The theoretical and observational study of the formation process of interstellar heterocyclic compounds

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K03936
• Research Institution: Center for Novel Science Initatives, National Institutes of Natural Sciences
• Principal Investigator: 鈴木 大輝 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究, アストロバイオロジーセンター, 特任研究員 (30815519)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小松 勇 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究, アストロバイオロジーセンター, 特任研究員 (20769757)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: アストロバイオロジー / 生命関連分子 / 星間分子

Outline of Annual Research Achievements

生命起源の研究では、初期地球における簡単な分子から複雑な分子への化学進化の理解が不可欠である。さらに初期地球には彗星や星間塵などが降り注ぐことで、宇宙から有機分子が運搬されて化学進化に影響を与えたと考えられる。そこで当研究では星間空間における生命関連分子の化学反応経路を調査し、その結果を踏まえて化学進化モデルを構築することで生命関連分子の起源に関する知見を深めることを目標としている。当研究ではDNA/RNAの構成分子となる複素環式化合物、核酸塩基に特に着目し、これらのprebioticな生成プロセスを提示する。
そこで量子化学計算による化学反応経路探査法、GRRMを用いてシトシンの形成経路を体系的に調査した。予め反応経路を与えずに、２つの分子から中間体を経てシトシンをエネルギー的に生成し得る化学反応の経路を遷移状態計算に基づいて推定した。計算の結果、シトシンに至る３つの化学反応経路を得た。そのうち最も有望な経路はエネルギー障壁なしで進行し、次のような３段階の反応が得られた。①初めにビニルアミン（C2H3NH2）が紫外線により乖離し、NH2-C-CH が生成する。NH2-C-CHは酸素原子Oと塵表面で反応し、NH2-C-CHOが生成する。 次いでCN、HNCHとの反応によりシトシンに至る（②NH2-C-CHO + CN → NH2-CN-C-CHO、③NH2-CN-C-CHO + HNCH→ シトシン）。 反応経路の出発物質となっているビニルアミンは星間空間では検出の報告もなされているため、星間空間で利用可能な分子のみからシトシンが形成可能である。 各段階の反応障壁を見ると②のNH2-CN-C-CHO を形成する際の8.5 kJ/molが最大であり、これは星形成領域においても主星が生まれて周囲が紫外線で温まる領域では進行可能だと考えられる。