Un team guidato da chimici dell’Università del Maryland ha scoperto un nuovo modo per creare carbeni, una classe di molecole altamente reattive ma notoriamente di breve durata e instabili. Coinvolti in molte reazioni chimiche ad alta energia come la creazione di carboidrati, i carbeni sono precursori cruciali degli elementi costitutivi della vita sulla Terra e forse nello spazio.
Gli scienziati sono riusciti a formare un carbene chiamato idrossimetilene (HCOH) scomponendo il metanolo (un alcol comune presente in molti prodotti chimici industriali come la formaldeide) con impulsi di radiazioni ultraviolette. I risultati sono stati pubblicati in un articolo il 14 maggio 2024 sul Journal of the American Chemical Society .
"È sorprendente vedere questo carbene provenire da una molecola così comune come il metanolo:ne abbiamo bottiglie spruzzatrici nei laboratori di tutto il mondo", ha affermato Leah Dodson, assistente professore di chimica e biochimica presso l'UMD e autore senior dell'articolo.>
"Anche i laser UV con lunghezza d'onda di 193 nanometri sono abbastanza standard. Ciò significa che i carbeni potrebbero formarsi naturalmente in luoghi come lo spazio, dove c'è molto metanolo e radiazione ultravioletta. E ulteriori reazioni dei carbeni formati nello spazio attraverso questo processo potrebbero portare a biomolecole che costituiscono la vita."
I risultati dell'articolo rivelano indizi sui meccanismi alla base della formazione e della reazione del carbene sulla Terra, portando a una migliore comprensione del potenziale della molecola di creare zuccheri necessari per la vita.
"Esistono ricerche consolidate che suggeriscono che l'HCOH può reagire per formare zuccheri semplici, inclusi alcuni che sono stati precedentemente rilevati nello spazio", ha affermato l'autrice principale dello studio Emily Hockey. "Pensiamo sia possibile che questo carbene, dal momento che proviene da una molecola così onnipresente nello spazio e può essere rilevata ovunque, sia il pezzo mancante che colma le lacune nella nostra conoscenza di come il metanolo e gli zuccheri semplici possano portare a biomolecole più grandi e avanzate. "
A causa della loro superreattività, le molecole di carbene hanno solitamente una vita molto breve. Queste caratteristiche rendono i carbeni generalmente difficili da generare e osservare per gli scienziati, il che ha limitato la comprensione approfondita della molecola. Ma il nuovo metodo utilizzato dal team dell'UMD per produrre carbeni ha permesso loro di studiare le molecole abbastanza da vicino da osservarne la formazione e il decadimento su scale temporali di millisecondi. I ricercatori sono rimasti sorpresi nello scoprire che l'HCOH reagiva in modo relativamente lento con l'ossigeno a temperatura ambiente.
"Quando abbiamo osservato la reattività dell'HCOH nel nostro sistema a temperatura ambiente, abbiamo visto che decadeva entro 15 millisecondi", ha spiegato Hockey. "La cosa interessante è che, poiché si ritiene che i carbeni siano una specie super reattiva, è ragionevole supporre che questo carbene reagisca così rapidamente a qualcosa come l'ossigeno che è impossibile catturarlo. Ma non è quello che è successo. Sebbene il carbene stesse decadendo più velocemente e più veloce se esposto all'ossigeno, era abbastanza lento da permetterci di osservare quel decadimento."
I ricercatori ritengono che il loro metodo di produzione e studio dei carbeni aiuterà gli astronomi e gli astrochimici ad acquisire nuove conoscenze sulle origini della vita e su come la vita nello spazio potrebbe essersi evoluta in modo diverso dalla vita sulla Terra. Sperano di basarsi sulle loro scoperte osservando più da vicino ciò che accade durante la degradazione del metanolo e quantificando i diversi prodotti prodotti dalla reazione del metanolo alla luce UV.
"Sappiamo che i carbeni come l'HCOH si formano durante il nostro processo, ma vorremmo scavare più a fondo in quale percentuale di essi finisce come formaldeide, metilene o altri radicali idrocarburici, per esempio", ha spiegato Hockey. "Inizialmente pensavamo che tutti i prodotti sarebbero stati radicali metossi, ma i nostri esperimenti mostrano che il processo e i prodotti risultanti sono più complicati delle nostre ipotesi originali."
Conoscere i tipi e la quantità di prodotti creati dalla scomposizione del metanolo con radiazioni UV fornirebbe ad astronomi e astrochimici una visione più accurata degli oggetti astrofisici e di come si sono evoluti nel corso di miliardi di anni.
"Se i dati esistenti su ciò che viene prodotto dalla fotodissociazione del metanolo sono errati, allora anche i modelli propagati saranno errati e anche la nostra comprensione di come la vita si è evoluta da queste molecole potrebbe essere compromessa", ha detto Dodson. "Speriamo che il nostro lavoro di follow-up getti le basi per questo tipo di simulazioni."
Ulteriori informazioni: Emily K. Hockey et al, Osservazione diretta dell'idrossimetilene in fase gassosa:fotoionizzazione e cinetica risultanti dalla fotodissociazione del metanolo, Journal of the American Chemical Society (2024). DOI:10.1021/jacs.4c03090
Informazioni sul giornale: Giornale dell'American Chemical Society
Fornito dall'Università del Maryland
