Origins of complex organic molecules in the interstellar medium: between reduction of unsaturated compounds and photochemistry
Origines de molécules organiques complexes dans le milieu interstellaire : entre réduction de composés insaturés et photochimie
Résumé
More and more complex molecules are detected in the interstellar medium, thus opening the way to many questions concerning their origins or their reactivity. These multiple detections led to the development of a new field of study: astrochemistry. In this context, the reduction and photochemical reactions of the interstellar medium have been reproduced in the laboratory from organic molecules composed of carbon, hydrogen and oxygen. In a first part, the verification of an astrochemical model proposing the successive hydrogenation of glyoxal into glycolaldehyde then hydrogenated into ethylene glycol was studied. It has been shown on the one hand that the hydrogenation of glyoxal does not lead to the formation of glycolaldehyde, but the glyoxal is a precursor of small abundant molecules in the interstellar medium, CO and H2CO, and a precursor of an organic residue in solid state at 300 K. On the other hand, experiments have shown that the hydrogenation of glycolaldehyde leads to the formation of ethylene glycol as predicted by the astrophysical model. In a second part, photochemical reactions were carried out in order to form complex organic molecules. On the one hand, the photochemistry of glycolaldehyde leads to the formation of acetaldehyde and ethylene glycol. On the other hand, the photochemistry of methanol carried out in the presence of O2 leads to the formation of oxidized organic molecules such as formic acid, a precursor of glycine, the simplest amino acid. Thus, these studies correspond to prebiotic chemistry by the research of life bricks.
Des molécules de plus en plus complexes sont détectées dans le milieu interstellaire ouvrant ainsi la voie à de nombreux questionnements concernant leurs origines ou leur réactivité. Ces multiples détections ont mené au développement d’un nouveau domaine d’étude : l’astrochimie. Dans ce contexte, les réactions de réduction et de photochimie du milieu interstellaire ont été reproduites en laboratoire à partir de molécules organiques composées de carbone, d’hydrogène et d’oxygène. Dans une première partie, la vérification d’un modèle astrochimique proposant l’hydrogénation successive du glyoxal en glycolaldéhyde puis en éthylène glycol a été étudiée. Il a été montré d’une part que l’hydrogénation du glyoxal ne conduit pas à la formation de glycolaldéhyde, mais qu’il est précurseur des petites molécules abondantes dans le milieu interstellaire, CO et H2CO, ainsi que d’un résidu organique solide à 300 K. D’autre part, les expériences ont démontré que l’hydrogénation du glycolaldéhyde conduit à la formation de l’éthylène glycol comme le prédisait le modèle astrophysique. Dans une seconde partie, des réactions de photochimie ont été réalisées afin de former des molécules organiques complexes. D’une part, la photochimie du glycolaldéhyde conduit à la formation d’acétaldéhyde et d’éthylène glycol. D’autre part, la photochimie du méthanol réalisée en présence de O2 mène à la formation de molécules organiques oxydées comme l’acide formique, précurseur de la glycine, le plus simple des acides aminés s’inscrivant ainsi dans la chimie prébiotique à la recherche de briques de la vie.