一個(gè)國際科學(xué)家小組，由瑪婁夏威夷大學(xué)的Ralf I. Kaiser教授,、佛羅里達(dá)國際大學(xué)的Alexander M. Mebel教授和荷蘭萊頓天文臺的Alexander Tielens教授所領(lǐng)導(dǎo),，在超冷地區(qū)的星際空間里發(fā)現(xiàn)了形成多環(huán)芳烴（PAHs）的一種新化學(xué)路徑,，PAHs是一種象萘一樣復(fù)雜的有機(jī)分子，攜帶著苯稠環(huán),。
研究小組在一月三日的Proceedings of the National Academy of Sciences上宣布了他們的研究發(fā)現(xiàn),。這項(xiàng)研究由美國基礎(chǔ)能源科學(xué)能源部所資助。
這些研究發(fā)現(xiàn)具有重要的意義,，不僅在減少PAHs作為內(nèi)燃機(jī)毒性副產(chǎn)品的排放方面,，而且也使與生命起源相關(guān)星際介質(zhì)中的一類關(guān)鍵有機(jī)分子的合成路徑合理化。
在地球上,，PAHs與不完全的燃燒過程相關(guān),，在高溫內(nèi)燃機(jī)車和香煙煙霧中很容易形成。一旦釋放入周圍環(huán)境中,，PAHs可通過吸入轉(zhuǎn)移至肺內(nèi),，與人類健康的惡化緊密相關(guān)，尤其是它們的高致癌危險(xiǎn)性潛力,。PAHs也是海洋生態(tài)系統(tǒng)的重要污染物,，在生命有機(jī)體脂肪組織中生物蓄積,。與容易沉積PAHs的多葉蔬菜一起，他們已進(jìn)一步地與土壤污染,、食物中毒,、肝臟損傷與腫瘤生長聯(lián)系在一起。
在地球上,，PAHs雖然被歸為劇毒物類,，但在星際介質(zhì)中PAHs被冠為"生命搖籃"，被認(rèn)為是太空生物學(xué)演化的關(guān)鍵分子,。在分子水平上,，帶有羰基和羥基的功能化PAHs也被發(fā)現(xiàn)在默基森隕星的有機(jī)提取物中，形成細(xì)胞類型結(jié)構(gòu)第一象征的膜樣邊界結(jié)構(gòu),，這是生命起源所必需的,。水溶性化合物形成不溶性囊泡，這個(gè)囊泡構(gòu)成既有極性元件又有非極性元件的分子,。由脂質(zhì)多分子層形成的中空小滴是生命起源過程中所必需的,，因?yàn)樗麄兲峁┝艘粋€(gè)環(huán)境，在這個(gè)環(huán)境里,，通過從周圍介質(zhì)隔離和保護(hù),，功能化PAHs能夠演化。
科學(xué)家已研究了燃燒火焰中和數(shù)十年的星際介質(zhì)中的PAHs形成,，但形成機(jī)制,，甚至是最簡單的PAH原型--如地球上樟腦丸中的萘分子（C10H8）--還依然是一個(gè)未解決的問題。課本知識假定傳統(tǒng)反應(yīng)機(jī)制涉及具大量活化能的奪氫與加乙炔（HACA）序列的復(fù)雜反應(yīng),。這些過程只有在1000多K的高溫下操作,，如燃燒過程及富碳星與行星狀星去云的流出物。但是,，近年來,，已經(jīng)很清楚一個(gè)事實(shí)，那就是星際的PAHs在星際介質(zhì)中被緊接著的光解作用,、超新星爆發(fā)驅(qū)動(dòng)的星際沖擊波,、高能宇宙射線所迅速破壞。與注射新物質(zhì)進(jìn)入星際介質(zhì)的時(shí)間量程相比,，破壞時(shí)間量程短得多,，這里的星際介質(zhì)由富碳的漸進(jìn)巨星分支（Asymptotic Giant Branch ，AGB）星與作為AGB星后代的富碳行星的星云所產(chǎn)生,。因此,，星際介質(zhì)中PAHs的普遍存在意味著一個(gè)重要的、先前無法解釋的PAHs快速化學(xué)成長的路徑，此路徑存在于溫度底于10K的星際介質(zhì)寒冷環(huán)境中,，這樣的環(huán)境中經(jīng)典的HACA反應(yīng)機(jī)制不起效,，因?yàn)檫M(jìn)入壁壘（即經(jīng)典的活化能）不能被克服。
為了闡明作為PAHs的最簡單代表的萘的形成,， 瑪婁夏威夷大學(xué)化學(xué)家Dorian S.N. Parker,，F(xiàn)angtong Zhang，Seol Kim和 Ralf I. Kaiser在他們的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行氣相交叉分子束實(shí)驗(yàn),，提出萘可以作為經(jīng)由少障礙放能反應(yīng)的單一碰撞事件的一個(gè)后果而形成,，其中少障礙放能反應(yīng)是苯自由基與乙烯基乙炔之間的，包括范德瓦耳斯復(fù)合物與入口通道處的潛在障礙,。反應(yīng)產(chǎn)物的角分辨質(zhì)譜測量連同同位素標(biāo)記一起確認(rèn)了萘加單一的氫原子被產(chǎn)生出來,。為支持涉及萘形成的衍生機(jī)制，佛羅里達(dá)國際大學(xué)的理論化學(xué)家（Alex Landera,，Vadim V. Kislov,，Alexander Mebel)）將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算合并,。理論計(jì)算還提供原子中電子的三維分布與分子的總能量水平,。Mebel計(jì)算表明，萘是由單一的苯基自由基與乙烯基乙炔碰撞的反應(yīng)形成的,。最重要的是,，由于冷分子云的溫度很低（10K），計(jì)算表明反應(yīng)沒有進(jìn)入障礙（活化能）,。
"一般認(rèn)為PAH形成只發(fā)生在高溫下,，這些研究發(fā)現(xiàn)對此常規(guī)認(rèn)識提出挑戰(zhàn)，意味著低溫化學(xué)作用能始發(fā) 星際介質(zhì)中第一個(gè)PAH的合成,。"合著者Tielens說,。
將來，研究小組計(jì)劃將這些研究擴(kuò)展到闡明更復(fù)雜PAHs的形成路徑,，如菲和蒽樣,；也會擴(kuò)展到氮代PAHs，如吲哚與喹啉,。這個(gè)觀點(diǎn)可被延伸到具有有機(jī)側(cè)鏈的功能化PAHs,，因而使研究人員更接近待解決的十年老難題--復(fù)雜PAHs和它們的衍生物在燃燒火焰中和寒冷星際空間如何被合成。（生物谷bioon.com）
doi:10.1073/pnas.1113827108
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PMID:
Low temperature formation of naphthalene and its role in the synthesis of PAHs (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons) in the interstellar medium.
D. S. N. Parker, F. Zhang, Y. S. Kim, R. I. Kaiser, A. Landera, V. V. Kislov, A. M. Mebel, A. G. G. M. Tielens
Abstract Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are regarded as key molecules in the astrochemical evolution of the interstellar medium, but the formation mechanism of even their simplest prototype-naphthalene (C10H8)-has remained an open question. Here, we show in a combined crossed beam and theoretical study that naphthalene can be formed in the gas phase via a barrierless and exoergic reaction between the phenyl radical (C6H5) and vinylacetylene (CH2 = CH-C ≡ CH) involving a van-der-Waals complex and submerged barrier in the entrance channel. Our finding challenges conventional wisdom that PAH-formation only occurs at high temperatures such as in combustion systems and implies that low temperature chemistry can initiate the synthesis of the very first PAH in the interstellar medium. In cold molecular clouds, barrierless phenyl-type radical reactions could propagate the vinylacetylene-mediated formation of PAHs leading to more complex structures like phenanthrene and anthracene at temperatures down to 10 K.
