Isoprène
Isoprène | |||
![]() ![]() Formule développée et modèle tridimensionnel de l'isoprène. |
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Identification | |||
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Nom UICPA | 2-méthylbuta-1,3-diène | ||
NoCAS | |||
NoECHA | 100.001.040 | ||
NoCE | 201-143-3 | ||
PubChem | |||
SMILES | |||
InChI | |||
Apparence | liquide incolore très volatil, d'odeur caractéristique[1] | ||
Propriétés chimiques | |||
Formule | C5H8[Isomères] |
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Masse molaire[3] | 68,117 ± 0,004 6g/mol C 88,16 %, H 11,84 %, |
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Moment dipolaire | 0,25± 0,01D[2] | ||
Propriétés physiques | |||
T°fusion | −146°C[1] | ||
T°ébullition | 34,05°C[4] | ||
Solubilité | dans l'eau: nulle[1] | ||
Paramètre de solubilité δ | 15,1MPa1/2(25°C)[5] | ||
Masse volumique | 0,680 6g cm−3[6]
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T°d'auto-inflammation | 220°C[1] | ||
Point d’éclair | −54°C(coupelle fermée)[1] | ||
Limites d’explosivité dans l’air | 1,5–8,9%vol[1] | ||
Pression de vapeur saturante | à20°C:53,2kPa[1]
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Point critique | 206,05°C[4],38,5bar[8] | ||
Thermochimie | |||
Cp | |||
Propriétés électroniques | |||
1reénergie d'ionisation | 8,84± 0,01eV(gaz)[9] | ||
Propriétés optiques | |||
Indice de réfraction | 1,419 4[6] | ||
Précautions | |||
SGH[12] | |||
H224,H341,H350etH412 |
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SIMDUT[13] | |||
Produit non classé |
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NFPA 704 | |||
Transport | |||
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Classification duCIRC | |||
Groupe 2B: peut-être cancérigène pour l'homme[11] | |||
Écotoxicologie | |||
LogP | 2,30[1] | ||
Unités duSIetCNTP,sauf indication contraire. | |||
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L'isoprèneou2-méthylbuta-1,3-dièneest uncomposé organique,l'un des quatreisomèresdupentadiène.Il pos sắc de deuxdoubles liaisonsqui, du fait de leur position (formelle) 1,3, forment unsystème conjugué.À température ordinaire, c’est un liquide incolore volatil et odorant, facilement inflammable, susceptible de former des mélanges explosifs avec l'air. Il est soluble dans l'alcool, l'acétoneet lebenzène.
Le terme « isoprène » a été forgé en 1860 par le chimisteCharles Greville Williams(en)sans explication à partir du préfixeiso-(« égal ») et de la contraction depr(opyl)ène[14]et est resté son nom courant.
Cemonomèrepeut polymériser encaoutchouc.En raison de sa grande réactivité, cettepolymérisationpeut devenir explosive sous l'action de la température. L'isoprène esttoxiqueau-delà de certains seuils, ce qui en fait unpolluants'il est émis dans l'environnement en quantité significative par un processus industriel.
Présence dans l'environnement naturel
[modifier|modifier le code]L'isoprène fait partie des gaz largement répandus, en faibles concentrations, dans lanatureet dans certains de nos aliments. Il contribue à la production d'aérosols réactifset en particulier deterpènes.
Labiosphèreémet plus decomposés organiques volatils(COV) non méthaniques dans l'atmosphère que les activités humaines, et l'isoprène en constitue une part importante au-dessus descanopées,qui contribue aussi à la formation (inattendue jusqu'au début desannées 2000) de molécules d'époxyde[15].
- Lesplantesle produisent dans leurschloroplastes,à partir dudiméthylallyl-pyrophosphate(DMAPP). Lecaoutchouc naturel(latexougutta-perchaqui ont des propriétés différentes[16]) est par exemple un polymère de l'isoprène.
- Les animaux en produisent aussi (uncorps humainde 70kgen produirait environ 17mg/j)[réf. nécessaire].
- Lamembrane plasmiquedesarchéesest composée de chaînes àmotifisoprène, alors que celle deseucaryoteset desbactériesest faite d'acides gras.
La connaissance et modélisation de son cycle (et donc de ses flux et rôles) sont desenjeuxpour les modélisations et évaluations de laqualité de l'airet l'évolution des climats et microclimats passés, présents et futurs.
Le modèle MEGAN (acronyme deEmissions of Gases and Aerosols from Nature) a été produit en 2006 notamment pour évaluer les émissions nettes (régionales et globale) d'isoprène dans l'atmosphère par la biosphère terrestre, selon une résolution spatiale d'environ 1km2[17].Il s'appuie sur les données théoriques et de terrain, issues de mesuresin situet d'expériences en laboratoire, sur les facteurs expliquant les taux et variations d'émissions d'isoprène par les écosystèmes (ces facteurs d'émissions sont complexes; biologiques, physiques et chimiques, directs et indirects, immédiats et différés et interagissant entre eux). Ce modèle utilise les mêmes variables que d'autres modèles, des observations satellitaires et des mesures faites au sol[17].Selon le modèle MEGAN:
- environ 50 % de l'isoprène d'origine biologique émis dans l'air dans le monde chaque année provient des forêts feuillues tropicales, ce qui s'explique facilement par leur situation (chaleur et forte exposition aux UV solaires)[17];
- les 50 % restant sont principalement émis par des zones arbustives et des buissons épars (une moindre quantité provenant des prairies, et très peu venant des cultures agricoles (céréales, oléagineux…)[17];
- 500 à 750 Tg (440 à 660 Tg de carbone) d'isoprène sont ainsi émis par an[17];
- les flux et les quantités en sont localement fortement modulés par des variables telles que la température, le rayonnement solaire, l'indice de surface foliaire et le type de métabolisme de la plante (plante en C3, plante en C4…)[17];
- en se basant sur les facteurs d'émissions reconnus comme les plus fiables et importants, environ 600Tgd'isoprène seraient émis par an à échelle biosphérique, mais avec des variations temporelles et locales très significatives: les moyennes annuelles mondiales ne doivent pas cacher que les estimations d'émissions diffèrent de plus d'un facteur trois selon les moments et/ou des lieux considérés. Ces différences sont liées à la saison, la météorologie (sécheresses, canicules, pollution,etc.) et au contexte naturel (forêt sắc che, forêt humide, primaire ou cultivée, tropicale, froide ou tempérée,etc.). Les régions froides en émettent moins et selon les modèles, le désert du Sahara, les zones polaires, les glaciers et les calottes glaciaires n'en émettent pas (mais leuralbédoet leurs conditions de température pourraient contribuer de manière spécifique à la chimie de l'isoprène dans l'atmosphère, ce qui reste à éclaircir)[17];
- il est encore difficile de modéliser précisément le devenir des émissions locales d'isoprène (et de terpènes) par les modèles dechimie atmosphérique,de même pour leur intensité et leur transport à distance, en raison des marges d'erreurs et de sensibilité inhérentes à certains composants du modèle. Mais à l'échelle mondiale, les résultats de la modélisation semblent raisonnables et cohérents, y compris avec les observations satellitaires duformaldéhyde[17];
- les bilans annuels globaux et locaux d'émissions d'isoprène se montrent sensibles aux modifications du système terrestre (en particulierchangement climatique,sécheresses,etutilisation des terres), ce qui augure d'importantes modifications des émissions d'ici 2100 et plus tard. Si l'on se fie aux températures prévues par les modèles climatiques mondiaux pour 2100, MEGAN indique que les émissions d'isoprène devraient encore doubler de 2010 à 2100, soit un accroissement« considérablement supérieur aux estimations précédentes »alertent les scientifiques qui ont produit ce modèle, qui appellent à mieux prendre en compte l'isoprène dans les travaux deprospectiveclimatique[17].
Rôles biologiques cellulaires
[modifier|modifier le code]L'isoprène intervient dans la structure de nombreux composés cellulaires, par exemple dans lesterpènescomme lecarotène(tétraterpène), qui sont dérivés de l'isoprène.
Autres dérivés de l'isoprène
[modifier|modifier le code]Rôle écologique aux échelles écopaysagères
[modifier|modifier le code]Selon le UKNatural Environment Research Council(NERC), de l'isoprène est émis par lesplantes vasculairesen cas destress biotique et abiotique,en particulier en cas desécheresseou decanicule,car il améliore leurthermotolérance[18],non sans effets collatéraux car cecomposé organique volatil(COV) interagit notamment avec l'ozone troposphériquetoxique et écotoxique (en le détruisant), mais il réagit aussi avec lesoxydes d'azote(réaction photochimique, c'est-à-dire catalysée par la lumière) pour redonner de l'ozone.
De nombreuses espèces d'arbres (lechêneen produit par exemple de grandes quantités) en relarguent dans l'air, principalement via lesstomatesde leurs feuilles. La végétation planétaire en émettrait environ600 millionsde tonnes par an, dont 50 % venant de la ceinture intertropicale[17].
Dans l'air, l'isoprène est converti en particulesépoxydespar desradicaux librestels que leradical hydroxyle(OH). Il contribue ainsi à produire desaérosolsqui eux-mêmes créent desmicroclimats.Ces aérosols contribuent en effet ànucléerles gouttelettes d'eau qui forment des brumes ou des nuages puis des smogs ou des gouttes de pluie[19],[20].
Ce mécanisme semble être un desmécanismes évolutifsdéveloppés par lesforêtspour surmonter les effets négatifs de la surchauffe des feuilles et/ou une irradiation excessive par lesUV.Il pourrait aussi aider les arbres à lutter contre les radicaux libres les plus agressifs pour les feuilles (dont l'ozone troposphérique[21]).
Histoire de la chimie
[modifier|modifier le code]L'isoprène a été découvert, et isolé, à partir de la décomposition thermique ducaoutchouc naturelen1860[22].
Usages
[modifier|modifier le code]L'isoprène est chimiquement plus actif que lebutadiène.Obtenu parcraquagedenaphta,il est très utilisé par l'industrie chimique,essentiellement pour produire lecis-1,4-polyisoprènequi est lecaoutchouc synthétiquecomposant par exemple lespneumatiquesde voiture ou desgantsdechirurgie.
Les molécules de caoutchouc sont constituées de chaines de plusieurs milliers de maillons -CH2– C(CH3) = CH – CH2…La masse moléculaire du polymère peut varier de 100 000 à 1 million. Le caoutchouc naturel est de bonne qualité, mais il contient des traces d'autres substances:protéines,acides gras,résines,etc.Dans d'autres caoutchoucs naturels, on peut trouver l'isomèrede structure, letrans-1,4-polyisoprène,qui lui confère des propriétés légèrement différentes. Par exemple, une résine, lagutta-percha,est un polymère naturel « tout trans » de l'isoprène.
Obtention
[modifier|modifier le code]![](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/e5/Isoprene_synthesis-fr.svg/110px-Isoprene_synthesis-fr.svg.png)
Des quatre méthodes de synthèse industrielle de l'isoprène, l'une, par addition de l'acétoneà l'acétylène,mise au point parGeorg Merlingen 1911[23],a été en usage jusqu'en 1982; deux autres, pardimérisationdupropèneenisohexèneou par double addition deformaldéhydeà l'isobutène(réaction de Prins), étaient encore employées en 2000; la dernière, parmétathèsede l'isobutène et dubut-2-ène,suscitait un grand intérêt, mais n'était pas encore employée à cette date[24].
Il est le plus facilement disponible industriellement commesous-produitdu craquage dunaphteou pétrole, comme sous-produit de la production d'éthylène.
Environ 20 000 tonnes sont produites annuellement par l'industrie[16],dont 95 % servent à produire du cis-1,4-polyisoprène (caoutchouc synthétique).
Toxicité
[modifier|modifier le code]En 2012, l'Organisation mondiale de la santéne considère pas l'isoprène comme cancérigène[25].Un an plus tôt cependant, en 2011, le département américain de la Santé écrit:« Il n'y a pas de raison de penser que les mécanismes par lesquels l'isoprène provoque des tumeurs chez l'animal de laboratoire n'opéreraient pas chez l'Homme »,mais il précise:« On n'a relevé aucune étude épidémiologique consacrée à l'évaluation de la relation entre cancer humain et exposition caractérisée à l'isoprène[26].»
Depuis 2008, selon le règlement européen (CE)no1272/2008, l'isoprène est classé dans la catégorie 2B[27]des cancérigènes (effet cancérigène supposé chez l'humain), et dans lacatégorie 2des mutagènes (effet mutagène suspecté chez l'humain). Les informations disponibles à ce sujet restent insuffisantes en 2015.
Voir aussi
[modifier|modifier le code]Articles connexes
[modifier|modifier le code]Bibliographie
[modifier|modifier le code]- (en)Susan Budavari (éd.),Merck Index:An Encyclopedia of Chemicals, Drugs and Biologicals,Rahway (New Jersey, É.-U.), Merck,,11eéd.,1601p.(ISBN0-911910-28-X).
- (en)Nathalie Poisson, Maria Kanakidou etPaul J. Crutzen,«Impact of Non-Methanehydrocarbons on Tropospheric Chemistry and the Oxidizing Power of the Global Troposphere: 3-Dimensional Modelling Results»,Journal of Atmospheric Chemistry,vol.36,no2,,p.157-230(ISSN0167-7764,DOI10.1023/A:1006300616544).
- (en)Magda Claeys, Bim Graham, Gyorgy Vas, Wu Wang, Rineheilde Vermeylen, Vlada Pashynska, Jan Cafmeyer, Pascal Guyon, Meinrat O. Andreae, Paulo Artaxo et Willy Maenhaut, «Formation of Secondary Organic Aerosols Through Photooxidation of Isoprene»,Science,vol.303,no5661,,p.1173-1176(ISSN0036-8075,PMID14976309,DOI10.1126/science.1092805).
- (en)Kroll J.H., Ng N.L., Murphy S., Flagan R.C. et Seinfeld J.H. (2006),Secondary organic aerosol formation from isoprene photooxidation,Environmental Science & Technology,40(6), 1869-1877.
- (en)Paul A. Pier et CharlieMcDuffieJr.,«Seasonal Isoprene Emission Rates and Model Comparisons Using Whole-Tree Emissions from White Oak»,Journal of Geophysical Research,vol.102,noD20,,p.23.963-23.971(ISSN0148-0227,DOI10.1029/96JD03786).
- (en)Ulrich Pöschl, Rolf von Kuhlmann, Nathalie Poisson et Paul J. Crutzen, «Development and Intercomparison of Condensed Isoprene Oxidation Mechanisms for Global Atmospheric Modeling»,Journal of Atmospheric Chemistry,vol.37,no1,,p.29-52(ISSN0167-7764,DOI10.1023/A:1006391009798).
- (en)Russel K. Monson et Elisabeth A. Holland, «Biospheric Trace Gas Fluxes and Their Control over Tropospheric Chemistry»,Annual Review of Ecology and Systematics,vol.32,,p.547-576(DOI10.1146/annurev.ecolsys.32.081501.114136).
- extrait. ,
- (en)Maryadele J. O'Neil (éd.),Merck Index:An Encyclopedia of Chemicals, Drugs and Biologicals,Whitehouse Station/Rahway (New Jersey, É.-U.), Merck,,14eéd.,2564p.(ISBN978-0-911910-00-1).
Notes et références
[modifier|modifier le code]- ISOPRENE,Fiches internationales de sécurité chimique
- (en)David R.Lide,CRC Handbook of Chemistry and Physics,Boca Raton, CRC Press/Taylor & Francis,,89eéd.,2736p.(ISBN9781420066791,présentation en ligne),p.9-50.
- Masse molaire calculée d’après«Atomic weights of the elements 2007», surchem.qmul.ac.uk.
- (en)Iwona Owczarek et Krystyna Blazej, «Recommended Critical Temperatures.1repartie: Aliphatic Hydrocarbons»,J. Phys. Chem. Ref. Data,vol.32,no4,,p.1411(DOI10.1063/1.1556431).
- (en)James E. Mark,Physical Properties of Polymer Handbook,Springer,,2eéd.,1076p.(ISBN978-0-387-69002-5et0-387-69002-6,lire en ligne),p.294.
- (en)Norbert AdolphLangeet James G. Speight (éd.),Lange's Handbook of Chemistry,New York, McGraw-Hill,,16eéd.,2.623(ISBN978-0-07-143220-7),p.2.289.
- (en)Robert H. Perry et Donald W. Green,Perry's Chemical Engineers' Handbook,États-Unis, McGraw-Hill,,7eéd.,2400p.(ISBN0-07-049841-5),p.2-50.
- «Properties of Various Gases», surflexwareinc(consulté le).
- (en)David R.Lide,CRC Handbook of Chemistry and Physics,Boca Raton, CRC Press/Taylor & Francis,,89eéd.,2736p.(ISBN9781420066791,présentation en ligne),p.10-205.
- « isoprène »,surESIS(consulté le 15 février 2009)
- IARC Working Group on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans, «Évaluations globales de la cancérogénicité pour l'homme, groupe 2B: peut-être cancérigènes pour l'homme», surmonographs.iarc.fr,CIRC,(consulté le).
- Numéro indexrèglement CE N° 1272/2008(16 décembre 2008) dans le tableau 3.1 de l'annexe VI du
- «Isoprène» dans la base de données de produits chimiquesReptoxde laCSST(organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 25 avril 2009.
- Jean-Paul Kurtz,Dictionnaire étymologique des anglicismes et des américanismes,BoD,,p.681.
- Paulot, F., Crounse, J. D., Kjaergaard, H. G., Kürten, A., Clair, J. M. S., Seinfeld, J. H. et Wennberg, P.O. (2009),Unexpected epoxide formation in the gas-phase photooxidation of isoprene,Science,325 (5941), 730-733.
- (en)Hans MartinWeitzet Eckhard Loser,« Isoprene »,dansUllmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry,Weinheim, Wiley-VCH,(DOI10.1002/14356007.a14_627).
- (en)Alex Guenther, Thomas Karl, Peter Harley, Christine Wiedinmyer, Paul I. Palmer et Chris Geron, «Estimates of Global Terrestrial Isoprene Emissions Using MEGAN (Model of Emissions of Gases and Aerosols from Nature)»,Atmos. Chem. Phys.,European Geosciences Union (EGU),vol.6,,p.3181-3210(résumé,lire en ligne[PDF]).
- (en)Singsaas E.L., Lerdau M., Winter K. et Sharkey T.D. (1997),Isoprene increases thermotolerance of isoprene-emitting species,Plant physiology,115 (4), 1413-1420.
- (en)California Institute of Technology, «Organic Carbon Compounds Emitted By Trees Affect Air Quality»,ScienceDaily,(lire en ligne).
- (en)Sid Perkins, «A Source of Haze: Scientists Identify How a Hydrocarbon Commonly Emitted by Plants is Converted to Light-Scattering Aerosols»,Science News,vol.176,,p.15(résumé).
- (en)Thomas D. Sharkey, Amy E. Wiberley et Autumn R. Donohue, «Isoprene Emission from Plants: Why and How»,Annals of Botany,vol.101,no1,,p.5-18(lire en ligne).
- (en)Charles Greville Williams, «On Isoprene and Caoutchine»,Proceedings of the Royal Society,vol.150,,p.241-255(lire en ligne).
- (en)Georg Merling et Hugo Koehler,Process of Producing Isoprene,U.S. Patentno1.026.691,(lire en ligne).
- Klaus Weissemel et Hans-Jürgen Arpe (trad.de l'anglais par de la3eéd.anglaise par Philippe Kalck et Brigitte Zahner),Chimie organique industrielle[«Industrial Organic Chemistry»], Paris/Bruxelles,De Boeck,coll.« Université »,,XVIII-453p.(ISBN2-7445-0073-9,lire en ligne),p.121-126.
- (en)IARCMonographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans,vol.71:Re-evaluation of Some Organic Chemicals, Hydrazine and Hydrogen Peroxide,OMS,(lire en ligne[PDF]),partie 3. A: Compounds not Reviewed in Plenary Sessions: Extensive New Data Requiring New Summaries, « Isoprène »,p.1015-1025:les données présentées datent de 1994, et le même organisme, se citant lui-même en 2012 dans sonvol.100 (Radiation: A Review of Human Carcinogens,p.325), n'en propose pas de nouvelles.
- (en)Report on Carcinogens,US Department of Health and Human Services – Public Health Service National – Toxicology Program,,12eéd.,499p.(lire en ligne),« Isoprene CAS N° 78-79-5 »,p.247.
- «Classification du CIRC», surcancer-environnement.fr(consulté le).