分子云中的芳香族与环状分子：星际有机化学的新维度

天体化学位于天文学、化学与分子物理学的交汇处。基于精确的实验室数据，已在星际介质中识别出 200 多种常见与奇异分子的丰富集合，其中绝大多数通过其独特的转动指纹识别。尽管已有大量工作，但在射电波段关于地球上化学基本构建单元——五元环与六元环——的证据却很少，尽管过去 50 年付出了长期而持续的努力。相比之下，一种特殊的结构 motif，即链状排列的高度不饱和碳，在太空中反而相当常见。近期在暗分子云 TMC-1 中天文探测到最简单的芳香族腈类氰苯，随后又在额外的前恒星、可能还有原恒星源中探测到，确立了芳香族化学在恒星形成最早阶段可能广泛存在。随后在 TMC-1 中发现氰环戊二烯乃至氰萘，进一步证明具有相当复杂度的有机分子可在高视觉消光但温度和压力极低的区域中轻易合成。本综述聚焦于目前为理解线性与平面碳结构之间丰富过渡区而开展的实验室工作，采用微波波谱学。我们介绍当前探测方法的关键特征、优势与劣势，讨论太空与实验室中发现的分子类型，以及为在复杂混合物中识别全新物种而正在开发的方法。重点介绍了聚焦于烃类氰化及由非环前体形成苯的研究，以及同位素研究可能在阐明成环化学路径中所起的作用。