31.05.2022 - Leibniz-Institut für Troposphärenforschung e.V.

Une nouvelle classe de substances détectées dans la chimie de l'atmosphère

Une équipe internationale présente des hydrotrioxydes fortement oxydés

Une équipe de recherche internationale a réussi à détecter pour la première fois des hydrotrioxydes (ROOOH) dans des conditions atmosphériques. Jusqu'à présent, l'existence de ces composés organiques avec le groupe inhabituel OOOH n'était que spéculation. Dans des expériences de laboratoire, leur formation pendant l'oxydation d'hydrocarbures importants, tels que l'isoprène et l'alpha-pinène, a été clairement démontrée. Grâce à des calculs de chimie quantique et à des calculs de modèles, des données importantes sur cette nouvelle classe de substances ont été estimées. Environ 10 millions de tonnes métriques par an de ces substances sont formées dans l'atmosphère terrestre par l'oxydation de l'isoprène. La durée de vie des ROOOH est estimée à quelques minutes ou quelques heures. Les hydrotrioxydes représentent une classe de substances atmosphériques jusqu'ici inaperçue, dont les effets sur la santé et l'environnement doivent être étudiés, écrivent les chercheurs dirigés par l'Institut Leibniz pour la recherche troposphérique (TROPOS) dans le numéro actuel de la revue scientifique SCIENCE.

La couche inférieure de l'atmosphère terrestre est un grand réacteur chimique dans lequel plusieurs 100 millions de tonnes métriques d'hydrocarbures sont transformées chaque année, ce qui conduit finalement à la formation de dioxyde de carbone et d'eau. Ces hydrocarbures sont émis par les forêts ou par des sources anthropiques. Il existe une grande variété de processus d'oxydation, dont certains seulement sont bien compris. La recherche atmosphérique s'est récemment concentrée sur les hydrotrioxydes (ROOOH). Ce sont des substances gazeuses dont le groupe est constitué de trois atomes d'oxygène consécutifs "O" et d'un atome d'hydrogène "H", qui est lié à un reste organique (R). Les hydroperoxydes (ROOH) avec deux atomes d'oxygène sont connus et prouvés depuis longtemps. Dans la littérature, on a déjà émis l'hypothèse qu'il pourrait y avoir dans l'atmosphère des substances portant non seulement deux atomes d'oxygène (ROOH) mais aussi trois atomes d'oxygène (ROOOH). En synthèse organique, les hydrotrioxydes sont utilisés pour former des produits d'oxydation spéciaux dans la réaction avec les alcènes. Toutefois, ces hydrotrioxydes réactifs et thermiquement instables y sont produits dans des solvants organiques à très basse température autour de -80°C et réagissent ensuite. Jusqu'à présent, on ignorait si cette classe de substances existe également sous forme de gaz dans l'atmosphère à des températures nettement plus élevées.

Dans leur étude, des chercheurs de l'Institut Leibniz pour la recherche troposphérique (TROPOS), de l'Université de Copenhague et de l'Institut de technologie de Californie (Caltech) ont pu apporter pour la première fois la preuve directe que la formation d'hydrotrioxydes a également lieu dans des conditions atmosphériques à partir de la réaction de radicaux peroxy (RO2) avec des radicaux hydroxyle (OH). Les recherches en laboratoire ont été effectuées principalement au TROPOS à Leipzig dans un tube à écoulement libre à température ambiante et à une pression d'air de 1 bar - combinées à l'utilisation de spectromètres de masse très sensibles. Des informations expérimentales supplémentaires, notamment sur la stabilité des hydrotrioxydes, ont été fournies par les recherches menées à Caltech. Des calculs de chimie quantique ont été effectués par l'Université de Copenhague pour décrire les mécanismes de réaction ainsi que la stabilité thermique et photostatique des hydrotrioxydes. Les simulations globales de TROPOS avec le modèle de chimie-climat ECHAM-HAMMOZ ont permis une première évaluation des effets sur l'atmosphère terrestre.

"Il est vraiment passionnant de montrer l'existence d'une nouvelle classe universelle de composés formés à partir de précurseurs répandus dans l'atmosphère (RO2 et radicaux OH)", rapporte le professeur Henrik G. Kjærgaard de l'université de Copenhague. "Il est très surprenant que ces molécules intéressantes soient si stables avec une teneur en oxygène aussi élevée. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour déterminer le rôle des hydrotrioxydes pour la santé et l'environnement", souligne le Dr Torsten Berndt du TROPOS. "Notre étude a montré que l'observation directe des hydrotrioxydes par spectrométrie de masse est possible. Cela signifie qu'il est désormais possible d'étudier plus avant ces composés dans différents systèmes, y compris, peut-être, la quantification de leur abondance dans l'environnement", explique le professeur Paul O. Wennberg de Caltech.

L'importance de la première détection réussie de cette nouvelle classe de substances, les "hydrotrioxydes", ne sera connue que dans les prochaines années. Cependant, avec la preuve expérimentale et les connaissances actuelles, l'étude de Berndt et al. a posé un premier jalon qui devrait également éveiller l'intérêt d'autres groupes de recherche.

Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.

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