星際空間中含有肽鍵-CONH-的分子生成機(jī)理研究.pdf

1、茫茫星際空間并不是一無所有真正意義上的真空.在射電望遠(yuǎn)鏡的幫助下,人們在星際空間中發(fā)現(xiàn)了大量分子云,云中含有各種復(fù)雜的有機(jī)分子.這其中,包括含有-CONH-鍵的甲酰胺分子與乙酰胺分子,由于其包含的酰胺鍵在生物中是連接氨基酸的重要化學(xué)鍵,與蛋白質(zhì)的形成和功能有著緊密的聯(lián)系,成為人們深入了解星云特性、生命源奧秘和恒星演化的重要研究對象,因而激發(fā)了人們對其在星際空間形成機(jī)理的研究興趣.廣泛存在于星際空間中的冰顆粒及其表面上的NH3、CO、H2

2、O、HNC、HNCO、HCOOH、CH3COOH等小分子為很多星際分子的生成提供了場所和可能.本文以這些小分子作為反應(yīng)物,研究了甲酰胺與乙酰胺的生成機(jī)理,并研究了冰顆粒表面水分子及其吸附的NH3、HF等小分子對各種反應(yīng)通道的影響.
　　本文采用量子化學(xué)計算中的密度泛函理論方法,在B3LYP/6-311++G(d,p)水平上對星際空間中含有-CONH-肽鍵的甲酰胺分子和乙酰胺分子的生成機(jī)理進(jìn)行系統(tǒng)研究。對反應(yīng)物、中間體、產(chǎn)物和過渡態(tài)

3、的結(jié)構(gòu)進(jìn)行幾何優(yōu)化,利用振動頻率分析和IRC計算對過渡態(tài)進(jìn)行確認(rèn),并研究了不同催化劑對上述分子生成的影響及差異,對其反應(yīng)的機(jī)理給出合理解釋,探究星際空間中這些分子可能的生成機(jī)理.
　　對于甲酰胺的生成,分別以NH3與 CO、H2與 HNCO、H2O與 HNC、HCOOH與 NH3作為反應(yīng)物來分析其反應(yīng)通道.通過比較各通道的反應(yīng)活化能壘的高低,發(fā)現(xiàn) HCOOH與NH3作為反應(yīng)物生成甲酰胺的反應(yīng)能壘最低.研究表明,反應(yīng)過程中發(fā)生氫遷移

4、反應(yīng)的通道,在小分子催化作用下,反應(yīng)活化能壘都有所降低.其中,NH3與 CO在兩分子 HF催化作用下一步反應(yīng)生成NH2CHO的反應(yīng)活化能壘降低到了17.1 kJ/mol,與沒有催化劑存在時282.9 kJ/mol的活化能壘相比,大大降低,在星際媒介冰顆粒表面較容易進(jìn)行.HCOOH與 NH3在兩分子 HF催化作用下一步反應(yīng)生成NH2CHO的反應(yīng)活化能壘降低到了14.0 kJ/mol,在星際媒介冰顆粒表面更容易進(jìn)行.綜上所述,以HCOOH與

5、 NH3作為反應(yīng)物生成甲酰胺,是甲酰胺合成的主要通道,在HF分子催化的作用下,反應(yīng)能壘明顯降低,在星際星際媒介條件下很容易生 NH2CHO.
　　對于乙酰胺的生成,分別以CH4與 HNCO、CH3COOH與 NH3作為反應(yīng)物來分析其反應(yīng)通道.通過比較各通道反應(yīng)活化能壘的高低,發(fā)現(xiàn) CH3COOH與 NH3作為反應(yīng)物生成乙酰胺的反應(yīng)能壘為180.1 kJ/mol,比 CH4與 HNCO作為反應(yīng)物的反應(yīng)能壘301.5 kJ/mol低很

6、多.研究表明,在小分子催化作用下,兩通道的反應(yīng)活化能壘都有所降低.其中,CH4與 HNCO反應(yīng)一步生成乙酰胺在HF分子催化作用下,反應(yīng)活化能壘為221.6 kJ/mol,與沒有催化劑存在時的活化能壘301.5 kJ/mol相比,降低很多.CH3COOH與 NH3反應(yīng)一步生成乙酰胺在小分子 HF催化作用下,活化能壘降低到20.6 kJ/mol,在星際媒介冰顆粒表面很容易進(jìn)行.綜上所述,CH3COOH與 NH3作為反應(yīng)物生成乙酰胺,是乙酰胺