从氧原子插入反应生成 4-甲基异氰酸

在冷分子云中，紫外线光解冰层的皮层会产生导致新分子形成的自由基。当自由基扩散受低温限制时，氧原子添加和插入反应——这些反应由常见冰成分如 H$_2$O、CO$_2$、CO 和 O$_3$ 的光解所能产生的——可通过产生 metastable、高度活性的 O($^{1}D$) 原子来提供化学复杂性的另一条途径。我们研究了由 O$_3$ 光解产生的氧原子与 4-甲基氰腈 (CH$_3$CN) 的反应性。这些研究在具备低温和低压条件的超高真空腔体中进行，配备用于实时监测破坏和产物形成的原位红外光谱仪。我们得出结论，氧原子能快速插入 CH$_3$CN 以在无矩阵冰中主要产生 4-甲基异氰酸 (CH$_3$NCO)。在 10 K 至 40 K 的温度范围内，我们观察到无论是 CH$_3$CN 破坏还是 CH$_3$NCO 产物形成都不存在温度依赖性。将 CH$_3$CN:O$_3$ 置于 H$_2$O 和 CO$_2$ 冰矩阵中后发现，CH$_3$NCO 形成仍然稳健，但产率可能因竞争性反应路径而降低。在 H$_2$O 冰矩阵中，我们还观察到产物分支比率向另一些替代路径（如水甲基氰腈 (HOCH$_2$CN) 的形成）转移。总体而言，我们的结果表明，氧原子的反应性为在自由基可移动性受限的冷尘埃上从腈烷生成化学复杂性提供了重要途径。