作者:Thamarasee Jeewandara，Phys
（同organic）有机 携带两个六元环的双环多环芳烃的最简单代表(萘，C10H81)和一个六元环和一个五元环(茚，C9H82)
而氢提取-乙烯基乙炔加成(HAVA)机制可以导致萘在10 K下形成，这是茚的低温途径，茚是弯曲多环芳烃的基本分子结构单元，如珊瑚烷(C20H103)和巴克敏斯特富勒烯(C604)—仍然难以捉摸
碳和氢原子分别用灰色和白色标注，茚的碳主链用黑色突出显示
学分:科学进步，doi: 10
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abd4044 星际介质和燃烧系统包含多环芳烃作为形成富勒烯和碳质纳米结构的基本分子构件
然而，研究人员还没有研究和理解携带五元环的芳香分子，五元环是非平面或多环芳烃的基本组成部分，最终导致星际颗粒或含碳宇宙尘埃的形成
在《科学进展》杂志上发表的一份新报告中，斯里尼瓦斯·多德派特拉和一组美国化学、物理和天文学科学家
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俄罗斯通过交叉分子束实验、电子结构计算和天体化学建模探索了这一概念
这项工作揭示了一种形成茚(C9H8)的不寻常途径——一种具有五元环的原型芳香分子
该机制基于无屏障生物分子反应，该反应通过迄今为止难以捉摸的甲基二烯加成-环化-芳构化(MACA)机制涉及最简单的有机基团-甲基二烯(CH)和苯乙烯(C6H5C2H3)
这项工作为银河系中发现的碳的低温化学提供了一个新概念
星际化学 在这项工作中，多德帕特拉等人
揭示了茚分子的合成是基于在单一碰撞条件下最简单的有机基团甲基与苯乙烯分子之间的基本反应
根据莱格和普吉特在1984年提出的一个假设，多环芳烃(PAHs)被认为是由稠合的苯环组成的——以形成小碳分子和碳质纳米粒子或星际颗粒之间缺失的一环
多环芳烃及其氢化、烷基化、质子化和离子化的对应物通常与从可见光到近红外和不明红外(UIR)发射范围的弥漫星际带相关
这些化合物包含了银河系中约20%的碳收支，包括碳质球粒陨石(陨石)，如Murchison、Allende和Orgueil，主张在富含碳的渐近巨分支恒星(AGB)中芳烃的星周起源
多环芳烃也构成了基于氢提取——碳添加(HACA)序列的AGB恒星的后代行星状星云
然而，一旦形成，星际多环芳烃就会被银河宇宙射线、光解和冲击波迅速摧毁，寿命只有108年
因此，多环芳烃既不应存在于星际介质中，也不应存在于陨石中，因此它们的普遍存在是天体物理学中的一个悖论
这种不一致性可以通过假设星际介质中多环芳烃的快速增长存在一条迄今难以捉摸的低温路径来克服它们的破坏来解决
这种低温途径的识别将有助于在最基本的微观水平上解开含有五元环(如茚)的多环芳烃的来源
实验室角分布和相关的飞行时间谱
甲基自由基(CH；x2π)与苯乙烯(C8H8X1A’)(A)和在不同的实验室角度收集的飞行时间光谱重叠最佳拟合(B)
实心圆及其误差条表示具有1σ不确定性的归一化实验分布，空心圆表示飞行时间光谱的实验数据点
红线代表从优化质心函数获得的最佳拟合
学分:科学进步，doi: 10
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abd4044 实验 该团队将交叉分子束反应散射实验与电子结构计算和天体化学研究相结合，以了解由单一碰撞事件引发的意外气相化学
这种现象在分子云中出现的低至10 K的温度下起作用，例如金牛座分子云和猎户座分子云
迄今为止未知的甲基倍性加成-环化-芳构化(MACA)机制代表了一种通过快速气相化学在分子云中形成茚的无障碍途径
该发现质疑了已有的范式，认为低温引发了茚的形成，茚是星际介质中最早的芳香分子
茚的碳主链也代表了非平面多环芳烃的基本分子结构，并可能导致星际富勒烯(C60，C70)的形成
质心分布和相关通量等值线图
厘米平移能量通量分布(A)、厘米角通量分布(B)和相应通量等值线图的俯视图(C)，导致在甲基自由基与苯乙烯的反应中形成茚加原子氢
阴影区域表示最佳拟合的误差极限，考虑到实验室角度分布和飞行时间光谱的不确定性，红色实线定义最佳拟合函数
通量等值线图表示反应散射产物的通量强度，作为厘米散射角(θ)和产物速度(u)的函数
颜色条指示从高(高)强度到低(低)强度的通量梯度
原子用灰色(碳)和白色(氢)来标记
学分:科学进步，doi: 10
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abd4044 茚的形成机理 由于甲基自由基和苯乙烯在气相中的基本反应形成了茚分子，研究小组将这些发现与模拟和统计相结合，提出了潜在的反应机理
计算揭示了甲基是如何被无障碍地添加到乙烯基部分(C2H3)的碳-碳双键的π电子密度或芳环上的
在甲基加成到乙烯基部分的过程中，他们观察到了一系列热力学稳定的反应，随后是环化反应，在整个外能反应中释放出伴随茚的原子氢
苯部分的另一种甲基加成反应相对更复杂
在确定了形成预期产物的六种可行的反应途径后，研究小组探索了莱斯-拉姆斯珀格-卡塞尔-马库斯化学动力学理论，以预测形成茚的主要反应途径
他们展示了茚是如何在没有来自甲基反应物的氢原子的情况下不能自己形成的
势能面
甲基自由基与苯乙烯反应的势能面，包括在交叉分子束实验中通过添加乙烯基(路径甲)和苯部分(路径乙和路径丙)而能量可及的反应路径
红色的路线强调了导致茚和氢原子形成的反应途径
相对能量以kJ·mol-1为单位
原子用灰色(碳)和白色(氢)来标记
学分:科学进步，doi: 10
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abd4044 天体化学模型 利用天体化学模型
接下来研究了如何将这些实验室结果转移到星际介质中
实验结果为反应在低温环境下发生提供了重要的标准，如分子云，其中同时存在甲基和苯乙烯反应物
例如，甲基自由基可以在分子云深处的内部紫外光子场中产生
因此，科学家们利用鹦鹉螺V1号对冷金牛座分子云(TMC-1)进行了天体化学模拟
1代码，探索星际介质中茚形成过程中MACA机制的效率
结果表明，虽然用天文方法探测TMC-1中的茚具有挑战性，但用罗伯特C进行高光谱分辨率和高灵敏度的实验在技术上是可行的
伯德格林班克望远镜(GBT)或阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列(阿尔玛)
顶部:通过乙烯基(C2H3)取代的多环芳烃的甲基自由基反应，多环芳烃的甲基(CH3)官能团向茚部分的多功能转化，涉及新的甲基加成-环化-芳构化(MACA)机制
波浪线表示包含在多环芳烃中
底部:茚碳骨架
苯乙烯和甲基二烯反应物中碳原子的位置，以及加入乙烯基(路径A)和苯部分(路径B和C)后茚反应产物的位置
学分:科学进步，doi: 10
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abd4044 前景 通过这种方式，斯里尼瓦斯·多德派特拉和他的同事们将交叉分子束、电子结构和天体化学建模结合起来，揭示了茚在热的、富含碳的恒星和行星状星云以及冷的分子云中的潜在形成
该机理包括基于最简单的有机自由基甲基二烯与苯乙烯的简单、无障碍的反应
这项工作代表了理解在深空低温环境中形成茚和非平面多环芳烃的基本化学过程的重要一步
鉴于非平面多环芳烃在宇宙化学演化过程中形成碳质宇宙尘埃颗粒(通常称为星际颗粒)的关键作用，了解导致宇宙尘埃颗粒形成的基本步骤将增强我们银河系的宇宙化学意识
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