Reattività del carbocatione metile con 2-butino. Studio teorico e sperimentale.

La presenza di molecole organiche in differenti ambienti astronomici, fuori dal nostro pianeta, sono documentati da una grande quantità di dati. Le osservazioni astronomiche hanno mostrato che in differenti regioni dello spazio interstellare, come per esempio nell'atmosfera di alcuni pianeti e satelliti o su alcune comete, si ha una ricca e varia reattività chimica in fase gas. In particolar modo i processi coinvolti sono quelli che riguardano specie ioniche del carbonio, che ricombinano con molecole neutre, attraverso meccanismi ione-molecola, dando composti ad alto peso molecolare. La formazione di queste sostanze chimiche in alcune regioni astronomiche sono infatti permesse dalla ionizzazione di primari neutri da parte di particelle eccitate energeticamente o da fotoni. In questo contesto, abbiamo focalizzato la nostra attenzione sullo studio della reattività dello ione CH3+ , il quale è stato fatto reagire in fase gas con idrocarburi saturi e insaturi (etano, etene ed etino) come fase preliminare dello studio e in seguito, per quanto riguarda la vera e propria sperimentazione, con il 2-butino: quelle usate sono tutte specie che sono state rilevate,in forte concentrazione, in atmosfere di pianeti e satelliti extra-terrestri, come per esempio Titano, la luna più grande di Saturno. Infatti, le reazioni ione-molecola dello ione metile sono di particolare interesse nella chimica interstellare, specialmente dell'atmosfera di pianeti extraterrestri, ma anche nello studio dei plasmi ad alta e bassa pressione riprodotti in fasi sperimentali in laboratorio, come per esempio quelli usati per la conversione del metano (in alcuni casi presente in miscela con CO2) in idrocarburi ad alto peso molecolare. Un esempio eclatante è, appunto, Titano, la cui atmosfera è la più ricca del Sistema Solare e la cui complessità chimica non ha eguali né tra i pianeti né tra i satelliti: per varietà di specie e di processi chimici può essere paragonata solo all'atmosfera della Terra primordiale. I principali costituenti sono N¬¬2, una bassa percentuale di CH4 e di H2; i costituenti minori includono idrocarburi e nitrili creati da reazioni fotochimiche di N2 e CH4, in quanto queste specie interagiscono con elettroni ad alta energia della magnetosfera di Saturno e i fotoni UV della radiazione solare: in particolare, il metano è dissociato in tutta l'atmosfera da processi foto catalitici, direttamente ad alte altitudini e indirettamente nella stratosfera, dando principalmente ioni CH4+, CH3+, CH2+ e CH+: la specie principalmente prodotta è indubbiamente il catione metile, che per questo motivo costituisce un notevole motivo di studio. Le reazioni ione-molecola sono state studiate e riprodotte usando lo strumento Guided Ion Beam Mass (GIB-MS) presente al laboratorio di Fisica Atomica e Molecolare del Dipartimento di Fisica dell'Università di Trento. Un ulteriore approfondimento sui risultati ottenuti è stato fatto al sincrotrone di SOLEIL a Parigi, in cui fotoni VUV sono stati utilizzati per generare gli ioni primari. In realtà, la formazione della specie cationica durante l'esperimento si è articolata in due fasi: 1. Nella prima, usando un sistema di flash pyrolysis accoppiato a , si è ottenuta la formazione del radicale CH3∙ a partire da CH3NO2 come precursore, sfruttando un fascio molecolare di Argon; 2. Nella seconda fase, il flusso di specie radicaliche, così formato, è stato ionizzato mediante un fascio incidente di fotoni VUV a energia nota.