Naukowcy badają źródła głównych węglowodorów na Ziemi i w przestrzeni kosmicznej

Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA) to rodzaj cząsteczek organicznych zawierających skondensowane pierścienie utworzone z chemicznego benzenu. Naukowcy uważają, że wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA) są odpowiedzialne za procesy chemiczne, które ostatecznie prowadzą do powstania sadzy i innych nanocząstek węgla na Ziemi oraz wokół i pomiędzy gwiazdami w głębokim kosmosie. Na Ziemi WWA powstają częściowo w wyniku niepełnego spalania węgla, ropy i innych substancji i są szkodliwe dla zdrowia ludzkiego.

W całym wszechświecie WWA stanowią do 30% całkowitego węgla, niezależnie od tego, czy występują wokół gwiazd, obłoków międzygwiazdowych czy planet. Jednakże naukowcy nie do końca rozumieją rolę reakcji z udziałem wolnych rodników w powstawaniu WWA w ekstremalnych środowiskach. Wolne rodniki to cząsteczki z niesparowanym elektronem, który jest zdelokalizowany na co najmniej trzech atomach. W badaniu opublikowanym w czasopiśmie Nauki chemiczneNaukowcy przeprowadzili eksperymenty, aby odkryć, w jaki sposób prototyp WWA – naftalenu – może powstać w wyniku reakcji zachodzących w fazie gazowej substancji.

Wyniki dostarczają podstawowej wiedzy na temat procesów, w których może powstać najprostszy przedstawiciel naftalenowych WWA – głównego składnika kulek na mole. Naukowcy odkryli, że reakcja ta może zachodzić w fazie gazowej poprzez oddziaływanie rodników obecnych w płomieniach spalania oraz w przestrzeni otaczającej gwiazdy bogatej w węgiel. Dostarcza to nowej, fundamentalnej wiedzy na temat chemii i bilansu węgla w naszej galaktyce.

Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA) i powstające w nich cząsteczki sadzy stanowią niepożądane produkty uboczne procesów spalania paliw kopalnych, ale naukowcy nie mają pełnej wiedzy na temat podstawowych mechanizmów ich powstawania. Wykrywanie produktu selektywnego względem izomerów ujawnia, że ​​stabilna rezonansowo reakcja benzylu ( C₇H₇) i propargil (C₃H₃) Korzenie syntetyzują najprostszego przedstawiciela WWA – aromatyczny naftalen Hückel 10p (C₁₀H₈) mieszanina.

Przygotowanie naftalenu w fazie gazowej zapewnia radykalnie nową koncepcję reakcji rodników propargilowych powstałych podczas spalania z rodnikami aromatycznymi posiadającymi centrum rodnikowe w ugrupowaniu metylenowym (aromatyczny-CH₂•), który był wcześniej pomijany jako źródło związków aromatycznych w środowiskach o wysokiej temperaturze.

Mechanizm łatwego dodawania propargilu – annulacja Benz (PABA) rodników propargilowych z innymi aromatycznymi CH₂• Rodniki inne niż benzyl mogą powodować powstawanie WWA wyższego rzędu, takich jak antracen i fenantren. Odkrycie to stanowi zasadniczą zmianę w postrzeganiu, że WWA powstają głównie w drodze ekstrakcji wodoru, dodawania acetylenu (HACA) i dodawania fenylu do obiegu wody (PAC) w warunkach spalania w wysokiej temperaturze.

Ten mechanizm PABA zapewnia wszechstronne i różnorodne podejście do trzech głównych klas węglowodorów aromatycznych: acenów (WWA składających się z liniowo skondensowanych pierścieni benzenowych), fenacenów (WWA mających strukturowane zygzakowate pierścienie benzenowe) i helicyny (ortogonalne skondensowane WWA zawierające pierścienie benzenowe). Podlegają cyklizacji kątowej, w wyniku czego powstają helikalne cząsteczki o spiralnym kształcie, co przybliża naukowców do zrozumienia aromatycznego wszechświata, w którym żyjemy.