阿卜杜拉国王科技大学
KAUST的研究人员开发了一种新的假说来解释多环芳烃的形成
信用:KAUST哈桑·塔希尼 碳氢化合物簇的不寻常的反应路径可能会给对煤烟和星际化学的理解带来范式转变
多环芳烃(PAHs)是燃料燃烧过程中形成的有害烟尘颗粒和星际物质中最小的尘埃颗粒的主要来源，重新思考多环芳烃的形成和增长，有助于KAUST研究人员开发更绿色、更高效的燃烧过程，同时也揭示了星际演化
提出了几种途径来解释这些大有机分子是如何形成的
这些通常涉及一系列化学反应，这些反应有助于从芳香族化合物(包含一个或多个苯环的有机化合物)中去除氢原子，产生活性自由基，并将这些自由基与小分子碳氢化合物融合，生成簇
然而，除了缓慢，这个级联也依赖于自由基的持续供应
博士后金汉峰说:“在燃烧过程中，在缺乏自由基的反应环境中，烟灰的形成可能是显著的。”
“同样，星际介质中的温度太低，无法维持足够的自由基库，星系中高能光子产生的自由基也很少，”他补充道
这与目前关于多环芳烃形成的假设相矛盾，即自由基再生取决于连续的氢去除
由阿米尔·法鲁克领导的研究小组打破常规，设计了一种多环芳烃增长消耗很少自由基的机制
这种机制包括所谓的共振稳定自由基，它能与带有双键或三键的化合物结合，并将它们的反应性自由基位点转移到生成的中间体
这允许连续的加成反应发生并产生更大的簇而不需要活化
Butadiyne是一种含有两个三键的化合物，在碳氢化合物火焰中浓度相对较高，在土星的卫星土卫六中也是如此
研究人员评估了在共振稳定自由基炔丙基中添加丁二酮的情况，炔丙基是一种关键的多环芳烃前体，在星际化学中也很常见
计算预测和基本反应实验表明，炔丙基首先与丁二酮反应生成七碳氮芳族化合物及其相应的共振稳定化基团富维那伦基
进一步的反应产生了更大的十一碳簇，这与富维那伦基与丁二酮的融合是一致的，没有额外的活化
“这种连续的丁二酮加成和环化机制适用于自由基缺乏的环境，例如高负荷发动机的后燃烧和星际介质的进化，”金说
研究人员进一步探索了第一个芳香环的形成，这对烟灰和多环芳烃的形成至关重要，他们还发现，当炔丙基加入到不饱和化合物乙烯基乙炔中时，它提供了一个七碳共振稳定基团，称为乙烯基环戊二烯基，作为第一个芳香环
“最初提出的有助于第一环形成的七碳基团来自苯和五碳环戊二烯基，”金解释说
理论和实验表明，与富维那伦基相似，新获得的乙烯基环戊二烯基是通过不含苯的聚集产生更大的共振稳定自由基的关键中间体；因此，它为多环芳烃的芳香族前体提供了第三条途径
“共振稳定的自由基链式反应涉及多环芳烃生长途径的集合
所以，在未来的调查中会发现更多的这种情况，”金说
在探索替代途径的同时，研究人员还在开发更精确的动力学模型，以更好地模拟燃烧和星际现象期间的多环芳烃形成
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