Cyklopropenyliden

V tomto článku se ponoříme do fascinujícího světa Cyklopropenyliden, tématu, které zaujalo pozornost odborníků i fanoušků. V průběhu historie hrál Cyklopropenyliden zásadní roli v různých oblastech, od vědy po umění, přes kulturu a společnost. V tomto směru budeme zkoumat jeho původ, vývoj a jeho dopad na dnešní svět, stejně jako různé pohledy a názory, které na toto téma existují. Cyklopropenyliden je bezpochyby fascinující téma, které si zaslouží podrobnou analýzu, a v tomto článku se ponoříme do různých aspektů, abychom dnes pochopili jeho důležitost a relevanci.

Dihydroimidazol-2-yliden
Strukturní vzorec
Strukturní vzorec
Model molekuly
Model molekuly
Obecné
Systematický názevCyklopropenyliden
Sumární vzorecC3H2
Identifikace
Registrační číslo CAS16165-40-5
PubChem4937408
SMILESC1=C1
InChIInChI=1S/C3H2/c1-2-3-1/h1-2H
Vlastnosti
Molární hmotnost38,048 g/mol
Není-li uvedeno jinak, jsou použity
jednotky SI a STP (25 °C, 100 kPa).
Některá data mohou pocházet z datové položky.

Cyklopropenyliden (také označovaný c-C3H2) je částečně aromatický uhlovodík patřící mezi vysoce reaktivní sloučeniny nazývané karbeny. Na Zemi jej lze kvůli jeho značné reaktivitě pozorovat pouze v laboratořích, vyskytuje se ve však ve významných množstvích v mezihvězdném prostředí a v atmosféře Saturnova měsíce Titanu. Jeho C2v symetrický izomer propadienyliden (CCCH2) se v mezihvězdném prostředí vyskytuje také, ovšem v o řád nižších množstvích.[1]

Třetí C2 symetrický izomer, propargylen (HCCCH), nebyl v mezihvězdném prostředí nalezen, patrně kvůli svému nízkému dipólovému momentu.

Historie

Astronomická detekce cyklopropenylidenu byla poprvé potvrzena roku 1985.[2] O čtyři roky později bylo objeveno několik čar v rádiové oblasti absorpčního spektra mezihvězdné hmoty,[3] ale tyto čáry nebyly identifikovány; později se je podařilo ztotožnit se spektrem cyklopropenylidenu díky použití elektrického výboje ve směsi acetylenu s heliem.

Zjistilo se, že c-C3H2 se v mezihvězdné hmotě nachází téměř všude.[4] Detekce c-C3H2 v mezihvězdné hmotě byla překvapivá kvůli jeho nízkým hustotám.[5][6] Předpokládá se, že chemické vlastnosti difúzního média neumožňují tvorbu větších molekul, ovšem objev cyklopropenylidenu i jiných větších molekul vedl k dalším průzkumům difúzního média.

Později byl c-C3H2 pozorován v hustých mezihvězdných mračnech v koncentracích, které byly rovněž mnohem vyšší, než se očekávalo. Na základě těchto pozorování byla vytvořena domněnka, že fotodisociace polyaromatických uhlovodíků navyšuje tvorbu c-C3H2.[7]

Výskyt na Titanu

15. října 2020 bylo oznámeno nalezení malého množství cyklopropenylidenu v atmosféře Saturnova měsíce.[8]

Vznik

O tom, jak může vznikat c-C3H2, existuje několik teorií; jedna z nich spočívá v disociativní rekombinaci c-C3H3+[9]

C3H3+ + e− → C3H2 + H

c-C3H3+ v mezihvězdné hmotě je produktem řady různých reakcí. V tomto řetězci mají hlavní význam reakce vedoucí k připojení uhlíku; Tyto domněnky však nebyly potvrzeny laboratorními studiemi.

Další možností vzniku je protonace NH3 ionty c-C3H3+. Za podmínek obvyklých v mezihvězdných mračnech se ovšem na vzniku C3H2 podílí méně než 1 %.

Pomocí experimentů s překříženými molekulárními paprsky se ukázalo, že methylidynový radikál (CH) může reagovat s ethynem (acetylenem, C2H2) za tvorby cyklopropenylidenu a atomárního vodíku nebo propadienylidenu s atomárním vodíkem.[10] Reakcemi atomárního uhlíku s vinylovými radikály (C2H3) se také může tvořit cyklopropenyliden s atomárním vodíkem.[11] Obě tyto reakce probíhají při 10 kelvinech rychle a mají prakticky nulovou aktivační energii, přičemž představují účinné mechanismy v  mezihvězdném prostředí a atmosférách s vysokým obsahem uhlovodíků.[12]

Matricově izolovaný cyklopropenyliden lze připravit vakuovou termolýzou derivátu kvadricyklanu.[13]

Zánik

Molekuly cyklopropenylidenu obvykle zanikají reakcemi iontů s neutrálními molekulami; nejčastěji jde o protonační reakce. Každá částice typu HX+ může reagovat s c-C3H2 za vzniku c-C3H3+.[9] V důsledku s hodnot rychlostních konstant a koncentrací jsou nejvýznamnějšími reaktanty rozkládajícími c-C3H2 HCO+, H3+ a H3O+.[14]

C3H2 + HCO+ → C3H3+ + CO

Spektroskopie

Detekce c-C3H2 v mezihvězdné hmotě byly založeny na pozorování molekulárních přechodů pomocí rotační spektroskopie. Rotační energie c-C3H2 jsou rozděleny, čímž se spektrum komplikuje. Spinové izomery C3H2 se navíc podobají spinovým izomerům vodíku. Tyto ortho a para formy se vyskytují v poměru 3:1 a dají se považovat za různé molekuly. I když ortho a para formy mají stejné chemické vlastnosti, tak jsou jejich energie rozdílné, v důsledku čehož mají molekuly odlišná spektra.

Při pozorování c-C3H2 v mezihvězdném prostředí lze spatřit jen některé spektrální čáry, protože mnohé absorbuje atmosféra Země. Pozorovat ze Země lze pouze ty čáry, které spadají do rádiového okna. K častěji pozorovaným čárám patří čára přechodu 110 na 101 (při 18343 MHz) a 212 na 101 (při 85338 MHz) u ortho c-C3H2.[2][4][7]

Reference

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Cyclopropenylidene na anglické Wikipedii.

  1. ↑ Molecular Carbon Chains and Rings in TMC-1. The Astrophysical Journal. 2001. doi:10.1086/320471. 
  2. ↑ a b P. Thaddeus, J. M. Vrtilek, and C. A. Gottlieb "Laboratory and Astronomical Identification of Cyclopropenylidene, C3H2." Astrophys. J. 299 L63 (1985)
  3. ↑ P. Thaddeus, M. Guelin, R. A. Linke "Three New "Nonterrestrial" Molecules" Astrophys. J. 246 L41 (1981)
  4. ↑ a b Lucas, R. and Liszt, H. "Comparative chemistry of diffuse clouds I. C2H and C3H2" Astron. & Astrophys., 358, 1069 (2000)
  5. ↑ H. E. Matthews and W. M. Irvine "The Hydrocarbon Ring C3H2 is Ubiquitous in the Galaxy" Astrophys. J., 298, L61 (1985)
  6. ↑ P. Cox, R. Gusten, and C. Henkel "Observations of C3H2 in the Diffuse Interstellar Medium" Astron. & Astrophys., 206, 108 (1988)
  7. ↑ a b J. Pety et al. "Are PAHs precursors of small hydrocarbons in photo-dissociation regions? The Horsehead case" Astron. & Astrophys., 435, 885 (2005)
  8. ↑ C.A. Nixon et al. "Detection of Cyclopropenylidene on Titan with ALMA" J. Astron., 160-5 (2020)
  9. ↑ a b S. A. Maluendes, A. D. McLean, E. Herbst "Calculations Concerning Interstellar Isomeric Abundance Ratios for C3H and C3H2" Astrophys. J., 417 181 (1993)
  10. ↑ P. Maksyutenko, F. Zhang, X. Gu, R.I. Kaiser, "A Crossed Molecular Beam Study on the Reaction of Methylidyne Radicals with Acetylene - Competing C3H2 + H and C3H + H2 Channels", Chem. Phys Phys. Chem. 13, 240-252 (2011).
  11. ↑ A.V. Wilson, D.S.N. Parker, F. Zhang, R.I. Kaiser, "Crossed Beam Study of the Atom-Radical Reaction of Ground State Carbon Atoms (C(3P)) with the Vinyl Radical (C2H3(X2A'))", Phys. Chem. Chem. Phys, 14, 477-481 (2012).
  12. ↑ R.I. Kaiser, "Experimental Investigation on the Formation of Carbon-Bearing Molecules in the Interstellar Medium via Neutral-Neutral Reactions", Chem. Rev., 102, 1309-1358 (2002).
  13. ↑ Hans P. Reisenauer, Günther Maier, Achim Riemann and Reinhard W. Hoffmann "Cyclopropenylidene" Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 23 641 (1984)
  14. ↑ T. J. Millar, P. R. A. Farquhar, K. Willacy "The UMIST Database for Astrochemistry 1995" Astron. and Astrophys. Sup., 121 139 (1997)

Externí odkazy