Les cations de benzylium et tropylium identifiés comme les deux isomères stables de C7H7+
Des expériences menées par une équipe internationale impliquant l’Institut de recherche en astrophysique et planétologie (IRAP, Université de Toulouse/CNRS) et le Laboratoire de chimie et physique quantiques (LCPQ, Université de Toulouse/CNRS), ont permis d’identifier les deux isomères stables de l’ion C7H7+.
L’ion C7H7+ est une espèce bien connue en spectrométrie de masse qui est formée par ionisation d’hydrocarbures comme le toluène. Les deux structures les plus stables proposées pour cet ion sont les ions benzylium et tropylium. Le premier (un benzène 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.
L’étude menée a tiré profit de l’installation de la ligne FELion sur le laser à électrons libres FELIX aux Pays Bas. FELion comprend un piège à ions cryogénique qui permet d’attacher un atome de gaz 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 infrarouge contrairement à la technique généralement utilisée d’absorption 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 de la fonctionnelle de la densité. De plus, des mesures en déplétion 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 (chimie des flammes, et des plasmas) ou dans l’espace (chimie interstellaire et des atmosphères planétaires comme Titan).
Ce travail interdisciplinaire (INSU/INP/INC) a été initié dans le cadre du projet ERC Synergy 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 de formation Européen (ETN) EUROPAH.
Ressources complémentaires
- Publication scientifique : P. Jusko, A. Simon, S. Banhatti, S. Brünken, C. Joblin (2018) Direct Evidence of the Benzylium and Tropylium Cations as the two long-lived Isomers of C7H7+, ChemPhysChem, doi: 10.1002/cphc.201800744 – Archives ouvertes: hal-01880438, arXiv:1809.09375
Contact IRAP
- Christine Joblin, christine.joblinSPAMFILTER@irap.omp.eu, 05 61 55 86 01
