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Projet RInG : Réactivité dans les grains interstellaires

par Grégoire DANGER - publié le

Pr. T. Chiavassa, Dr. F. Borget, Dr. G. Danger, Dr. F. Duvernay, Dr. J. Noble (Post-doctorante), Dr. P. Theulé->]
Collaboration : Dr. N. Fray (LISA, Paris), Dr. A. Rimola (UAB, Espagne), Dr. J-C Guillemin, et Dr. L. d’Hendecourt (IAS, Orsay)

Un de nos objectifs est d’étudier par quelles voies chimiques pourraient se former certaines molécules détectées dans le milieu astrophysique. Pour cela, en partant d’un ensemble de molécules organiques identifié à partir des observations astronomiques, et en y associant les processus énergétiques auxquels elles peuvent être soumises dans ces milieux, nous recherchons à retracer expérimentalement ces voies chimiques.
Nous avons notamment mise en évidence une nouvelle voie de formation d’un acide aminé, la glycine, à partir de la méthylamine (CH3NH2) et du dioxyde de carbone (CO2). Cette voie est intéressante car elle met en jeu peu d’étapes par rapport à la synthèse de Strecker. La première étape consiste à former le méthylammonium méthylcarbamate (CH3NH3+, CH3NHCOO-) à basse température à partir d’un mélange de méthylamine et de CO2. Cette voie peut être considérée comme pouvant se produire dans l’environnement protostellaire. Une fois ce carbamate formé, sous l’effet d’une irradiation provenant de la lumière UV des étoiles voisines, il est converti en sel de glycinate (NHCH2COO-). Cette réaction est susceptible de se produire lors de l’éjection des grains cométaires, lorsque la comète s’approche du soleil. Nos expériences montrent un bon accord avec l’analyse des grains de la comète Wild 2 recueillis par Stardust qui met en évidence la formation de glycine et de méthylamine.
Nous nous sommes de plus intéressés à la formation de deux nitriles, l’acétonitrile et l’aminoacétontrile, qui pourraient être des précurseurs d’acides aminés, et notamment de la glycine dans le cas de l’aminoacétonitrile. Nous avons ainsi pu montrer que l’acétonitrile se forme à 20 K lors de l’irradiation VUV de l’éthylamine, et qu’une fois irradié, s’il se trouve en présence d’ammoniaque, il peut mener sous irradiation VUV du mélange à la formation de l’aminacetonitrile. Ces travaux permettent de présenter une des premières voies expérimentales de formation de nitrile dans des conditions similaires à celles pouvant exister dans le milieu interstellaire.
Nous étudions actuellement la possibilité d’utiliser d’autres réactions chimiques pour permettre la formation de précurseurs d’acides aminés à la surface de grains interstellaires. Nous nous intéressons notamment à la réaction de Strecker.

Schéma 1. {PNG}
Exemple de schéma réactionnel étudié expérimentalement à basse température en laboratoire

Publications

Pu35. Formaldehyde Chemistry in Cometary Ices : on the Prospective Detection of NH2CH2OH, HOCH2OH, and POM by the on-board ROSINA detection of the Rosetta mission. F. Duvernay, G. Danger, P. Theule, T. Chiavassa, and A. Rimola. The Astrophysical Journal, 2014, 791, 75, DOI : 10.1088/0004-637X/791/2/75

Pu34. Trapping in water – an important prerequisite for complex reactivity in astrophysical ices : the case of acetone (CH3)2C=O and ammonia NH3, A. Fresneau, G. Danger, A. Rimola, P. Theule, F. Duvernay, and T. Chiavassa. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2014, DOI : 10.1093/mnras/stu1353

Pu33. Formation of hydroxyacetonitrile (HOCH2CN) and polyoxymethylene (POM)-derivatives in comets from formaldehyde (CH2O) and hydrogen cyanide (HCN) activated by water, G. Danger, A. Rimola, N. Abou Mrad, F. Duvernay, G. Roussin, P. Theule and T. Chiavassa, Physical Chemistry Chemical Physics, 2014, 16, 3360-3370. DOI : 10.1039/C3CP54034K

Pu32. Thermal reactions in interstellar ice : A step towards molecular complexity in the interstellar medium, P. Theule, F. Duvernay, G. Danger, F. Borget, JB Bossa, V. Vinogradoff, F. Mispelaer and T. Chiavassa, advances in Space Research, 2013, 52, 1567-1579. DOI : 10.1016/j.asr.2013.06.034

Pu31. Diffusion measurements of CO, HNCO, H2CO, and NH3 in amorphous water ice, F. Mispelaer, P. Theule, H. Aouididi, J. Noble, F. Duvernay, G. Danger, P. Roubin, O. Morata, T. Hasegawa, and T. Chiavassa, Astronomy & Atrophysics, 2013, 555, A13. DOI : 10.1051/0004-6361/201220691

Pu30. Kinetic studies on low-temperature solid-state reactions in interstellar ices, P. Theule, F. Duvernay, F. Mispelaer, JB. Bossa, F. Borget, G. Danger, and T. Chiavassa, ECLA : EUROPEAN CONFERENCE ON LABORATORY ASTROPHYSICS, EAS Publications Series, 2013, 58, 363-367, DOI : 10.1051/eas/1258061.

Pu29. Thermal evolution of interstellar ice analogs containing formaldehyde, V. Vinogradoff, F. Duvernay, G. Danger, P. Theule, and T. Chiavassa, ECLA : EUROPEAN CONFERENCE ON LABORATORY ASTROPHYSICS, EAS Publications Series, 2013, 58, 337-341, DOI : 10.1051/eas/1258055.

Pu28. Importance of thermal reactivity for hexamethylenetetramine formation from simulated interstellar ices , V. Vinogradoff, N. Fray, F. Duvernay, G. Briani, G. Danger, H. Cottin, P. Theulé and T. Chiavassa, Astronomy and Astrophysics, 2013, 551, A128, DOI : 10.1051/0004-6361/201220870

Pu27. Formaldehyde and methylamine reactivity in interstellar ice analogues as a source of molecular complexity at low temperature, V. Vinogradoff, F. Duvernay, G. Danger, P. Theulé, F. Borget and T. Chiavassa, Astronomy and Astrophysics, 2013, 549, A40, DOI : 10.1051/0004-6361/201219779

Pu26. hydroxyacetonitrile (HOCH2CN) as a precursor for formylcyanide (CHOCN), ketenimine (CH2CNH), and cyanogen (NCCN) in astrophysical-like conditions, G. Danger, F. Duvernay, P. Theulé, F. Borget, J-C Guillemin, and T. Chiavassa, Astronomy and Astrophysics, 2013, 549, A93, DOI : 10.1051/0004-6361/201219779

Pu25. The thermal reactivity of HCN and NH3 in interstellar ice analogues, J. A. Noble, P. Theule, F. Borget, G. Danger, M. Chomat, F. Duvernay, F. Mispelaer, and T. Chiavassa, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2013, 428, 3262-3273, DOI : 10.1093/mnras/sts272

Pu24. The desorption of H2CO from interstellar grains analogues, J.A. Noble, P. Theulé, F. Mispelaer, F. Duvernay, G. Danger, E. Congiu, F. Dulieu, and T. Chiavassa, Astronomy and Astrophysics, 2012, 543, A5, DOI : 10.1051/0004-6361/201219437

Pu23. The mechanism of hexamethylenetetramine (HMT) formation in the solid state at low temperature, V. Vinogradoff, A. Rimola, F. Duvernay, G. Danger, P. Theulé and T. Chiavassa, Physical Chemistry Chemical Physics, 2012, 14, 12309-12320, DOI : 10.1039/C2CP41963G

Pu22. Hydroxyacetonitrile (HOCH2CN) formation in astrophysical conditions. Competition with the aminomethanol, a glycine precursor, G. Danger, F. Duvernay, P. Theulé, F. Borget, and T. Chiavassa, The Astrophysical Journal, 2012, 756,11. DOI:10.1088/0004-637X/756/1/11

Pu21. From interstellar chemistry to prebiotic chemistry : organic matter evolution toward life, G. Danger, and L. Le Sergeant d’Hendecourt, l’Actualité Chimique, 2012, 363.

Pu20. Aminoacetonitrile characterization in astrophysical-like conditions, V. F. Borget, G. Danger, F. Duvernay, M. Chomat, V. Vinogradoff, P. Theulé and T. Chiavassa. Astronomy and Astrophysics, 2012, 541, A114, DOI : 10.1051/0004-6361/201218949

Pu19. Kinetics of OCN- formation from the HNCO + NH3 solid-state thermal reaction, F. Mispelaer, P. Theule, F. Duvernay, P. Roubin, and T. Chiavassa, Astronomy and Astrophysics, 2012, 540, A40, DOI : 10.1051/0004-6361/201117128

Pu18. Acetaldehyde Solid State Reactivity at Low Temperature : Formation of the Acetaldehyde Ammonia Trimer, V. Vinogradoff, F. Duvernay, M. Farabet, G. Danger, P. Theulé, F. Borget, J.C. Guillemin, and T. Chiavassa. Journal of Physical Chemistry A, 2012, 116, 9, 225-2233, DOI : 10.1021/jp3000653

Pu17. Solid-state methylamine VUV irradiation study using carbon monoxide as H radical scavenger, J-B Bossa, F. Borget, F. Duvernay, G. Danger, P. Theulé, and T. Chiavassa. Australian Journal of Chemistry, 2012, 65, 129-137, DOI : 10.1071/CH11409

Pu16. Experimental investigation of aminoacetonitrile formation through the Strecker synthesis in astrophysical like conditions : reactivity of methanimine (CH2NH), ammonia (NH3), and hydrogen cyanide (HCN), G. Danger, F. Borget, M. Chomat, F. Duvernay, P. Theulé, J-C Guillemin, L. Le Sergeant d’Hendecourt, T. Chiavassa. Astronomy and Astrophysics, 2011, 525, A30. DOI : 10.1051/0004-6361/201117602.

Pu15. Hydrogenation of solid hydrogen cyanid HCN and methanimine CH2NH at low temperature, P. Theule, F. Borget, F. Mispelaer, G. Danger, F. Duvernay, J. C. Guillemin and T. Chiavassa. Astronomy and Astrophysics, 2011, 534, A64. DOI : 10.1051/0004-6361/201117494

Pu14. New insight on HMT formation mechanism in interstellar ice analogs, V. Vinogradoff, F. Duvernay, G. Danger, P. Theulé, T. Chiavassa. Astronomy and Astrophysics, 2011, 530, A128. DOI : 10.1051/0004-6361/201116688

Pu13. Kinetics of OCN- and HOCN formation from the HNCO + H2O thermal reaction in interstellar ices analogs, P. Theule, F. Duvernay, A. Ilmane, S. Coussan, G. Danger, and T. Chiavassa, Astronomy and Astrophysics, 2011, 530, A96. DOI : 10.1051/0004-6361/201016051

Pu12. Photon-induced enantiomeric excesses in initially achiral solid-state “interstellar” molecules, P. de Marcellus, C. Meinert, M. Nuevo, J.-J. Filippi, G. Danger, D.Deboffle, L. Nahon, L. Le Sergeant d’Hendecourt, U. J. Meierhenrich. Astrophysical Journal Letters, 2011, 527, L27. DOI : 10.1088/2041-8205/727/2/L27

Pu11. Experimental investigation of nitrile formation from VUV photochemistry of interstellar ice analogs : acetonitrile and amino acetonitrile, G. Danger, J.-B. Bossa, P. de Marcellus, F. Borget, F. Duvernay, P. Theule, T. Chiavassa, L. d’Hendecourt. Astronomy and Astrophysics, 2011, 525, A30. DOI : 10.1051/0004-6361/201015736

Pu10. Chiral molecule formation in interstellar ice analogs : alpha-aminoethanol NH2CH(CH3)OH, F. Duvernay, V. Dufauret, G. Danger, P. Theulé, F. Borget, T. Chiavassa. Astronomy and Astrophysics, 2010, 523, A79. DOI : 10.1051/0004-6361/201015342

Pu9. NH2CH2OH thermal formation in interstellar ices : Contribution to the 5-8 m region toward embedded protostars, J.B. Bossa, P. Theule, F. Duvernay, T. Chiavassa Astrophysical Journal 2009, 707 (2), 1524-1532. DOI : 10.1088/0004-637X/707/2/1524

Pu8. How a Usual Carbamate Can Become an Unusual Intermediate : A New Chemical Pathway to Form Glycinate in the Interstellar Medium, J.B. Bossa, P. Theule, F. Duvernay, F. Borget, and T. Chiavassa, Journal of Physcical Organic Chemistry 2009, 23(4), 333-339. DOI : 10.1002/poc.1682

Pu7. Methylammonium methylcarbamate thermal formation in interstellar ice analogs : a glycine salt precursor in protostellar environments , J.B. Bossa, F. Duvernay, P. Theule, F. Borget, L. d’Hendecourt, and T. Chiavassa, Astronomy and Astrophysics, 2009, 506 (2), 601-608. DOI : 10.1051/0004-6361/200912850 DOI : 10.1051/0004-6361/200912850

Pu6. Chemistry induced by low-energy electrons in condensed multilayers of ammonia and carbon dioxide, M. Bertin, I. Martin, F. Duvernay, P. Theule, J-B. Bossa, F. Borget, E. Illenberger, A. Lafosse, T. Chiavassa, and R. Azria, Physical Chemistry Chemical Physics, 2009, 11, 1838–1845. DOI : 10.1039/b812796d

Pu5. Carbamic acid and carbamate formation in NH3:CO2 ices-UV irradiation versus thermal processes , J-B. Bossa, P. Theule, F. Duvernay, F. Borget, and T. Chiavassa, Astronomy and Astrophysics, 2008, 492, 719-724. DOI : 10.1051/0004-6361:200810536

Pu4. Formation of neutral methylcarbamic acid (CH3NHCOOH) and methylammonium methylcarbamate [CH3NH3+][CH3NHCO2-] at low temperature , J-B. Bossa, F. Borget, F. Duvernay, P. Theule, and T. Chiavassa, Journal of Physical Chemistry A, 2008, 112, 5113-5120. DOI : 10.1021/jp800723c

Pu3. Carbodiimide production from cyanamide by UV irradiation and thermal reaction on amorphous water ice , F. Duvernay, T. Chiavassa, F. Borget, F and J-P. Aycard, Journal of Physical Chemistry A, 2005, 109, 603-608. DOI : 10.1021/jp0459256

Pu2. Experimental study of water-ice catalyzed thermal isomerization of cyanamide into carbodiimide : Implication for prebiotic chemistry, F. Duvernay, T. Chiavassa, F. Borget, F and J-P. Aycard, Journal of the American Chemical Society, 2004, 126, 7772-7773. DOI : 10.1021/ja048721b

Pu1.Tentative identification of urea and formamide in ISO-SWS infrared spectra of interstellar ices , S. Raunier, T. Chiavassa, F. Duvernay, F. Borget, J-P. Aycard, E. Dartois, and L. d’Hendecourt, Astronomy and Astrophysics , 2004, 416, 165-169. DOI : 10.1051/0004-6361:20034558