星际 CO 冰上复杂有机分子的形成？来自计算化学模拟的启示
星系天体物理
2023-07-19 v1 化学物理
摘要
碳（P）原子是一种活性物种，根据实验室实验和理论计算，它会与星际冰组分发生凝聚。这一事实对星际介质（ISM）中的化学至关重要，因为凝聚反应无势垒，且所形成的后续物种由于其开壳层特性仍具反应性。碳在富 CO 冰上的凝聚形成 \ch{C=C=O}（）物种，其可轻易被加氢两次形成乙烯酮（HCCO）。乙烯酮在地球条件下反应性很强，通常在化学合成实验室中作为难以分离的中间体出现。这些特征表明，乙烯酮可通过两步过程成为形成星际复杂有机分子（iCOMs）的良好候选者，即先活化再发生自由基-自由基耦合。本工作中，借助量子化学计算并辅以动力学计算，探究了富 CO 冰模型上乙烯酮与氢原子以及 OH 和 NH 自由基的反应，以评估它们在 ISM 中是否有利。结果表明，氢加成到乙烯酮上（在隧穿效应辅助下）形成乙酰基自由基（CHCO）是最优路径，因为与 OH 和 NH 的反应具有（≥ 9kJ/mol）的活化能，在 ISM 条件下难以逾越，除非外部过程为体系提供能量。因此，乙醛（CHCHO）以及很可能经进一步加氢形成的乙醇（CHCHOH）是可能唯一可行的合成路径。此外，根据所计算的 OH 和 NH 在 CO 冰上相对较大的结合能，预期其扩散缓慢，从而阻碍与 CHCO 可能的自由基-自由基耦合。结合即将到来的詹姆斯·韦伯空间望远镜观测，讨论了这些发现的天体物理意义。
引用
@article{arxiv.2305.16116,
title = {Formation of complex organic molecules on interstellar CO ices? Insights from computational chemistry simulations},
author = {Stefano Ferrero and Cecilia Ceccarelli and Piero Ugliengo and Mariona Sodupe and Albert Rimola},
journal= {arXiv preprint arXiv:2305.16116},
year = {2023}
}