A theoretical approach to the formation of glycine in the interstellar gas phase
Glycin ist die einfachste der essentiellen Aminosäuren und repräsentiert damit eines der grundlegenden Bausteinmoleküle des Lebens. Wegen seiner zentralen biologischen Bedeutung wurde nach der ersten Labormessung des Millimeterwellenspektrums in der Gasphase 1978 eine ausgedehnte Durchmusterung des interstellaren Raumes gestartet. In den Sternenstehungsgebieten des Orion und des Sagittarius B2 wurden einige spektrale Rotationsübergänge beobachtet, die von zwei verschiedenen Konformationen des Glycins herrühren könnten. Aufgrund seiner biologischen Signifikanz ist die zweifelsfreie Beobachtung sowie die Aufklärung seiner Bildung im interstellaren Raum von immenser Bedeutung; nicht nur für die interstellare Chemie im allgemeinen, sondern vor allem im Hinblick auf die Frage nach dem Ursprung des Lebens auf der Erde. Diese Arbeit repräsentiert, verglichen mit den zahlreichen experimentellen und theoretischen Untersuchungen seit über 25 Jahren, einen alternativen Ansatz zum Problem der Molekülbildung in der interstellaren Gasphase. Dieser wird mit quantenchemischen Methoden am Beispiel der Bildung von Glycin durchgeführt. Dabei wurden zwei mögliche Zerfallsprozesse retrospektiv als Bildungspfade zugrunde gelegt und die involvierten molekularen Spezies, Reaktanden, vier verschiedene Konformationen des Produktmoleküls, sowie zwei Kandidaten möglicher Übergangszustände im Hinblick auf die Kalkulation der Intrinsischen Reaktionskoordinate optimiert. Diese diente zur Charakterisierung des resultierenden Bildungspfades. Die Optimierung der in den gewählten Reaktionspfaden zugehörigen Spezies umfaßt ihre Geometrie und Totalenergie, die ein-Elektronenenergien und Symmetrien der involvierten Molekülorbitale auf der zugehörigen Hyperfläche der Potentialenergie, sowie ihre fundamentalen Schwingungsfrequenzen. Die in Frage kommenden Verbindungen sind die mesomeren Konfigurationen der interstellar beobachteten Spezies CH4N+ und die ionischen und radikalen Strukturen der COOH-Gruppe des Bildungsweges 1, sowie die Reihe folgender Moleküle +CH2COOH, -CH2COOH im Singlett- und Triplettzustand, CH2COOH, und Essigsäure CH3COOH, sowie Ammoniak NH3, und Formen der Amino Gruppe +NH2, -NH2 und NH2, welche zum zweiten Bildungspfad gehören. Glycin selbst bietet mehrere verschiedene Rotationskonformere zur Untersuchung, davon wurden vier der stabilsten Konformationen hier berechnet. Mit dieser Information wurden einige ausgewählte Molekülorbitalkorrelationsdiagramme aufgestellt, die als erstes Kriterium im Hinblick auf die Klassifizierung einer Reaktion als erlaubt oder verboten anzusehen sind, wobei die Symmetrieeigenschaften der involvierten Molekülorbitale besondere Berücksichtigung finden. Alle Optimierungen wurden auf der Grundlage der Hartee-Fock Näherung mit den Basissätzen 3-21G, 4-31G und 6-31G durchgeführt, gefolgt von störungstheoretischen Møller-Plesset Rechnungen zweiter Ordnung. Dabei fand das Gaussian92 Programm Anwendung.
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