Les scientifiques ont réussi à former un carbène appelé hydroxyméthylène (HCOH) en décomposant le méthanol (un alcool commun présent dans de nombreux produits chimiques industriels comme le formaldéhyde) avec des impulsions de rayonnement ultraviolet. Les résultats ont été publiés dans un article le 14 mai 2024 dans le Journal of the American Chemical Society. .

"Il est surprenant de voir ce carbène provenir d'une molécule aussi courante que le méthanol - nous en avons des bouteilles à jet dans les laboratoires du monde entier", a déclaré Leah Dodson, professeur adjoint de chimie et de biochimie à l'UMD et auteur principal de l'article.

"Les lasers UV d'une longueur d'onde de 193 nanomètres sont également assez standards. Cela signifie que les carbènes pourraient se former naturellement dans des endroits comme l'espace, où il y a beaucoup de méthanol et de rayonnement ultraviolet. Et d'autres réactions des carbènes formés dans l'espace grâce à ce processus pourraient conduire à biomolécules qui composent la vie."

Les résultats de l'article révèlent des indices sur les mécanismes à l'origine de la formation et de la réaction du carbène sur Terre, conduisant à une meilleure compréhension du potentiel de la molécule à créer les sucres nécessaires à la vie.

"Des recherches établies suggèrent que le HCOH peut réagir pour former des sucres simples, y compris certains qui ont déjà été détectés dans l'espace", a déclaré l'auteur principal de l'étude, Emily Hockey. "Nous pensons qu'il est possible que ce carbène, puisqu'il provient d'une molécule si omniprésente dans l'espace et peut être détecté n'importe où, soit la pièce manquante qui comble les lacunes de nos connaissances sur la façon dont le méthanol et les sucres simples peuvent conduire à des biomolécules plus grosses et plus avancées. "

En raison de leur super-réactivité, les molécules de carbène ont généralement une durée de vie très courte. Ces caractéristiques rendent les carbènes généralement difficiles à générer et à observer pour les scientifiques, ce qui limite la compréhension approfondie de la molécule. Mais la nouvelle méthode de production de carbènes de l’équipe de l’UMD leur a permis d’étudier les molécules de suffisamment près pour observer leur formation et leur désintégration sur des échelles de temps de quelques millisecondes. Les chercheurs ont été surpris de découvrir que le HCOH réagissait relativement lentement avec l'oxygène à température ambiante.

"Lorsque nous avons examiné la réactivité du HCOH dans notre système à température ambiante, nous avons constaté qu'il se désintégrait en 15 millisecondes", a expliqué Hockey. "Ce qui est intéressant, c'est que, comme on pense que les carbènes sont des espèces super réactives, il est raisonnable de supposer que ce carbène réagirait si rapidement à quelque chose comme l'oxygène qu'il serait impossible de l'attraper. Mais ce n'est pas ce qui s'est passé. Bien que le carbène se désintègre plus rapidement et plus rapide lorsqu'il est exposé à l'oxygène, il était suffisamment lent pour que nous puissions quand même observer cette désintégration. "

Les chercheurs pensent que leur méthode de production et d’étude des carbènes aidera les astronomes et les astrochimistes à mieux comprendre les origines de la vie et la façon dont la vie dans l’espace a pu évoluer différemment de la vie sur Terre. Ils espèrent s'appuyer sur leurs découvertes en examinant de plus près ce qui se passe lors de la dégradation du méthanol et en quantifiant les différents produits générés par la réaction du méthanol à la lumière UV.

"Nous savons que des carbènes comme le HCOH se forment au cours de notre processus, mais nous aimerions approfondir le pourcentage de ceux-ci qui finissent sous forme de formaldéhyde, de méthylène ou d'autres radicaux d'hydrocarbures, par exemple", a expliqué Hockey. "Au départ, nous pensions que tous les produits seraient des radicaux méthoxy, mais nos expériences montrent que le processus et les produits qui en résultent sont plus compliqués que nos hypothèses initiales."

Connaître les types et la quantité de produits créés par la décomposition du méthanol avec le rayonnement UV fournirait aux astronomes et aux astrochimistes une vision plus précise des objets astrophysiques et de leur évolution sur des milliards d'années.

"Si les données existantes sur ce qui est produit par la photodissociation du méthanol sont fausses, alors les modèles propagés le seront également - et notre compréhension de la façon dont la vie a évolué à partir de ces molécules pourrait également être compromise", a déclaré Dodson. "Nous espérons que nos travaux de suivi jetteront les bases de ce type de simulations."