stringtranslate.com

Циклопенилиден

Циклопенилиден , или c - C 3 H 2 , представляет собой частично ароматическую молекулу, принадлежащую к высокореактивному классу органических молекул , известных как карбены . На Земле циклопропенилиден можно увидеть только в лаборатории из-за его реакционной способности. Однако циклопропенилиден обнаружен в значительных концентрациях в межзвездной среде (ISM) и на спутнике Сатурна Титане . Его симметричный изомер C 2v , пропадиенилиден (CCCH 2 ), также обнаружен в ISM, но в количествах примерно на порядок ниже. [1] Третий симметричный изомер C 2 , пропаргилен (HCCCH), еще не обнаружен в ISM, скорее всего, из-за его низкого дипольного момента .

История

Астрономическое обнаружение c -C 3 H 2 было впервые подтверждено в 1985 году. [2] Четырьмя годами ранее в радиодиапазоне спектров ISM наблюдалось несколько неоднозначных линий , [3] но наблюдаемые линии не были идентифицированы . в то время. Позднее эти линии были сопоставлены со спектром c - C 3 H 2 с помощью ацетилен-гелиевого разряда . Неожиданно было обнаружено , что c -C 3 H 2 широко распространен в ISM. [4] Обнаружение c -C 3 H 2 в диффузной среде было особенно неожиданным из-за низких плотностей. [5] [6] Считалось, что химия диффузной среды не допускает образования более крупных молекул, но это открытие, а также открытие других крупных молекул продолжают прояснять сложность диффузной среды. . Совсем недавно наблюдения c -C 3 H 2 в плотных облаках также обнаружили концентрации, значительно превышающие ожидаемые. Это привело к гипотезе, что фотодиссоциация полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) усиливает образование c - C 3 H 2 . [7]

Титан (спутник Сатурна)

15 октября 2020 года было объявлено, что небольшое количество циклопропенилидена было обнаружено в атмосфере Титана , крупнейшего спутника Сатурна . [8]

Формирование

Предполагается, что реакция образования c - C 3 H 2 представляет собой диссоциативную рекомбинацию c - C .
3ЧАС+
3. [9]

С
3ЧАС+
3+ е − → С 3 ЧАС 2 + ЧАС

в - С
3ЧАС+
3является продуктом длинной цепочки углеродной химии, происходящей в ISM. Реакции внедрения углерода имеют решающее значение в этой цепочке образования C.
3ЧАС+
3. Однако, что касается большинства ионно-молекулярных реакций, которые, как предполагается, важны в межзвездной среде, этот путь не был подтвержден лабораторными исследованиями. Протонирование аммиака c - C​
3ЧАС+
3это еще одна реакция образования. Однако в типичных условиях плотных облаков вклад этой реакции в образование C 3 H 2 составляет менее 1% .

Эксперименты со скрещенными молекулярными пучками показывают, что реакция метилидинового радикала (CH) с ацетиленом (C 2 H 2 ) образует циклопропенилиден плюс атомарный водород, а также пропадиенилиден плюс атомарный водород. [10] Нейтрально-нейтральная реакция между атомарным углеродом и виниловым радикалом (C 2 H 3 ) также образует циклопропенилиден плюс атомарный водород. [11] Обе реакции протекают быстро при 10  К , не имеют входного барьера и обеспечивают эффективные пути образования в холодных межзвездных средах и богатых углеводородами атмосферах планет и их спутников. [12]

Матричный выделенный циклопропенилиден был получен методом флэш-вакуумного термолиза производного квадрициклана в 1984 году. [13]

Разрушение

Циклопенилиден обычно разрушается в результате реакций между ионами и нейтральными молекулами. Из них наиболее распространены реакции протонирования . Любая разновидность типа HX + может реагировать, превращая c -C 3 H 2 обратно в c - C.
3ЧАС+
3. [9] Из соображений константы скорости и концентрации наиболее важными реагентами для разрушения c -C 3 H 2 являются HCO + , H+ 3и H 3 O + . [14]

С 3 Н 2 + HCO + → С
3ЧАС+
3+ СО

Обратите внимание, что c -C 3 H 2 в основном разрушается путем преобразования его обратно в C.
3ЧАС+
3. Поскольку основные пути разрушения регенерируют только основную родительскую молекулу, C 3 H 2 по сути является тупиком с точки зрения химии межзвездного углерода. Однако в диффузных облаках или в области фотодиссоциации (ПДР) плотных облаков реакция с C + становится гораздо более значимой и C 3 H 2 может начать способствовать образованию более крупных органических молекул .

Спектроскопия

Обнаружение c - C 3 H 2 в МЗС основано на наблюдениях молекулярных переходов с помощью вращательной спектроскопии . Поскольку c -C 3 H 2 является асимметричным волчком, вращательные уровни энергии расщепляются и спектр усложняется. Также следует отметить, что C 3 H 2 имеет спиновые изомеры, очень похожие на спиновые изомеры водорода . Эти орто- и пара- формы существуют в соотношении 3:1, и их следует рассматривать как отдельные молекулы. Хотя орто- и пара-формы химически выглядят одинаково, энергетические уровни различны, а это означает, что молекулы имеют разные спектроскопические переходы.

При наблюдении c -C 3 H 2 в межзвездной среде можно увидеть лишь определенные переходы. В общем, для астрономического обнаружения доступно лишь несколько линий. Многие линии ненаблюдаемы, поскольку поглощаются атмосферой Земли . Единственные линии, которые можно наблюдать, — это те, что попадают в окно радиоприемника . Чаще всего наблюдаются линии перехода от 1 10 до 1 01 при18 343  МГц и переход с 2 12 на 1 01 на85 338  МГц орто - c - C 3 H 2 . [2] [4] [7]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Дэвид Фоссе; и другие. (2001). «Молекулярные углеродные цепи и кольца в ТМС-1». Астрофизический журнал . arXiv : astro-ph/0012405 . дои : 10.1086/320471 .
  2. ^ ab П. Таддеус, Дж. М. Вртилек и К. А. Готлиб «Лабораторная и астрономическая идентификация циклопропенилидена, C 3 H 2 ». Астрофиз. Дж. 299 L63 (1985)
  3. ^ П. Таддеус, М. Гелен, Р. А. Линке «Три новые «неземные» молекулы» Astrophys. Дж. 246 Л41 (1981)
  4. ^ ab Лукас Р. и Лист Х. «Сравнительная химия диффузных облаков I. C 2 H и C 3 H 2 » Astron. И Астрофиз. , 358 , 1069 (2000)
  5. ^ HE Мэтьюз и WM Ирвин «Углеводородное кольцо C 3 H 2 повсеместно распространено в Галактике» Astrophys. Дж. , 298 , L61 (1985)
  6. ^ П. Кокс, Р. Гастен и К. Хенкель «Наблюдения C 3 H 2 в диффузной межзвездной среде» Astron. И Астрофиз. , 206 , 108 (1988)
  7. ^ аб Дж. Пети и др. «Являются ли ПАУ предшественниками малых углеводородов в областях фотодиссоциации? Случай Конской головы» Астрон. И Астрофиз. , 435 , 885 (2005)
  8. ^ CA Никсон и др. «Обнаружение циклопропенилидена на Титане с помощью ALMA» Дж. Астрон. , 160-5 (2020)
  9. ^ ab SA Maluendes, AD McLean, E. Herbst «Расчеты, касающиеся межзвездных соотношений изомерного содержания C 3 H и C 3 H 2 » Astrophys. Дж. , 417 181 (1993)
  10. ^ П. Максютенко, Ф. Чжан, X. Гу, Р. И. Кайзер, «Исследование скрещенными молекулярными пучками реакции метилидиновых радикалов [CH (X 2 Π)] с ацетиленом [C 2 H 2 (X 1 Σ)+
    г    )] – Конкурирующие каналы C 3 H 2 + H и C 3 H + H 2 », Chem. Phys. Chem. 13 , 240-252 (2011).
  11. ^ А.В. Уилсон, Д.С.Н. Паркер, Ф. Чжан, Р.И. Кайзер, «Исследование скрещенными лучами атомно-радикальной реакции атомов углерода в основном состоянии (C ( 3 P)) с виниловым радикалом (C 2 H 3 (X 2 A') ))», Физ. хим. хим. Phys , 14 , 477-481 (2012).
  12. ^ Р. И. Кайзер, «Экспериментальное исследование образования углеродсодержащих молекул в межзвездной среде посредством нейтрально-нейтральных реакций», Chem. Rev. , 102 , 1309-1358 (2002).
  13. ^ Ханс П. Рейзенауэр, Гюнтер Майер, Ахим Риман и Рейнхард В. Хоффманн «Циклоппенилиден» Ангью. хим. Межд. Эд. англ. , 23 641 (1984)
  14. ^ Т. Дж. Миллар, PRA Фаркуар, К. Уилласи «База данных UMIST по астрохимии, 1995», Astron. и Астрофиз. Как дела. , 121 139 (1997)