Molekylstrukturen i en skovaroma dekonstrueret

Det friske, en umiskendelig duft af en fyrreskov kommer fra en blanding af kemikalier, der produceres af træerne. Forskere har nu, for første gang, præcist bestemt den kemiske struktur af en af ​​disse forbindelser i dens gasfase, et molekyle kaldet alfa-pinen, som også produceres af tropiske skove. Den nye analyse kan hjælpe forskere med bedre at opdage og forstå, hvordan alfa-pinen-og potentielt andre lignende molekyler-reagerer med andre gasser i atmosfæren, en proces, der producerer forurenende stoffer og partikler kaldet aerosoler, der påvirker sundhed og klima.

"Det du lugter i skoven er biogene flygtige organiske molekyler, der udsendes til atmosfæren, "sagde Thérèse Huet, fysiker ved universitetet i Lille i Frankrig. Hun og hendes kolleger beskriver deres analyse i denne uge i Journal of Chemical Physics . Bestemmelse af strukturen af ​​disse molekyler, hun sagde, "baner vejen for fremtidig spektroskopisk detektion og atmosfærisk kemimodellering."

Blandt biogene flygtige organiske molekyler er en klasse af forbindelser kaldet monoterpener, som reagerer med ozon, hydroxylradikaler, nitrogenoxider, og andre gasser i atmosfæren. Disse reaktioner skaber forurenende stoffer og aerosoler, hvilken, for eksempel, kan frø kondens af flere skyer og hjælpe med at afkøle klimaet. Den vigtigste monoterpen er alfa-pinen, hvoraf skove hvert år frigiver omkring 50 billioner gram til atmosfærens laveste lag, troposfæren.

For præcist at forudsige, hvordan alfa-pinen reagerer i troposfæren, og dermed hvordan det påvirker klima og luftkvalitet, forskere har brug for en detaljeret forståelse af dens molekylære struktur. Alpha-pinen har i sin faste fase en allerede bestemt bicyl- eller to-rings struktur. I troposfæren, imidlertid, alfa-pinen er en gas og viser sig at have bemærkelsesværdige ændringer i strukturen på grund af kræfter, der udøves af krystalstrukturen.

Fordi alfa-pinen kun findes i gasfasen ved lave koncentrationer, kræver meget følsomme eksperimentelle teknikker, ingen havde tidligere identificeret dens gasfasestruktur. "Indtil nu, strukturbestemmelse af komplekse molekyler såsom monoterpener var kun mulig i den kondenserede fase, "Sagde Huet.

Huets laboratorium udviklede metoder, der var følsomme nok til at bestemme strukturen af ​​monoterpengasser.

Forskerne identificerede kvanteparametre kaldet rotationskonstanter, der bedst beskriver dataene uden strukturelle antagelser. De gentog denne analyse for alle naturligt forekommende isotopiske versioner af alfa-pinen, hvor carbon-13 isotoper erstatter forskellige carbon-12 isotoper i molekylet. Dette sæt rotationskonstanter beskriver den komplette struktur af alfa-pinengas.

Deres teknik, Huet sagde, kan også bruges til andre monoterpener. Nu hvor forskerne har strukturen af ​​alfa-pinen, de er bedre i stand til at modellere de første trin i naturens aerosoldannelse i atmosfæren.