地球外有機分子の多次元同位体組成解析による化学進化メカニズムの解明

通过外星有机分子的多维同位素组成分析阐明化学演化机制

基本信息

批准号：
05J03562
负责人：
大場康弘
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Okayama University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

低分子有機化合物(酢酸、プロピオン酸、メタノール、アセトニトリル、ベンゼン、アセトン)に高圧水銀ランプから発せられる紫外線を照射し、その分解に伴う炭素・水素同位体分別を明らかにした。各化合物は紫外線照射時間とともに分解が進み、アセトンが最も早く分解した。また、酢酸とプロピオン酸もアセトンについで分解が早かった。これら3種類の化合物はその構造に炭素-酸素二重結合(カルボニル基)をもつことから、カルボニル基は本研究で用いた紫外線をより効率よく吸収することが示された。各化合物の半減期は17から550分であった。各化合物は分解とともに炭素・水素同位体比ともに大きくなった。炭素同位体分別係数は0.9968から0.9875、水素同位体分別係数は0.9890から0.9406であった。分解速度の順序と炭素・水素同位体分別係数の大きさの順序には相関は見られず、化学的に安定な化合物が同位体的に安定であるというわけではないことが明らかになった。分解に伴う同位体分別の大きさの順序が炭素、水素でまったく異なった。これは同位体分別のメカニズムが炭素と水素でまったく異なることを示唆する。例えば水素同位体分別の場合は、水素ラジカルなどの化学的に活性種が紫外線照射により生成し、それが化合物と反応することで分解・同位体比変化が起こるというメカニズムが想定されるが、炭素同位体分別の場合には考えにくい。したがって、分解のされやすさだけでなく、化学的に活性な分子種の種類や量にも同位体比変化は依存している可能性がある。このように有機化合物の紫外線分解は、宇宙空間や地球大気中など紫外線に富む環境では有機化合物の同位体組成に影響を及ぼすひとつの要因となりうることが示された。

低分子有机化合物（乙酸，丙酸，甲醇，乙腈，苯，丙酮）被辐照，用从高压汞灯中发出的紫外线和与其解剖相关的碳 - 氢同位素分型。每种化合物都通过紫外线照射时间分解，丙酮分解最快。乙酸和丙酸也比丙酮更快地分解。这三种类型的化合物在其结构中具有碳氧双键（羰基），并且表明羰基吸收了本研究中使用的紫外线。每种化合物的半衰期在17至550分钟之间。随着每个化合物分解，碳和氢同位素比都增加了。碳同位素分级系数为0.9968至0.9875，氢同位素分级系数为0.9890至0.9406。分解速率的顺序与碳 - 氢同位素分馏系数的大小之间没有相关性，并且发现化学上稳定的化合物不是同位素稳定的。对于碳和氢而言，与分解相关的同位素分馏的大小完全不同。这表明同位素分级的机制在碳和氢之间完全不同。例如，在氢同位素分馏的情况下，假定一种机制，即通过紫外线照射会产生化学活性物种，例如氢自由基，并且当它们与化合物，分解和同位素比的变化反应时，但对于碳同位素分离的情况，不太可能。因此，同位素比的变化不仅可能取决于降解的易度性，还取决于化学活性分子物种的类型和量。因此，已经表明，有机化合物的紫外线分解可能是影响富含紫外线的环境中有机化合物的同位素组成的一个因素，例如在外太空和地球大气中。