De frisse, de onmiskenbare geur van een dennenbos komt van een mengelmoes van chemicaliën die door de bomen wordt geproduceerd. Onderzoekers hebben nu Voor de eerste keer, nauwkeurig de chemische structuur van een van deze verbindingen in zijn gasfase bepaald, een molecuul genaamd alfa-pineen, die ook wordt geproduceerd door tropische bossen. De nieuwe analyse kan wetenschappers helpen beter te detecteren en te begrijpen hoe alfa-pineen - en mogelijk andere vergelijkbare moleculen - reageren met andere gassen in de atmosfeer, een proces dat verontreinigende stoffen en deeltjes produceert die aerosolen worden genoemd en die de gezondheid en het klimaat beïnvloeden.

"Wat je in het bos ruikt, zijn biogene vluchtige organische moleculen die in de atmosfeer worden uitgestoten, zei Thérèse Huet, een natuurkundige aan de Universiteit van Lille in Frankrijk. Zij en haar collega's beschrijven hun analyse deze week in The Journal of Chemical Physics . Het bepalen van de structuur van deze moleculen, ze zei, "maakt de weg vrij voor toekomstige spectroscopische detectie en atmosferische chemiemodellering."

Onder biogene vluchtige organische moleculen bevindt zich een klasse van verbindingen die monoterpenen worden genoemd, die reageren met ozon, hydroxylradicalen, stikstofoxiden, en andere gassen in de atmosfeer. Deze reacties creëren verontreinigende stoffen en aerosolen, die, bijvoorbeeld, kan de condensatie van meer wolken zaaien en het klimaat helpen afkoelen. Het belangrijkste monoterpeen is alfa-pineen, waarvan bossen elk jaar ongeveer 50 biljoen gram afgeven in de onderste laag van de atmosfeer, de troposfeer.

Om nauwkeurig te voorspellen hoe alfa-pineen in de troposfeer reageert, en dus hoe het klimaat en luchtkwaliteit beïnvloedt, onderzoekers hebben een gedetailleerd begrip nodig van de moleculaire structuur ervan. Alfa-pineen heeft in zijn vaste fase een reeds bepaalde bicyclische of twee-ringstructuur. In de troposfeer, echter, alfa-pineen is een gas en blijkt opmerkelijke structuurveranderingen te hebben als gevolg van krachten die door de kristalstructuur worden uitgeoefend.

Omdat alfa-pineen alleen in lage concentraties in de gasfase voorkomt, die zeer gevoelige experimentele technieken vereisen, niemand had eerder de gasfasestructuur geïdentificeerd. "Tot nu toe, structuurbepaling van complexe moleculen zoals monoterpenen was alleen mogelijk in de gecondenseerde fase, ' zei Huet.

Huet's lab ontwikkelde methoden die gevoelig genoeg zijn om de structuur van monoterpeengassen te bepalen.

De onderzoekers identificeerden kwantumparameters die rotatieconstanten worden genoemd en die de gegevens het beste beschrijven zonder structurele aannames. Ze herhaalden deze analyse voor alle natuurlijk voorkomende isotopische versies van alfa-pineen, waarin koolstof-13-isotopen verschillende koolstof-12-isotopen in het molecuul vervangen. Deze reeks rotatieconstanten beschrijft de volledige structuur van alfa-pineengas.

Hun techniek, Huet zei, kan ook worden gebruikt voor andere monoterpenen. Nu de onderzoekers de structuur van alfa-pineen hebben, ze zijn beter in staat om de eerste stappen van de vorming van aerosolen in de atmosfeer te modelleren.