Nueva clase de sustancias detectadas en química atmosférica
Un equipo de investigación internacional ha logrado detectar hidrotrióxidos (ROOOH) por primera vez en condiciones atmosféricas. Hasta ahora, solo se especulaba sobre la existencia de estos compuestos orgánicos con el inusual grupo OOOH. En experimentos de laboratorio, se ha demostrado claramente su formación durante la oxidación de importantes hidrocarburos, como el isopreno y el alfa-pineno. Mediante cálculos de química cuántica y modelos computacionales se han estimado datos importantes sobre esta nueva clase de sustancias. Alrededor de 10 millones de toneladas métricas por año se forman en la atmósfera terrestre por la oxidación del isopreno. La vida útil de ROOOH se estima entre unos pocos minutos y unas pocas horas. Los hidrotrióxidos representan una clase de sustancias en la atmósfera hasta ahora desapercibidas cuyos efectos sobre la salud y el medio ambiente necesitan ser estudiados, escriben los investigadores dirigidos por el Instituto Leibniz para la Investigación Troposférica (TROPOS) en el número actual de la revista científica SCIENCE.
La capa inferior de la atmósfera terrestre es un gran reactor químico en el que se convierten cada año varios cientos de millones de toneladas métricas de hidrocarburos, lo que finalmente conduce a la formación de dióxido de carbono y agua. Estos hidrocarburos son emitidos por bosques o fuentes antropogénicas. Ocurre una amplia variedad de procesos de oxidación, solo algunos de los cuales son bien conocidos. Un eje reciente de la investigación atmosférica se refiere a los hidrotrióxidos (ROOOH). Son sustancias gaseosas con un grupo formado por tres átomos de oxígeno consecutivos «O» y un átomo de hidrógeno «H», que se encuentra unido a un residuo orgánico (R). Los hidroperóxidos (ROOH) con dos átomos de oxígeno son conocidos y probados desde hace mucho tiempo. En la literatura ya se ha especulado que podría haber sustancias en la atmósfera que llevaran no solo dos átomos de oxígeno (ROOH) sino también tres átomos de oxígeno (ROOOH). En síntesis orgánica, los hidrotrióxidos se utilizan para formar productos de oxidación especiales cuando reaccionan con alquenos. Sin embargo, estos hidrotrióxidos reactivos y térmicamente inestables se producen allí en disolventes orgánicos a temperaturas muy bajas, alrededor de -80 °C, y luego reaccionan. Hasta ahora se desconocía si esta clase de sustancias también existe como gases en la atmósfera a temperaturas significativamente más altas.
En su estudio, investigadores del Instituto Leibniz para la Investigación Troposférica (TROPOS), la Universidad de Copenhague y el Instituto de Tecnología de California (Caltech) pudieron proporcionar evidencia directa por primera vez de que la formación de hidrotrióxidos también tiene lugar bajo la atmósfera. condiciones de reacción de radicales peroxi (RO2) con radicales hidroxilo (OH). Las investigaciones de laboratorio se llevaron a cabo principalmente en TROPOS en Leipzig en un tubo de chorro libre a temperatura ambiente y una presión de aire de 1 bar, combinado con el uso de espectrómetros de masas altamente sensibles. Las investigaciones de Caltech han proporcionado información experimental adicional, particularmente sobre la estabilidad de los hidrotrióxidos. La Universidad de Copenhague ha realizado cálculos químicos cuánticos para describir los mecanismos de reacción, así como la temperatura y la fotoestabilidad de los hidrotrióxidos. Las simulaciones globales de TROPOS con el modelo químico-climático ECHAM-HAMMOZ han permitido una evaluación inicial de los efectos sobre la atmósfera terrestre.
“Es realmente emocionante mostrar la existencia de una nueva clase universal de compuestos formados a partir de precursores presentes en la atmósfera (radicales RO2 y OH)”, informa el profesor Henrik G. Kjærgaard de la Universidad de Copenhague. «Es muy sorprendente que estas interesantes moléculas sean tan estables con un contenido de oxígeno tan alto. Se necesita más investigación para determinar el papel de los hidrotrióxidos para la salud y el medio ambiente», enfatiza el Dr. Torsten Berndt de TROPOS. «Nuestro estudio ha demostrado que la observación directa de los hidrotrióxidos mediante espectrometría de masas es factible. Esto significa que ahora es posible seguir estudiando estos compuestos en diferentes sistemas, incluida, tal vez, la cuantificación de su abundancia en el medio ambiente». explica el profesor Paul O. Wennberg de Caltech.
La importancia de la primera detección exitosa de esta nueva clase de sustancias «hidrotrióxido» solo se aclarará en los próximos años. Sin embargo, con evidencia experimental y conocimiento actual, el estudio de Berndt et al. sentó los primeros hitos que también deberían despertar el interés de otros grupos de investigación.
