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Formation of amines hydrogenation of nitrile and isonitrile as selective routes in the interstellar medium

Authors :
S. Baouche
François Dulieu
Isabelle Fourré
Jean-Claude Guillemin
T. Nguyen
E. Congiu
Y. Ellinger
Cécile Favre
C. Barois
Laboratoire d'Etude du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique (LERMA (UMR_8112))
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Cergy Pontoise (UCP)
Université Paris-Seine-Université Paris-Seine-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Hokkaido University [Sapporo, Japan]
Laboratoire de chimie théorique (LCT)
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Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble (IPAG)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG )
Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])
LERMA Cergy (LERMA)
Université Paris-Seine-Université Paris-Seine-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris
Institut des Sciences Chimiques de Rennes (ISCR)
Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes (ENSCR)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Programme National 'Physique et Chimie du Milieu Interstellaire' (PCMI) of CNRS/INSU
CNES
DIM ACAV+, a funding program of the Region Ile de France
LabEx MICHEM
French National Research Agency [ANR-15-IDEX-02]
European Research Council (ERC) under the European Union [741002]
INC/INP
CEA
ANR-15-IDEX-0002,UGA,IDEX UGA(2015)
PSL Research University (PSL)-PSL Research University (PSL)-Université de Cergy Pontoise (UCP)
Hokkaido University
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Université Paris-Seine-Université Paris-Seine-Observatoire de Paris
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Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes (ENSCR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)
Source :
Astronomy and Astrophysics-A&A, Astronomy and Astrophysics-A&A, 2019, 628, pp.A15. ⟨10.1051/0004-6361/201935127⟩, Astronomy and Astrophysics-A&A, EDP Sciences, 2019, 628, pp.A15. ⟨10.1051/0004-6361/201935127⟩, Astronomy & Astrophysics
Publication Year :
2019
Publisher :
HAL CCSD, 2019.

Abstract

Context. Beyond NH3, only one primary alkylamine, CH3NH2, has been identified in the interstellar medium and the reason why is still not understood: its formation could occur in the gas phase or in icy environments. Aims. To consider any possible difference between the formation of primary and secondary amines, we studied the hydrogenation processes of CH3CN and CH3NC, which would lead to the simple primary CH3CH2NH2 and secondary CH3NHCH3 amines, respectively. Methods. Experimentally, the hydrogenation of CH3CN and CH3NC was carried out under ultra-high vacuum, using two beamlines to inject the nitrile/isonitrile and H onto substrate surfaces of gold or water ice. The reactions were monitored using infrared spectroscopy and the products were followed by mass spectrometry. Theoretically, the energetics of the hydrogenation paths were determined using the M06-2X functional after benchmarking against post Hartree–Fock procedures. Meanwhile, a survey of the high-mass star forming region W51/e2 has been performed. Results. Following co-deposition of CH3CN and H, we show that these species do not react together between 10 and 60 K. For CH3NC we found that the hydrogenation process works all the way through the CH3NHCH3 end product; we also identified the CH3NCH2 intermediate together with side products, CH4 and HCN, showing that the isonitrile backbone is breaking. These results are consistent with the calculations of a high barrier on the first hydrogenation step for CH3CN and a lower barrier for CH3NC. Conclusions. The formation of CH3CH2NH2 by hydrogenation of CH3CN appears rather unlikely in both the gas phase and ice environment whereas that of CH3NHCH3 is a clear possibility. The limiting factor appears to be the efficiency of the tunneling effect through the first activation barrier on the reaction paths. More surveys are required for further insight into the search for amines.

Details

Language :
English
ISSN :
00046361
Database :
OpenAIRE
Journal :
Astronomy and Astrophysics-A&A, Astronomy and Astrophysics-A&A, 2019, 628, pp.A15. ⟨10.1051/0004-6361/201935127⟩, Astronomy and Astrophysics-A&A, EDP Sciences, 2019, 628, pp.A15. ⟨10.1051/0004-6361/201935127⟩, Astronomy & Astrophysics
Accession number :
edsair.doi.dedup.....46e36b2589822eef689ec42169e1914e