Microdroplets ” kemiska trolldom kunde ha gett livet en hjälpande hand

0
26

Droppen minskning kan kasta ljus på pussel av prebiotic era och erbjuder ett nytt sätt att göra grön kemi

Källa: © 2019 American Chemical Society

En minskning-känsligt färgämne avslöjar de kemiska reaktioner som sker på ytan av en mikrometerstor vatten droppe

Små vattendroppar som finns i moln, sea spray och gejsrar kan spontant minska socker och andra viktiga metaboliter på deras yta. Dessa microdroplets erbjuda en rimlig förklaring för skapandet av socker och andra enkla organiska molekyler före existensen av liv på Jorden, som inte minska agent eller tillämpas avgift krävs.

En grupp forskare under ledning av Richard Zare på Stanford University i USA snubblat på upptäckten när man försöker skapa guld filmer och nanopartiklar som med hjälp av små vattendroppar som med tillsats av natriumborhydrid.

“Jag sade till min grupp låt oss göra en kontroll – låt oss ta bort den reducerande medel vi använder. Vi använde bara vatten, och till min förvåning att det produceras guld nanopartiklar i droppar”, säger Zare.

Efter ett omfattande arbete, laget etablerat dessa resultat kunde inte förklaras av kontaminering. Så hade de gjort det igen – den här gången med gemensamma biomolekyler. Genom att pumpa en spruta innehållande föreningar som pyruvat och fumarat upplöst i vatten genom en nebulising gas, producerade de microdroplets, som sedan körs genom en masspektrometer. I tre av fyra fall, de fann att över 90% av den organiska föreningar i lösning hade minskat.

Forskarna kunde också bekräfta visuellt fenomen av fluorescens avbildning av mikroskala droppar som innehåller en minskning-känsligt färgämne.

Medan Zare och hans team inte vet exakt vad som händer, de räkna med att effekten kan förklaras av tre fenomen: ökad hydroxyljon koncentration, en mycket stor elektriska fältet i luft och vatten och brist på 3D-väte bindning. ‘Där kan du få en elektron från vattnet?” frågar Zare. “Svaret, tror jag, är hydroxyl anjon.’

Alla levande organismer på Jorden använder enzymer för att katalysera deras metaboliska vägar, men när livet började, enzymer var frånvarande. Detta pussel har lett forskarna att föreslå att det finns en nonenzymatic metabolismväg. “Vi har redan gjort arbete som visar att socker och fosforsyra, som inte i sig att reagera, i droppar som kommer att utgöra saker som ribos-fosfat. Så vi har sett att dropparna har denna makt att göra kemi, säger Zare.

Teamet anser också att denna effekt kan erbjuda ett potentiellt nytt sätt att göra grön kemi. Med hjälp av en dimma, storskalig minskning skulle vara möjligt att använda något annat än vatten.

“Om du tar en en-liters bägare och fyll den med vatten, och du gör en micron droppar av allt vatten, har du något liknande 3 000 m2 stor yta… om hälften av en fotbollsplan, säger Zare.

‘[Detta arbete] visar att vatten ytor har denna speciella kemiska förmåga eller affinitet för att främja kemiska reaktioner som vi inte ser i bulk vatten, kommentarer Ilan Benjamin, en kemist vid University of California, Santa Cruz i USA, som inte var involverade i forskningen. “Detta har många konsekvenser för atmosfärisk kemi och förmodligen även uppkomsten av liv.’

Referenser

N. Zare et al, J. Am. Chem. Soc., 2019, DOI: 10.1021/jacs.9b03227