宇宙における芳香族化合物の生成消滅反応の理論的究明

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07208211
• Research Institution: Shizuoka University
• Principal Investigator: 相原 惇一 静岡大学, 理学部, 教授 (40001838)
• Keywords: 宇宙化学 / 芳香族炭化水素 / PAH / PM3分子軌道法 / 振動構造 / ベンザイン / アライン

Research Abstract

1.宇宙における多環式芳香族炭化水素(PAH)の生成消滅反応の解明を目指して、PM3分子軌道法を用い、PAH分子から2個以上の水素原子が解離してできる分子やイオン、特に、PAH分子の隣り合った2つの水素原子が解離してできるアライン(aryne、ベンザイン環をもつPAH分子)の構造最適化と振動構造計算を行った。PAH分子から隣り合った2個の水素原子が解離する場合、解離した水素原子が分子を形成すると仮定すると、解離エネルギーは約100kcal/molとなる。これは個々のCH結合の解離エネルギーにほぼ等しく、この種の水素分子離脱反応は、宇宙の強い紫外光照射場では比較的容易に起こることがわかった。
2.水素分子脱離反応の生成物は、ベンザイン分子に見られるようなCC三重結合をもち、その伸縮振動によるスペクトル線は、2050‐2230cm^<-1>に出現すると予想される。CC三重結合は、分子の対称軸からずれた位置にあると、大きな振動強度を示す。
3.宇宙ではCH結合関連の振動よりCC結合関連の振動が強く観測されることから、水素分子脱離反応の可能性とはかかわりなく、PAH分子はかなりの程度脱水素しているとされてきた。もし多数の水素原子を失ったPAH分子が大量にあれば、ベンザイン型のCC三重結合をもつ分子は確率的に大量に存在することになるが、現実には宇宙ではこのようなスペクトル線は観測されないので、この推論は正しくないと考えられる。したがって、CC三重結合をもつ分子が宇宙に大量にあるという証拠はなく、宇宙におけるPAH分子の脱水素化の程度は決して大きくはないと推測される。CC結合関連の骨格振動が強いことは、PAHが一定の割合でイオン化していると考えると一応説明がつく。

Research Products

• [Publications] Jun‐ichi Aihara: "Bond Resonance Energy and Verification of the Isoiated Pentagon Rule" Journal of the American Chemical Society. 117. 4130-4136 (1995)
• [Publications] Mitsuho Yoshida: "Aromaticity and Superaromaticity in Carbon Nanotoroids." Journal of the Chemical Society, Faraday Transactions. 91. 1563-1565 (1995)
• [Publications] Jun‐ichi Aihara: "Infrared Spectra of PAH Cations" Grain Formation Workshop. 16. 41-44 (1995)
• [Publications] Jun‐ichi Aihara: "Bond Resonance Energies and Kinetic Stabilities of Charged Fullerenes" Journal of Physical Chemistry. 99. 12739-12742 (1995)
• [Publications] Jun‐ichi Aihara: "Kinetic Stability of Fullerenes with Four‐Membered Rings" Journal of the Chemical Society, Faraday Transactions. 91. 4349-4353 (1995)
• [Publications] 相原惇一: "フラーレンとカーボン・ナノチューブの安定性と反応性" 季刊フラーレン. 4. 107-117 (1996)