|
Формирование ключевого ингредиента для жизни
|
|
|
|
Команда химиков из Мэрилендского университета открыла новый способ получения карбенов - класса высокореактивных, но, как известно, недолговечных и нестабильных молекул. Участвуя во многих высокоэнергетических химических реакциях, таких как образование углеводов, карбены являются важнейшими предшественниками строительных блоков жизни на Земле - и, возможно, в космосе. Ученым удалось получить карбен под названием гидроксиметилен (HCOH) путем расщепления метанола (обычного спирта, содержащегося во многих промышленных химикатах, таких как формальдегид) импульсами ультрафиолетового излучения. Результаты были опубликованы в статье от 14 мая 2024 года в журнале Американского химического общества. "Удивительно видеть, что этот карбен образуется из такой обычной молекулы, как метанол, — у нас в лабораториях повсюду есть флаконы с ним", - сказала Лия Додсон, доцент кафедры химии и биохимии UMD и старший автор статьи.
|
|
|
|
"Ультрафиолетовые лазеры с длиной волны 193 нанометра также являются довольно стандартными. Это означает, что карбены могут естественным образом образовываться в таких местах, как космос, где много метанола и ультрафиолетового излучения. И дальнейшие реакции карбенов, образующихся в космосе в результате этого процесса, могут привести к образованию биомолекул, из которых состоит жизнь". Результаты исследования раскрывают информацию о механизмах, лежащих в основе образования карбенов и реакций на Земле, что позволяет лучше понять потенциал молекулы для создания сахаров, необходимых для жизни. "Есть достоверные исследования, которые показывают, что HCOH может вступать в реакцию с образованием простых сахаров, включая те, которые ранее были обнаружены в космосе", - сказала ведущий автор исследования Эмили Хоккей. "Мы думаем, что, возможно, этот карбен, поскольку он образуется из молекулы, которая настолько широко распространена в космосе и может быть обнаружена где угодно, является недостающим звеном, устраняющим пробелы в наших знаниях о том, как метанол и простые сахара могут привести к созданию более крупных и совершенных биомолекул".
|
|
|
Из-за своей сверхреактивности молекулы карбенов обычно имеют очень короткий срок службы. Из-за этих характеристик ученым, как правило, трудно создавать карбены и наблюдать за ними, что ограничивает глубокое понимание их молекулы. Но новый метод получения карбенов, разработанный командой UMD, позволил им изучить молекулы достаточно внимательно, чтобы увидеть, как они образуются и распадаются в течение миллисекунд. Исследователи были удивлены, обнаружив, что HCOH относительно медленно реагирует с кислородом при комнатной температуре. "Когда мы изучили реактивность HCOH в нашей системе комнатной температуры, мы увидели, что она снижается в течение 15 миллисекунд", - объяснил Хоки. "Что интересно, так это то, что, поскольку считается, что карбены являются сверхреактивными веществами, разумно предположить, что этот карбен будет так быстро реагировать на что-то вроде кислорода, что его невозможно будет уловить. Но этого не произошло. Хотя карбен разлагался все быстрее и быстрее под воздействием кислорода, это происходило достаточно медленно, чтобы мы все еще могли наблюдать этот распад".
|
|
|
|
Исследователи полагают, что их метод получения и изучения карбенов поможет астрономам и астрохимикам по-новому взглянуть на происхождение жизни и на то, как жизнь в космосе могла эволюционировать иначе, чем на Земле. Они надеются развить свои выводы, более внимательно изучив, что происходит при разложении метанола, и количественно оценив различные продукты, образующиеся в результате реакции метанола на ультрафиолетовое излучение. "Мы знаем, что в ходе нашего процесса образуются карбены, такие как HCOH, но мы хотели бы глубже изучить, какой процент их образуется, например, в виде формальдегида, метилена или других углеводородных радикалов", - пояснил Хоккей. "Изначально мы думали, что все продукты будут состоять из метоксильных радикалов, но наши эксперименты показали, что процесс и получаемые в результате продукты сложнее, чем мы предполагали изначально".
|
|
|
|
Знание типов и количества продуктов, образующихся при расщеплении метанола ультрафиолетовым излучением, дало бы астрономам и астрохимикам более точное представление об астрофизических объектах и о том, как они эволюционировали на протяжении миллиардов лет. "Если существующие данные о том, что образуется в результате фотодиссоциации метанола, неверны, то распространяемые модели также будут неверными, и наше понимание того, как жизнь развилась из этих молекул, также может быть поставлено под угрозу", — сказал Додсон. - Мы надеемся, что наша последующая работа заложит основу для подобных симуляций".
|
|
|
|
Источник
|
