사이클로프로페닐리덴

시클로프로페닐리덴(Cyclopropenylidene, 또는 c-CH₃₂)은 카르베네로 알려진 고반응성 유기 분자의 부류에 속하는 부분 방향족 분자다. 지구에서 사이클로프로페닐리덴은 반응성 때문에 실험실에서만 볼 수 있다. 그러나 사이클로프로페닐리덴은 성간 매체(ISM)와 토성의 위성 타이탄에서 상당한 농도에서 발견된다. 그것의_2v C 대칭 이성질체, 프로파디엔닐리덴(CCH₂)도 ISM에서 발견되지만, 크기는 대략 더 낮다.^[1] 세 번째 C₂ 대칭 이소머인 프로파르기린(HCCCH)은 ISM에서 아직 검출되지 않았는데, 쌍극자 모멘트가 낮기 때문일 가능성이 크다.

역사

c-CH의₃₂ 천문학적 검출은 1985년 처음 확인됐다.^[2] 4년 전에는 ISM의 스펙트럼의 무선 영역에서 몇 개의 모호한 선이 관찰되었지만,^[3] 당시에는 관측된 선이 식별되지 않았다. 이 선들은 나중에 아세틸렌-헬리움 방전을 사용하여 c-CH의₃₂ 스펙트럼과 일치했다. 놀랍게도, c-CH는₃₂ ISM에서 어디에나 있는 것으로 밝혀졌다.^[4] 확산 매체에서 c-CH의₃₂ 검출은 밀도가 낮기 때문에 특히 놀라웠다.^[5][6] 확산 매체의 화학성분이 더 큰 분자의 형성을 허락하지 않는다고 믿어왔으나, 이 발견은 다른 큰 분자의 발견뿐만 아니라 확산 매체의 복잡성을 계속해서 밝혀주고 있다. 최근에는 짙은 구름 속에서 c-CH를₃₂ 관측한 결과 역시 예상보다 상당히 높은 농도를 발견했다. 이는 다순환 방향족 탄화수소(PAHs)의 광분해로 c-CH₃₂ 형성이 강화된다는 가설을 낳았다.^[7]

타이탄 (토성의 달)

2020년 10월 15일, 토성의 가장 큰 달인 타이탄 대기에서 소량의 사이클로프로페닐리딘이 발견되었다고 발표되었다.^[8]

포메이션

c-CH의₃₂ 형성 반응은 c-CH의₃₃⁺ 분열적 재조합이라고 추측되어 왔다.^[9]

C₃H₃⁺ + e⁻ → C₃H₂ + H

c-CH는₃₃⁺ ISM에서 발생하는 긴 탄소 화학 사슬의 산물이다. 탄소 삽입 반응은 CH₃₃⁺ 형성을 위해 이 체인에 중요하다. 그러나 항성간 환경에서 중요하다고 추측되는 대부분의 이온분자 반응에 대해서는 이 경로가 실험실 연구에 의해 검증되지 않았다. c-CH에₃₃⁺ 의한 NH의₃ 양성화는 또 다른 형성 반응이다. 단, 전형적인 밀집 구름 조건에서 이러한 반응은 CH₃₂ 형성의 1% 미만에 기여한다.

교차 분자 빔 실험은 아세틸렌(CH₂₂)과 메틸리딘(CH)의 반응이 사이클로프로페닐리덴 플러스 원자수소를 형성하고 프로파디엔닐리덴 플러스 원자수소를 형성한다는 것을 나타낸다.^[10] 원자탄과 비닐 래디컬(CH₂₃) 사이의 중립적 반응도 사이클로프로페닐리덴에 원자수소를 더한다. ^[11] 두 반응 모두 10 켈빈에서 속도가 빠르고 진입 장벽이 없으며 혹한 성간 환경과 행성 및 그 위성의 탄화수소가 풍부한 대기에서 효율적인 형성 경로를 제공한다.^[12]

매트릭스 격리된 사이클로프로페닐리덴은 1984년 4중창 파생 모델의 플래시 진공 열분해로 준비되었다.^[13]

파괴

사이클로프로페닐리덴은 일반적으로 이온과 중성분자 사이의 반응에 의해 파괴된다. 이 중 양성 반응이 가장 많다. HX형식의⁺ 모든 종은 c-CH를₃₂ 다시 c-CH로₃₃⁺ 변환하기 위해 반응할 수 있다.^[9] 비율 상수 및 농도 고려로 인해 c-CH₃₂ 파괴에 가장 중요한 반응제는 HCO⁺, H₃⁺, HO이다₃⁺.^[14]

CH₃₂ + HCO⁺ → CH₃₃⁺ + CO

c-CH는₃₂ 대부분 다시 CH로₃₃⁺ 변환하여 파괴된다는 점에 유의하십시오. 주요 파괴경로는 주요 모분자만을 재생시키기 때문에 CH는₃₂ 성간 탄소화학 측면에서 본질적으로 막다른 골목이다. 그러나 분산된 구름이나 밀집된 구름의 광분해 지역(PDR)에서는 C와의⁺ 반응이 훨씬 더 중요해지고 CH가₃₂ 더 큰 유기 분자의 형성에 기여하기 시작할 수 있다.

분광학

ISM에서 c-CH₃₂ 검출은 회전 분광법을 이용한 분자 전환 관측에 의존한다. c-CH는₃₂ 비대칭 상단이므로 회전 에너지 레벨이 분할되어 스펙트럼이 복잡해진다. 또한, CH는₃₂ 수소의 스핀 이소머와 매우 유사하게 스핀 이소머를 가지고 있다는 것을 알아두어야 한다. 이러한 정형외과와 파라형은 3:1의 비율로 존재하며 구별되는 분자로 간주되어야 한다. 정형외과와 파라형은 화학적으로 동일해 보이지만, 에너지 수준은 다르며, 이는 분자가 분광 전환이 다르다는 것을 의미한다.

성간 매질에서 c-CH를₃₂ 관찰할 때는 특정한 변화만 볼 수 있다. 일반적으로 천문학적 탐지에 사용할 수 있는 선은 몇 개에 불과하다. 많은 선들이 지구의 대기에 흡수되기 때문에 관측할 수 없다. 유일하게 관측할 수 있는 선은 라디오 창에 떨어지는 선이다. 더 흔히 관측되는 선은 18343MHz에서 1대₁₀₀₁ 1 전환, 정형외과 c-CH의₃₂ 85338MHz에서 2대₁₂₀₁ 1 전환이다.^[2][4][7]

참고 항목

• 성간 공간의 분자 목록

참조