NH2CH2CO・中間体を経由する低温ラジカル反応 筑波大学 物理学類４年 北澤優也 始まりはマーチソン隕石中のアミノ酸 分子雲 観測されている分子の一例 H2, CO, NH3, CS, H2O, CH4 HCN, CH3CN, HC5N H2CO, CH2NH, CH3OH NH2CH2CN（ｱﾐﾉｱｾﾄﾆﾄﾘﾙ） アミノ酸 Garrod,R.T.(2013)の論文 「A THREE PHASE CHEMICAL MODEL OF HOT CORES : THE FORMATION OF GLYCINE 」 でGlycine生成機構（T〜40K,55K,75-90K）が提案された。 Hot Core 分子雲コア 10 Glycine 40 55 75 90 120 200 Glycine Glycine 昇華 生成ほぼ終了 T[K] 最も単純なアミノ酸であるGlycineの生成過程を調べ る。 T~40KでのGlycine生成機構を検討する。 ◦ Garrodによって提案されたGlycine生成経路(T~40K)につ いて、エネルギー状態や最安定構造を求める。 Glycine生成過程 (T~40K) • • ダストを3-phaseモデル（気相＋ice表面＋bulk ice mantle）で仮定 ダスト表面でのラジカル反応（気相反応は効かない） ① CH2NH＋H・+H2CO+3OH・ 気相 ② ・CH2NH2+H2CO+3OH・ ③ ・CH2NH2+HCO・+2OH・+H2O ④ NH2CH2CHO+2OH・+H2O ⑤ NH2CH2CO・+OH・+2H2O ⑥ NH2CH2COOH+2H2O Glycine Ice表面 Bulk ice mantle 分子軌道を第一原理的に求めることで、分子の正確なエネ ルギーや構造を予測する。 ◦ Software : Gaussian09 構造最適化計算 (UB3LYP/6-31G(d)) 密度汎関数理論 ◦ Kohn-Sham equation 1 − ∆− 2 𝑁𝑎𝑡𝑜𝑚 𝐴 𝑁 𝑍𝐴 + 𝑟 − 𝑅𝐴 𝜌 𝑟′ 𝑑𝑟 ′ + 𝜇𝑋𝐶 𝜙𝑖 𝑟 = 𝜖𝑖 𝜙𝑖 (𝑟) ′ 𝑟−𝑟 𝑒𝑙𝑒𝑐 𝜌 𝑟 = 𝑖=1 𝜙𝑖 𝑟 2 : 電子密度 𝑍𝐴 , 𝑅𝐴 ：原子核Aの電荷、座標 𝜙𝑖 𝑟 : 分子軌道 𝜇𝑋𝐶 ：交換相関ポテンシャル 𝜖𝑖 :Kohn-Sham軌道エネルギー CH2NH + H・ + H2CO + 3OH・ → NH2CH2COOH(Glycine) + 2H2O 50 0 Energy [kcal/mol] -50 ① 0.000 -100 -150 ② -123.323 -200 -250 -300 -350 -400 ③ -166.386 -235.666 ④ -260.548 ⑤ -355.110 ⑥ ①→②の反応と⑤→⑥の反応がエネルギー差が大き く、反応が起こりやすい。 ◦ ①→②：CH2NH+H・→・CH2NH2 (-123.323kcal/mol) ◦ ⑤→⑥：NH2CH2CO・＋OH・→NH2CH2COOH (-94.562kcal/mol) 始状態から終状態までのエネルギー差が 355kcal/mol と大きいため反応障壁が低くなると考 えられる。この反応過程を使えば低温でもGlycineが 生成できる。 ただし、T=55Kの場合やT＝75～90Kの場合に比べ て反応にはH・と多くのOH・が必要となる。 ◦ T=40K CH2NH+H・+H2CO+3OH・→Glycine+2H2O ◦ T=55K NH2・+OH・+CH3COOH+NH3→Glycine+H2O+NH3 ◦ T=75~90K HCOOH+CH3NH2+2OH・→Glycine+2H2O T~40KでのGlycine生成は355kcal/mol（15.4eV）の 発熱反応であることがわかった。 すべての過程で反応物より生成物のほうがエネルギーが 低くなった。 H・と多くのOH・が存在すれば、この反応経路によって Glycineは生成できると考えられる。 今後は遷移状態の計算をし, T~40KでのGlycine生成機 構を明らかにしたい。
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