Direct evidence for a radiation-induced synthesis of acetonitrile and isoacetonitrile from a 1 : 1 CH4⋯HCN complex at cryogenic temperatures: is it a missing link between inorganic and prebiotic astrochemistry?

文献情報

出版日 2021-08-10
DOI 10.1039/D1CP01598B
インパクトファクター 3.676
著者

Anastasia D. Volosatova, Mariia A. Lukianova, Pavel V. Zasimov, Vladimir I. Feldman


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要旨

Nitriles are important constituents of extraterrestrial media. Nitriles are supposed to play a crucial role in prebiotic chemistry occurring in the interstellar medium. In this work, we have investigated the low-temperature radiation-induced transformations of a 1 : 1 CH4⋯HCN complex as a plausible precursor of the simplest nitriles using the matrix isolation approach with FTIR spectroscopic detection. The parent complexes isolated in a noble gas (Ng) matrix were obtained by deposition of the CH4/HCN/Ng gaseous mixture and characterized by comparison of experimental complexation-induced shifts of the HCN fundamentals with the results of the ab initio calculations. It was found that the X-ray irradiation of low-temperature matrices containing the isolated 1 : 1 CH4⋯HCN complex resulted in the formation of acetonitrile (CH3CN) and isoacetonitrile (CH3NC) and it appears to be the first experimental evidence for the formation of C2 nitriles (acetonitrile and isoacetonitrile) from such a “building block”. Additionally, a 1 : 1 CH4⋯HNC complex was tentatively assigned to the irradiated Ar and Kr matrices. It is demonstrated that the matrix has a strong effect on the CH3CN/CH3NC yield ratio, which dramatically increases in the row Ar < Kr < Xe. Also, the efficiency of the radiation-induced formation of the CH4⋯HNC complex was shown to decrease from Ar to Kr. It is believed that the proposed pathway for acetonitrile formation may be a significant step in the radiation-induced evolution leading to complex organic molecules and biomolecules under astrochemical conditions. Furthermore, the obtained results provide a prominent example of the impact of very weak intermolecular interactions on the radiation-induced transformations in cold media.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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