllerin öncüsü olarak görev yaptı. Astronomik gözlemler nitrillerin yıldızlararası ortamda oldukça bol olduğunu bildirmektedir [3, 4]. Şimdiye kadar tespit edilen moleküllerin çok büyük bir yüzdesi, ister soğuk yıldızlararası bulutlarda [6], ister karbon bakımından zengin evrimleşmiş yıldızların etrafındaki yıldızlararası zarflarda [7], ister gezegen atmosferlerinde [8] tespit edilmiş olsun, bir nitril grubu [5] içerir. Her bir kenarda bir siyano grubu (N≡C–(C≡C)ₙ–C≡N) ile sonlanan yüksek düzeyde doymamış karbon atomlarından oluşan doğrusal bir iskeletten oluşan disiyanopoliinlerin uzayda var olabileceği öne sürülmüştür [9, 10]. Kalıcı bir elektrik dipol momentinin bulunmaması nedeniyle disiyanopolinler radyo astronomisinde gözlemlenemez. İki siyano grubuna sahip en basit simetrik molekül olan siyanojenin (NCCN) yıldızlararası uzayda oldukça bol olduğu düşünülmektedir [9]. L483 bulutunda ve geçici olarak TMC-1'de [4], siyanojenin yarı kararlı bir izomeri olan CNCN'nin (izosiyajen) ve protonlanmış siyanojen formunun tespiti, yıldızlararası uzayda NCCN'nin tespitini ve bolluğunu destekler.

Siyanojenin protonlanmış formu olan NCCNH⁺, ilk olarak soğuk kara bulutlar TMC-1 ve L483'te [11], NCCNH⁺/NCCN ~ 10⁻⁴ bolluk oranıyla tanımlandı. Daha sonra L1544'ün yıldız öncesi çekirdeğinde protonlanmış siyanojenin gözlendiği bildirildi [12]. NCCNH⁺'nin tespiti, kara bulutlarda NCCN'nin varlığının iyi bir göstergesidir. Her ne kadar NCCN kalıcı bir dipol momentine sahip olmasa da, protonlanmış formu 6.448 debye elektrik dipol momentine sahip, oldukça polar, doğrusal bir moleküler katyondur [13].

Protonasyon, yıldızlararası uzayda çok önemli bir süreçtir [14, 15] ve protonlanmış katyonların çoğunun, NCCNH⁺ [11] dahil olmak üzere proton transfer reaksiyonları yoluyla oluşturulduğu öne sürülmektedir. Protonlanmış siyanojen, protonun siyanojene aktarılmasıyla oluşturulabilir. NCCNH⁺ oluşumu, seçilen iyon akış tüpü (SIFT) tekniği kullanılarak NCCN'nin H₃⁺, N₂H⁺, H₂O⁺, C₂H₃⁺ ve SO₂H⁺ ile reaksiyonundan deneysel olarak incelenmiştir; C₂N₂'nin reaksiyon hızı ve proton afinitesi de belirlenmiştir [16].