Partir à la recherche de l'aminomalononitrile dans le milieu interstellaire

Par Jean-Claude Guillemin, Directeur de Recherche à l’Institut des Sciences Chimiques de Rennes

L’acide cyanhydrique (HCN) est abondant dans le milieu interstellaire, présent dans des atmosphères planétaires tel que Jupiter, Titan ou Neptune. Son rôle en chimie prébiotique a été étudié dans de multiples approches et l’adénine, un hexamère et une base purique constituant du vivant, peut être facilement formée à partir d’une solution aqueuse d’acide cyanhydrique à un pH donné. C’est une référence classique de synthèse prébiotique possible de ce composé.

L’oligomérisation et la polymérisation de l’acide cyanhydrique ont justifié de multiples études intéressant les atmosphères planétaires et la chimie prébiotique ou interstellaire. En particulier l’oligomérisation facile de l’acide cyanhydrique a conduit à s’intéresser à tous les premiers oligomères. Ainsi deux dimères, composés cinétiquement très instables, furent synthétisés dans les années 1980 et trente ans plus tard l’un d’entre eux (NC-CH=NH) fut détecté dans le nuage interstellaire Sagittarius B2(N). Plusieurs autres dimères jamais synthétisés à ce jour peuvent être imaginés (voir schéma ci-dessous). Le nombre de trimères possibles est très grand mais un trimère, l’aminomalononitrile, dont la synthèse est simple, est commercial et peut être acheté sous forme de sel.

La polymérisation de l’acide cyanhydrique (HCN) peut conduire à la formation de la molécule d’adénine. L’adénine est un hexamère de HCN. Les structures de différents dimères et d’un trimère de HCN, l’aminomalononitrile, sont également présentées.

Une équipe française associant un laboratoire de synthèse de Rennes et un laboratoire de spectroscopie hertzienne de Lille a entrepris l’enregistrement du spectre microonde de ce trimère de l’acide cyanhydrique, l’aminomalononitrile, candidat possible pour le milieu interstellaire. Les calculs théoriques ont montré l’existence de deux rotamères, un symétrique et un asymétrique, ce dernier étant plus stable de 6.7 kJ/mole. La neutralisation du sel commercial par le bicarbonate de sodium a conduit à un produit moyennement stable pendant quelques heures à 20°C. Maintenu à une température de -15°C, il a été lentement vaporisé dans la cellule du spectromètre. L’enregistrement du spectre a été effectué de 120 à 245 GHz. Environ 2500 transitions rotationnelles ont été assignées pour l’état fondamental du conformère le plus stable. L’analyse spectrale a révélé les effets intéressants dans la dynamique intramoléculaire de la molécule.
L’ensemble obtenu permet désormais de rechercher avec une bonne précision ce composé dans le milieu interstellaire.

Publication originale :

• High-Resolution Millimeter Wave Spectroscopy and Ab Initio Calculations of Aminomalononitrile, R. A. Motiyenko, L. Margules,  E. A. Alekseev, J.-C. Guillemin J. Phys. Chem. A, 2015, 119(6), 1048-1054.

Contacts : jean-claude.guillemin@ensc-rennes.fr , roman.motienko@univ-lille1.fr