Впервые исследователи точно определили химическую структуру альфа-пинена – соединения, образуемого хвойными деревьями – в его газовой фазе. Новый анализ может помочь ученым лучше понять, как альфа-пинен и, возможно, иные подобные молекулы – реагируют с другими газами в атмосфере, а также загрязняющими веществами и частицами, выделяемыми аэрозолями, которые влияют на здоровье и климат. Результаты исследования опубликованы в «Journal of Chemical Physics» AIP Publishing.
«То, что вы вдыхаете в лесу, - это биогенные летучие органические молекулы, выброшенные в атмосферу», - комментирует Тереза ??Хюэт, физик из Университета Лилля во Франции. Определение структуры этих молекул, по ее словам, «прокладывает путь для будущего спектроскопического обнаружения и моделирования атмосферной химии».
Среди биогенных летучих органических молекул - класс соединений, называемых монотерпенами, которые реагируют с озоном, гидроксильными радикалами, оксидами азота и другими газами в атмосфере. Эти реакции создают загрязняющие вещества и аэрозоли, которые, например, могут вызывать конденсацию большего количества облаков и способствовать охлаждению климата. Основным монотерпеном является альфа-пинен, которого ежегодно в нижний слой атмосферы - тропосферу выпускается лесами около 50 триллионов граммов.
Чтобы точно предсказать, как альфа-пинен реагирует в тропосфере, и, следовательно, как это влияет на качество климата и воздуха, исследователям необходимо детальное понимание его молекулярной структуры. Альфа-пинен в своей твердой фазе имеет уже определенную бициклическую или двухкольцевую структуру. Однако в тропосфере альфа-пинен находится в газообразном состоянии и обнаружены заметные изменения в структуре за счет сил, создаваемых кристаллической структурой.
Поскольку альфа-пинен существует в газовой фазе только при низких концентрациях, требующих высокочувствительных экспериментальных методов, никто ранее не определял его газофазную структуру. «До сих пор определение структуры сложных молекул, таких как монотерпены, возможно только в конденсированной фазе», - говорит Хюэт.
Экспериментально представлена ??газофазная структура альфа-пиненов с использованием микроволновой спектроскопии с преобразованием Фурье и квантовохимических расчетов
Лаборатория Huet разработала методы, достаточно чувствительные для определения структуры монотерпеновых газов.
Исследователи определили квантовые параметры, называемые вращательными константами, которые лучше всего описывают данные без структурных предположений. Они повторили этот анализ для всех естественных изотопных версий альфа-пиненов, в которых изотопы углерода-13 заменяют различные изотопы углерода-12 в молекуле. Этот набор вращательных констант описывает полную структуру альфа-пиненового газа.
Молекулярная структура α-пиненов, рассчитанная на уровне MP2 / aug-cc-pVTZ, и нумерация всех атомов. С и Н атомы показаны синим и розовым, соответственно
