近日，我校现代物理研究所魏宝仁教授课题组在带电粒子诱导下碳氢有机分子的氢迁移异构化（hydrogen-migration-induced isomerization）研究中取得重要进展，该成果以“Isomerization Dynamics in the Symmetric and Asymmetric Fragmentation of Ethane Dications” 为题在线发表在国际权威期刊《The Journal of Physical Chemistry Letters》杂志上。该论文的研究工作由复旦大学、嘉兴学院以及香港城市大学等单位合作完成，复旦大学作为论文第一单位发表。

       研究分子在带电粒子碰撞作用后发生电离解离等过程，有助于理解星际分子演化、辐射损伤、化学反应和合成调控等现象的物理机制。因此，分子碎裂动力学一直是众多研究的热点。其中氢原子或质子迁移引起的异构化在有机分子的解离中起着关键作用，对分子的物化性质和生物活性至关重要。这种在飞秒尺度上的氢迁移涉及化学键的断裂和形成，可以导致不能由初始分子构型直接演化得来的新的解离反应。

   该研究工作结合超声速冷靶反冲动量谱仪测量技术以及高精度从头算反应路径计算，发现在带电粒子作用下发生双电离的处于第一激发态的乙烷二价分子离子C₂H₆²⁺ (³B)可以由 [CH₃-CH₃]²⁺通过1,2氢迁移经过渡态形成 [CH₂-CH₄]²⁺异构体，并最终生成非对称碎裂通道CH₂⁺ + CH₄⁺。此外，研究还发现有相当产额的对称碎裂通道CH₃⁺ + CH₃⁺不是来自于通常认为的直接库伦爆炸，而来自于基态C₂H₆²⁺ (¹A_g) 的复杂异构化过程。在该过程中，[CH₃-CH₃]²⁺先异构为 [CH₂-CH₄]²⁺异构体，再异构为双桥结构的类二硼烷中间体 [H₂C(H₂)CH₂]²⁺，最终解离生成CH₃⁺ + CH₃⁺。这项工作拓展了人们对有机化学中异构化反应最重要步骤之一——1,2氢迁移的认识和理解，并为研究氢或质子转移动力学提供另一个典型案例。

我校博士研究生魏龙为第一作者，嘉兴学院张煜博士、香港城市大学刘佳聪教授和我校魏宝仁教授为通讯作者。作者还包括香港城市大学Chow-Shing Lam，我校研究生任百惠、韩杰和王博，以及邹亚明教授和讲座教授陈力。该工作得到复旦大学核物理与离子束应用教育部重点实验室、国家自然科学基金委员会和科技部等部门的资助。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.jpclett.1c01276

DOI: 10.1021/acs.jpclett.1c01276