내부의 수소 이동

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 2107(2023) 이 기사 인용

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우리는 우연 이온 운동량 이미징을 사용하여 Br(3d) 및 C(1s) 내부 쉘 이온화 시 브롬화 순환 탄화수소 bromocyclo-propane, bromocyclo-butane 및 bromocyclo-pentane의 단편화를 연구했습니다. 우리는 선형 탄화수소 분자에서 수소 이동에 대한 이전 관찰과 대조되는 분자 크기에 따라 증가하는 분자 내 수소(또는 양성자) 이동을 필요로 하는 CH3+ 단편의 상당한 수율을 관찰합니다. 또한, 3체 단편화 채널의 단편 이온 운동량 상관관계를 검사함으로써 우리는 수소 수가 증가하는 CHx+ 단편(x = 0, …, 3)이 순차적 단편화 경로를 통해 생성될 가능성이 더 높다는 결론을 내렸습니다. 실험적으로 관찰된 운동 에너지 방출과 조각 운동 에너지의 분자 크기 의존성의 전반적인 경향은 고전적인 쿨롱 폭발 시뮬레이션의 도움으로 설명됩니다.

다중 이온화된 다원자 분자의 단편화(예: 광이온화, 전자 또는 양성자 충돌 또는 강한 장 이온화에 의해 유도될 수 있음)는 주로 분자 결합의 파괴를 포함하지만, 일반적으로 상대적으로 적은 수율로 발생하는 일부 단편화 채널도 새로운 결합의 형성을 포함합니다. 분자 내 수소 또는 양성자 이동은 이러한 화학적 변화 중 가장 빠르고 가장 흔한 것 중 하나입니다1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11. 이는 다양한 분자 시스템에서 관찰되었으며 초고속 시간 규모에서 자주 발생하는 것으로 밝혀졌습니다1,7,8,12,13.

DNA 염기 사이의 수소(또는 양성자) 이동은 돌연변이를 유발할 수 있으며14 이는 결국 암세포로 이어질 수 있습니다. 이동은 자발적으로 발생할 수 있지만 방사선이나 라디칼과의 상호 작용과 같은 외부 효과는 유사한 역학을 유발하여 돌연변이를 유도할 수 있습니다. 현대 방사선 치료에서 유도된 돌연변이는 예를 들어 Auger-Meitner 캐스케이드를 통한 전자 방출에 의해 주변 환경에 에너지를 전달하는 77Br 및 125I와 같은 할로겐 방사성 핵종을 사용하여 손상을 시작함으로써 매우 국소적으로 암세포를 죽이는 데 활용될 수 있습니다. 할로겐화 뉴클레오시드와 같은 할로겐화 방사선감작제도 임상적으로 사용되며, 예를 들어 해리성 전자 부착을 위한 향상된 단면을 통해 DNA 이중 가닥 절단의 양을 증가시킵니다. 수소/양성자 전달 및 단편화와 같은 돌연변이 및 방사선 손상으로 이어지는 이러한 복잡한 사건 시퀀스 뒤에 있는 기본 프로세스를 조사하기 위해, 특히 다중 일치 기술을 사용하는 모델 기체상 목표에 대한 연구가 귀중한 첫 번째 단계입니다. 이온화된 기체상 분자에서 수소 이동을 조사하는 많은 실험이 문헌에 보고되어 있습니다. 일부는 강한 장 이온화17,18, 레이저 펄스1,19 및 싱크로트론 방사선20,21,22에 의한 광이온화20,21,22 또는 하전 입자(전자23,24 또는 이온25,26)에 의한 충격 등을 통해 단일 펄스를 사용하여 수행되는 반면 다른 것들은 수행됩니다. 펌프 프로브 방식을 사용하여 마이그레이션 프로세스1,2,5,12,13,27,28,29,30에 대한 시간 해결 정보를 얻습니다.

이 기사에서는 브롬 치환 고리형 탄화수소 브로모사이클로프로판(BCpro, C3H5Br), 브로모사이클로부탄(BCbut, C4H7Br) 및 브로모사이클로펜탄의 내부 껍질 이온화 시 수소 이동 과정과 단편화 메커니즘에 대한 체계적인 연구를 보고합니다. (BCpen, C5H9Br), 이는 그림 1에 나와 있습니다. 다중 이온 일치 운동량 이미징 방식을 사용하여 조각 이온 운동 에너지와 운동량 상관 관계를 조사하고 수소 이동과 순차적 조각화 사이의 강한 상관 관계를 식별합니다. 더욱이, 우리는 수소(또는 양성자) 이동이 필요한 CH3+ 단편의 수율이 분자 크기에 따라 증가한다는 것을 관찰했습니다.