Méthylium

Le méthylium^[2] ou cation méthyle^[3] est une espèce chimique de formule CH₃⁺. Il peut être vu comme un radical méthylène :CH₂ protoné ou comme un radical méthyle ^•CH₃ ayant cédé un électron. Il s'agit d'un carbocation de type carbénium dont l'atome de carbone porte la charge positive (C⁺) selon une géométrie plane trigonale en raison d'une hybridation sp².

Méthylium
Structure de l'ion méthylium.
Identification
Nom UICPA	méthylium
Nom systématique	trihydrurocabone
Synonymes	méthénium, carbénium, carbanylium, cation méthyle, méthylène protoné
No CAS	14531-53-4
PubChem	644094
ChEBI	29437
SMILES	[H][C+]([H])[H] PubChem, vue 3D
InChI	Std. InChI : vue 3D InChI=1S/CH3/h1H3/q+1 Std. InChIKey : JUHDUIDUEUEQND-UHFFFAOYSA-N
Propriétés chimiques
Formule	CH3  [Isomères]CH3+
Masse molaire[1]	15,034 5 ± 0,001 g/mol C 79,89 %, H 20,11 %,
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.
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On l'obtient, par exemple dans le cadre d'études par spectrométrie de masse, par photo-ionisation de radicaux méthyle aux ultraviolets ou par collision de cations monoatomiques tels que C⁺ et Kr⁺ avec du méthane CH₄ neutre^[4]. Dans ces conditions, il réagit avec l'acétonitrile CH₃CN pour donner l'ion (CH₃)₂CN^+[5]. Il se dissocie spontanément par capture d'un électron de faible énergie (moins de 1 eV)^[6].

Le méthylium se rencontre parfois comme intermédiaire à l'état condensé. Il a été proposé comme intermédiaire réactionnel par soustraction d'hydrure ou par protonation du méthane avec l'acide magique HSO₃F·SbF₅. CH₃⁺ est très réactif, même avec les alcanes^[7].

Il est bien connu pour sa réaction de recombinaison dissociative dans le milieu interstellaire^[8] ou dans l'ionosphère de certaines planètes :

CH₃⁺ + e⁻ ⟶ :CH₂ + H^·.

Les modèles théoriques prédisent que c’est en passant par le méthylium que de nombreuses molécules plus complexes peuvent être produites. Ce carbocation est en quelque sorte à la racine de la chimie organique et une des briques de la vie, d'où l'importance de sa découverte dans un disque protoplanétaire autour d'une étoile jeune dans la nébuleuse d'Orion en 2023^[9].

Notes et références

1. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
2. (en) W. H. Powell, « Revised nomenclature for radicals, ions, radical ions and related species (IUPAC Recommendations 1993) », Pure and Applied Chemistry, vol. 65, n^o 6,‎ 1^er janvier 1993, p. 1357–1455 (voir p. 1366) (ISSN 1365-3075 et 0033-4545, DOI 10.1351/pac199365061357, lire en ligne, consulté le 5 juillet 2023).
3. (en) Agence spatiale européenne, « Webb makes first detection of crucial carbon molecule in a planet-forming disc », sur esawebb.org, 26 juin 2023 (consulté le 5 juillet 2023).
4. (en) R. B. Sharma, N. M. Semo et W. S. Koski, « Dynamics of the reactions of methylium, methylene radical cation, and methyliumylidene with acetylene », The Journal of Physical Chemistry, vol. 91, n^o 15,‎ juillet 1987, p. 4127-4131 (DOI 10.1021/j100299a037, lire en ligne).
5. (en) Murray J. McEwan, Arthur B. Denison, Wesley T. Huntress Jr., Vincent G. Anicich, J. Snodgrass et M. T. Bowers, « Association reactions at low pressure. 2. The methylium/methyl cyanide system », The Journal of Physical Chemistry, vol. 93, n^o 10,‎ mai 1989, p. 4064-4068 (DOI 10.1021/j100347a039, lire en ligne).
6. (en) E. M. Bahati, M. Fogle, C. R. Vane, M. E. Bannister, R. D. Thomas et V. Zhaunerchyk, « Electron-impact dissociation of CD₃⁺ and CH₃⁺ ions producing CD₂⁺, CH⁺, and C⁺ fragment ions », Physical Review A, vol. 79, n^o 5,‎ mai 2009, article n^o 052703 (DOI 10.1103/PhysRevA.79.052703, Bibcode 2009PhRvA..79e2703B, lire en ligne).
7. (en) H. Hogeveen, J. Lukas et C. F. Roobeek, « Trapping of the methyl cation by carbon monoxide; formation of acetic acid from methane », Journal of the Chemical Society D: Chemical Communications, vol. 1969, n^o 16,‎ 1969, p. 920-921 (DOI 10.1039/C29690000920, lire en ligne).
8. Olivier Berné et Marie-Aline Martin, « JWST détecte pour la première fois une molécule organique cruciale dans un système planétaire en formation », sur insu.cnrs.fr, Institut National des Sciences de l'Univers, 27 juin 2023 (consulté le 2 juin 2024).
9. (en) Olivier Berné, Marie-Aline Martin-Drumel, Ilane Schroetter, Javier R. Goicoechea, Ugo Jacovella, Bérenger Gans, Emmanuel Dartois, Laurent H. Coudert, Edwin Bergin, Felipe Alarcon, Jan Cami, Evelyne Roueff, John H. Black, Oskar Asvany, Emilie Habart, Els Peeters, Amelie Canin, Boris Trahin, Christine Joblin, Stephan Schlemmer, Sven Thorwirth, Jose Cernicharo, Maryvonne Gerin, Alexander Tielens, (…) Mark G. Wolfire, « Formation of the methyl cation by photochemistry in a protoplanetary disk », Nature, vol. 621, n^o 7977,‎ septembre 2023, p. 56-59 (PMID 37364766, DOI 10.1038/s41586-023-06307-x, Bibcode 2023Natur.621...56B, arXiv 2401.03296, hdl 1887/3716674, S2CID 259260435, lire en ligne).

Voir aussi

• Chimie interstellaire

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• Portail de l’astronomie