Les cations de benzylium et tropylium identifiés comme les deux isomères stables de C7H7+

Publié par Adrien le 14/12/2018 à 08:00
Source: CNRS-INSU

Cette figure qui fait l'objet d'une couverture du journal ChemPhysChem schématise la production de l'ion C7H7+ par ionisation dissociative du toluène et l'identification par spectroscopie infrarouge des deux isomères produits que sont les cations benzylium (droite) et tropylium (gauche).
L'ion (Un ion est une espèce chimique électriquement chargée. Le terme vient de l'anglais,...) C7H7+ est une espèce (Dans les sciences du vivant, l’espèce (du latin species, « type »...) bien connue en spectrométrie de masse (La spectrométrie de masse (mass spectrometry ou MS) est une technique physique d'analyse...) qui est formée par ionisation (L'ionisation est l'action qui consiste à enlever ou ajouter des charges à un atome ou une...) d'hydrocarbures comme le toluène (Le toluène, également appelé méthylbenzène ou phénylméthane est...). Les deux structures les plus stables proposées pour cet ion sont les ions benzylium et tropylium. Le premier (un benzène (Le benzène est un hydrocarbure aromatique monocyclique, de formule C6H6, également...) avec un groupe méthylène) a pu être identifié par sa réactivité chimique mais ce n'est pas le cas du second donc la structure composée d'un cycle aromatique à 7 carbones est prédite par les calculs de chimie quantique (La chimie quantique est l'application de la mécanique quantique aux problèmes de la chimie.).

L'étude menée a tiré profit de l'installation de la ligne FELion sur le laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique)...) à électrons libres FELIX aux Pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue...) Bas. FELion comprend un piège à ions cryogénique qui permet d'attacher un atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que...) de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) rare sur les ions étudiés. Cette technique dite de tagging permet de mettre en oeuvre une spectroscopie d'action par dissociation du complexe ion/atome de gaz rare avec un seul photon (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction...) infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde...) contrairement à la technique généralement utilisée d'absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise...) multiple de photons afin d'atteindre le seuil de dissociation de l'ion. Cette technique présente l'avantage de sonder les ions sans les chauffer et donc sans perturber leur structure par des processus d'isomérisation.

Deux structures ont pu être identifiées pour C7H7+ et les spectres vibrationnels obtenus sont en accord avec ceux des ions benzylium et tropylium calculés avec la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer,...) de la fonctionnelle (En mathématiques, le terme fonctionnelle se réfère à certaines fonctions....) de la densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la...). De plus, des mesures en déplétion (Le terme déplétion peut faire référence à :) ont permis de montrer qu'aucun autre isomère n'était présent et ce pour différents précurseurs utilisés pour la production de C7H7+.

Ce travail d'identification des isomères de C7H7+ ouvre des perspectives pour l'étude des chemins de croissance des ions d'hydrocarbures dans des milieux complexes à la fois sur Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...) (chimie des flammes, et des plasmas) ou dans l'espace (chimie interstellaire et des atmosphères planétaires comme Titan).

Ce travail interdisciplinaire (Un travail interdisciplinaire intègre des concepts provenant de différentes disciplines.) (INSU/INP/INC) a été initié dans le cadre du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a...) ERC Synergy ( Synergy est la traduction ango-saxonne du mot synergie Dans l'industrie de l'informatique,...) NANOCOSMOS en collaboration avec le CSIC (Madrid) et met en jeu une collaboration entre les Universités de Toulouse et de Cologne dans le cadre du réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des...) de formation Européen (ETN) EUROPAH.
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